CÉLULA SECUNDARIA, NO ACUOSA, DE LITIO.

La presente invención se refiere a una batería secundaria, no acuosa, de litio, que combina una elevada densidad de energía con una potencia elevada. Los sistemas de almacenamiento nocturno de energía, los sistemas descentralizados de almacenamiento de energía para uso doméstico basados en la tecnología de generación de energía solar, los sistemas de almacenamiento de energía para vehículos eléctricos, etcétera, han atraído una amplia atención en los últimos años debido a que contribuyen a proteger el entorno global y a conservar los recursos naturales mediante la utilización de la energía de una forma más eficiente. El requisito más importante de estos sistemas de almacenamiento es que la densidad de la energía de la batería utilizada debe ser elevada. En un intento para cumplir con este requisito, organizaciones tales como la Asociación de Investigación sobre la Tecnología de Almacenamiento de Energía de las Baterías de Litio (LIBES), por sus siglas en inglés, han estado desarrollando activamente baterías de iones de litio como candidatos prometedores para baterías de densidad de energía elevada. El segundo requisito más importante es que la potencia de estos sistemas de almacenamiento debe ser estable. Por ejemplo, cuando se combina un motor de rendimiento elevado y un sistema de almacenamiento de energía (tal como en un vehículo eléctrico híbrido) o una célula de combustible y un sistema de almacenamiento de energía (tal como en un vehículo eléctrico de célula de combustible), si el motor o la célula de combustible deben funcionar con la eficiencia máxima, es esencial que funcionen a potencia constante, y en un sistema de almacenamiento de energía se requieren unas características de descarga de potencia a gran velocidad y/o unas características de carga a velocidad elevada, con el objeto de aceptar fluctuaciones de potencia en la carga o de regeneración de la energía. Hoy en día, se utiliza habitualmente un condensador eléctrico de doble capa que utiliza carbón activado en el electrodo como dispositivo de almacenamiento de energía de potencia elevada, y se han desarrollado grandes condensadores cuyas densidades de potencia sobrepasan los 2 kW/L. Sin embargo, dado que la densidad de la energía de los mismos es solamente, aproximadamente, de 1 a 5 Wh/L, dichos dispositivos, cuando son utilizados solos, no se comportan bien en los sistemas de almacenamiento de energía mencionados anteriormente. Por otra parte, las baterías de hidruros de níquel que se utilizan actualmente en los vehículos eléctricos híbridos tienen una elevada densidad de potencia, superior a 2 kW/L, y una densidad de energía de unos 160 Wh/L. Aún así, se han invertido enormes esfuerzos en la investigación encaminada a incrementar todavía más la fiabilidad de la batería mediante el aumento adicional de su densidad de energía y asimismo en la mejora de su estabilidad a temperaturas elevadas. En el campo de las baterías de iones de litio, las investigaciones han avanzado hacia el incremento de la densidad de potencia. Por ejemplo, se han desarrollado baterías de iones de litio con una potencia elevada, superior a 3 kW/L, con un DOD del 50%, pero estas baterías tienen una densidad de energía no mayor de 100 Wh/L y en realidad están diseñadas para suprimir la densidad elevada de energía, que es la característica más destacada de una batería de iones de litio. Así pues, existe una fuerte demanda para una batería que combine una potencia elevada (por lo menos, 2 kW/L) y una energía elevada (180 Wh/L), pero hasta el momento no se ha desarrollado ninguna batería que satisfaga estos requisitos técnicos. Con el objeto de conseguir una elevada densidad de energía y una elevada densidad de potencia de manera simultánea en una batería de iones de litio, es necesario adoptar un enfoque en varios flancos para mejorar las características de los diversos materiales que constituyen la célula, tales como el material del electrodo negativo, el material del electrodo positivo, el electrolito, etc. En la actualidad, cuando se utilizan materiales para el electrodo negativo tales como materiales de carbono y materiales basados en grafito en la fabricación de baterías de iones de litio, la capacidad disminuye de forma marcada durante una descarga rápida, por ejemplo, de aproximadamente 5 minutos (densidad de corriente de 4.000 mA/g), si se compara con una descarga más lenta, de aproximadamente 1 hora (densidad de corriente de 300 mA/g). Por consiguiente, se requiere un avance significativo con el objeto de desarrollar una batería secundaria basada en litio que combine una densidad elevada de energía y una densidad elevada de potencia. Además, los óxidos metálicos que contienen litio utilizados como materiales para los electrodos positivos en baterías de iones de litio (tipificados mediante LiCoO2, LiMn2O4, LiNiO2, etc.) hacen que la capacidad de la batería baje de una forma acusada durante una descarga a gran velocidad de unos 5 minutos si se compara con una descarga de 1C, similar a los materiales basados en grafito utilizados para el electrodo negativo, de manera que una vez más es necesario un avance significativo para mejorar el rendimiento de una batería secundaria basada en litio. 2 E01980993 28-10-2011   Mientras tanto, el carbón activado utilizado en el condensador, un dispositivo de potencia elevada, tiene generalmente un área superficial específica como mínimo de 1.000 m 2 /g. Incluso si se dopa la utilización de dicho condensador de carbón activado con iones de litio, la eficiencia del mismo es extremadamente reducida, y la densidad de un electrodo obtenido a partir del mismo es asimismo baja, haciendo de este modo difícil la utilización de dicho carbón activado en una batería que tenga una potencia elevada y una capacidad alta. El documento JP-A-2000-138074 describe un electrodo positivo que contiene carbono activado y un óxido metálico de transición que contiene litio, un electrodo negativo que contiene el carbono activado y un electrolito orgánico que contiene una sal cuaternaria de onio. El documento JP-A-11-026024 da a conocer una batería secundaria que utiliza una sal de litio como electrolito y un electrodo negativo que está compuesto de una pieza moldeada que contiene un material de carbono preparado sometiendo una mezcla de una resina termoendurecible con una sal metálica a un tratamiento térmico, en el que la proporción atómica (N/C) de nitrógeno a carbono es de 0,001 a 0,03, la distancia de separación de la retícula (d002) en difracción por rayos X es de 3,65 a 4,00 Å, el área superficial específica según el método BET varía de 1 a 25 m 2 /g y la capacidad total de poros es de 0,03 a 0,3 ml/g, mientras que el electrodo positivo está compuesto de una pieza moldeada que contiene carbono activado que tiene un área superficial específica según el método BET superior a 500 m 2 /g. El documento EP-A-0 973 180 describe una fuente de potencia secundaria que comprende un electrodo positivo que contiene carbono activado, un electrodo negativo que contiene un material de carbono capaz de dopar y desdopar iones de litio y un electrolito orgánico que contiene una sal de litio, en la que la proporción de la capacidad del electrodo positivo (C + ) con respecto a la capacidad del electrodo negativo (C - ) (es decir, C + /C - ) varía de 0,1 a 1,2. La patente US 4.510.216 describe una batería electroquímica que tiene electrodos sumergidos en una solución de un electrolito con un disolvente orgánico de manera tal que la fuerza electromotriz se genera dopando y/o desdopando dichos electrodos. Por consiguiente, un objetivo primario de la presente invención es dar a conocer una batería secundaria basada en litio que tiene una densidad de energía elevada y una densidad de potencia elevada. Como resultado de la investigación enfocada en los problemas mencionados anteriormente, encontrados en la técnica anterior, los inventores tuvieron éxito al conseguir una batería secundaria, no acuosa, de litio que combina una densidad de energía elevada con una densidad de potencia elevada, mediante la utilización de materiales específicos en el electrodo positivo y en el electrodo negativo. Concretamente, la presente invención da a conocer la siguiente batería secundaria, no acuosa, de litio: 1. Una batería secundaria, no acuosa, de litio que comprende un electrodo positivo, un electrodo negativo y un electrolito no acuoso, en la que: 1) El electrodo positivo comprende un material carbonoso poroso cuya área superficial específica BET es, por lo menos, de 500 m 2 /g, o una mezcla de un material carbonoso poroso cuya área superficial específica BET es, por lo menos, de 500 m 2 /g y un material capaz de ocluir y liberar litio, y 2) El electrodo negativo comprende un material carbonoso con partículas recubiertas, con una área superficial... [Seguir leyendo]

1. Batería secundaria, no acuosa, de litio, que comprende un electrodo positivo, un electrodo negativo y un electrolito no acuoso, en la que: 1) El electrodo positivo comprende un material carbonoso poroso cuya área superficial específica BET es como mínimo de 500 m 2 /g, o una mezcla de un material carbonoso poroso cuya área superficial específica BET es como mínimo de 500 m 2 /g y un material capaz de ocluir y liberar litio electroquímicamente; y 2) El electrodo negativo comprende un material carbonoso de partículas recubiertas con un área superficial específica BET de 20 a 1.000 m 2 /g, en el que dicho material de partículas recubiertas, comprende un material carbonoso amorfo que forma una capa de cobertura en la superficie de las partículas de carbono activado que sirven de núcleo. 2. Batería secundaria, no acuosa, de litio, según la reivindicación 1, en la que el electrodo positivo comprende una mezcla de material carbonoso poroso cuya área superficial específica BET es como mínimo de 500 m 2 /g, y un material capaz de ocluir y liberar litio electroquímicamente, los cuales están mezclados en una proporción de mezclado de 100/0 a 30/70 (proporción en peso). 3. Batería secundaria, no acuosa, de litio, según la reivindicación 1 ó 2, en la que el electrodo negativo tiene una eficiencia inicial en culombios, por lo menos, del 30% y una capacidad, por lo menos, de 300 mAh/g con una velocidad de descarga de 4.000 mA/g. 4. Batería secundaria, no acuosa, de litio, según la reivindicación 1, 2 ó 3, en la que el electrodo positivo comprende una mezcla de material carbonoso poroso cuya área superficial específica BET es como mínimo de 500 m 2 /g, y un material capaz de ocluir y liberar litio electroquímicamente, los cuales están mezclados en una proporción de mezclado de 100/0 a 30/70 (proporción en peso), y el electrodo negativo tiene una eficiencia inicial en culombios, por lo menos, del 30% y una capacidad, por lo menos, de 300 mAh/g con una velocidad de descarga de 4.000 mA/g. 5. Batería secundaria, no acuosa, de litio, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en la que el electrodo negativo es de un material amorfo. 6. Batería secundaria, no acuosa, de litio, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en la que la cantidad de material carbonoso es del 10 al 80% con respecto al peso del carbono activado. 7. Batería secundaria, no acuosa, de litio, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en la que el material carbonoso se obtiene sometiendo las partículas de carbono que forman el núcleo a un tratamiento térmico en una atmósfera inerte que contiene un hidrocarburo gaseoso capaz de formar una capa de cobertura mediante tratamiento térmico en fase vapor. 8. Batería secundaria, no acuosa, de litio, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en la que el área superficial específica BET de las partículas de carbono activado es, por lo menos, de 100 m 2 /g. 11 E01980993 28-10-2011   12 E01980993 28-10-2011