DISPERSIÓN DE SEPARADOR PARA BATERÍAS DE POLÍMERO DE LITIO.

Separador para baterías de polímero de litio, constituido por una dispersión de sal conductora,

aditivo de sal conductora, disolvente aprótico y una o varias substancias estructurales inorgánicas en una proporción de entre el 20 y el 60% en peso, referida a la dispersión en su totalidad, donde la substancia o substancias estructurales inorgánicas comprenden como mínimo un óxido metálico, caracterizado por presentar la substancia o substancias estructurales inorgánicas un diámetro de partícula situado entre 0,5 y 20 μm y, si la substancia estructural está compuesta por partículas que comprenden partículas individuales, un diámetro global de partícula situado entre 10 y 20 μm

Dispersión de separador para baterías de polímero de litio.

La invención concierne a un nuevo separador para baterías de polímero de litio.

En general, el separador sirve para separar ánodo y cátodo, y tendría también que impedir una fusión ("meltdown") o un colapso ("breakdown") del sistema de la batería. Sistemas habituales de separadores para baterías de polímero de litio figuran descritos, por ejemplo, en el libro "Lithium Ion Batteries", publicado por M. Wakihara y O. Yamamoto, página 195 (1998), en la editorial VCH, Weinheim. Otros datos sobre sistemas de separadores de uso habitual, y en particular sobre sistemas diseñados para baterías de polímero de litio, pueden consultarse en el "Handbook of Battery Materials", publicado por I. O. Besenhard, páginas 559 a 563 (1998), en la editorial VCH, Weinheim.

De ordinario se emplean membranas, por ejemplo a base de polipropileno, poliéter o combinaciones de los mismos. Ejemplos de ellas serían Celgard®, Setala®, HiPORE® y Exepol®. También se conocen separadores de electrólito de gel (por ejemplo, de Bellcore), los cuales pueden estar constituidos, de acuerdo con lo señalado en el recién mencionado Handbook of Battery Materials, a base de fluoruro de polivinilideno : hexafluoropropileno (PVDF : HFP). Estos separadores de electrólito de gel se sitúan en espesores de unas 50 μm aproximadamente. Además, presentan un 60% de porcentaje en peso de polímero.

En condiciones ideales, los separadores empleados en baterías no presentan resistencia al transporte de iones. Pero en la práctica tienen que tolerarse ciertas resistencias.

En la tabla 1, a continuación reproducida, se indican algunas propiedades típicas de las membranas microporosas, arriba mencionadas, que se emplean habitualmente como separadores (la tabla se ha tomado del Handbook of Battery Materials, página 558, 10.6).

Otra de las características fundamentales de los separadores viene dada por la impregnación o humectación del separador con electrólito, es decir, con sal conductora en el disolvente aprótico en cada caso óptimo. En los sistemas habituales de separadores se suscitan, además, otros problemas al insertarse el separador entre ánodo y cátodo.

La DE-A-101 34 057 se centra en baterías de polímero de litio y en su procedimiento de fabricación. La batería de polímero de litio allí descrita está compuesta por una masa anódica y una masa catódica y por una capa intermedia de electrólito.

La DE-A-101 12 613 da a conocer electrólitos poliméricos para baterías de polímero de litio, obtenidos mediante una mezcla simple de los componentes del electrólito de gel polimérico. El separador se presenta en una forma sólida en calidad de lámina.

En la WO 99/44247 A se describe la membrana de un electrólito de compuesto de gel con un espesor de membrana homogéneo.

En la EP-A-0 942 485 se describe un separador basado en una película de separador rellenada con solución de electrólito.

En la US-B-6 218 051 se describe un separador a base de polímero, aplicado por laminación en caliente sobre las membranas de los electrodos. En el sistema del separador se inserta una sal conductora en calidad de solución en una membrana de separador fabricada previamente.

Por dicho motivo, la invención tiene como base un diseño del todo novedoso, con el que se pretende solucionar, mediante una nueva combinación de materiales, los problemas que, según acaba de señalarse, aquejan a los sistemas de separadores de ordinario empleados en baterías de polímero de litio.

De ahí que la misión de la invención consista en obtener un separador mejorado para una batería de polímero de litio.

Dicha misión es solucionada por el separador según la reivindicación 1.

Una batería de polímero de litio que pueda fabricarse basándose en la invención tiene, como mínimo, un ánodo y un cátodo, así como un separador que, con vistas a la separación de ánodo y cátodo, presenta una capa de separador con una dispersión.

En lo sucesivo se describirán con más detalle, ayudándose para ello de figuras, la batería de polímero de litio y sus modalidades preferentes de ejecución, así como el procedimiento de fabricación de la batería de polímero de litio y sus respectivas modalidades preferentes de ejecución.

Las figuras mencionadas muestran:

La Fig. 1a un ánodo de una batería de polímero de litio

La Fig. 1b un cátodo de una batería de polímero de litio

La Fig. 2 una batería de polímero de litio con una capa de separador situada entre ánodo y cátodo.

A continuación se describirá en detalle la batería de polímero de litio, valiéndose con este fin de una primera modalidad de ejecución de la misma.

La Fig. 1a muestra un ánodo 3 junto con un descargador 1 y una masa anódica 2. En la masa anódica 2 se ha constituido el separador en forma de una capa de separador 4. Análogamente, el cátodo 7 puede estar provisto de un descargador 5 y de una masa catódica 6 con una capa de separador 4, tal y como se muestra en la Fig. 1b. La capa de separador 4, la cual presenta una dispersión, está colocada en la batería de polímero de litio mostrada en la Fig. 2 entre el ánodo 3 y el cátodo 7. En general, es suficiente con que se disponga una capa de separador 4 entre el ánodo 3 y el cátodo 7 colindando, respectivamente, con la masa de electrodo 2 o 6, de modo que se constituya un sistema combinado laminado de estructura multicapa.

Normalmente, el ánodo 3 o el cátodo 7 comprenden un descargador 1, 5 y una masa de electrodo 2, 6. El descargador 1 del ánodo 3 está preferentemente compuesto por una lámina o una malla de cobre, aunque también pueden emplearse otros metales y aleaciones metálicas apropiadas para materiales anódicos. El descargador 5 del cátodo 7 está preferentemente compuesto por aluminio y puede haber sido configurado en forma de lámina o de malla. Tampoco en este caso tiene que ser el material utilizado forzosamente aluminio, pudiéndose emplear en su lugar todos los metales y aleaciones metálicas de ordinario utilizados tratándose de materiales catódicos. Preferentemente, además, se impriman los descargadores 1, 5, a fin de mejorar aún más la conducción de los electrones.

El espesor de capa de la masa anódica 2 asciende preferentemente a 20-60 μm, y el espesor de capa de la masa catódica 6 preferentemente a 20-80 μm.

Las dispersiones del separador comprenden sales conductoras, disolventes, substancias estructurales y aditivos de sales conductoras. Las sales conductoras pueden seleccionarse de entre el grupo compuesto por LiPF₆, LiClO₄, triflatos de litio y sus derivados, y organoboratos de litio. Pero también pueden emplearse sales conductoras de litio que sean de uso habitual, como las que, por ejemplo, se describen en el Handbook of Battery Materials, páginas 462 y 463.

Los aditivos de sales conductoras son materiales auxiliares que intervienen, por ejemplo en calidad de componentes donantes/receptores de electrones, en la transferencia de electrones. Preferentemente los usados son polivinilpirrolidona, policetona, poliéter, opcionalmente con grupos terminales bloqueados como, por ejemplo, residuos de alquilo (p. ej., -CH₃) o de metacriloilo (CH2=C(CH₃)CO-), poliviniléter, polivinilpiridina, polivinilmidazol, politiofeno, y en particular sus homocondensados y copolicondensados, y copolímeros de estas combinaciones. Además, estos aditivos de sales conductoras pueden ser también agentes hinchantes para los disolvente apróticos. Agentes hinchantes de uso preferente para disolvente apróticos son, por ejemplo, los terpolímeros de fluoroelastómeros, también conocidos bajo la marca Dyneon®, o los copolímeros de fluoroelastómeros. Como aditivos de sales conductoras pueden utilizarse igualmente, de conformidad con la invención, polibutadienos, poliisoprenos u otros cauchos, y derivados de polihidroxilo, como almidón, azúcar y alcoholes polivinílicos, bloqueados en gran medida con grupos alquilo o metacriloilo y cuyos grupos OH no eterificados o esterificados concurren sustituidos con litio como unidades LiO. También pueden seleccionarse conforme...

1. Separador para baterías de polímero de litio, constituido por una dispersión de sal conductora, aditivo de sal conductora, disolvente aprótico y una o varias substancias estructurales inorgánicas en una proporción de entre el 20 y el 60% en peso, referida a la dispersión en su totalidad, donde la substancia o substancias estructurales inorgánicas comprenden como mínimo un óxido metálico, caracterizado por presentar la substancia o substancias estructurales inorgánicas un diámetro de partícula situado entre 0,5 y 20 μm y, si la substancia estructural está compuesta por partículas que comprenden partículas individuales, un diámetro global de partícula situado entre 10 y 20 μm.

2. Separador según la reivindicación 1, donde la dispersión, referida a la dispersión global, contiene una o varias sales conductoras en un volumen de entre el 5 y el 60% en peso y uno o varios disolventes apróticos en un volumen de entre el 20 y el 50% en peso.

3. Separador según la reivindicación 2, caracterizado por contener la dispersión el aditivo de sal conductora en un volumen de entre el 0,1 y el 20% en peso.

4. Separador según una de las reivindicaciones anteriores, donde el óxido metálico se ha seleccionado entre MgO, CaO o Al₂O₃.

5. Separador según la reivindicación 4, donde el óxido metálico es MgO.