Electrodo positivo plastificado que comprende un soporte conductor metálico y una pasta con materia electroquímicamente activa y un ligante;

- el ligante contiene al menos un copolímero de etileno-acetato de vinilo que representa el 0,25-1% del peso de dicha pasta, - el ligante no contiene poliestireno, ni copolímero de butadieno

Electrodo plastificado para acumulador alcalino.

Campo técnico

La presente invención se refiere a un electrodo plastificado para un acumulador de electrolito alcalino como, por ejemplo, un acumulador níquel-cadmio (NiCd) o níquel-metal hidruro (NiMH). Además, se extiende al acumulador que contiene dicho electrodo.

Estado de la técnica

Hay varios tipos de electrodos que pueden utilizarse en un acumulador de electrolito alcalino, tales como los electrodos sinterizados y los electrodos no sinterizados. Con respecto a los demás tipos de electrodos, un electrodo no sinterizado contiene una mayor cantidad de materia, por ende, su capacidad volumétrica aumenta, y su coste de fabricación es menor.

Un electrodo no sinterizado está compuesto por un soporte que sirve de colector de corriente sobre el que se unta una pasta que contiene la materia activa y un ligante al que se añade, a menudo, un material conductor. Una vez colocada la pasta sobre el soporte o en él, el conjunto se comprime y se seca para obtener un electrodo de la densidad y el espesor deseado.

Entre los electrodos no sinterizados, se distingue el electrodo de tipo espuma de níquel que posee un soporte tridimensional, y el electrodo plastificado, que posee un soporte en forma de lámina de metal perforado o metal expandido.

Un análisis de los costes por componentes de un acumulador NiMH convencional indica que el sustrato del electrodo positivo, de tipo espuma de níquel, tridimensional, representa más del 50% del coste del electrodo actual. Ahora bien, la generalización de la tecnología NiMH en aplicaciones tales como el vehículo eléctrico híbrido necesita importantes reducciones de coste de los acumuladores.

Por ello, a veces se prefiere utilizar un soporte bidimensional en lugar de un conductor tridimensional.

La cohesión de la materia activa y su adherencia al soporte bidimensional en general se mejoran añadiendo un ligante. Este ligante puede ser un copolímero de estireno-acrilato. Se han desarrollado electrodos positivos de tecnología plastificada que contienen un ligante a base de estireno-acrilato. Este ligante no es estable al potencial del electrodo positivo. Sufre una reacción de oxidación, lo que genera, en paralelo, una reacción de reducción al electrodo negativo. En consecuencia, la oxidación del ligante provoca una disminución de la capacidad negativa excedentaria, proporcionalmente a la cantidad de electrón generada por la reacción de oxidación del ligante. Cuando el excedente de capacidad negativa es nulo, el electrodo negativo genera hidrógeno gaseoso durante la carga, la presión en el elemento aumenta hasta la apertura de la válvula de seguridad. Esto implica un resecamiento y el final de la vida del acumulador.

El artículo publicado en Journal of the Electrochemical Society (152 (5) A905-A912 (2005)) divulga, en efecto, un electrodo positivo de acumulador níquel de metal hidruro con un fleje de acero niquelado tridimensional y un ligante de tipo estireno-acrilato. Sin embargo, la vida útil de este acumulador es de 1000 ciclos a 25ºC y de sólo 180 ciclos a 45ºC en razón de la descomposición del estireno-acrilato.

En los documentos JP 53 070347 A, US-A-4 419 424, EP-A1-1 435 673, WO 2004/093213 A y JP 09 330710 A, se describen composiciones de electrodo positivo que incluyen una materia activa y un ligante compuesto por un copolímero de etileno-acetato de vinilo (EVA), pero en ninguno de ellos se describe la utilización de una baja cantidad de este ligante. Por otra parte, en la solicitud europea EP-A-1 255 313 se describe un electrodo no sinterizado con un soporte conductor bidimensional metálico y una pasta que incluye una materia electroquímicamente activa y un ligante compuesto por una mezcla de un copolímero del butadieno con un copolímero EVA.

Se busca, pues, un acumulador alcalino con un electrodo positivo plastificado con una vida útil mejorada durante el ciclo y/o fuera del mismo.

Resumen de la invención

La invención se refiere a un electrodo que contiene un soporte conductor metálico y una pasta con materia electroquímicamente activa y un ligante;

- el ligante contiene al menos un copolímero de etileno-acetato de vinilo que representa el 0,25-1% en peso de dicha pasta.

- el ligante no contiene poliestireno, ni copolímero de butadieno.

La invención se extiende a un acumulador de electrolito alcalino que contiene un electrodo de ese tipo.

La utilización del copolímero de etileno-acetato de vinilo mejora la vida útil del acumulador durante el ciclo y/o fuera del mismo.

Según un modo de realización, el copolímero de etileno-acetato de vinilo representa al menos el 30%, de preferencia al menos el 50%, de preferencia al menos el 75%, aún de preferencia al menos el 80%, aún de preferencia al menos el 90%, de preferencia aún el 95% del peso del ligante.

Según un modo de realización, el porcentaje en peso del grupo acetato de vinilo representa el 10-95%, de preferencia el 50-95%, de preferencia aún 70-90% del peso del copolímero de etileno-acetato de vinilo.

Según un modo de realización, el copolímero de etileno-acetato de vinilo representa el 0,25-0,8% en peso, de preferencia el 0,25-0,5% en peso del peso de dicha pasta.

Según un modo de realización, el ligante contiene un fluoropolímero, que puede ser el politetrafluoroetileno.

Según un modo de realización, el ligante contiene un polímero de función acrilato, que puede elegirse del grupo que contiene un copolímero de estireno-acrilato, un poli(met)acrilato, un copolímero de estireno-anhídrido maleico.

Según un modo de realización, el ligante contiene un compuesto de tipo silano.

Según un modo de realización, el electrodo contiene, además, fibras que pueden ser fibras de polipropileno.

Según un modo de realización, la cantidad de fibras añadidas es inferior a alrededor del 1,5% del peso de la pasta.

Según un modo de realización, el colector de corriente es bidimensional.

Según un modo de realización, el electrodo es el electrodo positivo de un acumulador alcalino.

Según un modo de realización, la materia electroquímicamente activa es un compuesto a base de hidróxido de níquel.

Según un modo de realización, el electrodo es el electrodo negativo de un acumulador alcalino.

La invención también ofrece un electrodo que contiene un soporte conductor metálico y una pasta que contiene una materia electroquímicamente activa y un ligante;

- el ligante contiene al menos un copolímero de etileno-acetato de vinillo en una proporción en peso de alrededor del 0,25 al 1% respecto del peso de dicha pasta,

- el copolímero de etileno-acetato de vinilo representa al menos el 80% del peso del ligante.

El ligante según la invención es ventajosamente utilizado para los electrodos de tipo empates (no sinterizados) que tienen una cohesión mecánica menor que un electrodo sinterizado. La resistencia mecánica de un electrodo sinterizado está ligada a su estructura que contiene una gran cantidad de níquel sinterizado. Esta tecnología no necesita ligante para garantizar la resistencia mecánica del electrodo.

Exposición detallada de los modos de realización de la invención

Se fabrica el electrodo según la invención colocando sobre un colector de corriente una pasta que contiene el ligante según la invención y la materia activa. Ventajosamente, se añade a esta pasta, antes de aplicarla sobre el colector de corriente, un conductor electrónico, uno o varios espesantes y fibras. Estos diferentes componentes se describen a continuación.

El ligante es el componente de la pasta que caracteriza la invención. Este ligante incluye al menos un copolímero de etileno-acetato de vinilo (EVA). También puede contener una mezcla de copolímeros de etileno-acetato de vinilo.

Un copolímero de etileno-acetato de vinilo puede representarse mediante la siguiente fórmula:

en la que:

- CH2-CH2 - representa un grupo etileno,

- CH2.CHOCOCH3- representa un grupo acetato de vinilo.

 

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Reivindicaciones:

1. Electrodo positivo plastificado que comprende un soporte conductor metálico y una pasta con materia electroquímicamente activa y un ligante;

- el ligante contiene al menos un copolímero de etileno-acetato de vinilo que representa el 0,25-1% del peso de dicha pasta,

- el ligante no contiene poliestireno, ni copolímero de butadieno.

2. Electrodo según la reivindicación 1, en la que el copolímero de etileno- acetato de vinilo representa al menos el 30%, de preferencia al menos el 50%, de preferencia al menos el 75%, aún de preferencia al menos el 80%, aún de preferencia al menos el 90%, de preferencia aún el 95% del peso del ligante.

3. Electrodo según la reivindicación 1 ó 2, en la que el porcentaje en peso del grupo acetato de vinilo representa el 10-95%, de preferencia aún el 50-95%, de preferencia aún el 70-90% del peso del copolímero de etileno-acetato de vinilo.

4. Electrodo según una de las reivindicaciones anteriores, en la que el copolímero de etileno-acetato de vinilo representa el 0,25-0,8% en peso, de preferencia el 0,25-0,5% en peso del peso de dicha pasta.

5. Electrodo según una de las reivindicaciones anteriores, en la que el ligante contiene un fluoropolímero.

6. Electrodo según la reivindicación 5, en la que el fluoropolímero es el politetrafluoroetileno.

7. Electrodo según una de las reivindicaciones anteriores, en la que el ligante contiene un polímero de función acrilato.

8. Electrodo según la reivindicación 7, en la que el polímero de función acrilato puede elegirse del grupo que contiene un copolímero de estireno-acrilato y un poli(met)acrilato, un copolímero de estireno-anhídrido maleico.

9. Electrodo según una de las reivindicaciones anteriores, en la que el ligante contiene un compuesto de tipo silano.

10. Electrodo según una de las reivindicaciones anteriores que contiene, además, fibras.

11. Electrodo según la reivindicación 10, en la que las fibras son fibras de polipropileno.

12. Electrodo según la reivindicación 10 u 11 en la que la cantidad de fibras añadidas es inferior a alrededor del 1,5% en peso de la pasta.

13. Electrodo según una de las reivindicaciones anteriores, en la que el colector de corriente es bidimensional.

14. Electrodo según una de las reivindicaciones anteriores, en la que el electrodo es el electrodo positivo de un acumulador alcalino.

15. Electrodo según la reivindicación 14, en la que la materia electroquímicamente activa es un compuesto a base de hidróxido de níquel.

16. Acumulador de electrolito alcalino que contiene un electrodo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores.

 

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