Composición de ligante para electrodo de dispositivo acumulador eléctrico.

Una composición de ligante para electrodo de un dispositivo acumulador eléctrico,

la composición de ligante contiene:

(A) por lo menos un polímero elegido entre el grupo formado por los ácidos poliámicos y los polímeros imidizados de los mismos que tienen un grado de imidización del 50 % o menos; y

(B) agua, en la que

el cociente Ma/Mb del contenido de el polímero (A), Ma (partes en peso), por el contenido de agua (B), Mb (partes en peso), se sitúa entre 500 y 5.000.

Composición de ligante para electrodo de dispositivo acumulador eléctrico Ámbito técnico

La presente invención se refiere a una composición de ligante para electrodo de un dispositivo acumulador eléctrico. De modo más específico, la invención se refiere a una composición de ligante para electrodo que proporciona un dispositivo acumulador eléctrico provisto de una gran capacidad de carga/descarga y un bajo grado de degradación de capacidad debida a la repetición del ciclo de carga/descarga.

Técnica anterior

Se requiere un dispositivo acumulador eléctrico que proporcione un voltaje elevado y una gran densidad de energía como fuente eléctrica para accionar equipos electrónicos. Para un uso de este tipo se destinan, por ejemplo, las células secundarias de ion litio y los condensadores de ion litio.

El electrodo empleado en un dispositivo acumulador eléctrico se produce por lo general aplicando una composición (dispersión o lodo para electrodo) formada por un material activo y un polímero que actúa como ligante de electrodo sobre una superficie de toma de corriente y secándola. Es necesario que el polímero empleado como ligante para electrodo tenga, por ejemplo, las características siguientes:

(1) capacidad de unir materiales activos entre sí y capacidad de pegar un material activo a una toma de corriente;

(2) resistencia a la fricción en el bobinado del electrodo; y

(3) "tolerancia a la caída de polvo" de modo que el polvillo de un material activo no caiga de la película de recubrimiento de una composición aplicada y secada (denominada a continuación simplemente "capa de material activo"), incluso en los pasos posteriores, por ejemplo un paso de corte.

Un polímero que satisfaga estas características diversas de demanda puede aumentar el grado de libertad en diseño estructural (p. ej. el proceso de doblado de electrodo y el radio de bobinado del electrodo) de un dispositivo acumulador eléctrico, lo cual se traduce en la consecución de una reducción del tamaño del dispositivo.

Por experiencia se sabe que los grados de capacidad de unión de materiales activos entre sí, la capacidad de unión de un material activo a una toma de corriente y la tolerancia a la caída de polvo son aproximadamente proporcionales entre sí. Por lo tanto, a lo largo de la descripción, estas características pueden denominarse en sentido inclusivo como "adhesión".

Recientemente, con el fin de lograr tales demandas de una entrega más elevada y de una densidad de energía mayor de un dispositivo acumulador eléctrico, se ha Investigado la aplicación de un material que tenga una gran capacidad de oclusión de litio como material activo de electrodo. Por ejemplo, el silicio en forma de compuesto intermetálico con litio puede ocluir y descargar el litio de modo reversible. La capacidad teórica máxima de este silicio es de aprox. 4.200 mAh/g, que es considerablemente elevada, si se compara con la capacidad teórica, aprox. de 370 mAh/g, de los materiales de carbono empleados de modo convencional. Por lo tanto, la capacidad de un dispositivo acumulador eléctrico aumentará de modo muy considerable empleando un material de silicio como material activo de electrodo negativo. No obstante, dado que los materiales de silicio conllevan grandes cambios de volumen asociados con la carga y la descarga, cuando el ligante de material de electrodo empleado de modo convencional se aplica directamente a un material activo de electrodo negativo empleando un material de silicio, la adhesión inicial no se mantiene, provocando un defecto que consiste en la reducción significativa de la capacidad en asociación con la carga y la descarga.

Se han propuesto métodos de uso de poliimidas como ligantes de electrodo para la sujeción de tal material de silicio en un capa de material activo (publicaciones de patente japonesa n° 2007-95670, 2011-192563, 2011-204592 y US 2010/055563 A1). Estas tecnologías se basan en la ¡dea tecnológica de prevenir el cambio de volumen de un material de silicio encajonando dicho material de silicio dentro de la estructura molecular rígida de una poliimida. En estos documentos de patente se describe que la poliimida se genera aplicando una suspensión formadora de electrodo, formada por un ácido poliámico, sobre una superficie de toma de corriente para crear una película de recubrimiento y calentar dicha película de recubrimiento a una temperatura elevada para imidizar térmicamente el ácido poliámico. Sin embargo, el ligante basado en tal poliimida tiene una adhesión insuficiente y por ello el electrodo se degrada cuando se repiten la carga y la descarga y no presenta una vida en servicio suficientemente larga (durabilidad).

Resumen de la invención

La presente invención pretende superar los inconvenientes recién descritos. Un objeto de la presente invención consiste en proporcionar una composición de ligante para electrodo que permita obtener un dispositivo acumulador

eléctrico provisto de una gran capacidad de carga y descarga y un grado reducido de degradación de la capacidad resultante de la repetición del ciclo de carga y descarga.

El objeto y las ventajas de la presente invención se alcanzan con una composición de ligante para electrodo de un dispositivo acumulador eléctrico, dicha composición de ligante contiene:

(A) por lo menos un polímero elegido entre el grupo formado por los ácidos poliámicos y los polímeros imidizados de los mismos, que tengan un índice de imidización del 50 % o menos; y

(B) agua, en la que

el cociente Ma/Mb del contenido de polímero (A), Ma (partes en peso) y el contenido de agua (B), Mb (partes en peso), se sitúa entre 500 y 5.000.

La composición de ligante para electrodo de la presente invención puede contener también (C) por lo menos un compuesto elegido entre el grupo formado por los compuestos provistos en cada caso de dos o más grupos carboxi y los anhídridos de los mismos, además del polímero (A) y del agua (B).

La composición de ligante para electrodo de la presente invención contiene el polímero (A) y el agua (B) como ingredientes esenciales y opcionalmente contiene el compuesto (C) y es con preferencia una composición en forma de solución, que contiene estos ingredientes disueltos en un medio líquido.

Descripción de las formas de ejecución

Ahora se describirán con detalle las formas de ejecución preferidas de la presente invención. No obstante se da por supuesto que la presente invención no se limita solo a las siguientes formas de ejecución sino que abarca diversas modificaciones dentro de su alcance, sin alterar el espíritu de la invención.

1. Composición de ligante para electrodo

La composición de ligante para electrodo de la presente invención contiene por lo menos un polímero (A) y agua (B).

1.1 Polímero (A)

El polímero (A) contenido en la composición de ligante para electrodo de la presente invención es por lo menos un polímero elegido entre el grupo formado por los ácidos poliámicos y los polímeros imidizados de los mismos. El polímero actúa como ligante en la capa de material activo que constituye un electrodo de un dispositivo acumulador eléctrico.

Cuando el polímero (A) contenido en la composición de ligante para electrodo de la presente invención contiene un polímero ¡midizado de un ácido poliámlco, la proporción de imidización del polímero ¡mídízado es del 50 % o menos y con preferencia del 20 % o menos. Cuando el polímero ¡mídízado contenido en la composición de ligante para electrodo tiene un grado de imidización situado dentro del intervalo recién mencionado, la estabilidad de la dispersión para electrodo preparada empleando la composición de ligante no se deteriora y puede producirse un electrodo provisto de una adhesión excelente y un comportamiento excelente de carga y descarga y por ello se prefiere tal grado de imidización. Esta relación de Imidización es la proporción entre el número de estructuras provistas de anillo ¡mida y la suma de los números de estructuras de ácidos ámícos y el número de las estructuras provistas de anillo ¡mida en un ácido poliámico, expresada en porcentaje. El grado de imidización de un ácido poliámlco puede determinarse por RMN-H1.

Un ácido poliámico y un polímero ¡midizado del mismo pueden utilizarse juntos. El ácido poliámico y el polímero ¡midizado del mismo pueden utilizarse en cualquier cantidad, en el supuesto que el grado de imidización del polímero ¡midizado se sitúe dentro del Intervalo preferido recién mencionado.

El ácido poliámico puede obtenerse por reacción entre un dianhídrido tetracarboxílico y una diamina. El polímero ¡midizado de un ácido poliámico... [Seguir leyendo]

1. Una composición de ligante para electrodo de un dispositivo acumulador eléctrico, la composición de ligante contiene:

(A) por lo menos un polímero elegido entre el grupo formado por los ácidos poliámicos y los polímeros imidizados de los mismos que tienen un grado de imidización del 50 % o menos; y

(B) agua, en la que

el cociente Ma/Mb del contenido de el polímero (A), Ma (partes en peso), por el contenido de agua (B), Mb (partes en peso), se sitúa entre 500 y 5.000.

2. La composición de ligante para electrodo según la reivindicación 1, que contiene además (C) por lo menos un compuesto elegido entre el grupo formado por los compuestos provistos en cada caso de dos o más grupos carboxi y los anhídridos de los mismos.

3. La composición de ligante para electrodo según la reivindicación 2, en la que el cociente Ma/Mc del contenido de polímero (A), Ma (partes en peso), por el contenido de compuesto (C), Me (partes en peso), se sitúa entre 50 y 400.

4. Una dispersión para electrodo de un dispositivo acumulador eléctrico, dicha dispersión contiene: la composición de ligante para electrodo según una cualquiera de las reivindicaciones de 1 a 3; y un material activo de electrodo.

5. La dispersión para electrodo según la reivindicación 4, en la que el material activo de electrodo contiene por lo menos un material elegido entre el grupo formado por el silicio en masa simple, los óxidos de silicio y las aleaciones

de silicio.

6. Un dispositivo acumulador eléctrico que tiene un electrodo formado por: una toma de corriente; y

una capa de material activo depositada sobre la toma de corriente, en el que

la capa de material activo se forma a partir de la dispersión para electrodo según la reivindicación 4.

7. Un dispositivo acumulador eléctrico que tiene un electrodo formado por: una toma de corriente; y

una capa de material activo depositada sobre la toma de corriente, en el que

la capa de material activo se forma a partir de la dispersión para electrodo según la reivindicación 5.