Электрод из усиленной металлической фольги



Электрод из усиленной металлической фольги
Электрод из усиленной металлической фольги

 


Владельцы патента RU 2608751:

ОКСИС ЭНЕРДЖИ ЛИМИТЕД (GB)

Изобретение относится к химическим источникам тока, а именно к металлофольговому электроду из литиевой фольги. Предложенный металлофольговый электрод содержит: i) усиливающий слой, образованный из пористой непроводящей подложки, и ii) первый и второй слои металлической фольги, выполненной содержащей литий и/или натрий, причем усиливающий слой расположен между первым и вторым слоями металлической фольги и соединен предпочтительно давлением с ними с образованием композитной структуры, имеющей толщину 100 микрон или менее. Уменьшение толщины металлофольгового электрода и повышение удельной энергии электрохимического элемента является техническим результатом изобретения. 3 н. и 19 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл., 1 пр.

 

[0001] Настоящее изобретение относится к металлофольговому электроду и, в частности, но не исключительно, к электроду из литиевой фольги.

Предпосылки изобретения

[0002] Металлическая фольга, например, из металлического лития применялась как в первичных, так и во вторичных электрохимических элементах (химических источниках тока). Например, в литий-серном аккумуляторе литиевая металлическая фольга может использоваться в качестве анода аккумулятора.

[0003] Чтобы улучшить удельную энергию, например, литий-серного аккумулятора, желательно снизить его полную массу. Теоретически этого можно достичь, уменьшая толщину электродов, так как электрохимические реакции во время заряда и разряда протекают только на поверхности электрода. Однако тонкая литиевая фольга является очень мягкой и легко гнется и/или рвется. Когда такую фольгу нарезают для применения, фольга имеет также тенденцию прилипать к ножам, используемым в операции резки. Как результат, тонкую литиевую фольгу сложно получать и обрабатывать. В реальности типичная толщина выпускаемой в продажу литиевой фольги составляет 100 мкм или более.

[0004] Из US 3721113 известен способ прокатки тонких непрерывных полос лития с толщинами менее 400 мкм путем холодной прокатки металлического лития, когда его сжимают между гладкими поверхностями из твердой полимерной композиции. Утверждается, что можно достичь снижения толщины до примерно 40 мкм, но это не подкреплено примерами. Твердая полимерная композиция может быть в виде поверхностей пары валков или может быть парой полимерных листов, между которыми находится полоса лития. Важно, однако, понимать, что полимерные листы отделяют от литиевой фольги после холодной прокатки и их использования в качестве носителя (подложки) для улучшения последующей обработки не предполагается. Соответственно, хотя металлическая литиевая фольга, описанная в этом документе, может быть тонкой, с ней сложно работать после ее получения.

[0005] В US 2009/0246626 описывается литий-ионный аккумулятор, в котором в качестве источника ионов лития используется литиевая металлическая фольга. В частности, в US 2009/0246626 описывается литий-ионный аккумулятор, содержащий положительные электроды и отрицательные электроды, образованные из углерода. Чтобы запустить аккумулятор, в отрицательные электроды сначала вводят ионы лития из литиевой металлической фольги. Более точно, литиевую металлическую фольгу приводят в электрический контакт с отрицательными электродами в присутствии электролита. Через некоторый промежуток времени литиевая металлическая фольга полностью растворяется, образуя ионы лития, которые интеркалируются или внедряются в отрицательные электроды. Следовательно, после растворения металлическая фольга больше не участвует в химических процессах заряда и разряда аккумулятора.

[0006] В US 2009/0246626 признается присущая тонкой литиевой фольге сложность обращения с ней и предлагается литиевая металлическая фольга, снабженная на одной или обеих сторонах несущей деталью, образованной из бумаги или нетканого полимерного полотна, которая приклеена или присоединена давлением (припрессована) к литиевой фольге. Однако в этой ссылке не обсуждается снижение толщины литиевой фольги. Напротив, в ссылке утверждается, что толщина не ограничивается и определяется количеством введенных в аккумулятор ионов лития и площадью литиевой металлической фольги. Так как один лист литиевой фольги может использоваться для интеркалирования или легирования ряда электродов в пакете, предпочтительной указана толщина от 50 до 300 микрон. Хотя предпочтительной указывается толщина несущей детали от 20 до 100 микрон, в этой ссылке не раскрываются толщины каких-либо соединенных структур. Действительно, хотя соединение давлением упоминается, оно необязательно ведет к фиксации пленки, но может быть просто достаточным для гарантирования того, что пленка и несущая деталь не будут смещаться относительно друг друга при последующих резке и обработке. Не высказывается никаких предположений о том, что возможно достижение какого-либо уменьшения толщины при использовании композитной структуры. Действительно, можно ожидать, что добавление несущей детали увеличит толщину получаемого композита.

[0007] В EP 1865520 описывается литиевый электрод, образованный путем контактного соединения листа металлического лития с сеткой из нержавеющей стали. Этот документ уровня техники упоминает о возможности наложения листа металлического лития на любую сторону токоотвода. Однако в EP 1865520 не описывается этап прокатки или иного прессования и растягивания композита для существенного уменьшения его полной толщины. Действительно, в примере описывается электрод толщиной 148 мкм, который образован контактным соединением единственного листа металлического лития с сеткой из нержавеющей стали. Следует также отметить, что описанный в EP 1865520 литиевый электрод используется не в качестве рабочего анода электрохимического элемента, а просто в качестве источника ионов лития для анода, выполненного, например, из графита, для обратимой интеркаляции ионов лития. Кроме того, так как в качестве токоотвода используется сетка из нержавеющей стали, она неизбежно является проводящей. Следовательно, при воздействии электролита она может стать центром образования дендритов. Это обычно нежелательно.

[0008] В US 2004/0072066 описывается литиевый электрод, который образован осаждением слоя металлического лития на пористую полимерную пленку с использованием, например, осаждения из паровой фазы. Пористая полимерная пленка находится на и образует одно целое с обращенной к электролиту поверхностью литиевого электрода. Между пористой полимерной пленкой и слоем металлического лития может быть предусмотрен слой защитного покрытия, обладающий литий-ионной проводимостью, но непроницаемый для электролита. Цель в US 2004/0072066 состоит в том, чтобы создать слои поверх поверхности металлического литиевого электрода.

[0009] Учитывая вышесказанное, одной из задач настоящего изобретения является улучшение удельной энергии электрохимического элемента.

[0010] Одной из задач настоящего изобретения является также уменьшение толщины металлофольгового электрода.

Краткое изложение сущности изобретения

[0011] По первому аспекту настоящее изобретение предлагает металлофольговый электрод, содержащий:

[0012] i) усиливающий слой, образованный из пористой подложки, и

[0013] ii) первый и второй слои металлической фольги, содержащей литий и/или натрий,

[0014] причем усиливающий слой расположен между первым и вторым слоями металлической фольги и соединен давлением с ними с образованием композитной структуры, имеющей толщину 100 микрон или менее (например, менее чем 100 микрон).

[0015] Предпочтительно, пористая подложка не содержит металла. Предпочтительно, пористая подложка образована из непроводящего материала. Пористая подложка может быть выполнена из волокнистого материала, такого как непроводящий волокнистый материал. В предпочтительном варианте воплощения волокнистый материал является материалом, образованным из полимерных волокон.

[0016] Предпочтительно, композитная структура металлофольгового электрода имеет толщину 60 микрон или менее, более предпочтительно 50 микрон или менее.

[0017] Предпочтительно, металлическая фольга образована из металлического лития или металлического натрия, или сплава, содержащего металлический литий или металлический натрий. Предпочтительны металлический литий или литиевый сплав. Примеры подходящих литиевых сплавов включают сплавы литий-олово, литий-алюминий, литий-магний, литий-серебро, литий-свинец, литий-марганец и/или литий-кадмий.

[0018] Электрод может иметь соединительный вывод. Электрод может состоять по существу из композитной структуры и, необязательно, соединительного вывода.

[0019] По второму аспекту настоящее изобретение предлагает способ формирования металлофольгового электрода, который включает в себя:

[0020] обеспечение усиливающего слоя, образованного из пористой подложки,

[0021] обеспечение первого и второго слоев металлической фольги, содержащей литий и/или натрий,

[0022] помещение усиливающего слоя между упомянутыми первым и вторым слоями металлической фольги, и

[0023] приложение давления для соединения слоев друг с другом с образованием композитной структуры,

[0024] при этом толщина композитной структуры по меньшей мере на 25% меньше суммы начальных толщин усиливающего слоя, первого слоя металлической фольги и второго слоя металлической фольги.

[0025] Толщина композитной структуры предпочтительно по меньшей мере на 50% меньше суммы начальных толщин усиливающего слоя, первого слоя металлической фольги и второго слоя металлической фольги.

[0026] В одном варианте воплощения толщина композитной структуры меньше суммы начальных толщин первого слоя металлической фольги и второго слоя металлической фольги. В другом варианте воплощения толщина композитной структуры меньше начальной толщины первого слоя металлической фольги или второго слоя металлической фольги.

[0027] После соединения композитную структуру можно резать для применения в качестве металлофольгового электрода.

[0028] Как обсуждалось выше, металлофольговый электрод может быть образован путем соединения давлением. Термин "соединение давлением" подразумевает, что соединение является прямым соединением соединяемых объектов, которое образовано только с помощью давления, а не посредством использования, например, адгезива (т.е. соединением в отсутствие клея). Подходящий диапазон давлений составляет от 100 Н до 4000 кН, предпочтительно от 1 кН до 1000 кН или более предпочтительно от 10 кН до 100 кН. Композит, образованный в результате соединения давлением, обычно отличается от образованного другими методами соединения, например отсутствием клеевого слоя.

[0029] В одном варианте воплощения настоящего изобретения давление может прикладываться, чтобы соединить и сжать усиливающий слой и первый и второй слои металлической фольги друг с другом, образовав композитную структуру, в результате чего толщина композитной структуры будет меньше суммы начальных толщин усиливающего слоя, первого слоя металлической фольги и второго слоя металлической фольги. Соответственно, этап соединения давлением не только соединяет слои друг с другом, но и уменьшает (предпочтительно существенно уменьшает) толщину структуры в целом. Усиливающий слой помогает сохранить структурную целостность структуры на этапе соединения. Он также облегчает обращение с композитом после его образования, повышая прочность всей структуры. Соответственно, полученный металлофольговый электрод имеет достаточную жесткость, чтобы с ним было относительно легко обращаться при меньшем риске свертывания фольги или скручивания назад вокруг самой себя, поломки или разрыва.

[0030] Предпочтительно, этапы соединения давлением вызывают течение металла в поры пористой подложки таким образом, что появляется контакт металл-металл сквозь поры усиливающего слоя. Этот контакт металл-металл улучшает характер соединения (связи) по усиливающей подложке и, следовательно, по композитной структуре.

[0031] Этап соединения давлением можно осуществить простым прессованием или, предпочтительно, каландрированием. В предпочтительном варианте воплощения слои спрессовывают между вальцами один или более раз, например от 2 до 10 раз, предпочтительно от 3 до 6 раз, более предпочтительно 4-5 раз. Преимущественно, перфорационные отверстия в усиливающем слое позволяют ему вытягиваться вместе со слоями металлической фольги, когда они сжимаются и становятся более тонкими. Следует понимать, что площадь поверхности каждого слоя металлической фольги будет увеличиваться по мере его сжатия и утоньшения аналогично кондитерскому тесту, когда его раскатывают. Усиливающий слой и первый и второй слои металлической фольги предпочтительно каландрируют вместе за один этап, образуя композитную структуру. При желании полученную композитную структуру можно затем каландрировать еще один или более раз.

[0032] Когда применяется этап каландрирования, вальцы типично выбирают имеющими низкую адгезию к литию или натрию. Вальцы могут быть сделаны из стекла, керамики, гранита, базальта, яшмы или других минералов. Давление, прикладываемое к вальцам, будет зависеть от их диаметра.

[0033] Для облицовки вальцов может использоваться лист материала, такого как полипропилен, чтобы предотвратить прилипание композита к вальцам.

[0034] Этап соединения давлением может быть осуществлен при комнатной температуре или при повышенной температуре, например вплоть до 180°C. Подходящий диапазон температур составляет от 20 до 160°C, предпочтительно от 60 до 120°C. При нагревании металлической фольги она может размягчаться, что облегчает ее течение на этапе соединения давлением. Это может заставить металл легче затекать в поры усиливающего слоя/подложки, способствуя контакту металл-металл через усиливающий слой/подложку и упрочняя соединение по композитной структуре. Этап соединения давлением предпочтительно осуществляют при температуре менее 50°C, предпочтительно менее 30°C, например менее 20°C ниже температуры плавления металлической фольги. Когда металлическая фольга является литиевой металлической фольгой, этап соединения давлением может осуществляться при температуре вплоть до 180°C, например от 130 до 180°C, предпочтительно от 160 до 180°C. Когда металлическая фольга является натриевой металлической фольгой, этап соединения давлением может осуществляться при температуре вплоть до 98°C, например от 40 до 98°C, предпочтительно от 60 до 98°C. Этап соединения давлением предпочтительно осуществляют в атмосфере с пониженным содержанием водяного пара, предпочтительно в сухой атмосфере и/или инертной атмосфере.

[0035] Для соединения слоев могут прикладываться давления от 100 Н до 4000 кН, предпочтительно от 1 кН до 1000 кН или, более предпочтительно, от 10 кН до 100 кН.

[0036] Преимущественно, усиливающий слой прилегает к и находится в непосредственном контакте с первым и вторым слоями металлической фольги. Предпочтительно, слои могут быть соединены друг с другом давлением таким образом, чтобы поры или перфорационные отверстия в усиливающем слое были по меньшей мере частично заполнены металлом из первого и/или второго слоев металлической фольги. По сути, первый и второй слои металлической фольги могут контактировать друг с другом через поры или перфорационные отверстия. Преимущественно, это может упрочнить соединение между слоями, обеспечивая целостную структуру.

[0037] Как обсуждалось выше, слой металлической фольги может быть образован из лития и/или натрия (например, металла или сплава). Эти металлы/сплавы предпочтительно являются пластичными и способны к пластической деформации при приложении давления. Предпочтительно используется металлический литий или литиевый сплав.

[0038] Слой металлической фольги может иметь начальную толщину от 5 до 500 микрон, предпочтительно от 50 до 400 микрон, более предпочтительно от 80 до 300 микрон, например от 100 до 200 микрон. Будучи соединенным как часть композита, каждый слой металлической фольги может иметь толщину, которая, например, по меньшей мере на 25% меньше, предпочтительно по меньшей мере на 50% меньше, более предпочтительно по меньшей мере на 75% меньше его начальной толщины. Типичные толщины лежат в диапазоне от 5 до 60 микрон, например от 20 до 50 микрон. Слои металлической фольги, помещенные на любую сторону усиливающего слоя, могут иметь или не иметь одинаковые начальные толщины.

[0039] Усиливающий слой может быть образован из любой подходящей пористой подложки. Усиливающий слой может по существу состоять или состоять исключительно из пористой подложки. Подложка может быть образована из пористого по своей природе материала. Альтернативно или дополнительно, поры можно создать в подложке, например, путем пробивания в ней отверстий механическими средствами. Подходящие подложки являются химически инертными и предпочтительно обладают способностью к пластической деформации под действием давления. Это важно, так как электрод по настоящему изобретению получают, помещая усиливающий слой между двумя листами металлической фольги и затем прикладывая давление, чтобы вытянуть получающийся композит, например, путем каландрирования. Во время и после этого этапа вытяжки важно, чтобы усиливающий слой сохранял свою структурную целостность и механическую прочность. Предпочтительно, усиливающий слой образован из волокнистого материала (т.е. материала, образованного из волокон). Волокнистый материал может быть тканым или нетканым. Волокнистый материал предпочтительно образован из волокон непроводящего материала, такого как полимерные волокна. Предпочтительно, волокна пластически деформируются под давлением, сохраняя свою целостность и механическую прочность. Примеры включают нетканое полотно, тканое полотно (ткань) и сетку (например, полимерную сетку). Подходящие полотна включают полимерные полотна, такие, как полотна из полиалкилена, полиамидов (капрона) и нейлона. Предпочтительно полипропиленовое полотно. Наиболее предпочтителен нетканый полипропилен. Особенно предпочтительны неметаллические и/или непроводящие усиливающие слои. Не желая связывать себя какой-либо теорией, полагают, что это связано с тем, что любые металлические или проводящие усиливающие материалы могут оказаться под воздействием электролита во время циклирования аккумулятора и стать центром роста дендритов.

[0040] В предпочтительном варианте воплощения усиливающий слой может содержать или может быть образован из материала, имеющего плотность ниже 6 г/см3, предпочтительно ниже 4 г/см3, более предпочтительно ниже 2 г/см3, а еще более предпочтительно ниже 1,5 г/см3. В одном варианте воплощения усиливающий слой может содержать или может быть образован из материала, имеющего плотность по меньшей мере 0,5 г/см3, предпочтительно по меньшей мере 0,7 г/см3, более предпочтительно по меньшей мере 0,8 г/см3, а еще более предпочтительно по меньшей мере 0,9 г/см3. В предпочтительной варианте воплощения усиливающий слой имеет плотность от 1 до 1,2 г/см3. Используя материал с относительно низкой плотностью, можно уменьшить общую массу аккумулятора, что повышает удельную энергию аккумулятора.

[0041] Усиливающий слой предпочтительно является непроводником. Предпочтительно, усиливающий слой содержит или образован из материала, имеющего удельное электрическое сопротивление (Ом⋅м) при 20°C по меньшей мере 100, предпочтительно по меньшей мере 1×105, более предпочтительно по меньшей мере 1×1010, еще более предпочтительно по меньшей мере 1×1012, еще более предпочтительно по меньшей мере 1×1014 Ом⋅м при 20°C. Например, усиливающий слой содержит или образован из материала, имеющего удельное электрическое сопротивление по меньшей мере 1×1014, предпочтительно по меньшей мере 1×1016 Ом⋅м при 20°C.

[0042] Подложка (усиливающий слой) может иметь поры (или перфорационные отверстия) с начальным средним размером от 1 до 300 микрон, предпочтительно от 100 до 200 микрон. Эти поры типично увеличиваются в размере, например, когда подложку соединяют давлением, в частности путем каландрирования.

[0043] Усиливающий слой может иметь начальную толщину от 5 до 500 микрон, предпочтительно от 50 до 400 микрон, более предпочтительно от 80 до 300 микрон, например от 100 до 200 микрон. Будучи соединенным как часть композита, усиливающий слой может иметь толщину, которая, например, по меньшей мере на 25% меньше, предпочтительно по меньшей мере на 50% меньше, более предпочтительно по меньшей мере на 75% меньше его начальной толщины. Типичный диапазон толщин составляет от 5 до 60 микрон, например от 20 до 50 микрон.

[0044] Сумма начальных толщин усиливающего слоя и первого и второго слоев металлической фольги может составлять от 50 до 1500 микрон, предпочтительно от 100 до 800 микрон. Будучи соединенным, композит может иметь толщину менее 100 микрон, например от 20 до 60 микрон. В одном варианте воплощения сумма начальных толщин усиливающего слоя и первого и второго слоев металлической фольги составляет 200 микрон, а после соединения она снижается до 50 микрон. Предпочтительно, толщина соединенного композита составляет от 30 до 80 микрон, более предпочтительно от 40 до 60 микрон.

[0045] При сборке элемента можно помесить сепаратор в контакте с одной или обеими сторонами металлофольгового электрода. Если сепаратор используется, его предпочтительно не соединяют (например, не соединяют давлением) с поверхностью металлофольгового электрода. В одном варианте воплощения предусмотрен электродный блок, содержащий анод, катод и расположенный между ними сепаратор, причем анод является вышеописанным металлофольговым электродом. Между анодом и катодом может иметься электролит. Сепаратор может находиться в физическом контакте с анодом и/или катодом. Однако предпочтительно он не соединен, например, давлением с поверхностью металлофольгового электрода. Электродный блок или пакет электродных блоков могут быть герметично изолированы в корпусе, причем соединительные выводы электродов доступны для приложения разности потенциалов между анодом(ами) и катодом(ами).

[0046] Согласно следующему аспекту настоящего изобретения предложен электрохимический элемент, содержащий вышеописанный металлофольговый электрод.

[0047] Электрохимический элемент может быть первичным источником тока. Однако предпочтительно, чтобы электрохимический элемент был вторичным источником тока (аккумулятором).

[0048] Электрохимический элемент может включать в себя металлофольговый электрод в качестве анода элемента. Если электрохимический элемент содержит более одного анода, все аноды элемента могут быть металлофольговым электродом.

[0049] Электрохимический элемент может содержать по меньшей мере один анод и по меньшей мере один катод в электролите. Анод предпочтительно является вышеописанным металлофольговым электродом. Элемент может содержать множество анодов и множество катодов. Предпочтительно, все аноды элемента образованы из металлофольгового электрода. Между анодом и катодом может быть помещен сепаратор. Сепаратор может находиться в контакте с анодом и/или катодом, но предпочтительно он не соединен, например, давлением с анодом и/или катодом. Элемент может быть герметизирован в корпусе, причем вывод по меньшей мере одного из анодов и по меньшей мере одного из катодов доступен для заряда и/или разряда элемента.

[0050] Если он используется, сепаратор может быть образован из электроизоляционного материала. Примеры включают полиэтилен, полипропилен, полиамиды, стеклоткань и т.д.

[0051] Металлофольговый электрод может быть электродом, используемым в любой подходящей литиевой батарее. Примеры подходящих литиевых батарей включают батареи с катодами на основе соединений переходных металлов, таких как оксиды, сульфиды или галогениды переходных металлов. Частные примеры включают аккумуляторы на Li-MnO2 и Li-FeS2. Другие примеры включают литиевые аккумуляторы, в которых катод выполнен на основе диоксида серы, тионилхлорида, сульфурилхлорида, галогена (например, йода) и монофторида углерода. Частные примеры включают аккумуляторы на Li-SO2, Li-SOCl2, Li-SO2Cl2, Li-(CF)x и Li-I2. В одном варианте воплощения металлофольговый электрод не используется в литий-ионном аккумуляторе. В предпочтительном варианте воплощения электрохимический элемент является литий-серным аккумулятором, содержащим металлофольговый электрод в качестве анода, серосодержащий катод и электролит. Серосодержащий электрод может включать суспензию, содержащую серу. Суспензия может быть осаждена на проводящую пластину, такую как металлическая пластина или фольга. Подходящая пластина или фольга могут быть образованы из алюминия.

[0052] Суспензию можно получить, смешивая элементарную серу с носителем, таким как углеродный носитель. Может также присутствовать связующее, например, полимерное связующее. Подходящие связующие могут быть образованы, например, из по меньшей мере одного из полиэтиленоксида, политетрафторэтилена, поливинилиденфторида, этилен-пропилен-диенового каучука, метакрилата (например, УФ-отверждаемого метакрилата) и сложных дивиниловых эфиров (например, термоотверждаемых дивиниловых эфиров).

[0053] Во всем описании и формуле изобретения данного раскрытия слова "содержит" и "включает", а также их варианты означают "включая, но не ограничиваясь этим", и они не предназначены исключать (и не исключают) присутствие других составляющих, добавок, компонентов, предметов или этапов. Во всем описании и формуле изобретения данного раскрытия единственное число не исключает множественности, если контекст явно не требует иного. В частности, когда используется единственное число, следует понимать, что описание подразумевает как единственность, так и множественность, если контекст не требует иного.

[0054] Следует понимать, что признаки, предметы, характеристики, соединения, химические составляющие или группы, описанные в связи с каким-то конкретным аспектом, вариантом воплощения или примером изобретения, применимы к любому другому описанному здесь аспекту, варианту воплощения или примеру, если только они не являются несовместимыми с ним. Все описанные в данном раскрытии признаки (включая любой пункт прилагающейся формулы изобретения, реферат и рисунки) и/или все этапы любого раскрытого способа или процесса могут сочетаться в любой комбинации за исключением комбинаций, в которых по меньшей мере некоторые из таких признаков и/или этапов являются взаимоисключающими. Изобретение не ограничено подробностями любого из приведенных выше вариантов воплощения. Изобретение распространяется на любой новый из признаков или любую новую совокупность признаков, раскрытых в данном документе (включая любой пункт прилагающейся формулы изобретения, реферат и рисунки), или на любой новый из этапов или любую новую комбинацию этапов любого описанного здесь способа или процесса.

[0055] Внимание читателя обращается на все статьи и документы, которые были поданы одновременно с или ранее данного раскрытия изобретения в связи с настоящей заявкой и которые находятся в открытом доступе в связи с данным раскрытием, причем содержание всех таких статей и документов включено сюда по ссылке.

Пример

[0056] В этом примере лист фольги Li толщиной 60 мкм армировали с использованием нетканого листа полипропилена (ПП), имеющего толщину 45 мкм. Композит Li/ПП/Li, имеющий начальную толщину 220 мкм, помещали между листами полипропиленовой пленки и прокатывали, используя стальные вальцы, на плющильном прессе (DRM 100/130, Durston, зазор между вальцами регулировали, устанавливая скорость вращения вальцов с металлическими стенками на 2,04 см/с). Листы полипропиленовой пленки использовали, чтобы предотвратить прилипание композита Li/ПП/Li к стальным вальцам. Условия и результаты прокатки показаны в таблице ниже. Фигура 1 показывает снимок композита до и после прокатки.

[0057]

Зазор между вальцами, мкм % от толщины фольги Li (от конечного значения) Зазор между вальцами во время прокатки, мкм Размер фольги Li Толщина,
мкм
Длина, мм Ширина, мм Точка росы,
°C
1 200 - - начальный
конечный
220
190
60
66
60
60
-46
разность -30 +6 0
2 180 - - начальный
конечный
190
170
66
72
60
60
разность -20 +6 0
3 150 - - начальный
конечный
170
150
72
84
60
60
разность -20 +12 0
4 120 - - начальный
конечный
150
125
84
100
60
60
разность -25 +16 0
5 100 - - начальный
конечный
125
95
100
124
60
60
разность -30 +24 0
6 80 - - начальный
конечный
95
75
124
149
60
60
-46
разность -20 +25 0
70 - - начальный
конечный
75
65
149
169
60
60
разность -10 +20 0
8 60 - - начальный
конечный
65
60
169
188
60
60
разность -5 +19 0

1. Металлофольговый электрод, содержащий:

i) усиливающий слой, образованный из непроводящей пористой подложки, и

ii) первый и второй слои металлической фольги, выполненной содержащей литий и/или натрий,

причем усиливающий слой расположен между первым и вторым слоями металлической фольги и соединен с ними с образованием композитной структуры, имеющей толщину 100 микрон или менее.

2. Металлофольговый электрод по п. 1, причем композитная структура имеет толщину 60 микрон или менее.

3. Металлофольговый электрод по п. 1, причем металлическая фольга образована из металлического лития.

4. Металлофольговый электрод по п. 1, причем непроводящая пористая подложка образована из непроводящего материала.

5. Металлофольговый электрод по п. 1, причем непроводящая пористая подложка образована из волокнистого материала.

6. Металлофольговый электрод по п. 5, причем волокнистый материал является материалом, образованным из полимерных волокон.

7. Металлофольговый электрод по п. 1, причем непроводящая пористая подложка образована из материала, выбранного из по меньшей мере одного из нетканого полотна, тканого полотна и полимерной сетки.

8. Металлофольговый электрод по п. 7, причем нетканое или тканое полотно не содержит металла.

9. Металлофольговый электрод по п. 7, причем непроводящая пористая подложка образована из нетканого полипропиленового полотна.

10. Металлофольговый электрод по п. 1, причем усиливающий слой имеет плотность меньше 6 г/см3.

11. Электрохимический элемент, содержащий металлофольговый электрод по любому из предыдущих пунктов.

12. Электрохимический элемент по п. 11, который является литий-серным аккумулятором, содержащим металлофольговый электрод в качестве анода, серосодержащий катод и электролит.

13. Электрохимический элемент по п. 11, причем элемент является обратимым электрохимическим элементом.

14. Способ формирования металлофольгового электрода, включающий:

обеспечение усиливающего слоя, образованного из непроводящей пористой подложки,

обеспечение первого и второго слоев металлической фольги, выполненной из лития и/или натрия,

помещение усиливающего слоя между упомянутыми первым и вторым слоями металлической фольги, и

приложение давления для соединения слоев друг с другом с образованием композитной структуры,

при этом толщина композитной структуры по меньшей мере на 25% меньше суммы начальных толщин усиливающего слоя, первого слоя металлической фольги и второго слоя металлической фольги.

15. Способ по п. 14, причем металлофольговый электрод является электродом по любому из пп. 1-10.

16. Способ по п. 14, который дополнительно включает этап резки композитной структуры.

17. Способ по п. 14, причем толщина композитной структуры по меньшей мере на 50% меньше суммы начальных толщин усиливающего слоя, первого слоя металлической фольги и второго слоя металлической фольги.

18. Способ по п. 17, причем толщина композитной структуры по меньшей мере на 75% меньше суммы начальных толщин усиливающего слоя, первого слоя металлической фольги и второго слоя металлической фольги.

19. Способ по п. 14, причем толщина композитной структуры меньше суммы начальных толщин первого слоя металлической фольги и второго слоя металлической фольги.

20. Способ по п. 19, причем толщина композитной структуры меньше начальной толщины первого слоя металлической фольги или второго слоя металлической фольги.

21. Способ по п. 14, который дополнительно включает применение электрода в качестве анода электрохимического элемента.

22. Способ по п. 14, причем этап соединения давлением осуществляют путем совместного каландрирования слоев с образованием композитной структуры.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к электротехнике, а именно к производству свинцово-кислотных аккумуляторов и аккумуляторных батарей, и может найти использование при их изготовлении.

Изобретение относится к электротехнике, к способам изготовления электрода свинцово-кислотного аккумулятора. .

Изобретение относится к области энергетики и может быть использовано для автономного обеспечения электроэнергией как отдельных приборов, механизмов и машин, так и крупных жилых и производственных объектов.

Изобретение относится к технологии получения материала на основе смешанного оксида лития и марганца со структурой шпинели для использования его во вторичных батареях.

Изобретение относится к электродам свинцово-кислотных аккумуляторных батарей и способам их получения. В частности, электроды содержат активный аккумуляторный материал для свинцово-кислотной аккумуляторной батареи, причем поверхность электрода снабжена слоем покрытия, содержащим углеродную смесь из композитных углеродных частиц, при этом каждая из композитных углеродных частиц содержит частицу первого конденсаторного углеродного материала и частицу второго электропроводящего углеродного материала, при этом размеры частиц первого материала значительно больше, чем у частиц второго электропроводящего углеродного материала, и по меньшей мере 20 % поверхности частиц первого конденсаторного материала покрыто частицами второго электропроводящего углеродного материала.

Изобретение относится к способу изготовления композитного катодного материала. Способ включает следующие стадии: получение гидрогеля или ксерогеля V2O5; выдержка в герметичном тефлоновом автоклаве при температуре 130-200°C и давлении 100-600 МПа в течение суток смеси, содержащей гидрогель или ксерогель V2O5, и углеродного материала с получением композиционного материала, содержащего наностержни V2O5 в оболочке из графена; центрифугирование полученного композиционного материала; промывка композиционного материала; сушка композиционного материала при температуре 50°C.

Изобретение относится к способу получения высокоемких анодных материалов на основе соединений включения лития в графитную спель и способу изготовления из них отрицательных электродов для литий-ионных аккумуляторов.

Изобретение относится к области электротехники, а именно к способу получения поверхностно-модифицированного литированного оксида кобальта (LiCoO2), используемого в качестве катодного материала для литий-ионных аккумуляторов.

Изобретение относится к анодному материалу с покрытием и к аккумулятору с металлическим анодом с покрытием. Техническим результатом изобретения является увеличение емкости и количества циклов перезарядки аккумулятора.

Изобретение относится к активному материалу отрицательного электрода для литий-ионной вторичной батареи, содержащему сплав, содержащий Si в диапазоне от 31% по массе или более до 50% по массе или менее, Sn в диапазоне от 16% по массе или более до 41% по массе или менее, Al в диапазоне от 24% по массе или более до 43% по массе или менее и неизбежные примеси в качестве остатка.

Изобретение относится к области электротехники, а именно к аккумуляторной батарее с неводным электролитом, которая содержит положительный электрод с активным материалом положительного электрода, способного на введение и отделение анионов, отрицательный электрод с активным материалом отрицательного электрода, способного на накопление и высвобождение металлического лития, или ионов лития, или их обоих; и неводный электролит, образованный растворением соли лития в неводном растворителе, при этом аккумуляторная батарея с неводным электролитом содержит твердую соль лития при 25°C и разрядном напряжении 4,0 В.

Катодная фольга для твердотельного электролитического конденсатора предназначена для повышения емкости, снижения эквивалентного последовательного сопротивления (ESR) и тока утечки, усиления термостойкости и снижения себестоимости производства, в то же время с повышением удельной мощности, реализацией быстрой зарядки-разрядки и улучшением характеристик ресурса в элементе для аккумулирования электрической энергии, таком как вторичная батарея, конденсатор с двойным электрическим слоем и гибридный конденсатор.

Изобретение относится к области электротехники, а именно к неводному электрохимическому элементу, имеющему термостойкое покрытие на по меньшей мере одном из отрицательного электрода, положительного электрода и сепаратора, если он предусматривается.

Изобретение относится к способу вакуумно-дугового нанесения на подложку покрытия из каталитически активного материала и к подложке, полученной указанным способом.
Изобретение относится к области электротехники, а именно к способу изготовления гидрофобизированного катализатора, используемого в электродах топливного элемента (ТЭ) для прямого преобразования химической энергии в электрическую.
Наверх