ES2627670T3 - Método para fabricar celdas de iones litio de formato grande - Google Patents

Método para fabricar celdas de iones litio de formato grande Download PDF

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Abstract

Un método para fabricar una celda electroquímica (2a, 2b) que contiene iones litio, recargable y de formato grande, comprendiendo el método las etapas de: a. proporcionar al menos un ánodo (10), al menos un cátodo (20) y al menos un separador (30) entre el al menos un ánodo (10) y el al menos un cátodo (20), en donde el al menos un cátodo, el al menos un ánodo y el al menos un separador tienen al menos una dimensión de 100 mm o más; y b. llenar un electrolito (4) entre el ánodo (10) y el cátodo (20) en una única etapa de llenado, comprendiendo el electrolito: i. al menos una sal conductora que comprende iones litio, ii. al menos un disolvente y iii. al menos un agente humectante seleccionado del grupo que comprende fluoropolímeros o tensioactivos fluorados, en donde la concentración del al menos un agente humectante en el electrolito es de 5 ppm a 5000 ppm, en el que el llenado del electrolito entre el ánodo y el cátodo se realiza bajo vacío a una presión de 10 a 500 mbares abs.

Description

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DESCRIPCION
Metodo para fabricar celdas de iones litio de formato grande
La presente divulgacion se refiere a celdas y baterlas electroqulmicas recargables que contienen iones litio y a un metodo de fabricacion de las mismas. En particular, la presente divulgacion se refiere a un electrolito para una celda electroqulmica de formato grande y a un metodo para llenar el electrolito en la celda electroqulmica usada en baterlas recargables que contienen iones litio.
Las baterlas recargables que contienen iones litio, tambien llamadas baterlas secundarias de iones litio o baterlas de iones litio, son ventajosas debido a sus grandes capacidades, su prolongado tiempo de vida, la ausencia de un efecto de memoria y se han utilizado ampliamente para aplicaciones de tamano pequeno. Las baterlas recargables que contienen litio son ampliamente utilizadas en muchas aplicaciones y se ha demostrado que son particularmente utiles en telefonos moviles, ordenadores moviles y otros dispositivos electronicos.
El uso de las baterlas recargables que contienen ion litio, sin embargo, se limita actualmente a celdas mas pequenas con capacidades limitadas. Hasta el momento solo se han presentado en el mercado unas pocas baterlas de litio a gran escala, aunque hay una necesidad creciente de baterlas de litio a gran escala y de gran capacidad, por ejemplo para el uso en vehlculos electricos o como amortiguadores o almacenamiento de energla en centrales electricas de energla verde, tales como granjas solares o parques eolicos. El almacenamiento de grandes cantidades de electricidad se esta convirtiendo en una necesidad creciente de futuras soluciones energeticas.
Sin embargo, la fabricacion de baterlas que contienen litio de formato grande no ha sido posible de una manera que permita una produccion en masa rentable de las celdas de litio de formato grande. Los actuales procesos de produccion consumen mucho tiempo, principalmente debido al tiempo de llenado del electrolito en la celda y no permiten una produccion rentable de celdas o baterlas electroqulmicas que contienen litio de formato grande.
El documento WO 02/091497 describe agentes tensioactivos no ionicos como aditivos al electrolito en baterlas de iones litio. Estos aditivos se utilizan principalmente para mejorar las propiedades de impedancia de la baterla. El documento no se refiere a acelerar el llenado del electrolito en una celda electroqulmica.
El documento WO 2010/004012 se refiere a la movilidad de iones en electrolitos ionicos-llquidos. Este documento sugiere el uso de sulfatos de alquilo como tensioactivos anionicos en los llquidos de electrollticos ionicos para mejorar la movilidad cationica.
Es un objetivo de la presente invencion mejorar la fabricacion de celdas electroqulmicas.
Sumario de la invencion
La invencion se refiere a un metodo para fabricar una celda electroqulmica que contiene iones litio, recargable y de formato grande. El metodo comprende proporcionar al menos un anodo, al menos un catodo y al menos un separador entre el al menos un anodo y el al menos un catodo, en el que el al menos un catodo, el al menos un anodo y el al menos un separador tienen al menos una dimension de 100 mm o mas y llenar un electrolito entre el anodo y el catodo en una unica etapa de llenado, en el que el electrolito comprende al menos una sal conductora que comprende iones litio, al menos un disolvente y al menos un agente humectante seleccionado del grupo que comprende fluoropollmeros o tensioactivos fluorados, en el que la concentracion del al menos un agente humectante en el electrolito es de 5 ppm a 5000 ppm, en el que el llenado del electrolito entre el anodo y el catodo se realiza al vaclo a una presion de 10 a 500 mbar abs.
El uso del agente humectante en el electrolito permite un llenado mas rapido de la celda electroqulmica. El uso del agente humectante en el electrolito permite el llenado de celdas electroqulmicas de formato grande, incluso con pequenas distancias entre el anodo y el catodo. La cantidad de tiempo necesaria para llenar el electrolito en la celda electroqulmica entre el al menos un anodo y el al menos un catodo se reduce considerablemente. El uso del agente humectante en el electrolito permite una distribution homogenea del electrolito entre el al menos un anodo y el al menos un catodo, en particular sin burbujas de gas u otras incompatibilidades.
Una celda electroqulmica de formato grande puede tener al menos una dimension de aproximadamente 100 mm o mas. Por ejemplo, al menos uno de un catodo, un anodo y un separador entre el anodo y el catodo puede tener al menos una dimension de aproximadamente 100 mm o mas, por ejemplo un area de aproximadamente 0,01 m2o mas. La presente invencion hace posible la fabricacion de celdas electroqulmicas mucho mas grandes.
El al menos un anodo y el al menos un catodo de la celda electroqulmica pueden disponerse a una distancia de aproximadamente 1 mm o menos, en particular de 0,5 mm o menos. El al menos un anodo y/o el al menos un catodo pueden tener un espesor de aproximadamente 100 pm o menos, por ejemplo 50 pm o menos, permitiendo as! la fabricacion de espacio y material de celdas electroqulmicas reducidas con capacidades altas.
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La sal conductora que comprende iones litio puede ser o puede comprender al menos uno de LiPF6, LiClO4,, LiBF4, LiAsF6 y LiPF3(CF2CF3), electrolitos basados en borato de bis[1,2-oxalato(2-)-O,O'] litio (LiBOB), tris (pentafluoroetil) trifluorofosfato de litio Li[(C2F5)3PF3] LiFAP corto, LiF4C2O4, LiFOP, LiPF4(C2O4), LiF4OP, LiCF3 SO3, LiC4F9SO3, Li(CF3SO2)2N, Li(C2FsSO2)2 N, LiSCN y LiSbF6, trifluorometanosulfonato de litio ("triflato de Li"), litiumimida (Litio-bis (perfluoralquilsulfonil)-imida) as! como litiometida (Litio-tris (perfluoralquilsulfonil) metida), LiIm(BF3)2, LiTDI, LiPDI y LiHDI de alto voltaje (sales de litio 2-perfluoroalquilo-4,5-dicianoimidazol), LiAlO4, LiAlCl4, LiCl y LiI y similares.
El al menos un agente humectante puede ser o puede comprender un fluoro pollmero. Ejemplos posibles para fluoropollmeros comprenden etoxilatos de alquilo perfluorados disponibles comercialmente, tales como Zonyl SFO, Zonyl SFN y Zonyl SF300 (E. I. DuPont). Litio-3-[(1H,1H,2H,2H-fluoralquil)tio]-propionato, Zonyl FSA ©, DuPont). Otros fluoropollmeros que se pueden usar con la presente divulgacion comprenden pollmero acrllico semifluorado EGC-1700, fluorometacrilato, perfluoroacrilatos de cadena larga, tetrafluoroetileno, hexafluoropropileno, agente de acoplamiento de silano con perfluoropolieter (PFPE-S), pollmeros acrllicos que contienen metacrilato de (perfluoroalquil)etilo, metacrilato de butilo-co-acrilato de perfluoroalquilo, copollmero dibloque de fluorocarbono semifluorado metacrilato de poli(butilo)-co-acrilato de perfluoroalquilo), n-perfluorononano, oxido de perfluoropropileno, politetrafluoroetileno, poli)tetrafluoroetileno-co-hexafluoropropileno), perfluorobutilo (PFB), perfluorometilo, perfluoroetilo o una combination de los mismos.
El al menos un agente humectante puede ser o comprender un tensioactivo ionico, en particular un tensioactivo anionico, tal como un tensioactivo fluorado. Los ejemplos disponibles comercialmente de tensioactivos fluorados que pueden usarse con la presente divulgacion comprende, aunque sin limitaciones a los mismos, tensioactivos fluorados distribuidos por DuPont bajo el nombre de producto Zonyl SFK, Zonyl SF-62 o distribuidos por 3M Company bajo el nombre de producto FLURAD FC 170, FC 123 o L-18699a. El uso de un tensioactivo no ionico tiene la ventaja de un excelente control de la humectacion, la nivelacion y el electrolito del flujo en diversos disolventes organicos. Los tensioactivos no ionicos reducen drasticamente la tension superficial y mejoran la humectacion del electrodo en terminos de reduction de la tension superficial a concentraciones extremadamente bajas. En un sistema de dos fases, por ejemplo, llquido-llquido o solido-llquido, un tensioactivo tiende a situarse en la interfase de las dos fases, donde introduce un grado de continuidad entre los dos materiales diferentes.
Otros productos disponibles comercialmente que se pueden usar como tensioactivo fluorado comprenden productos de 3M Company distribuidos bajo el nombre de producto Novec F-C4300, 3M FC-4430, 3M FC-4432 o 3M Fc-4434.
El al menos un agente humectante se puede proporcionar en el electrolito a una concentration final de aproximadamente 5000 ppm (partes por millon) o menos, en particular en una concentracion de aproximadamente 500 ppm o menos para limitar la formation de espuma. (Al menos un agente humectante puede proporcionarse en el electrolito a una concentracion final de aproximadamente 5 ppm o mas, en particular de aproximadamente 50 ppm o mas. Se ha descubierto que estas concentraciones dan buenos resultados con respecto al llenado rapido y homogeneo del electrolito en una celda preensamblada.
El disolvente puede ser un disolvente no acuoso. El disolvente no acuoso puede comprender cualquier combinacion de llquidos ionicos. El disolvente no acuoso puede comprender al menos uno de un carbonato clclico, un ester clclico, un carbonato lineal, eter o una combinacion de los mismos. El disolvente no acuoso puede ser un disolvente organico que comprende al menos un disolvente seleccionado del grupo que consiste en carbonato de propileno (PC), carbonato de etileno (EC), carbonato de dietilo (DEC), carbonato de dimetilo (DMC), carbonato de dipropilo (DPC), dimetilsulfoxido, acetonitrilo, dimetoxietano, dietoxietano, tetrahidrofurano, N-metil-2-pirrolidona (NMP), carbonato de etilmetilo (EMC), carbonato de metilpropilo (MPC), carbonato de fluoroetileno (FEC), Y-butirolactona (GBL), formiato de etilo, formiato de propilo, acetato de metilo, acetato de etilo, acetato de propilo, acetato de pentilo, propionato de metilo, propionato de etilo, propionato de propilo, propionato de butilo, carbonato de 1,2-butileno, carbonato de 2,3butileno, carbonato de 1,2-pentileno y carbonato de 2,3-pentileno o una combinacion de los mismos.
Breve descripcion de las figuras
La siguiente descripcion da ejemplos de realizaciones de la presente divulgacion y se hace con respecto a las figuras adjuntas de una manera puramente ilustrativa y no limitante, en la que:
las figuras 1a y 1b muestran un ejemplo de una celda electroqulmica:
la figura 2a muestra un segundo ejemplo de una celda electroqulmica y la figura 2b muestra como se pueden
apilar celdas electroqulmicas para formar una baterla;
la figura 3 muestra el llenado de una baterla que comprende una pluralidad de celdas electroqulmicas apiladas
con electrolito;
la figura 4 muestra la baterla llena.
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Descripcion detallada
La figura 1 muestra un ejemplo de una celda eiectroqulmica 2 que se puede usar con la presente divulgacion. La celda electroqulmica 2 comprende dos electrodos, un anodo 10 y un catodo 20. El anodo 10 y el catodo 20 estan separados por un separador 30. El anodo 10 y el catodo 20 pueden estar hechos de cualquier material conocido en la tecnica de las celdas electroqulmicas. Por ejemplo, el anodo 10 puede comprender un colector y un recubrimiento de carbono o grafito u oxido de titanato de litio o cualquier otra aleacion metalica de litio, pero el anodo no esta limitado a tales materiales. El colector puede estar hecho de cobre, aluminio, acero inoxidable, titanio o cualquier otro material conocido en la tecnica. El catodo 20 puede comprender un colector catodico hecho de aluminio, acero inoxidable, titanio o cualquier otro material conocido en la tecnica y puede comprender una capa de oxido metalico, tal como oxido de aluminio u otros materiales conocidos en la tecnica, tales como oxido de cobalto de litio u otros oxidos metalicos, pero no limitados a tales materiales.
El anodo 10 y el catodo 20 tienen contactos electricos 12, 22 para contactar electricamente con el electrodo respectivo.
El separador 30 puede ser un separador de ceramica como se conoce en la tecnica. Sin embargo, la invencion no se limita a los materiales anteriores y, con la presente divulgacion, puede utilizarse cualquier electrodo o material separador conocido, tal como, por ejemplo, materiales basados en poliolefina o basados en poliester.
La celda electroqulmica 2a puede ser una celda electroqulmica de formato grande. Una celda electroqulmica puede denominarse celda electroqulmica de formato grande si al menos uno de los electrodos 10, 20 y el separador 30 entre los electrodos tienen una longitud A y/o una anchura B de al menos aproximadamente 10 cm o mas. Por ejemplo, la longitud A y la anchura B de los electrodos 10, 20 pueden ser de aproximadamente 10 a aproximadamente 30 cm. La longitud A puede ser diferente de la anchura B que permite formas rectangulares o cualquier otra forma deseada. La forma del electrodo se puede adaptar a la aplicacion de baterla o celda electroqulmica y puede adaptarse a un alojamiento particular.
En el ejemplo ilustrado, la distancia D entre el anodo 10 y el catodo 20 es inferior a 1 mm. Por ejemplo, la distancia entre un colector anodico del anodo 10 y un conector catodico del catodo 20 puede ser de aproximadamente 400 pm o inferior.
Cada uno de los electrodos 10, 20 del anodo 10 y el catodo 20 pueden estar hechos de un material de papel de aluminio de un espesor de aproximadamente menos de 50 pm. En particular, los papeles de aluminio pueden tener un espesor de aproximadamente 10 a 20 pm. Por ejemplo, se puede usar una lamina de aluminio para el catodo 20 y se puede usar una lamina de cobre para el anodo 10.
La celda electroqulmica 2a se llena con un electrolito 4 que esta en contacto con el anodo 10 y el catodo 20.
La figura 2a muestra una celda electroqulmica 2b que difiere de la celda electroqulmica 2a en que a ambos lados del catodo 20 estan dispuestos un separador 30 y un anodo 10. El electrolito 4 se inserta entre cada anodo 10 y el catodo 20. Esto permite un apilamiento mas estrecho de las celdas electroqulmicas 2b en una baterla 1 y requiere menos material catodico. Los contactos electricos 12, 22 se omiten en las figuras por razones de claridad.
Una pluralidad de las celdas electroqulmicas 2a como se muestra en las figuras 1a y 1b o una pluralidad de celdas electroqulmicas 2b como se muestra en la figura 2a pueden apilarse una encima de otra para formar una baterla recargable 1. La figura 2b ilustra como se puede apilar una pluralidad de celdas electroqulmicas 2b en un alojamiento, paquete o bolsa 5. El numero de celdas electroqulmicas 2 apiladas se puede variar de acuerdo con la aplicacion de la baterla 1 recargable. En el ejemplo se muestran tres celdas electroqulmicas 2b con fines ilustrativos apilados para formar una baterla 2 recargable, pero el numero de celdas electroqulmicas 2a, 2b puede ser mucho mayor. Por ejemplo, una baterla 2 puede comprender hasta aproximadamente 500 celdas electroqulmicas 2a, 2b.
Las celdas electroqulmicas 2a, como se muestra en las figuras 1A y 1B, pueden simplemente apilarse una encima de otra y los electrodos 10, 20 pueden separarse entre si usando un material separador.
Sin embargo, otros metodos de apilamiento son tambien posibles y aplicables con la presente invencion. Las figuras 2-4 muestran las celdas electroqulmicas 2b en configuracion bicelular. La celda tambien se puede implementar en configuracion monocelula, configuracion bipolar, como celda enrollada o apilada en Z. Las masas activas o materiales activos pueden recubrirse con un solo lado o a doble cara con el colector. Tambien pueden aplicarse otros metodos de apilamiento, tales como apilamiento alterno de anodos y catodos, cada uno con un material separador entre ellos. Haciendo esto, es posible usar ambas superficies del anodo y del catodo.
La figura 2b muestra una pluralidad de celdas electroqulmicas 2b apiladas en un envase o bolsa 5 en configuracion bicelular, antes de llenar el electrolito en las celdas electroqulmicas 2b.
La figura 3 muestra como el electrolito 4 puede insertarse en las celdas electroqulmicas 2a, 2b. Las celdas
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electroqulmicas 2a, 2b pueden envasarse en una bolsa 5 que esta cerrada en todos los sitios excepto el lado superior 6 usando un aparato dosificador 8 tal como una aguja o similar. La figura 3 muestra una configuracion bicelular de tres pares de celdas electroqulmicas 2b, en las que los contactos 12, 22 se omiten por razones de claridad. El aparato dosificador 8 permite insertar una cantidad predeterminada del electrolito 4 en las celdas electroqulmicas 2a, 2b. La insercion del electrolito 4 en las celdas electroqulmicas 2a, 2b envasadas en la bolsa 5 puede realizarse en condiciones de vaclo, por ejemplo a una presion de aproximadamente 10 a 500 mbares abs. El electrolito 4 puede inyectarse solo desde un lado, simplificando sustancialmente el procedimiento de inyeccion.
Es importante tener una distribucion muy homogenea del electrolito 4 entre el anodo 10 y el catodo 20, en particular, no se produciran burbujas u otros errores entre el anodo 10 y el catodo 20, ya que esto dara lugar a defectos no deseados y menos capacidad de la baterla. El electrolito 4 utilizado en las baterlas que contienen litio 1 puede comprender un disolvente no acuoso, tal como, por ejemplo, un carbonato clclico, un ester clclico, un carbonato lineal, un eter o una combination de los mismos. Se pueden usar otros disolventes organicos.
El electrolito 4 para las baterlas de iones litio 1 tambien comprende sales de litio conductoras, tales como, por ejemplo LiClO4, LiPF6, LiBF4, LiAsF6 and LiPF3(CF2CF3), electrolitos basados en bis [1,2-oxalato(2-)-O,O'] borato de litio (LiBOB), UF4C2O4, LiFOP, LiPF4(C2O4), UF4OP, UCF3 SO3, LiC4FgSO3, Li(CF3SO2)2N, Li(C2FgSO2)2 N, LiSCN and LiSbF6, LiAlO4, LiAlCl4, LiCl y Lil o una combinacion de los mismos. Tambien se pueden usar otras sales de litio conocidas. La concentracion de sal en el electrolito no acuoso puede estar en el intervalo de aproximadamente 0,5 a 2,0 mol/l.
El electrolito 4 comprende un agente humectante. El agente humectante se utiliza para humedecer homogeneamente las superficies de los anodos 10, los catodos 20 y el separador 30 y para obtener una distribucion homogenea del electrolito 4 dentro de las celdas electroqulmicas 2a, 2b. El agente humectante tambien sirve para un llenado rapido de la celda.
El agente humectante tambien permite un llenado unidireccional desde un lado. Una sola etapa de llenado es suficiente para humedecer todas las superficies del separador y los electrodos, incluso en celdas electroqulmicas de formato grande que tienen una longitud A y/o una anchura B de al menos aproximadamente 10 cm o mas.
Las celdas de estado de la tecnica normalmente se templan a temperaturas de aproximadamente 50 a 60 °C durante mas de 12 horas. Se ha descubierto que los tiempos de templado pueden reducirse a menos de aproximadamente 6 horas si se aplica el agente humectante.
El agente humectante puede ser o puede comprender un flouropollmero, en particular un tensioactivo fluorado. Ejemplos posibles para fluoropollmeros comprenden etoxilatos de alquilo perfluorados disponibles comercialmente, tales como Zonyl SfO, Zonyl SFN y Zonyl SF300 (E. I. DuPont). Litio-3-[(1H,1H,2H,2H-fluoralquil)tio]-propionato, Zonyl FSA ©, Du Pont).
Los ejemplos disponibles comercialmente de tensioactivos fluorados que pueden usarse con la presente divulgation comprende, aunque sin limitaciones a los mismos, tensioactivos fluorados distribuidos por DuPont bajo el nombre de producto Zonyl SFK, Zonyl SF-62 o distribuidos por 3M Company bajo el nombre de producto FLURAD FC 170, FC 123 o L-18699A. Otros productos disponibles comercialmente que se pueden usar como tensioactivo fluorado comprenden productos de 3M Company distribuidos bajo el nombre de producto Novec F-C4300, 3M FC-4430, 3M FC-4432 o 3M FC-4434.
Otros agentes humectantes que se pueden usar con la presente divulgacion comprenden pollmero acrllico semifluorado EGC-1700, fluorometacrilato, perfluoroacrilatos de cadena larga, tetrafluoroetileno,
hexafluoropropileno, agente de acoplamiento de silano con perfluoropolieter (PFPE-S), pollmeros acrllicos que contienen metacrilato de (perfluoroalquil)etilo, metacrilato de butilo-co-acrilato de perfluoroalquilo, copollmero dibloque de fluorocarbono semifluorado metacrilato de poli(butilo)-co-acrilato de perfluoroalquilo), n-perfluorononano, oxido de perfluoropropileno, politetrafluoroetileno, poli)tetrafluoroetileno-co-hexafluoropropileno), perfluorobutilo (PFB), perfluorometilo, perfluoroetilo o una combinacion de los mismos.
Uno o mas de los agentes humectantes anteriores pueden usarse solos o en combinacion. Puede aplicarse una combinacion de tensioactivos fluorados no ionicos y anionicos o un tensioactivo fluorado no ionico se puede usar solo.
Los agentes humectantes, fluoropollmeros o tensioactivos fluorados se pueden usar a una concentration de aproximadamente 5 ppm (partes por millon) a aproximadamente 5000 ppm. Se ha descubierto que estas concentraciones dan buenos resultados con respecto al llenado rapido y homogeneo del electrolito en una celda preensamblada. Se ha descubierto que una concentracion del agente humectante de mas de 0,05 % en peso del electrolito aumenta la formacion de espuma, lo que reduce la humectabilidad.
El uso del agente humectante en el electrolito da como resultado una distribucion uniforme y homogenea del electrolito 4 en la celda electroqulmica 2a, 2b. El uso del agente humectante permite reducir considerablemente los
tiempos de llenado y permite fabricar baterlas de iones litio de formato grande en escalas de tiempo aceptables adecuadas para la produccion en masa.
La figura 4 muestra un envase de baterla sellado 1, en el que la abertura 6 de la bolsa 5 se ha cerrado despues de 5 completar el llenado del paquete de baterla 1 con el electrolito 4.
Es obvio para un experto en la materia que existen otras posibilidades aparte de las bolsas 5 para envasar las celdas electroqulmicas 2a, 2b. Por ejemplo, se puede usar un alojamiento de baterla de materiales plasticos conocidos.
10
Es obvio para un experto en la materia que una pluralidad de envases de baterlas 1 pueden combinarse para aumentar la capacidad y/o voltaje de la baterla.
El electrolito de la presente divulgacion se puede usar con cualquier tipo de celdas electroqulmicas y un experto en 15 la materia puede adaptar las propiedades del electrolito a diferentes aplicaciones, es decir, al tamano y al material de las celdas electroqulmicas utilizadas.

Claims (4)

  1. 5
    10
    15
    20
    25
    30
    REIVINDICACIONES
    1. Un metodo para fabricar una celda electroqulmica (2a, 2b) que contiene iones litio, recargable y de formato grande, comprendiendo el metodo las etapas de:
    a. proporcionar al menos un anodo (10), al menos un catodo (20) y al menos un separador (30) entre el al menos un anodo (10) y el al menos un catodo (20), en donde el al menos un catodo, el al menos un anodo y el al menos un separador tienen al menos una dimension de 100 mm o mas; y
    b. llenar un electrolito (4) entre el anodo (10) y el catodo (20) en una unica etapa de llenado, comprendiendo el electrolito:
    i. al menos una sal conductora que comprende iones litio,
    ii. al menos un disolvente y
    iii. al menos un agente humectante seleccionado del grupo que comprende fluoropollmeros o tensioactivos fluorados, en donde la concentracion del al menos un agente humectante en el electrolito es de 5 ppm a 5000 ppm,
    en el que el llenado del electrolito entre el anodo y el catodo se realiza bajo vaclo a una presion de 10 a 500 mbares abs.
  2. 2. El metodo de acuerdo con la reivindicacion 1, en el que la etapa de llenar el electrolito (4) entre el anodo (10) y el catodo (20) comprende inyectar el electrolito (4) desde un lado del al menos un anodo (10), el al menos un catodo (20) y el al menos un separador (30).
  3. 3. El metodo de acuerdo con la reivindicacion 2, que comprende ademas colocar al menos un anodo (10), el al menos un catodo (20) y el al menos un separador (30) en una bolsa (5) con un lado abierto y en donde inyectar el electrolito (4) comprende la inyeccion del electrolito (4) a traves del lado abierto de la bolsa (5).
  4. 4. El metodo de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que la etapa de proporcionar el al menos un anodo, el al menos un catodo y el al menos un separador comprende laminar el al menos un anodo, el al menos un catodo y el al menos un separador entre si.
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Families Citing this family (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9023518B2 (en) * 2012-09-14 2015-05-05 Eaglepicher Technologies, Llc Lithium—sulfur battery with performance enhanced additives
US9083034B2 (en) 2013-03-15 2015-07-14 Ford Global Technologies, Llc Treated battery separator
US20170162907A1 (en) * 2013-03-15 2017-06-08 Wildcat Discovery Technologies, Inc. Electrolyte Solutions for High Energy Cathode Materials and Methods for Use
KR101754513B1 (ko) * 2013-03-15 2017-07-05 와일드캣 디스커버리 테크놀로지스 인크. 고에너지 캐소드 물질용 전해질 용액 및 사용 방법
US9236634B2 (en) 2013-03-15 2016-01-12 Wildcat Discorvery Technologies, Inc. Electrolyte solutions for high cathode materials and methods for use
US9882243B2 (en) 2013-09-26 2018-01-30 Eaglepicher Technologies, Llc Lithium-sulfur battery and methods of reducing insoluble solid lithium-polysulfide depositions
US9455447B2 (en) 2013-09-26 2016-09-27 Eaglepicher Technologies, Llc Lithium-sulfur battery and methods of preventing insoluble solid lithium-polysulfide deposition
US9991493B2 (en) 2013-10-15 2018-06-05 Eaglepicher Technologies, Llc High energy density non-aqueous electrochemical cell with extended operating temperature window
JP6210329B2 (ja) * 2014-12-23 2017-10-11 トヨタ自動車株式会社 リチウムイオン二次電池の製造方法
KR20240015168A (ko) * 2015-05-08 2024-02-02 셀가드 엘엘씨 개선된, 코팅된 또는 처리된 마이크로다공성 전지 분리기, 재충전 가능한 리튬 전지, 시스템, 및 이와 관련된 제조 및/또는 이용 방법
US10700377B2 (en) 2017-01-17 2020-06-30 Samsung Electronics Co., Ltd. Solid electrolyte for a negative electrode of a secondary battery including first and second solid electrolytes with different affinities for metal deposition electronchemical cell and method of manufacturing
KR102477644B1 (ko) * 2017-07-03 2022-12-15 주식회사 엘지에너지솔루션 전해질 첨가제 및 이를 포함하는 리튬 이차전지용 비수전해액
US10840513B2 (en) 2018-03-05 2020-11-17 Samsung Electronics Co., Ltd. Solid electrolyte for a negative electrode of a secondary battery and methods for the manufacture of an electrochemical cell
JP6918036B2 (ja) * 2018-03-23 2021-08-11 株式会社東芝 二次電池、電池パック、車両及び定置用電源
JP7375511B2 (ja) * 2019-12-02 2023-11-08 株式会社Ｇｓユアサ 非水電解質、非水電解質蓄電素子及びその製造方法

Family Cites Families (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6153337A (en) * 1997-12-19 2000-11-28 Moltech Corporation Separators for electrochemical cells
JP2003515251A (ja) * 1999-11-16 2003-04-22 パワーセル コーポレイション キャパシタ
JP2002042891A (ja) * 2000-07-27 2002-02-08 Toshiba Battery Co Ltd 薄型リチウム二次電池
ITMI20010008A1 (it) * 2001-01-03 2002-07-03 Ausimont Spa Additivi per fluoropolieterei per applicazioni elettromagnetiche
KR100446659B1 (ko) 2001-05-09 2004-09-04 주식회사 엘지화학 비이온성 계면활성제를 포함하는 전해액과 이를 이용하는리튬이온 전지
JP4302366B2 (ja) * 2001-07-10 2009-07-22 三菱化学株式会社 非水系電解液及びこれを用いた二次電池
US20030049538A1 (en) * 2001-08-02 2003-03-13 Wolfgang Buerger Electrochemical energy storage device
JP3904935B2 (ja) * 2002-01-29 2007-04-11 三菱化学株式会社 リチウムポリマー二次電池の製造方法
JP2003346765A (ja) * 2002-05-30 2003-12-05 Japan Storage Battery Co Ltd 複合シート及びそれを用いた非水電解質二次電池
KR20060029747A (ko) * 2004-10-01 2006-04-07 삼성에스디아이 주식회사 리튬이온 이차전지용 전해액 및 이를 포함하는 리튬이온이차전지
JP2008535154A (ja) * 2005-03-22 2008-08-28 オクシス・エナジー・リミテッド 硫化リチウム電池およびこれを製造する方法
US20070257062A1 (en) * 2006-05-04 2007-11-08 Richard Kraus Gyrator feeder
JP5234000B2 (ja) * 2007-09-12 2013-07-10 ダイキン工業株式会社 電解液
CN101267033B (zh) * 2008-04-18 2010-09-15 江苏迪欧能源科技有限公司 锂离子电池注液润湿方法
FR2933814B1 (fr) * 2008-07-11 2011-03-25 Commissariat Energie Atomique Electrolytes liquides ioniques comprenant un surfactant et dispositifs electrochimiques tels que des accumulateurs les comprenant
US8795903B2 (en) * 2008-08-19 2014-08-05 California Institute Of Technology Lithium-ion electrolytes containing flame retardant additives for increased safety characteristics
CN101667662A (zh) * 2008-09-01 2010-03-10 北京创亚恒业新材料科技有限公司 一种含表面活性剂的锂离子二次电池电解液
JP2012532419A (ja) * 2009-06-29 2012-12-13 アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド エネルギー貯蔵デバイスにおける３次元銅含有電極の固体電解質界面のためのパッシベーション膜
JP2010062163A (ja) * 2009-12-15 2010-03-18 Sharp Corp 二次電池の製造方法
CN101771167B (zh) * 2010-02-05 2013-09-25 九江天赐高新材料有限公司 一种高容量锂离子电解液、电池以及电池的制备方法

Also Published As

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