ES2955000T3 - Negative electrode for secondary battery - Google Patents
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Abstract
La presente invención se refiere a un electrodo negativo para una batería secundaria. El electrodo negativo para una batería secundaria según la presente invención comprende un colector de corriente de electrodo negativo y un material activo de electrodo negativo acumulado en al menos una porción de la superficie del colector de corriente de electrodo negativo. En el colector de corriente del electrodo negativo se forman múltiples ranuras de recogida de corriente que impiden la desintercalación en las que se acumula el material activo del electrodo negativo. El material activo del electrodo negativo se forma en las superficies laterales internas de la desintercalación que previene las ranuras de recolección de corriente de manera que las partes espaciales que tienen capas de difusión de masa formadas en ellas se forman en la desintercalación que previene las ranuras de recolección de corriente durante un proceso de carga/descarga. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)The present invention relates to a negative electrode for a secondary battery. The negative electrode for a secondary battery according to the present invention comprises a negative electrode current collector and a negative electrode active material accumulated on at least a portion of the surface of the negative electrode current collector. Multiple current collecting slots are formed in the current collector of the negative electrode that prevent deintercalation in which the active material of the negative electrode accumulates. The active material of the negative electrode is formed on the inner side surfaces of the deintercalation preventing current collection grooves so that spatial parts having mass diffusion layers formed on them are formed in the deintercalation preventing current collection grooves. current collection during a charge/discharge process. (Automatic translation with Google Translate, without legal value)
Description
DESCRIPCIÓNDESCRIPTION
Electrodo negativo para batería secundariaNegative electrode for secondary battery
Referencia cruzada a solicitud relacionadaCross reference to related request
La presente solicitud reivindica el beneficio de prioridad de las solicitudes de patente coreanas n.os 10-2016 0133470, presentada el 14 de octubre de 2016, y 10-2017-0129710, presentada el 11 de octubre de 2016.The present application claims the priority benefit of Korean Patent Application Nos. 10-2016 0133470, filed on October 14, 2016, and 10-2017-0129710, filed on October 11, 2016.
Campo técnicoTechnical field
La presente invención se refiere a un electrodo negativo para una batería secundaria.The present invention relates to a negative electrode for a secondary battery.
Antecedentes de la técnicaBackground of the technique
Las Baterías secundarias son recargables, a diferencia de las baterías primarias, y, además, la posibilidad de tamaño compacto y alta capacidad es alta. Por tanto, recientemente están llevándose a cabo muchos estudios sobre baterías secundarias. A medida que aumentan el desarrollo de la tecnología y las demandas de dispositivos móviles, están aumentando rápidamente las demandas de baterías secundarias como fuentes de energía.Secondary batteries are rechargeable, unlike primary batteries, and in addition, the possibility of compact size and high capacity is high. Therefore, many studies on secondary batteries are being carried out recently. As technology development and demands for mobile devices increase, demands for secondary batteries as power sources are rapidly increasing.
Las baterías secundarias se clasifican en baterías de tipo botón, baterías de tipo cilíndrico, baterías de tipo prismático y baterías de tipo bolsa, según la forma de una carcasa de batería. En una batería secundaria de este tipo, un conjunto de electrodo montado en una carcasa de batería es un dispositivo de generación de potencia cargable y descargable que tiene una estructura en la que están apilados un electrodo y un separador.Secondary batteries are classified into button type batteries, cylindrical type batteries, prismatic type batteries and bag type batteries, according to the shape of a battery casing. In such a secondary battery, an electrode assembly mounted in a battery casing is a chargeable and dischargeable power generating device having a structure in which an electrode and a separator are stacked.
El conjunto de electrodo puede clasificarse aproximadamente en un conjunto de electrodo de tipo rollo en el que un separador está interpuesto entre un electrodo positivo y un electrodo negativo, cada uno de los cuales se proporciona en forma de una lámina recubierta con un material activo, y después se enrollan el electrodo positivo, el separador y el electrodo negativo, un conjunto de electrodo de tipo apilado en el que se apilan secuencialmente una pluralidad de electrodos positivos y negativos con un separador entre los mismos, y un conjunto de electrodo de tipo apilado/plegado en el que se enrollan células unitarias de tipo apilado junto con una película de separación que tiene una larga longitud.The electrode assembly can be roughly classified into a roll-type electrode assembly in which a spacer is interposed between a positive electrode and a negative electrode, each of which is provided in the form of a sheet coated with an active material, and then the positive electrode, the separator and the negative electrode, a stacked type electrode assembly in which a plurality of positive and negative electrodes are sequentially stacked with a spacer between them, and a stacked type electrode assembly/ folding in which stack-type unit cells are rolled together with a separation film having a long length.
Cuando se usa un metal de litio para un electrodo negativo de una batería secundaria, pueden producirse los siguientes problemas. El metal de litio tiene una alta reactividad con un componente de electrolito. Por tanto, cuando el electrolito y el metal de litio entran en contacto entre sí, el electrolito puede descomponerse de manera espontánea para formar una capa de pasivación sobre una superficie del metal de litio. La capa de pasivación puede deslaminarse y derrumbarse a medida que avanza la carga y descarga continuas del metal de litio batería. Por tanto, puede generarse adicionalmente una capa de pasivación en un hueco generado mediante el fenómeno anteriormente descrito para formar el denominado “litio muerto (Li)”, deteriorando de ese modo las características de vida útil de la batería. Además, cuando se repiten la deslaminación y el derrumbamiento de la capa de pasivación, puede producirse una diferencia local en la densidad de corriente distribuyendo de manera no uniforme la corriente cuando se realiza la carga y descarga y también formando dendrita de litio que tiene una fase de resina. Además, cuando la dendrita formada tal como se describió anteriormente crece de manera continua entrando en contacto con el electrodo positivo al pasar a través del separador, puede producirse un cortocircuito interno provocando la explosión de la batería.When lithium metal is used for a negative electrode of a secondary battery, the following problems may occur. Lithium metal has a high reactivity with an electrolyte component. Therefore, when the electrolyte and lithium metal come into contact with each other, the electrolyte can spontaneously decompose to form a passivation layer on a surface of the lithium metal. The passivation layer may delaminate and collapse as the continuous charging and discharging of the lithium metal battery progresses. Therefore, a passivation layer can additionally be generated in a gap generated by the phenomenon described above to form the so-called “dead lithium (Li)”, thereby deteriorating the useful life characteristics of the battery. In addition, when the delamination and collapse of the passivation layer are repeated, a local difference in current density may occur by non-uniformly distributing the current when charging and discharging and also forming lithium dendrite having a phase resin. Furthermore, when the dendrite formed as described above continuously grows into contact with the positive electrode as it passes through the separator, an internal short circuit may occur causing the battery to explode.
El documento KR 20150000984 A se refiere a un electrodo negativo que usa litio como material activo de electrodo negativo inhibiendo la formación de litio sobre una resina. Un electrodo negativo comprende una placa de colector; una pluralidad de cavidades que incluyen una superficie interna conductora, que está eléctricamente conectada a la placa de colector y proporciona una posición de reacción electroquímica mediante la cual se depositan o se separan iones de litio, y una parte de abertura que expone la superficie interna conductora respectivamente; y patrones para aislar eléctricamente que pasivan eléctricamente partes de abertura adyacentes entre las cavidades y separan las partes de abertura.Document KR 20150000984 A refers to a negative electrode that uses lithium as a negative electrode active material inhibiting the formation of lithium on a resin. A negative electrode comprises a collector plate; a plurality of cavities including an internal conductive surface, which is electrically connected to the collector plate and provides an electrochemical reaction position by which lithium ions are deposited or separated, and an opening portion that exposes the internal conductive surface respectively; and electrically insulating patterns that electrically passivate adjacent opening portions between the cavities and separate the opening portions.
El documento US 2006/110661 A1 se refiere a un ánodo para una batería secundaria de polímero de metal de litio que comprende un colector de corriente anódico que tiene una superficie sobre la que están formados una pluralidad de rebajes que tienen una forma predeterminada y a un método de preparación del mismo. La pluralidad de rebajes se forman sobre una superficie del colector de corriente anódico usando un método físico o un método químico. En una batería secundaria de polímero de metal de litio que emplea el ánodo, la oxidación/reducción de litio y la formación de dendrita se producen únicamente en los rebajes formados mediante formación de patrones de superficie del colector de corriente anódico. Por tanto, puede evitarse la expansión y contracción de una batería debido a un cambio en el grosor del ánodo de litio y puede mejorarse la estabilidad de ciclos y la vida útil de una batería. US 2006/110661 A1 relates to an anode for a lithium metal polymer secondary battery comprising an anode current collector having a surface on which a plurality of recesses having a predetermined shape and a method are formed. of preparation thereof. The plurality of recesses are formed on a surface of the anode current collector using a physical method or a chemical method. In a lithium metal polymer secondary battery employing the anode, lithium oxidation/reduction and dendrite formation occur only in the recesses formed by surface patterning of the anode current collector. Therefore, the expansion and contraction of a battery due to a change in the thickness of the lithium anode can be avoided, and the cycle stability and service life of a battery can be improved.
Divulgación de la invenciónDisclosure of the invention
Problema técnicotechnical problem
Un aspecto de la presente invención es proporcionar un electrodo negativo para una batería secundaria, que sea capaz de minimizar un fenómeno en el que se reduce la vida útil de la batería mientras se carga y descarga la batería.One aspect of the present invention is to provide a negative electrode for a secondary battery, which is capable of minimizing a phenomenon where the battery life is reduced while charging and discharging the battery.
Solución técnicaTechnical solution
Un electrodo negativo para una batería secundaria según una realización de la presente divulgación comprende un colector de electrodo negativo y un material activo de electrodo negativo integrado con al menos una porción de una superficie del colector de electrodo negativo, en el que el colector de electrodo negativo tiene una pluralidad de surcos de recogida de corriente de prevención de deslaminación con los que está integrado el material activo de electrodo negativo, y el material activo de electrodo negativo está dispuesto sobre una superficie interna de cada uno de los surcos de recogida de corriente de prevención de deslaminación de modo que una parte de espacio en la que está formada una capa de pasivación se define durante la carga y descarga.A negative electrode for a secondary battery according to an embodiment of the present disclosure comprises a negative electrode collector and a negative electrode active material integrated with at least a portion of a surface of the negative electrode collector, wherein the negative electrode collector has a plurality of delamination prevention current collecting grooves with which the negative electrode active material is integrated, and the negative electrode active material is disposed on an inner surface of each of the prevention current collecting grooves delamination so that a portion of space in which a passivation layer is formed is defined during charging and discharging.
La invención se define mediante la reivindicación 1. En las reivindicaciones dependientes se definen realizaciones preferibles adicionales.The invention is defined by claim 1. Additional preferred embodiments are defined in the dependent claims.
Efectos ventajososAdvantageous effects
Según la presente invención, el material activo de electrodo negativo puede estar integrado de modo que la parte de espacio en la que está formada la capa de pasivación en el surco de recogida de corriente de prevención de deslaminación formado en el electrodo negativo para evitar que se deslamine la capa de pasivación. Por tanto, puede evitarse que se reduzca la vida útil de la batería.According to the present invention, the negative electrode active material can be integrated so that the space portion in which the passivation layer is formed in the delamination prevention current collecting groove formed on the negative electrode to prevent it from forming. delaminate the passivation layer. Therefore, the battery life can be prevented from being reduced.
Particularmente, la capa de pasivación realizada del metal de litio y formada sobre la superficie del material activo de electrodo negativo mediante la carga y descarga puede estar soportada por la pared interna del surco de recogida de corriente de prevención de deslaminación para evitar que se deslamine la capa de pasivación. Por tanto, cuando se repite la carga y descarga, puede evitarse que se repita el derrumbamiento y la generación de la capa de pasivación. Por tanto, puede evitarse que se genere el litio muerto, que crece de manera no uniforme a medida que se repite el derrumbamiento y la generación de la capa de pasivación. Como resultado, puede evitarse el aumento de la resistencia de la célula y el deterioro de la eficiencia de ciclo. Además, dado que se evita que crezca la dendrita de manera continua, puede evitarse que se produzca el cortocircuito por entrar la dendrita en contacto con el electrodo positivo pasando a través del separador, evitando de ese modo que explote la batería debido al cortocircuito interno.Particularly, the passivation layer made of lithium metal and formed on the surface of the negative electrode active material by charging and discharging may be supported by the inner wall of the delamination prevention current collecting groove to prevent delamination of the passivation layer. Therefore, when charging and discharging is repeated, the repeated collapse and generation of the passivation layer can be prevented. Therefore, the generation of dead lithium, which grows non-uniformly as the collapse and generation of the passivation layer is repeated, can be prevented. As a result, the increase in cell resistance and deterioration of cycling efficiency can be avoided. Furthermore, since the dendrite is prevented from growing continuously, the short circuit can be prevented from occurring by the dendrite coming into contact with the positive electrode by passing through the separator, thereby preventing the battery from exploding due to the internal short circuit.
Breve descripción de los dibujosBrief description of the drawings
La figura 1 es una vista en perspectiva en despiece ordenado de una batería secundaria a la que se le aplica un electrodo negativo para la batería secundaria según una realización de la presente invención.Figure 1 is an exploded perspective view of a secondary battery to which a secondary battery negative electrode is applied according to an embodiment of the present invention.
La figura 2 es una vista en sección transversal parcial del electrodo negativo para la batería secundaria según una realización de la presente invención.Figure 2 is a partial cross-sectional view of the negative electrode for the secondary battery according to an embodiment of the present invention.
La figura 3 es una vista en sección transversal parcial que ilustra un estado en el que una capa de difusión de masa está dispuesta sobre el electrodo negativo para la batería secundaria según una realización de la presente invención.Figure 3 is a partial cross-sectional view illustrating a state in which a mass diffusion layer is arranged on the negative electrode for the secondary battery according to an embodiment of the present invention.
La figura 4 es una vista en planta parcial que ilustra un ejemplo del electrodo negativo para la batería secundaria según una realización de la presente invención.Figure 4 is a partial plan view illustrating an example of the negative electrode for the secondary battery according to an embodiment of the present invention.
La figura 5 es una vista en planta parcial que ilustra otro ejemplo del electrodo negativo para la batería secundaria según una realización de la presente invención.Figure 5 is a partial plan view illustrating another example of the negative electrode for the secondary battery according to an embodiment of the present invention.
La figura 6 es una vista en sección transversal parcial de un electrodo negativo para una batería secundaria según otra realización de la presente invención.Figure 6 is a partial cross-sectional view of a negative electrode for a secondary battery according to another embodiment of the present invention.
Modo de llevar a cabo la invenciónMode of carrying out the invention
Los objetivos, ventajas específicas y características novedosas de la presente invención resultarán más evidentes a partir de la siguiente descripción detallada tomada junto con los dibujos adjuntos. Debe observarse que los números de referencia se añaden a los componentes de los dibujos en la presente memoria descriptiva con los mismos números cuando sea posible, aunque se ilustren en otros dibujos. Además, la presente invención puede implementarse de diferentes formas y no debe interpretarse que se limite a las realizaciones expuestas en el presente documento. En la siguiente descripción de la presente invención, se omitirán las descripciones detalladas de técnicas relacionadas que puedan confundir innecesariamente la esencia de la presente invención.The objectives, specific advantages and novel features of the present invention will become more apparent from the following detailed description taken together with the accompanying drawings. It should be noted that reference numbers are added to components in the drawings herein with the same numbers where possible, even if illustrated in other drawings. Furthermore, the present invention can be implemented in different ways and should not be construed to be limited to the embodiments set forth in the present document. In the following description of the present invention, detailed descriptions of related techniques that may unnecessarily confuse the essence of the present invention will be omitted.
La figura 1 es una vista en perspectiva en despiece ordenado de una batería secundaria a la que se le aplica un electrodo negativo para la batería secundaria según una realización de la presente invención, y la figura 2 es una vista en sección transversal parcial del electrodo negativo para la batería secundaria según una realización de la presente invención.Figure 1 is an exploded perspective view of a secondary battery to which a negative electrode is applied for the secondary battery according to an embodiment of the present invention, and Figure 2 is a partial cross-sectional view of the negative electrode for the secondary battery according to an embodiment of the present invention.
Haciendo referencia a las figuras 1 y 2, un electrodo 10 negativo para una batería secundaria según una realización de la presente invención comprende un colector 11 de electrodo negativo y un material 12 activo de electrodo negativo integrado con el colector 11 de electrodo negativo.Referring to Figures 1 and 2, a negative electrode 10 for a secondary battery according to an embodiment of the present invention comprises a negative electrode collector 11 and a negative electrode active material 12 integrated with the negative electrode collector 11.
A continuación en el presente documento, se describirá en más detalle el electrodo negativo para la batería secundaria según una realización de la presente invención con referencia a las figuras 1 a 5.Below herein, the negative electrode for the secondary battery according to an embodiment of the present invention will be described in more detail with reference to Figures 1 to 5.
Haciendo referencia a la figura 1, la batería 100 secundaria a la que se le aplica el electrodo negativo para la batería secundaria según una realización de la presente invención comprende un conjunto 120 de electrodo y una carcasa 110 de batería que comprende una parte 111 de alojamiento que aloja el conjunto 120 de electrodo.Referring to Figure 1, the secondary battery 100 to which the negative electrode for the secondary battery is applied according to an embodiment of the present invention comprises an electrode assembly 120 and a battery housing 110 comprising a housing part 111 which houses the electrode assembly 120.
El conjunto 120 de electrodo puede ser un elemento de generación de potencia cargable y descargable y tener una estructura en la que un electrodo 30 y un separador 40 están combinados y apilados de manera alternante.The electrode assembly 120 may be a chargeable and dischargeable power generating element and have a structure in which an electrode 30 and a separator 40 are combined and stacked alternately.
El electrodo 30 puede comprender un electrodo 20 positivo y un electrodo 10 negativo. En este caso, el conjunto 120 de electrodo puede tener una estructura en la que el electrodo 20 positivo/el separador 40/el electrodo 10 negativo están apilados de manera alternante. En este caso, el separador 40 puede estar dispuesto entre el electrodo 20 positivo y el electrodo 10 negativo y dispuesto fuera del electrodo 20 positivo y fuera del electrodo 10 negativo. En este caso, el separador 40 puede estar dispuesto para rodear todo el conjunto 110 de electrodo en el que están apilados el electrodo 20 positivo/el separador 40/el electrodo 10 negativo.The electrode 30 may comprise a positive electrode 20 and a negative electrode 10. In this case, the electrode assembly 120 may have a structure in which the positive electrode 20/separator 40/negative electrode 10 are stacked alternately. In this case, the separator 40 may be disposed between the positive electrode 20 and the negative electrode 10 and disposed outside the positive electrode 20 and outside the negative electrode 10. In this case, the spacer 40 may be arranged to surround the entire electrode assembly 110 in which the positive electrode 20/spacer 40/negative electrode 10 are stacked.
El separador 40 está realizado de un material aislante para aislar eléctricamente el electrodo 20 positivo con respecto al electrodo 10 negativo. En este caso, el separador 40 puede estar realizado, por ejemplo, de una película de resina basada en poliolefina tal como polietileno o polipropileno que tiene microporos.The separator 40 is made of an insulating material to electrically isolate the positive electrode 20 from the negative electrode 10. In this case, the separator 40 may be made, for example, of a polyolefin-based resin film such as polyethylene or polypropylene having micropores.
El conjunto 100 de electrodo puede comprender un conector 50 de electrodo. En este caso, el conector 50 de electrodo puede estar eléctricamente conectado a una superficie lateral del electrodo 30.The electrode assembly 100 may comprise an electrode connector 50. In this case, the electrode connector 50 may be electrically connected to a side surface of the electrode 30.
La figura 3 es una vista en sección transversal parcial que ilustra un estado en el que una capa de pasivación está dispuesta sobre el electrodo negativo para la batería secundaria según una realización de la presente invención. En más detalle, haciendo referencia a las figuras 2 y 3, el electrodo 10 negativo puede comprender un colector 11 de electrodo negativo y un material 12 activo de electrodo negativo integrado con el colector 11 de electrodo negativo. El colector 11 de electrodo negativo puede estar realizado, por ejemplo, de lámina que comprende un material de cobre (Cu).Figure 3 is a partial cross-sectional view illustrating a state in which a passivation layer is arranged on the negative electrode for the secondary battery according to an embodiment of the present invention. In more detail, referring to Figures 2 and 3, the negative electrode 10 may comprise a negative electrode collector 11 and a negative electrode active material 12 integrated with the negative electrode collector 11. The negative electrode collector 11 may be made, for example, of foil comprising a copper (Cu) material.
Además, el colector 11 de electrodo negativo puede tener una pluralidad de surcos 13 de recogida de corriente de prevención de deslaminación con los que está integrado el material 12 activo de electrodo negativo.Additionally, the negative electrode collector 11 may have a plurality of delamination prevention current collecting grooves 13 with which the negative electrode active material 12 is integrated.
El material 12 activo de electrodo negativo puede estar integrado con al menos una porción de una superficie del colector 11 de electrodo negativo.The negative electrode active material 12 may be integrated with at least a portion of a surface of the negative electrode collector 11.
Además, el material 12 activo de electrodo negativo puede estar realizado, por ejemplo, de un material de metal de litio (Li).Furthermore, the active negative electrode material 12 may be made of, for example, a lithium (Li) metal material.
Además, el material 12 activo de electrodo negativo puede estar dispuesto sobre una superficie interna del surco 13 de recogida de corriente de prevención de deslaminación de modo que una parte 13a de espacio en la que está formada una capa S de pasivación se define en el surco 13 de recogida de corriente de prevención de deslaminación mientras se realiza la carga y carga. En este caso, la capa de pasivación puede ser una interfase sólido-electrolito (SEI).Furthermore, the negative electrode active material 12 may be arranged on an inner surface of the delamination prevention current collecting groove 13 so that a space portion 13a in which a passivation layer S is formed is defined in the groove. 13 Current collection preventing delamination while charging and charging. In this case, the passivation layer can be a solid-electrolyte interface (SEI).
Particularmente, el material 12 activo de electrodo negativo está dispuesto en una porción inferior del surco 13 de recogida de corriente de prevención de deslaminación, y la parte 13a de espacio puede definirse en una porción excepto por la porción, en la que está dispuesto el material 12 activo de electrodo negativo, en el surco 13 de recogida de corriente de prevención de deslaminación. Por tanto, la capa S de pasivación formada en la parte 13a de espacio del surco 13 de recogida de corriente de prevención de deslaminación durante la carga y descarga puede estar soportada para evitarse que se deslamine por la superficie interna del surco 13 de recogida de corriente de prevención de deslaminación. Es decir, ambos lados de la capa S de pasivación pueden estar soportados por una pared 14 interna, que está dispuesta en una superficie lateral interna del surco 13 de recogida de corriente de prevención de deslaminación, para evitar que se deslamine la capa S de pasivación. Como resultado, la capa S de pasivación dispuesta sobre la superficie del material 12 activo de electrodo negativo puede servir como barrera cinética que evita que se produzca adicionalmente la reacción de reducción para evitar o reducir significativamente la reducción de vida útil de la batería. Particularmente, puede apilarse litio muerto que se genera mediante el derrumbamiento y la generación repetidos de la capa S de pasivación y una capa porosa para evitar que aumente la resistencia de una célula y evitar que se reduzca la vida útil de ciclo.Particularly, the negative electrode active material 12 is arranged in a lower portion of the delamination prevention current collecting groove 13, and the space portion 13a can be defined in a portion except for the portion, in which the material is arranged. 12 active negative electrode, in the 13th current collection groove to prevent delamination. Therefore, the passivation layer S formed in the space portion 13a of the current collecting groove 13 for preventing delamination during charging and discharging can be supported to prevent delamination by the inner surface of the current collecting groove 13. delamination prevention. That is, both sides of the passivation layer S may be supported by an inner wall 14, which is arranged on an inner side surface of the delamination prevention current collecting groove 13, to prevent the passivation layer S from delaminating. . As a result, the passivation layer S disposed on the surface of the negative electrode active material 12 can serve as a kinetic barrier that prevents the reduction reaction from further occurring to prevent or significantly reduce the reduction of battery life. Particularly, dead lithium that is generated by repeated collapse and generation of the passivation S layer and a porous layer can be stacked to prevent the resistance of a cell from increasing and prevent the cycle life from being reduced.
En el electrodo negativo para la batería secundaria según una realización de la presente invención, la capa S de pasivación puede estar dispuesta sobre una superficie externa del material 12 activo de electrodo negativo formado en el surco 13 de recogida de corriente de prevención de deslaminación. Por tanto, la capa S de pasivación puede estar dispuesta sobre la superficie externa del material 12 activo de electrodo negativo desde una fase inicial de la carga y descarga para evitar más eficazmente que se reduzca la vida útil de la batería.In the negative electrode for the secondary battery according to an embodiment of the present invention, the passivation layer S may be arranged on an external surface of the negative electrode active material 12 formed in the delamination prevention current collecting groove 13. Therefore, the passivation layer S can be arranged on the external surface of the negative electrode active material 12 from an initial phase of charging and discharging to more effectively prevent the battery life from being reduced.
En el electrodo negativo para la batería secundaria según una realización de la presente invención, cuando la anchura del surco 13 de recogida de corriente de prevención de deslaminación es A, y la distancia entre los surcos 13 de recogida de corriente de prevención de deslaminación es B, puede satisfacerse la siguiente expresión condicional.At the negative electrode for the secondary battery according to an embodiment of the present invention, when the width of the delamination prevention current collecting groove 13 is A, and the distance between the delamination prevention current collecting grooves 13 is B , the following conditional expression can be satisfied.
0,5 < A/B <10 (1)0.5 < A/B <10 (1)
Cuando el valor es menor que un intervalo que satisface la expresión condicional (1) (es decir, el valor de A/B es menor de 0,5), puede deteriorarse la flexibilidad de la superficie lateral del colector 11 de electrodo negativo. Es decir, cuando la capa S de pasivación se contrae y se expande durante la carga y descarga mientras se deteriora la flexibilidad de la pared 14 interna del surco 13 de recogida de corriente de prevención de deslaminación definido en el colector 11 de electrodo negativo, puede no contraerse y expandirse la pared 14 interna deteriorando el efecto de la superficie lateral de la capa S de pasivación.When the value is less than a range that satisfies the conditional expression (1) (i.e., the value of A/B is less than 0.5), the flexibility of the side surface of the negative electrode collector 11 may be deteriorated. That is, when the passivation layer S contracts and expands during charging and discharging while the flexibility of the inner wall 14 of the delamination prevention current collecting groove 13 defined in the negative electrode collector 11 deteriorates, it may the inner wall 14 does not contract and expand, deteriorating the effect of the lateral surface of the passivation layer S.
Además, cuando el valor es mayor que un intervalo que satisface la expresión condicional (1) (es decir, el valor de A/B es mayor de 10), es imposible servir como soporte debido a una limitación de la resistencia del colector 11 de electrodo negativo en la superficie lateral de la capa S de pasivación. Es decir, puede reducirse la resistencia de la pared 14 interna del surco 13 de recogida de corriente de prevención de deslaminación definido en el colector 11 de electrodo negativo deteriorando el efecto de soporte de la pared 14 interna.Furthermore, when the value is greater than an interval that satisfies conditional expression (1) (i.e., the value of A/B is greater than 10), it is impossible to serve as a support due to a limitation of the resistance of the collector 11 of negative electrode on the side surface of the passivation S layer. That is, the resistance of the inner wall 14 of the delamination prevention current collecting groove 13 defined in the negative electrode collector 11 may be reduced by deteriorating the supporting effect of the inner wall 14.
En el electrodo negativo para la batería secundaria según una realización de la presente invención, cuando la profundidad del surco 13 de recogida de corriente de prevención de deslaminación es C, y el grosor total del colector 11 de electrodo negativo es E, puede satisfacerse la siguiente expresión condicional.In the negative electrode for the secondary battery according to an embodiment of the present invention, when the depth of the delamination prevention current collecting groove 13 is C, and the total thickness of the negative electrode collector 11 is E, the following can be satisfied conditional expression.
0,2 < C/E < 0,8 (2)0.2 < C/E < 0.8 (2)
Cuando el valor es menor que un intervalo que satisface la expresión condicional (2) (es decir, el valor de C/E es menor de 0,2), puede deteriorarse la tenacidad de la capa S de pasivación debido a una variación de volumen de la capa S de pasivación debido al deterioro de la flexibilidad del colector 11 de electrodo negativo. Es decir, cuando se deteriora la flexibilidad de la superficie lateral del surco 13 de recogida de corriente de prevención de deslaminación definido en el colector 11 de electrodo negativo, puede deteriorarse la tenacidad de la capa S de pasivación debido a la variación de volumen de la capa S de pasivación, que se contrae y se expande durante la carga y descarga. Por tanto, la capa S de pasivación puede deslaminarse de, y derrumbarse sobre, la superficie del colector 11 de electrodo negativo del metal de litio.When the value is less than a range that satisfies conditional expression (2) (i.e., the C/E value is less than 0.2), the toughness of the passivation layer S may deteriorate due to a volume variation of the passivation layer S due to the deterioration of the flexibility of the negative electrode collector 11. That is, when the flexibility of the lateral surface of the delamination prevention current collecting groove 13 defined in the negative electrode collector 11 deteriorates, the toughness of the passivation layer S may deteriorate due to the volume variation of the Passivation S layer, which contracts and expands during charging and discharging. Therefore, the passivation layer S may delaminate from, and collapse onto, the surface of the lithium metal negative electrode collector 11.
Además, cuando el valor es mayor que un intervalo que satisface la expresión condicional (2) (es decir, el valor de C/E es mayor de 0,8), el colector 11 de electrodo negativo puede tener problemas en cuanto al procesamiento y la resistencia.Furthermore, when the value is greater than a range that satisfies conditional expression (2) (i.e., the C/E value is greater than 0.8), the negative electrode collector 11 may have problems in processing and the resistance.
En el electrodo negativo para la batería secundaria según una realización de la presente invención, cuando la profundidad de la parte 13a de espacio del surco 13 de recogida de corriente de prevención de deslaminación es D, puede satisfacerse la siguiente expresión condicional.In the negative electrode for the secondary battery according to an embodiment of the present invention, when the depth of the space portion 13a of the delamination prevention current collecting groove 13 is D, the following conditional expression can be satisfied.
0,05 |jm < D (3)0.05 |jm < D (3)
Cuando el valor es menor que un intervalo que satisface la expresión condicional (3) (es decir, la profundidad D es menor de 0,05 jm), el colector 11 de electrodo negativo puede no servir de manera suficiente como soporte lateral cuando crece la capa S de pasivación provocando la deslaminación de la capa S de pasivación. Es decir, la pared 14 interna del surco 13 de recogida de corriente de prevención de deslaminación puede no servir de manera suficiente como soporte lateral de la capa S de pasivación. When the value is less than a range that satisfies conditional expression (3) (i.e., the depth D is less than 0.05 μm), the negative electrode collector 11 may not serve sufficiently as lateral support when the S passivation layer causing delamination of the S passivation layer. That is, the inner wall 14 of the delamination prevention current collecting groove 13 may not sufficiently serve as lateral support of the passivation layer S.
En el electrodo negativo para la batería secundaria según una realización de la presente invención, cuando la anchura del surco 13 de recogida de corriente de prevención de deslaminación es A, la distancia entre los surcos 13 de recogida de corriente de prevención de deslaminación es B, y la profundidad del surco 13 de recogida de corriente de prevención de deslaminación es C, puede satisfacerse la siguiente expresión condicional.In the negative electrode for the secondary battery according to an embodiment of the present invention, when the width of the delamination prevention current collecting groove 13 is A, the distance between the delamination prevention current collecting grooves 13 is B, and the depth of the delamination prevention current collecting groove 13 is C, the following conditional expression can be satisfied.
10 |jm < A < 1.000 |jm, 10 |jm < B < 1.000 |jm y 10 |jm < C < 1.000 |jm10 |jm < A < 1,000 |jm, 10 |jm < B < 1,000 |jm and 10 |jm < C < 1,000 |jm
En este caso, particularmente, el electrodo negativo para la batería secundaria según una realización de la presente invención puede satisfacer, por ejemplo, la siguiente expresión condicional: 10 jim < A < 100 jim, 10 jim < B < 100 jim y 10 jim < C < 100 jim.In this case, particularly, the negative electrode for the secondary battery according to an embodiment of the present invention may satisfy, for example, the following conditional expression: 10 jim < A < 100 jim, 10 jim < B < 100 jim and 10 jim < C < 100 jim.
En este caso, más particularmente, el electrodo negativo para la batería secundaria según una realización de la presente invención puede satisfacer, por ejemplo, la siguiente expresión condicional: 20 jim < A < 60 jim, 20 jim < B < 60 jm y 20 jm < C < 60 jm.In this case, more particularly, the negative electrode for the secondary battery according to an embodiment of the present invention may satisfy, for example, the following conditional expression: 20 jim < A < 60 jim, 20 jim < B < 60 jm and 20 jm < C < 60 jm.
Tal como se describió anteriormente, en el electrodo 10 negativo para la batería secundaria según una realización de la presente invención, el colector 11 de electrodo negativo de cobre (Cu) sobre el que está formado el patrón puede usarse para ajustar la capa de pasivación para reducir el tamaño y también para formar un soporte de la capa S de pasivación, suprimiendo de ese modo la deslaminación y el derrumbamiento de la capa S de deslaminación para formar la capa S de deslaminación más estable. Este fenómeno puede suprimir la reacción secundaria entre el material 12 activo de electrodo negativo que comprende el metal de litio y el electrolito para distribuir corriente de manera uniforme, suprimiendo de ese modo el crecimiento no uniforme de la dendrita y minimizando la generación del litio muerto.As described above, in the negative electrode 10 for the secondary battery according to an embodiment of the present invention, the copper (Cu) negative electrode collector 11 on which the pattern is formed can be used to adjust the passivation layer to reduce the size and also to form a support of the passivation layer S, thereby suppressing the delamination and collapse of the delamination layer S to form the more stable delamination layer S. This phenomenon can suppress the secondary reaction between the active negative electrode material 12 comprising the lithium metal and the electrolyte to distribute current uniformly, thereby suppressing the non-uniform growth of the dendrite and minimizing the generation of dead lithium.
Además, cuando se forma la capa S de pasivación estable, puede mejorarse el rendimiento de la batería secundaria tal como se divulga en el tratado publicado por Jianming Zheng [Highly Stable Operation of Lithium Metal Batteries Enabled by the Formation of a Transient High-Concentration Electrolyte Layer (2016)]. Es decir, en el estado en el que la capa S de pasivación se deslamina y se derrumba, y se forma la capa S de pasivación, en la que se minimiza el crecimiento de litio muerto, cuanto más avanza un ciclo, más puede minimizarse un grado de degradación de la capacidad de una batería para mantener la capacidad de la batería.Furthermore, when the stable passivation S layer is formed, the performance of the secondary battery can be improved as disclosed in the treatise published by Jianming Zheng [Highly Stable Operation of Lithium Metal Batteries Enabled by the Formation of a Transient High-Concentration Electrolyte Layer (2016)]. That is, in the state where the passivation S layer is delaminated and collapsed, and the passivation S layer is formed, in which the growth of dead lithium is minimized, the further a cycle progresses, the more a degree of capacity degradation of a battery to maintain battery capacity.
<Realizaciones 1 a 10, ejemplo comparativo 1><Embodiments 1 to 10, comparative example 1>
Cuando la anchura del surco 13 de recogida de corriente de prevención de deslaminación es A, la distancia entre los surcos 13 de recogida de corriente de prevención de deslaminación es B, y la profundidad del surco 13 de recogida de corriente de prevención de deslaminación es C, se construyeron baterías secundarias de litio en las condiciones mostradas en la siguiente tabla.When the width of the delamination prevention current collection groove 13 is A, the distance between the delamination prevention current collection grooves 13 is B, and the depth of the delamination prevention current collection groove 13 is C , secondary lithium batteries were built under the conditions shown in the following table.
[Tabla 1][Table 1]
<Ejemplo experimentad<Experienced example
En la tabla 2 a continuación se muestran las capacidades de expresión y las tasas de mantenimiento de la capacidad cuando se aplican los patrones de la tabla 1. Además, se fabricó para evaluarse una célula en la que se usa níquel-cobalto-manganeso (NCM) como material activo de electrodo positivo, se usa metal de litio como material activo de electrodo negativo, se proporciona un separador de PE como separador y se usa carbonato de etileno/carbonato de etilo y metilo/carbonato de dimetilo (EC/EMC/DMC), LiPF6 1 M, VC al 0,5% en peso como electrolito. Table 2 below shows the expression capacities and capacity maintenance rates when the standards in Table 1 are applied. In addition, a cell using nickel-cobalt-manganese (NCM) was manufactured for evaluation. ) as positive electrode active material, lithium metal is used as negative electrode active material, PE separator is provided as separator, and ethylene carbonate/ethyl methyl carbonate/dimethyl carbonate (EC/EMC/DMC) is used ), 1 M LiPF6, 0.5 wt% VC as electrolyte.
[Tabla 2][Table 2]
Tal como se muestra en la tabla 2 anterior, cuando se comparan las tasas de mantenimiento de la capacidad según las realizaciones 1 a 10, en las que se forma el surco 13 de recogida de corriente de prevención de deslaminación, con la tasa de mantenimiento de la capacidad según el ejemplo comparativo 1, en el que no se forma el surco de recogida de corriente de prevención de deslaminación y, por tanto, no se proporciona ningún patrón, se observa que el rendimiento de ciclo es superior cuando se forma el surco 13 de recogida de corriente de prevención de deslaminación.As shown in Table 2 above, when comparing the capacity maintenance rates according to embodiments 1 to 10, in which the delamination prevention current collecting groove 13 is formed, with the maintenance rate of the capacity according to Comparative Example 1, in which the delamination prevention current collecting groove is not formed and therefore no pattern is provided, it is observed that the cycle efficiency is higher when the groove 13 is formed Current collection delamination prevention.
En este caso, se observa que las tasas de mantenimiento de la capacidad según las realizaciones 1 a 8, en las que se forma el surco 13 de recogida de corriente de prevención de deslaminación con un patrón que tiene un tamaño de 1000 |jm o menos, son mayores que según el ejemplo comparativo 1 en el que no se forma el surco 13 de recogida de corriente de prevención de deslaminación y, por tanto, no se proporciona ningún patrón.In this case, it is observed that the capacity maintenance rates according to embodiments 1 to 8, in which the delamination prevention current collecting groove 13 is formed with a pattern having a size of 1000 |jm or less , are larger than according to Comparative Example 1 in which the delamination prevention current collecting groove 13 is not formed and therefore no pattern is provided.
En este caso, se observa que las tasas de mantenimiento de la capacidad según las realizaciones 1 a 6, en las que se forma el surco 13 de recogida de corriente de prevención de deslaminación con un patrón que tiene un tamaño de 10 jm a 100 jm, son significativamente mayores que según el ejemplo comparativo 1 en el que no se forma el surco 13 de recogida de corriente de prevención de deslaminación y, por tanto, no se proporciona ningún patrón.In this case, it is observed that the capacity maintenance rates according to embodiments 1 to 6, in which the delamination prevention current collecting groove 13 is formed with a pattern having a size of 10 jm to 100 jm , are significantly larger than according to Comparative Example 1 in which the delamination prevention current collecting groove 13 is not formed and therefore no pattern is provided.
Particularmente, en el caso de las realizaciones 1 a 4, en las que se proporciona el surco 13 de recogida de corriente de prevención de deslaminación como un patrón que tiene un tamaño de 20 jm a 60 jm, se observa que la tasa de mantenimiento de la capacidad es notablemente superior incluso después de haber transcurrido 200 ciclos. La figura 4 es una vista en planta parcial que ilustra un ejemplo del electrodo negativo para la batería secundaria según una realización de la presente invención, y la figura 5 es una vista en planta parcial que ilustra otro ejemplo del electrodo negativo para la batería secundaria según una realización de la presente invención.Particularly, in the case of embodiments 1 to 4, in which the delamination prevention current collecting groove 13 is provided as a pattern having a size of 20 jm to 60 jm, it is observed that the maintenance rate of The capacity is noticeably higher even after 200 cycles. Figure 4 is a partial plan view illustrating an example of the negative electrode for the secondary battery according to one embodiment of the present invention, and Figure 5 is a partial plan view illustrating another example of the negative electrode for the secondary battery according to an embodiment of the present invention.
Haciendo referencia a la figura 4, en el electrodo 10 negativo para la batería secundaria según una realización de la presente invención, el surco 13 de recogida de corriente de prevención de deslaminación puede tener, por ejemplo, una forma rectangular.Referring to Figure 4, in the negative electrode 10 for the secondary battery according to an embodiment of the present invention, the delamination prevention current collecting groove 13 may have, for example, a rectangular shape.
Además, haciendo referencia a la figura 5, en un electrodo 10' negativo para una batería secundaria según una realización de la presente invención, un surco 13' de recogida de corriente de prevención de deslaminación puede tener, como otro ejemplo, una forma circular.Furthermore, referring to Figure 5, in a negative electrode 10' for a secondary battery according to an embodiment of the present invention, a delamination prevention current collecting groove 13' may have, as another example, a circular shape.
La figura 6 es una vista en sección transversal parcial de un electrodo negativo para una batería secundaria según otra realización de la presente invención.Figure 6 is a partial cross-sectional view of a negative electrode for a secondary battery according to another embodiment of the present invention.
Haciendo referencia a la figura 6, en un electrodo 10” negativo para una batería secundaria según otra realización de la presente invención, puede proporcionarse además una parte 15 de prevención de separación en un colector 11 de electrodo negativo.Referring to Figure 6, in a negative electrode 10" for a secondary battery according to another embodiment of the present invention, a separation prevention part 15 may also be provided in a negative electrode collector 11.
La parte 15 de prevención de separación puede estar dispuesta en un extremo superior de un surco 13 de recogida de corriente de prevención de deslaminación del colector 11 de electrodo negativo para sobresalir, evitando de ese modo que la capa S de pasivación (véase la figura 3) se separe del surco 13 de recogida de corriente de prevención de deslaminación. Es decir, la parte 15 de prevención de separación puede extenderse desde un extremo superior de una pared 14 interna del colector 11 de electrodo negativo hasta una parte 13a de espacio del surco 13 de recogida de corriente de prevención de deslaminación para sujetar una superficie lateral superior de la capa S de pasivación, evitando de ese modo que la capa S de pasivación se separe del surco 13 de recogida de corriente de prevención de deslaminación. The separation prevention part 15 may be arranged at an upper end of a delamination prevention current collecting groove 13 of the negative electrode collector 11 to protrude, thereby preventing the passivation layer S (see Figure 3 ) separates from the delamination prevention current collection groove 13. That is, the separation prevention portion 15 may extend from an upper end of an inner wall 14 of the negative electrode collector 11 to a space portion 13a of the delamination prevention current collecting groove 13 to hold an upper side surface. of the passivation layer S, thereby preventing the passivation layer S from separating from the delamination prevention current collection groove 13.
Por ejemplo, la parte 15 de prevención de separación puede tener una forma que sobresale o está escalonada en una dirección en la que la parte 15 de prevención de separación está orientada hacia el extremo superior del surco 13 de recogida de corriente de prevención de deslaminación.For example, the separation prevention portion 15 may have a shape that protrudes or is stepped in a direction in which the separation prevention portion 15 is oriented toward the upper end of the delamination prevention current collecting groove 13.
Aunque la presente invención se ha mostrado y descrito particularmente con referencia a realizaciones a modo de ejemplo de la misma, los expertos habituales en la técnica entenderán que pueden realizarse diversos cambios en cuanto a la forma y detalles de las mismas sin alejarse del alcance de la invención.Although the present invention has been shown and described particularly with reference to exemplary embodiments thereof, those of ordinary skill in the art will understand that various changes may be made to the form and details thereof without departing from the scope of the invention. invention.
Además, el alcance de protección de la presente invención se aclarará mediante las reivindicaciones adjuntas. Furthermore, the scope of protection of the present invention will be clarified by the appended claims.
Claims (8)
Applications Claiming Priority (3)
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