ES2969218T3 - Batería cilíndrica que comprende batería con junta anticorrosiva - Google Patents

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Sang Sok Jung
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Byoung Kook Lee
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Abstract

Una batería cilíndrica según una realización de la presente invención emplea una junta antioxidante que comprende un agente antioxidante y una resina base, exhibiendo así un excelente efecto antioxidante en condiciones de alta temperatura/alta humedad. Tal efecto no ha sido tenido en cuenta por diversas tecnologías antioxidantes convencionales relacionadas con baterías cilíndricas, tales como arandelas antioxidantes convencionales, tubos antioxidantes y similares. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Batería cilindrica que comprende batería con junta anticorrosiva
Sector de la técnica
Esta solicitud reivindica el beneficio de la solicitud de patente coreana n.° 2017-0062792 presentada el 22 de mayo de 2017 ante la Oficina de Propiedad Intelectual de Corea.
La presente invención se refiere a una batería cilindrica que comprende una junta, y más en particular a una batería cilindrica tratada contra la corrosión que comprende una junta anticorrosiva que incluye un inhibidor de corrosión volátil.
Estado de la técnica
En general, una batería secundaria es una batería que se puede cargar y descargar, a diferencia de una batería primaria, que no se puede cargar. Una batería secundaria de este tipo se ha utilizado ampliamente como fuente de potencia para dispositivos electrónicos, tales como teléfonos móviles, ordenadores portátiles y videocámaras, así como para automóviles eléctricos. En particular, se ha utilizado cada vez más rápidamente una batería secundaria de litio, que tiene una tensión de funcionamiento de 3,6 V, puesto que la capacidad de la batería secundaria de litio es aproximadamente tres veces mayor que la capacidad de una batería de níquel y cadmio o una batería de hidruro de níquel, que se utiliza principalmente como fuente de potencia para dispositivos electrónicos, y la densidad de energía de la batería secundaria de litio por unidad de peso es alta.
Dicha batería secundaria de litio utiliza principalmente óxido de litio y material de carbono como material activo del electrodo positivo y material activo del electrodo negativo, respectivamente. Además, la batería secundaria de litio puede clasificarse como batería prismática, batería cilíndrica o batería en forma de bolsa.
Una batería secundaria de iones de litio incluye un conjunto de electrodos, en el que están dispuestos secuencialmente un electrodo positivo, un separador y un electrodo negativo, y un miembro de revestimiento, en el que se recibe el conjunto de electrodos junto con una solución electrolítica en un estado sellado. En particular, el miembro de revestimiento de la batería cilíndrica incluye un bote cilíndrico que tiene un extremo abierto y un conjunto de tapa acoplado al extremo abierto del bote cilíndrico en un estado sellado.
En general, entre el bote cilíndrico y el conjunto de tapa se interpone una junta para sellar la batería cilíndrica. La junta de la batería cilíndrica está hecha de una resina polimérica, tal como el polipropileno. Sin embargo, una unidad de engaste de la batería cilíndrica se corroe en condiciones de alta temperatura y alta humedad y, por lo tanto, existe una gran necesidad de mejorarla.
El documento de patente 1 divulga una arandela anticorrosiva que incluye un inhibidor de corrosión y una resina base. La arandela anticorrosiva se carga en el extremo superior de un conjunto de tapa de una batería cilíndrica para impedir que se corroa una unidad de engaste de la batería cilíndrica. Sin embargo, los experimentos ponen al descubierto que la arandela anticorrosiva en general proporciona el efecto anticorrosivo deseado solo durante aproximadamente un mes en condiciones de temperatura y humedad normales.
El documento de patente 2 divulga un tubo anticorrosivo que incluye un inhibidor de corrosión. Sin embargo, los resultados de experimentos comparativos llevados a cabo en condiciones parecidas a las de los ejemplos siguientes ponen al descubierto que 14 de 50 baterías estaban corroídas, lo que indica que el tubo anticorrosivo no puede proporcionar suficiente efecto anticorrosivo. Por el contrario, según la presente invención, solo una de 30 baterías resultó corroída.
En el documento de patente 2, no es posible impedir adecuadamente que se corroa una porción de la batería que puede estar principalmente corroída, es decir, una unidad de engaste de la batería. La porción de la batería que puede estar principalmente corroída es una unidad de engaste de la batería, que es una porción cortada de un bote metálico de la batería. El tubo anticorrosivo no puede prevenir eficazmente la corrosión de la porción de la batería que puede estar principalmente corroída.
No solo el efecto conseguido por el tubo anticorrosivo divulgado en el documento de patente 2 es insatisfactorio, sino que también es difícil fabricar el tubo anticorrosivo. El tubo anticorrosivo se fabrica al aplicar aire caliente a una resina polimérica para deformar la resina polimérica, envolver un bote cilíndrico con un tubo y hacer que el tubo se contraiga. Por el contrario, el proceso de fabricación de la junta anticorrosiva es sencillo, puesto que basta con añadir un material inhibidor de corrosión a una junta general en el momento de fabricar la junta.
En el caso de que se utilice una batería cilíndrica en un automóvil eléctrico, lo cual se espera que tenga una gran demanda en el futuro, durante un largo período de tiempo o en entornos de alta temperatura y alta humedad en el verano, se sabe que no es posible resolver el problema de corrosión que se produce en una unidad de engaste de la batería. La anticorrosión de una batería cilindrica montada en un vehículo eléctrico híbrido está directamente relacionada con la seguridad de los pasajeros en el vehículo, así como con el rendimiento del vehículo en base a un aumento de la vida útil de la batería. Sin embargo, todavía no se han propuesto soluciones claras.
Objeto de la invención
Problema técnico
Un objeto de la presente invención es proporcionar una batería cilíndrica tratada contra la corrosión que pueda impedir que el extremo de una unidad de engaste de la batería se corroa en condiciones de alta temperatura y alta humedad durante un largo período de tiempo.
Solución técnica
En un primer aspecto de la presente invención, los objetivos anteriores y otros se pueden lograr al proporcionar una batería cilíndrica tratada contra la corrosión que tiene un conjunto de electrodos, que incluye un electrodo positivo, un electrodo negativo y un separador, montado en su interior, incluyendo la batería cilíndrica tratada contra la corrosión un bote cilíndrico que tiene un extremo superior abierto, un conjunto de tapa acoplado al bote cilíndrico por medio de una unidad de engaste ubicada en la superficie circunferencial exterior de la parte superior del bote cilíndrico, estando formada la unidad de engaste al doblar una porción del extremo superior abierto hacia adentro, y una junta anticorrosiva interpuesta entre el bote cilíndrico y el conjunto de tapa, en el que la junta anticorrosiva incluye un inhibidor de corrosión volátil, que incluye una resina polimérica y material a base de nitrato de sodio y una resina base.
En un segundo aspecto de la presente invención, se puede proporcionar del 1 a 30 por ciento en peso del inhibidor de corrosión volátil en base al 100 por ciento en peso de la resina base, se puede proporcionar del 3 a 30 por ciento en peso del material a base de nitrato de sodio a partir del 100 por ciento en peso de la resina polimérica, y el material a base de nitrato de sodio puede ser por lo menos uno de NaNÜ<2>y NaNo3, estando disperso el material a base de nitrato de sodio en la junta anticorrosiva.
En un tercer aspecto de la presente invención, la resina polimérica y la resina base pueden ser idénticas entre sí o diferentes entre sí, y cada una de la resina polimérica y la resina base pueden ser una o una mezcla de dos o más seleccionadas del grupo que consiste en polipropileno (PP, poli(tereftalato de butileno), polietileno, poli(tereftalato de etileno), teflón, politetrafluoroetileno, rayón, hilo mixto, poliviscosa y polinósico.
En un cuarto aspecto de la presente invención, cada una de la resina polimérica y la resina base puede ser polipropileno (PP).
En un quinto aspecto de la presente invención, el material a base de nitrato de sodio se puede dispersar en la junta anticorrosiva en un estado cristalino, y puede formarse gamma óxido de hierro (III) (Y-Fe2Ü3) con un grosor que varía entre 10 A y 1000 A en el extremo de la unidad de engaste del bote cilíndrico como consecuencia del material a base de nitrato de sodio.
En un sexto aspecto de la presente invención, el conjunto de tapa puede incluir una tapa superior, configurada para sellar el extremo abierto del bote cilíndrico, y un respiradero de seguridad, una superficie del cual hace contacto con la superficie lateral, la superficie superior y la superficie inferior de la tapa superior y la otra superficie del cual está doblada para hacer contacto con la superficie circunferencial interior de la junta, estando el respiradero de seguridad conectado eléctricamente al conjunto de electrodos.
En un séptimo aspecto de la presente invención, el conjunto de tapa puede incluir una tapa superior configurada para sellar el extremo abierto del bote cilíndrico, estando dispuesta la tapa superior para hacer contacto con una porción saliente de la junta, un elemento con coeficiente de temperatura positivo (PTC) dispuesto para hacer contacto con la tapa superior, y un respiradero de seguridad, una superficie del cual hace contacto con el elemento PTC y una porción de la otra superficie está dispuesta para hacer contacto con la junta.
En un octavo aspecto de la presente invención, la batería cilíndrica tratada contra la corrosión puede incluir además un dispositivo de interrupción de corriente soldado al extremo inferior del respiradero de seguridad, estando configurada la parte inferior del dispositivo de interrupción de corriente para poder conectarse al conjunto de electrodos.
En un noveno aspecto de la presente invención, se proporciona un paquete de baterías que incluye una pluralidad de baterías cilíndricas según la presente invención, en el que las baterías cilíndricas están conectadas eléctricamente entre sí. En un décimo aspecto de la presente invención, el paquete de baterías se puede utilizar como fuente de potencia para por lo menos un dispositivo de tamaño mediano o grande seleccionado del grupo que consiste en una herramienta eléctrica, un automóvil eléctrico, tal como un vehículo eléctrico (EV), un vehículo eléctrico híbrido (HEV) o un vehículo eléctrico híbrido enchufable (PHEV), un camión eléctrico, un vehículo comercial eléctrico y un sistema de almacenamiento de potencia.
En un undécimo aspecto de la presente invención, se proporciona un procedimiento para fabricar una batería cilíndrica tratada contra la corrosión, incluyendo el procedimiento preparar y pulverizar un material a base de nitrato de sodio, que es por lo menos uno de NaNO2 y NaNo3, mezclar el material a base de nitrato de sodio pulverizado con una resina polimérica para fabricar un inhibidor de corrosión volátil, mezclar el inhibidor de corrosión volátil con una resina base para fabricar una junta anticorrosiva e interponer la junta anticorrosiva entre un bote cilíndrico, que tiene un conjunto de electrodos montado en su interior, y un conjunto de tapa, acoplado al bote cilíndrico por medio de una unidad de engaste ubicada en la superficie circunferencial exterior de la parte superior del bote cilíndrico, estando formada la unidad de engaste al doblar una porción de un extremo superior abierto del bote cilíndrico hacia adentro.
En un duodécimo aspecto de la presente invención, el procedimiento puede incluir además, después de la etapa de interponer la junta anticorrosiva entre el bote cilíndrico y el conjunto de tapa, generar por lo menos uno de ácido nitroso (HNO<2>) y ácido nítrico (HNo3) a través de una reacción entre el material a base de nitrato de sodio en la junta anticorrosiva y la humedad y oxidar la superficie del bote cilíndrico a través de por lo menos uno de ácido nitroso (HNO<2>) y ácido nítrico (HNo3) para formar gamma óxido de hierro (III) (Y-Fe2O3) con un grosor que varía entre 10 A y 1000 A.
Descripción de las figuras
La figura 1 es una vista en sección que muestra un lado de una batería en la que está montada una junta anticorrosiva según la presente invención.
La figura 2 es una vista en sección que muestra una batería cilíndrica que incluye una junta anticorrosiva según una realización de la presente invención.
La figura 3 es una vista en sección que muestra una batería cilíndrica que incluye una junta anticorrosiva según otra realización de la presente invención.
Descripción detallada de la invención
Para lograr el objeto anterior, una batería cilíndrica según una realización de la presente invención, que es una batería cilíndrica que tiene un conjunto de electrodos, que incluye un electrodo positivo, un electrodo negativo y un separador, montado en su interior, incluye un bote cilíndrico que tiene un extremo superior abierto, un conjunto de tapa acoplado al bote cilíndrico por medio de una unidad de engaste ubicada en la superficie circunferencial exterior de la parte superior del bote cilíndrico, estando formada la unidad de engaste al doblar una porción del extremo superior abierto hacia adentro, y una junta anticorrosiva interpuesta entre el bote cilíndrico y el conjunto de tapa, en el que la junta anticorrosiva incluye un inhibidor de corrosión volátil, que incluye una resina polimérica y un material a base de nitrato de sodio, y una resina base. Se puede proporcionar del 1 al 30 por ciento en peso del inhibidor de corrosión volátil basado en el 100 por ciento en peso de la resina base, del 3 al 30 por ciento en peso del material a base de nitrato de sodio a partir del 100 por ciento en peso de la resina polimérica, el material a base de nitrato de sodio puede ser por lo menos uno de NaNO<2>y NaNo3, estando el material a base de nitrato de sodio disperso en la junta anticorrosiva en estado cristalino, y se puede formar gamma óxido de hierro (III) (Y-Fe2O3) con un grosor que varía entre 10 A y 1000 A en el extremo de la unidad de engaste del bote cilíndrico como consecuencia del material a base de nitrato de sodio.
La resina polimérica y la resina base pueden ser idénticas entre sí o diferentes entre sí, y cada una de la resina polimérica y la resina base puede ser una o una mezcla de dos o más seleccionadas del grupo que consiste en polipropileno (PP), poli(tereftalato de butileno), polietileno, poli(tereftalato de etileno), teflón, politetrafluoroetileno, rayón, hilo mixto, poliviscosa y polinósico. En particular, cada una de la resina polimérica y la resina base puede ser polipropileno (PP). El material para la junta se divulga en el documento de patente 1 y, por lo tanto, se omitirá una descripción detallada del mismo.
La unidad de engaste está formada en el extremo superior del bote cilíndrico de modo que el conjunto de tapa pueda montarse en el extremo abierto del bote cilíndrico. Más específicamente, la unidad de engaste se forma al rebordear el extremo superior del bote cilíndrico de modo que se forme una indentación en el interior del bote cilíndrico, colocar la junta en el extremo abierto del bote cilíndrico, introducir secuencialmente las circunferencias exteriores de una tapa superior, un elemento PTC y un respiradero de seguridad en la junta, y doblar el extremo superior del bote cilíndrico hacia adentro. Como resultado, la unidad de engaste tiene una forma que rodea la junta ubicada en el interior de la unidad de engaste. El conjunto de tapa se monta en el bote cilíndrico mediante engaste y presión. La unidad de engaste está configurada para tener una estructura en la que el extremo de la unidad de engaste está doblado hacia adentro de modo que el conjunto de tapa pueda montarse de manera estable en el extremo superior abierto del bote cilíndrico en el estado en el que la junta está interpuesta entremedio. La pared lateral de la unidad de engaste se extiende verticalmente de la misma forma que la superficie lateral de la batería.
El material para el bote 20 cilindrico no está en particular restringido. El bote cilindrico puede estar hecho de uno cualquiera de acero inoxidable, acero, aluminio y un equivalente de los mismos. El bote 20 cilíndrico está fabricado de un componente metálico, puesto que es necesario que el bote cilíndrico presente conductividad. Un componente metálico de este tipo puede corroerse fácilmente por la humedad externa.
Un conjunto 30 de tapa según una realización de la presente invención puede incluir una tapa superior, configurada para sellar el extremo abierto del bote 20 cilíndrico, y un respiradero 36 de seguridad, una superficie del cual hace contacto con la superficie lateral, la superficie superior y la superficie inferior de la tapa superior y la otra superficie del cual está doblada para hacer contacto con la superficie circunferencial interior de la junta 40, estando el respiradero 36 de seguridad conectado eléctricamente al conjunto 10 de electrodos. El conjunto 30 de tapa puede incluirse en una batería 100 cilíndrica.
Una batería 100 cilíndrica según una realización de la presente invención se muestra en la figura 2. En referencia a la figura 2, la batería 100 cilíndrica incluye un bote 20 cilíndrico, en el que se recibe un conjunto 10 de electrodos junto con una solución electrolítica, un conjunto 30 de tapa acoplado al extremo abierto del bote 20 cilíndrico en un estado sellado, y una junta 40 interpuesta. entre el bote 20 cilíndrico y el conjunto 30 de tapa.
El conjunto 30 de tapa puede incluir una tapa superior, configurada para sellar el extremo abierto del bote 20 cilíndrico, y un respiradero 36 de seguridad, una superficie del cual hace contacto con la superficie lateral, la superficie superior y la superficie inferior de la tapa superior y la otra superficie del cual está doblada para hacer contacto con la superficie circunferencial interior de la junta 40, estando conectado eléctricamente el respiradero 36 de seguridad al conjunto 10 de electrodos.
En el caso de que se utilice una batería que incluye un conjunto 30 de tapa de este tipo como fuente de potencia de una herramienta eléctrica tal como un taladro eléctrico, la batería puede proporcionar un alto rendimiento instantáneo y puede ser fuertemente resistente a impactos físicos externos tales como vibración y caída.
En particular, en el conjunto 30 de tapa, que está configurado de modo que el respiradero 36 de seguridad se dobla para rodear la tapa superior, la superficie de contacto entre el respiradero 36 de seguridad y la tapa superior puede formar por lo menos una parte de conexión. La parte de conexión puede formarse mediante soldadura. El término "soldadura" utilizado en la presente invención puede incluir conceptualmente un procedimiento de fijación tal como soldadura, así como el significado literal de soldadura, tal como soldadura por láser, soldadura ultrasónica y soldadura por resistencia. La soldadura se puede realizar en el momento de ensamblar el conjunto 30 de tapa, o se puede realizar en el estado en el que el conjunto 30 de tapa se monta en el bote 20 cilíndrico.
El respiradero 36 de seguridad sirve para interrumpir el flujo de corriente o para evacuar gases cuando aumenta la presión interna de la batería. El respiradero de seguridad puede estar hecho de un material metálico. El grosor del respiradero 36 de seguridad puede cambiarse dependiendo del material o estructura del mismo. El grosor del respiradero de seguridad no está en particular restringido, siempre que el respiradero de seguridad pueda romperse y liberar gases de escape cuando se genera un nivel predeterminado de presión en la batería. Por ejemplo, el grosor del respiradero de seguridad puede variar entre 0,2 y 0,6 mm.
El grosor de la porción de la tapa superior que hace contacto con el respiradero 36 de seguridad no está en particular restringido, siempre que la tapa superior pueda proteger diversos elementos del conjunto 30 de tapa de la presión externa. Por ejemplo, el grosor de la porción de la tapa superior puede variar entre 0,3 y 0,5 mm. Si el grosor de la porción de la tapa superior es demasiado pequeño, es difícil que la tapa superior presente resistencia mecánica, lo cual es indeseable. Por otra parte, si el grosor de la porción de la tapa superior es demasiado grande, el tamaño y el peso de la tapa superior aumentan, por lo que se puede reducir la capacidad de una batería que tenga las mismas especificaciones, lo cual tampoco es deseable. La junta 40 está configurada en general en forma de cilindro, cuyos extremos opuestos están abiertos. Un extremo de la junta, que mira hacia el interior del bote 20 cilíndrico, puede doblarse perpendicularmente hacia el centro del bote cilíndrico para quedar situado en la parte abierta del bote 20 cilíndrico, es decir, en la unidad de engaste. El otro extremo de la junta 40 se extiende inicialmente en línea recta en la dirección axial de la junta 40 cilíndrica. Cuando la junta se empuja hacia el bote 20 cilíndrico, la junta se dobla perpendicularmente hacia el centro del bote cilíndrico de modo que la superficie circunferencial interior y la superficie circunferencial exterior de la junta se pliegan en el estado de estar en estrecho contacto con la tapa superior del conjunto 30 de tapa y la superficie lateral interior del bote 20 cilíndrico, respectivamente.
La junta 40 está hecha de una resina polimérica elástica que presenta un alto aislamiento eléctrico. Es necesario que dicha resina polimérica presente un alto aislamiento eléctrico, resistencia al impacto, elasticidad y durabilidad. En general, es necesario que la junta presente un alto aislamiento, una alta resistencia química a una solución electrolítica para impedir la filtración de la solución electrolítica y una alta resistencia térmica para mantener la estanqueidad de la junta en el caso de condiciones severas. condiciones en la batería, tal como alta temperatura o alta humedad. La junta en general está hecha de polipropileno. Sin embargo, la presente invención no está limitada a los mismos. Además, la junta 40 incluye un inhibidor de corrosión volátil.
El conjunto 10 de electrodos puede incluir dos placas 11 de electrodo, que tienen diferentes polaridades y están configuradas en forma de placas de gran tamaño que pueden enrollarse en forma de rollo, y un separador 12 interpuesto entre las placas 11 de electrodo para aislar las placas 11 de electrodo entre sí o dispuesto en el lado izquierdo o en el lado derecho de una de las placas 11 de electrodo. El conjunto de electrodos puede enrollarse en forma de rollo de gelatina. De forma alternativa, una placa de electrodo positivo que tiene un tamaño predeterminado y una placa de electrodo negativo que tiene un tamaño predeterminado pueden apilarse en el estado en el que un separador 12 está interpuesto entremedio.
Cada una de las placas 11 de electrodo está configurada para tener una estructura en la que se aplica una suspensión de material activo a un colector de corriente de tipo hoja metálica o malla metálica que incluye aluminio o cobre. La suspensión se forma en general al agitar un material activo granular, un conductor auxiliar, un aglutinante y un plastificante en el estado en el que se añade un disolvente. El disolvente se elimina en el proceso siguiente. Se pueden proporcionar piezas no recubiertas, a las que no se aplica la suspensión, en la porción inicial y en la porción final del colector de corriente en la dirección en la que se enrolla cada una de las placas 11 de electrodo. Un par de cables correspondientes a las placas 11 de electrodo respectivas están unidos a las partes no recubiertas. Un primer cable 13, que está unido al extremo superior del conjunto 10 de electrodos, está conectado eléctricamente al conjunto 30 de tapa, y un segundo cable (no se muestra), que está unido al extremo inferior del conjunto 10 de electrodos, está conectado al fondo del bote 20 cilíndrico. Por supuesto, tanto el primer cable 13 como el segundo cable pueden extenderse hacia el conjunto 30 de tapa. El conjunto 10 de electrodos puede estar dispuesto sobre una primera placa aislante (no se muestra), que está instalada en el fondo del bote 20 cilíndrico, y una segunda placa aislante (no se muestra) puede estar dispuesta en el extremo superior del conjunto 10 de electrodos. La primera placa aislante aísla el conjunto 10 de electrodos y el fondo del bote 20 cilíndrico entre sí, y la segunda placa aislante aísla el conjunto 10 de electrodos y el conjunto 30 de tapa entre sí.
El bote 20 cilíndrico está hecho de un material metálico conductor ligero tal como aluminio o una aleación de aluminio, y tiene una estructura cilíndrica que tiene un extremo superior abierto y un extremo inferior cerrado. El conjunto 10 de electrodos y la solución electrolítica (no se muestra) se reciben en el bote 20 cilíndrico. La solución electrolítica sirve para mover los iones de litio generados como resultado de una reacción electroquímica de las placas 11 de electrodo en el momento de cargar y descargar la batería 100 secundaria. La solución electrolítica puede ser una solución electrolítica orgánica no acuosa, que es una mezcla de sal de litio y un disolvente orgánico de alta pureza, o un electrolito polimérico. Sin embargo, el tipo de solución electrolítica no es pertinente en este caso.
Mientras tanto, se puede introducir un pasador central (no se muestra) en el centro del bote 20 cilíndrico para impedir que el conjunto 10 de electrodos, enrollado en forma de rollo de gelatina, se desenrolle mientras sirve como ruta en la cual se mueve el gas en la batería 100 secundaria. En la parte superior del bote 20 cilíndrico, es decir, en la parte del bote cilíndrico situada por encima del extremo superior del conjunto 10 de electrodos, se proporciona una parte 24 de reborde, que se dobla hacia dentro des del exterior al presionarla, para impedir que el movimiento hacia arriba y hacia abajo del conjunto 10 de electrodos.
El conjunto 30 de tapa está ensamblado en la parte abierta del bote 20 cilíndrico en el estado de estar sellado por medio de la junta 40. El conjunto 30 de tapa incluye una tapa superior y un respiradero 36 de seguridad. La tapa superior tiene un terminal de electrodo (no se muestra) formado para estar conectado eléctricamente al exterior. El respiradero 36 de seguridad está doblado para rodear la superficie circunferencial exterior de la tapa superior.
Una batería 100 cilíndrica según una realización de la presente invención puede incluir además un dispositivo de interrupción de corriente soldado al extremo inferior del respiradero 36 de seguridad, estando configurada la parte inferior del dispositivo de interrupción de corriente para poder conectarse al conjunto 10 de electrodos. Específicamente, el centro del respiradero 36 de seguridad sobresale en forma convexa y está soldado al dispositivo 38 de interrupción de corriente (CID). El dispositivo 38 de interrupción de corriente puede deformarse junto con el respiradero 36 de seguridad dependiendo de la presión interna de la batería 100 secundaria. El dispositivo de interrupción de corriente puede clasificarse como junta CID o filtro CID.
Una batería 100 cilíndrica según una realización de la presente invención puede incluir además una junta auxiliar. La junta 42 auxiliar es una junta para el dispositivo 38 de interrupción de corriente, que está formada para rodear la superficie circunferencial exterior del dispositivo 38 de interrupción de corriente. En particular, la junta 42 auxiliar hace contacto con la parte superior y la parte lateral del dispositivo 38 de interrupción de corriente en la superficie circunferencial exterior del dispositivo 38 de interrupción de corriente para sostener la parte superior y la parte lateral del dispositivo 38 de interrupción de corriente. Además, la junta 42 auxiliar sirve para aislar eléctricamente el dispositivo 38 de interrupción de corriente y el respiradero 36 de seguridad entre sí, excepto por la porción de contacto entre el saliente del respiradero 36 de seguridad y el dispositivo 38 de interrupción de corriente.
En general, en la batería cilíndrica, un cable del electrodo positivo, que está soldado a la hoja del electrodo positivo del conjunto 10 de electrodos de tipo rollo de gelatina, está conectado eléctricamente al conjunto 30 de tapa mientras está conectado a un terminal que sobresale del extremo superior de la tapa superior, y un cable del electrodo negativo, que está soldado a la hoja del electrodo negativo del conjunto 10 de electrodos de tipo rollo de gelatina, está conectado al extremo cerrado del bote 20 cilíndrico, por lo que el bote 20 cilíndrico constituye en sí mismo un terminal del electrodo negativo. El material para el bote 20 cilíndrico no está en particular restringido. El bote cilíndrico puede estar hecho de uno cualquiera de acero inoxidable, acero, aluminio y un equivalente de los mismos. Se inyecta una solución electrolítica en el bote 20 cilíndrico en el estado en el que el conjunto 10 de electrodos se recibe en el bote 20 cilíndrico, y el conjunto 30 de tapa se monta en el extremo abierto del bote 20 cilíndrico en un estado sellado, con lo cual se completa el ensamblaje de la batería secundaria.
Una batería secundaria según una realización de la presente invención puede ser una batería secundaria de (iones) de litio, que presenta alta densidad de energía, tensión de descarga y estabilidad de salida. Dicha batería secundaria de (iones) de litio incluye un electrodo positivo, un electrodo negativo, un separador 12 y una solución electrolítica no acuosa que contiene sal de litio. El electrodo positivo se puede fabricar, por ejemplo, al aplicar una mezcla de un material activo del electrodo positivo, un agente conductor y un aglutinante a un colector de corriente de electrodo positivo y secar la mezcla. Se puede añadir más relleno a la mezcla según sea necesario. El electrodo negativo se puede fabricar al aplicar un material activo del electrodo negativo a un colector de corriente de electrodo negativo y secarlo. Los componentes descritos anteriormente pueden incluirse adicionalmente según sea necesario. El separador 12 está interpuesto entre el electrodo positivo y el electrodo negativo. Como separador se utiliza una película delgada aislante que presenta una alta permeabilidad a los iones y resistencia mecánica. La solución electrolítica no acuosa que contiene sal de litio comprende una solución electrolítica no acuosa y sal de litio. Como solución electrolítica no acuosa se utiliza una solución electrolítica líquida no acuosa, un electrolito sólido o un electrolito sólido inorgánico. El colector de corriente, el material de electrodo activo, el agente conductor, el aglutinante, el relleno, el separador 12, la solución electrolítica y la sal de litio son bien conocidos en la técnica a la que pertenece la presente invención y, por lo tanto, se omitirá una descripción detallada de los mismos.
Una batería 100 cilíndrica según otra realización de la presente invención se muestra en la figura 3. Los elementos que tienen los mismos números de referencia que los números de referencia descritos con referencia a la figura 2 son miembros correspondientes y desempeñan las funciones correspondientes. En referencia a la figura 3, el conjunto 30 de tapa puede incluir una tapa superior configurada para sellar el extremo abierto del bote 20 cilíndrico, estando dispuesta la tapa superior para hacer contacto con una porción saliente de la junta 40, un elemento 34 con coeficiente de temperatura positivo (PTC) dispuesto para hacer contacto con la tapa superior, y un respiradero 36 de seguridad, una superficie del cual hace contacto con el elemento 34 PTC y una porción de la otra superficie está dispuesta para hacer contacto con la junta 40.
La junta 40 es la misma que la junta anticorrosiva descrita con referencia a la figura 2.
Cuando aumenta la temperatura interna de la batería, la resistencia del elemento 34 PTC aumenta enormemente para interrumpir el flujo de corriente. El grosor del elemento 34 PTC se puede cambiar dependiendo del material o estructura del mismo. Por ejemplo, el grosor del elemento 34 PTC puede variar entre 0,2 y 0,4 mm. Si el grosor del elemento 34 PTC es superior a 0,4 mm, se puede aumentar la resistencia interna del elemento PTC y se puede aumentar el tamaño de la batería, con lo que se puede reducir la capacidad de una batería que tenga las mismas especificaciones. Si el grosor del elemento 34 PTC es inferior a 0,2 mm, por otra parte, es difícil para el elemento PTC lograr el efecto de interrupción de corriente deseado a altas temperaturas, y el elemento PTC puede destruirse fácilmente incluso por impactos externos débiles. En consecuencia, el grosor del elemento 34 PTC se puede establecer apropiadamente dentro del intervalo de grosor anterior en vista de las cuestiones anteriores en conjunto.
El grosor de la porción de la tapa superior que hace contacto con el elemento 34 PTC no está en particular restringido, siempre que la tapa superior puede proteger diversos elementos del conjunto 30 de tapa de la presión externa. Por ejemplo, el grosor de la porción de la tapa superior puede variar entre 0,3 y 0,5 mm. Si el grosor de la porción de la tapa superior es demasiado pequeño, es difícil que la tapa superior presente resistencia mecánica, lo cual es indeseable. Por otra parte, si el grosor de la porción de la tapa superior es demasiado grande, el tamaño y el peso de la tapa superior aumentan, por lo que se puede reducir la capacidad de una batería que tenga las mismas especificaciones, lo cual tampoco es deseable.
Una batería secundaria que incluye el conjunto 30 de tapa, que incluye la tapa superior, el elemento 34 PTC y el respiradero de seguridad, como se describe anteriormente, se puede usar como fuente de potencia para un teléfono celular, un ordenador portátil, etc., que proporciona de manera estable una salida predeterminada.
La presente invención puede proporcionar un paquete de baterías que incluye una pluralidad de baterías secundarias de litio según la realización de la presente invención fabricadas como se describe anteriormente, en el que las baterías secundarias de litio están conectadas eléctricamente entre sí. El paquete de baterías se puede utilizar como fuente de potencia para por lo menos un dispositivo de tamaño mediano o grande seleccionado del grupo que consiste en una herramienta eléctrica, un automóvil eléctrico, tal como un vehículo eléctrico (EV), un vehículo eléctrico híbrido (HEV) o un vehículo eléctrico híbrido enchufable (PHEV), un camión eléctrico, un vehículo comercial eléctrico y un sistema de almacenamiento de potencia.
Se llevaron a cabo experimentos para examinar las características anticorrosivas de la junta anticorrosiva según la presente invención y de la arandela anticorrosiva según el documento de patente 1.
<Fabricación de material anticorrosivo>
El NaNO2 se mezcló uniformemente a temperatura normal y presión normal hasta que el NaNO2 tuvo propiedades uniformes y luego se pulverizó finamente. Se mezclaron el 3 por ciento en peso de NaNO<2>pulverizado y el 97 por ciento en peso de polipropileno fundido para obtener un inhibidor de corrosión volátil (VCI).
Se mezclaron el inhibidor de corrosión volátil, como resina base, y polipropileno (para una arandela), poli(tereftalato de etileno) (para un tubo) o poli(tereftalato de butileno) (para una junta) en una proporción de 5:100 (porcentaje en peso), y luego la mezcla se inyectó en un molde para fabricar un producto que tuviera la forma descrita anteriormente.
<Ejemplo 1>
Una junta anticorrosiva fabricada según la <Fabricación de material anticorrosivo> y una arandela general se aplicaron a un conjunto de tapa para fabricar una batería secundaria cilíndrica.
<Ejemplo 2>
Una junta anticorrosiva y una arandela anticorrosiva fabricadas según la <Fabricación de material anticorrosivo> se aplicaron a un conjunto de tapa para fabricar una batería secundaria cilíndrica.
<Ejemplo 3>
Una junta anticorrosiva fabricada según la <Fabricación de material anticorrosivo> se aplicó a un conjunto de tapa para fabricar una batería secundaria cilíndrica. En la fabricación de la batería secundaria cilíndrica se utiliza una arandela general y un tubo general fabricados según la <Fabricación de material anticorrosivo> excepto el inhibidor de corrosión volátil.
<Ejemplo comparativo 1>
Se aplicaron una junta general y una arandela general a un conjunto de tapa para fabricar una batería secundaria cilíndrica.
<Ejemplo comparativo 2>
Una junta general y una arandela anticorrosiva fabricadas según la <Fabricación de material anticorrosivos se aplicaron a un conjunto de tapa para fabricar una batería secundaria cilíndrica.
<Ejemplo comparativo 3>
La batería secundaria cilíndrica del ejemplo comparativo se insertó en un tubo anticorrosivo fabricado según la <Fabricación de material anticorrosivo^ y se le aplicó aire caliente para fabricar una batería secundaria cilíndrica recubierta con el tubo anticorrosivo. En la fabricación de la batería secundaria cilíndrica se utiliza una arandela general y una junta general fabricada según la <Fabricación de material anticorrosivo> excepto el inhibidor de corrosión volátil.
<Ejemplo comparativo 4>
Una arandela anticorrosiva fabricada según la <Fabricación de material anticorrosivo> se aplicó a un conjunto de tapa para fabricar una batería secundaria cilíndrica. En la fabricación de la batería secundaria cilíndrica se utiliza una junta general y un tubo general fabricados según la <Fabricación de material anticorrosivo> excepto el inhibidor de corrosión volátil.
<Ejemplo experimental 1>
Celdas de batería que incluyen arandelas anticorrosivas y juntas anticorrosivas fabricadas según la <Fabricación de material anticorrosivo> en las condiciones 1) a 4) siguientes se almacenaron a temperatura y humedad normales durante un mes para observar si las celdas de batería se habían corroído.
Las arandelas generales y las juntas generales se fabricaron según la <Fabricación de material anticorrosivo> excepto el inhibidor de corrosión volátil.
1) Arandela general junta general (Ejemplo comparativo 1)
2) Arandela general junta anticorrosiva (Ejemplo 1)
3) Arandela anticorrosiva junta general (Ejemplo comparativo 2)
4) Arandela anticorrosiva junta anticorrosiva
(Ejemplo 2)
Después de un mes, no se observó corrosión en los extremos de las unidades de engaste de las celdas de batería en todas las condiciones 1 a 4. En consecuencia, se puede ver que, incluso en el caso de que se apliquen arandelas y juntas generales, se puede impedir la corrosión de las celdas de batería en condiciones de temperatura y humedad normales.
<Ejemplo experimental 2>
Las baterías secundarias cilíndricas fabricadas según el ejemplo 1, el ejemplo 2 y los ejemplos comparativos 1 a 3 se almacenaron en una cámara, en la que se mantuvieron condiciones de alta temperatura y alta humedad (65 °C y 900 °C), durante dos semanas para observar si las baterías secundarias cilíndricas se habían corroído.
Los resultados se muestran en la Tabla 1 a continuación.
T l 1
A partir de los resultados del ejemplo experimental 2 puede verse que el efecto logrado por las arandelas es insignificante pero que el efecto logrado por las juntas anticorrosivas es significativo en condiciones de alta temperatura y alta humedad. También puede verse a partir de los resultados del ejemplo experimental 2 que el efecto logrado por los tubos anticorrosivos es insignificante en comparación con el efecto logrado por las juntas anticorrosivas.
<Ejemplo experimental 3>
Las baterías secundarias cilíndricas fabricadas según el ejemplo 3, el ejemplo comparativo 3 y el ejemplo comparativo 4 se almacenaron a temperatura y humedad normales durante seis meses para observar si las unidades de engaste de las baterías secundarias cilíndricas se habían corroído.
Los resultados se muestran en la Tabla 2 a continuación.
T l 2
Con referencia a la Tabla 2 anterior, en el caso de las baterías secundarias cilíndricas que se almacenaron durante seis meses, se observó corrosión en algunas de las baterías secundarias cilíndricas, en comparación con el ejemplo experimental 1, en el que las baterías secundarias cilíndricas se almacenaron durante un mes en condiciones normales de temperatura y humedad. Es decir, en el caso de que se utilizaron juntas anticorrosivas, cada una de las cuales incluye un material a base de nitrato de sodio, las unidades de engaste de todas las baterías secundarias cilíndricas no sufrieron corrosión. Sin embargo, en el ejemplo comparativo 3, en el que se aplicaron los tubos anticorrosivos, y en el ejemplo comparativo 4, en el que se aplicaron las arandelas anticorrosivas, las unidades de engaste de 18 baterías secundarias cilíndricas, entre las 20 baterías secundarias cilíndricas, se habían corroído. En una batería secundaria cilíndrica, una unidad de engaste, que es el extremo de un bote de la batería, se corta en el momento de fabricar la batería secundaria cilíndrica, con el resultado de que el Fe, que es un material que constituye una capa interna de la capa de recubrimiento del bote de batería, queda expuesto al exterior. En consecuencia, la unidad de engaste puede corroerse con relativa facilidad. Sin embargo, en el caso de que se aplica una junta anticorrosiva, como en la presente invención, resulta posible impedir completamente que se corroa la unidad de engaste de la batería secundaria cilíndrica.
Como se puede observar en la descripción anterior, la presente invención es una invención sin precedentes que propone una forma de utilizar una batería cilíndrica en condiciones de alta temperatura y alta humedad durante un largo período de tiempo al resolver los problemas que no se pueden resolver en la técnica convencional.
Aunque la invención se ha descrito con referencia a las realizaciones limitadas y las figuras adjuntas, los expertos en la materia apreciarán que la presente invención se limita a las mismas y que son posibles diversos cambios y modificaciones, sin apartarse de las reivindicaciones adjuntas y equivalentes de las mismas, así como de la idea técnica de la presente invención.
Aplicabilidad industrial
Una batería cilíndrica según una realización de la presente invención utiliza una junta anticorrosiva que incluye un inhibidor de corrosión volátil y una resina base. En consecuencia, la batería cilíndrica según la presente invención consigue un efecto anticorrosión extraordinario en condiciones de alta temperatura y alta humedad. Específicamente, resulta posible proporcionar una batería cilíndrica tratada contra la corrosión que puede impedir que el extremo de una unidad de engaste de la batería se corroa en condiciones de alta temperatura y alta humedad. Este efecto no puede lograrse mediante diversas tecnologías anticorrosión convencionales, tales como las de una arandela anticorrosiva convencional y un tubo anticorrosivo convencional, en el campo de las baterías cilíndricas.

Claims (12)

REIVINDICACIONES
1. Una batería (100) cilindrica tratada contra la corrosión que tiene un conjunto (10) de electrodos, que comprende un electrodo positivo, un electrodo negativo y un separador montado en su interior, comprendiendo la batería cilíndrica tratada contra la corrosión:
un bote (20) cilíndrico que tiene un extremo superior abierto;
un conjunto (30) de tapa acoplado al bote (20) cilíndrico por medio de una unidad de engaste ubicada en una superficie circunferencial exterior de una parte superior del bote cilíndrico, formándose la unidad de engaste al doblar una porción del extremo superior abierto hacia adentro; y
una junta (40) anticorrosiva interpuesta entre el bote (20) cilíndrico y el conjunto (30) de tapa, en el que la junta (40) anticorrosiva comprende un inhibidor de corrosión volátil, que comprende una resina polimérica y un material a base de nitrato de sodio y una resina base.
2. La batería (100) cilíndrica tratada contra la corrosión según la reivindicación 1, en la que
Se proporciona del 1 al 30 por ciento en peso del inhibidor de corrosión volátil basado en el 100 por ciento en peso de la resina base, del 3 al 30 por ciento en peso del material a base de nitrato de sodio a partir del 100 por ciento en peso de la resina polimérica, y
el material a base de nitrato de sodio es por lo menos uno de NaNO<2>y NaNo3, estando disperso el material a base de nitrato de sodio en la junta anticorrosiva.
3. La batería (100) cilíndrica tratada contra la corrosión según la reivindicación 1, en la que
la resina polimérica y la resina base son idénticas entre sí o diferentes entre sí, y
cada una de la resina polimérica y la resina base es una o una mezcla de dos o más seleccionadas de un grupo que consiste en polipropileno (PP), poli(tereftalato de butileno), polietileno, poli(tereftalato de etileno), teflón, politetrafluoroetileno, rayón, hilo mixto, poliviscosa y polinósico.
4. La batería (100) cilíndrica tratada contra la corrosión según la reivindicación 3, en la que cada una de la resina polimérica y la resina base es polipropileno (PP).
5. La batería (100) cilíndrica tratada contra la corrosión según la reivindicación 1, en la que
el material a base de nitrato de sodio se dispersa en la junta (40) anticorrosiva en estado cristalino, y se forma gamma óxido de hierro (III) (Y-Fe2O3) con un grosor que varía entre 10 A y 1000 A en un extremo de la unidad de engaste del bote cilíndrico como consecuencia del material a base de nitrato de sodio.
6. La batería (100) cilíndrica tratada contra la corrosión según la reivindicación 1, en la que el conjunto (30) de tapa comprende:
una tapa superior configurada para sellar el extremo abierto del bote cilíndrico; y
un respiradero (36) de seguridad, una superficie del cual hace contacto con una superficie lateral, una superficie superior y una superficie inferior de la tapa superior y la otra superficie del cual está doblada para hacer contacto con una superficie circunferencial interior de la junta, el respiradero de seguridad está conectado eléctricamente al conjunto de electrodos.
7. La batería (100) cilíndrica tratada contra la corrosión según la reivindicación 1, en la que el conjunto (30) de tapa comprende:
una tapa superior configurada para sellar el extremo abierto del bote (20) cilíndrico, estando dispuesta la tapa superior para hacer contacto con una porción saliente de la junta (40);
un elemento de coeficiente de temperatura positivo (PTC) dispuesto para entrar en contacto con la tapa superior; y un respiradero (36) de seguridad, una superficie del cual hace contacto con el elemento PTC y una porción de la otra superficie del cual está dispuesta para entrar en contacto con la junta (40).
8. La batería (100) cilíndrica tratada contra la corrosión según la reivindicación 7, que además comprende un dispositivo de interrupción de corriente soldado a un extremo inferior del respiradero (36) de seguridad, estando configurada una parte inferior del dispositivo de interrupción de corriente para poder conectarse al conjunto de electrodos.
9. Un paquete de baterías que comprende una pluralidad de baterías cilíndricas tratadas contra la corrosión según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en el que las baterías cilíndricas tratadas contra la corrosión están conectadas eléctricamente entre sí.
10. El paquete de baterías según la reivindicación 9, en el que el paquete de baterías se utiliza como fuente de potencia para por lo menos un dispositivo de tamaño mediano o grande seleccionado de un grupo que consiste en una herramienta eléctrica, un automóvil eléctrico, tal como un vehículo eléctrico (EV), un vehículo eléctrico híbrido (HEV) o un vehículo eléctrico híbrido enchufable (PHEV), un camión eléctrico, un vehículo comercial eléctrico y un sistema de almacenamiento de potencia.
11. Un procedimiento para fabricar una batería cilíndrica tratada contra la corrosión según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, comprendiendo el procedimiento:
preparar y pulverizar un material a base de nitrato de sodio, que es por lo menos uno de NaNO<2>y NaNo3; mezclar el material a base de nitrato de sodio pulverizado con una resina polimérica para fabricar un inhibidor de corrosión volátil;
mezclar el inhibidor de corrosión volátil con una resina base para fabricar una junta anticorrosiva; y
interponer la junta anticorrosiva entre un bote cilíndrico, que tiene un conjunto de electrodos montado en su interior, y un conjunto de tapa, acoplado al bote cilíndrico por medio de una unidad de engaste ubicada en una superficie circunferencial exterior de una parte superior del bote cilíndrico, la unidad de engaste formándose al doblar una porción de un extremo superior abierto del bote cilíndrico hacia adentro.
12. El procedimiento según la reivindicación 11 que además comprende:
después de la etapa de interponer la junta anticorrosiva entre el bote cilíndrico y el conjunto de tapa, generar por lo menos uno de ácido nitroso (HNO<2>) y ácido nítrico (HNo3) a través de una reacción entre el material a base de nitrato de sodio de la junta anticorrosiva y la humedad; y
oxidar una superficie del bote cilíndrico a través de por lo menos uno de ácido nitroso (HNO<2>) y ácido nítrico (HNo3) para formar gamma óxido de hierro (III) (Y-Fe2O3) con un grosor que varía entre 10 A y 1000 A.
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