CH662212A5 - Batterie mit organischem elektrolyt. - Google Patents
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Batterie mit organischem Elektrolyt gemäss dem Oberbegriff des unabhängigen Patentanspruchs 1.
Derartige Batterien bestehen aus einer positiven Elektrode, einer negativen Elektrode, die aus einem Leichtmetall aus aktivem Material besteht, und ein Separator befindet sieh zwischen positiver und negativer Elektrode. Ein solcher Separator besteht aus einem Faservlies.
In einer Batterie mit organischem Elektrolyt ist als aktives Material für die positive Elektrode ein Metalloxid oder -sulfid oder ein Kohlenstoffhaloid verwendet. Ein Leichtmetall wie Lithium oder Natrium ist als aktives Material für die negative Elektrode verwendet und ein Separator, der mit einem organischen Elektrolyt imprägniert ist, befindet sich zwischen positiver und negativer Elektrode. Solche Batterien haben viele Vorteile, indem sie eine hohe Spannung abgeben, eine hohe Energiedichte aufweisen und eine geringere Eigenentladung haben als andere Batterien.
Bei solchen herkömmlichen Batterien ist es bekannt, ein Faservlies aus Polypropylen oder Polyäthylen zu verwenden und in vielen Fällen, wenn diese allein als Separator verwendet wurden, konnten die nachstehenden Nachteile beobachtet werden.
Während des Entladens oder Lagerhaltens werden Partikeln des aktiven Materials der positiven Elektrode frei gesetzt, durchdringen die Poren des Separators aus Faservlies und erreichen die Oberfläche der negativen Elektrode und haften dort an und bewirken eine Vergrösserung des inneren Widerstandes der Batterie und die Eigenentladung neben der beschriebenen Bedeckung mit den Partikeln am Faservliesseparator bewirken eine Änderung und Verschlechterung der Qualität des Separators und damit eine Vergrösserung des inneren Widerstandes der Batterie.
Überdies ist es aus dem japanischen Gebrauchsmuster Nr. 45 657/82 bekannt, dass eine Batterie aus einem gerollten Elektrodenkörper besteht, wobei eine flächig begrenzte positive Elektrode und eine flächig begrenzte negative Elektrode mit dazwischengelegtem Separator aufgerollt wird. Die flächig begrenzte negative Elektrode besteht aus einer Platte aus einem Leichtmetall wie Litium usw. mit einem Stromsammlernetz für die negative Elektrode, das mit Druck auf eine Fläche der Metallplatte aufgesetzt wird, und mikroporige Filme beidseitig der negativen Elektrodenplatte weisen dieses Stromsammelnetz auf.
Der Aufbau einer solchen Batterie soll die Beschädigung des Separators durch schneidende Grate des Stromsammeinetzes der negativen Elektrode verhindern und das Ausformen beim
Aufbringen des Stromsammeinetzes auf der Leichtmetallplatte erleichtern, wodurch die Herstellung erleichtert werden soll.
Während die vorliegende Erfindung das erstgenannte Problem lösen soll, indem das Wandern von Partikeln verhindert werden soll, löst das beschriebene Gebrauchsmuster lediglich eine Verbesserung für die Herstellung solcher Batterien.
Erfindungsgemäss wird das genannte Problem durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Schnittansicht einer flachen Knopfbatterie gemäss der vorliegenden Erfindung,
Fig. 2 eine Schnittansicht einer zylindrischen Batterie gemäss der Erfindung,
Fig. 3 ein Diagramm zur Darstellung des inneren Widerstandes im Lauf der Lagerzeit für eine Batterie nach der Erfindung im Vergleich mit herkömmlichen Batterien, und
Fig. 4 ein weiteres Diagramm zur Darstellung der Entladekennlinie im Falle der Entladung der Batterie gemäss der vorliegenden Erfindung im Vergleich zu herkömmlichen Batterien.
Als Faservlies für den vorliegenden Separator kann jedes Vlies verwendet werden, das für herkömmliche Batterien verwendet wurde und als Beispiel kann ein Faservlies bestehend aus poiyolefinen synthetischen Fasern insbesondere Polypropylen-und/oder Polyäthylenfasern verwendet werden. Ein solches Faservlies wird im allgemeinen durch Schmelzspinnen eines poiyolefinen Harzes zur Herstellung einer Faser und Anordnen der Faser in einer Plattenform mit nachfolgendem Pressen bei Erwärmen oder Schmelzextrudieren eines poiyolefinen Harzes gefolgt von einer Herstellung in Plattenform erzeugt. Die mittlere Porengrösse des Faservlieses liegt zwischen 1 bis 20 Mikron und das Gewicht des Faservlieses pro Einheit ist 40 bis 60 g/m2 und die Dicke davon liegt bei 0,1 bis 0,3 mm und diese Werte müssen eingehalten werden, je nach der Art, Grösse usw. der Batterie. Praktische Beispiele des Faservlieses, das in der vorliegenden Erfindung verwendet ist, wird unter der Bezeichnung TAPYLS im Handel angeboten.
Andererseits wird in der Erfindung noch ein mikroporiger Film unter Verwendung von Polypropylen, Polyäthylen usw. hergestellt mit einem hohen Widerstand für den Elektrolyten, der für die Batterie gemäss der Erfindung verwendet wird.
Der Film gemäss der vorliegenden Erfindung hat Poren mit einer Grösse, die vermeidet, dass die Partikeln der positiven Elektrode, die von der positiven Elektrode freikommen, durchtreten können, während die Batterie gelagert wird, aber durch die die Ionen des Elektrolyten noch durchgehen können. Die Porengrösse, die Porosität, die Dicke usw. dieses Films müssen sorgfältig ausgewählt werden. Diese ausgewählten Grössen hängen natürlich von der Art der Partikeln der positiven Elektrode ab und damit muss der Film eine Porgengrösse von 0,05 bis 0,5 Um oder weniger, eine Porosität von 30 bis 90% und eine Dicke von 10 bis 50 |xm haben. Praktische Beispiele für einen solchen mikroporigen Film ist CELGARD, ein Polypropylenfilm.
Als Materialen für die positive Elektrode, negative Elektrode und für den Elektrolyten können dieselben sein wie bei den herkömmlichen Batterien.
Als Beispiel für eine positive Elektrode können Metalloxide wie Mangandioxid (Mn02), Molybdänoxid (M0O3), Silberchro-mat (Ag2Cr047 usw., ferner Metallhaloide wie Nickelfluorid (NÌF2), Kupferfluorid (CUF2), Silberchlorid (AgCl) usw. sowie Metallsulfide wie Kupfersulfid (CuS) usw. ferner fluorinierter Kohlenstoff usw. verwendet werden. Für die positive Elektrode in dieser Erfindung kann eine Mischung aus dem aktiven Material mit einem Leitagens wie Graphit und ein Binder wie ein Fluoridharz verwendet werden.
Das Material für die negative Elektrode gemäss der Erfindung ist ein Leichtmetall wie Lithium, Natrium, Mangan, Kalzium usw.
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Als Elektrolyt können Dimethoxyäthan (DME), Dimethyl-sufoxide (DMSO), Propylencarbonat (PC), Acetonitril (AN), Butyrolacton (BL), Dimethylformamid (DMF), usw. verwendet werden, in denen eine Lösung aus Kaliumhexafluorophosphat (KPFß), Lithiumperchlorat (LÌCIO4), Kaliumthiocyanat (KCNS) usw. gelöst ist.
Die nachfolgend beschriebenen Beispiele dienen zur Erläuterung der Erfindung.
Fig. 1 zeigt einen Querschnitt durch eine Ausführungsform einer flachen Batterie, wie eine Knopfbatterie. Die Bezugszahl 1 bedeutet eine positive Elektrode, die durch Pressen einer Mischung aus Mangandioxid bei einer Temperatur von 350 bis 430°C mit Acetylenschwärze und Graphit als Leitagens und einem Fluorharzpulver als Binder mit einem Gewichtsverhältnis von 85 zu 10 zu 5 und Nachbehandlung der Mischung bei 250 bis 300°C hergestellt ist. Die positive Elektrode 1 wird unter Druck mit einem positiven Elektrodensammelnetz 2' auf der inneren Fläche des Bodens der Elektrodenhülse 2 versehen. Eine negative Elektrode 3, die aus einer gerollten Litiumplatte besteht, und unter Druck auf ein negatives Elektrodensammelnetz 4' auf der Innenseite der negativen Elektrodenhülse 4 gepresst ist.
Ein Separator 5 bestehend aus einer zweifachen Schicht, nämlich einer ersten Schicht 6 aus einem Vlies aus Polypropylenfasern mit einer Porengrösse von 3 bis 4 um, einem Gewicht von 56 g/m2 und einer Dicke von 0,11 mm sowie einer zweiten Schicht bestehend aus Celgaçd mit einer Porengrösse von 0,04 bis 0,4 um oder weniger, einer Porosität von 45% und einer Dicke von 25 um, die sich auf der Seite der positiven Elektrode befindet. Die positive Elektrodenhülse 2 ist von der negativen Elektrodenhülse 4 durch einen Isolator 8 elektrisch isoliert. Dazu kommt eine Lösung aus löslichem Lithiumperchlorat in einer Mischung von gleichen Volumina von Propylencarbonat und Dimetylformamid, die als Elektrolyt in dieser Batterie dient.
Auch Fig. 2 zeigt eine Schnittansicht einer anderen Ausführungsform einer Batterie in Form einer Zylinderbatterie. Eine zylindrische, positive Elektrode 11 befindet sich innenseitig eines Behälters 12, der gleichzeitig auch als Anschluss für die positive Elektrode dient. Die positive Elektrode 11 besteht aus einer positiven Elektrodenmischung, die die gleiche sein kann, wie im ersten Beispiel. Eine negative Elektrode 13, die aus Lithium besteht, befindet sich in einem hohlen Raum der zylindrischen positiven Elektrode 11 unter Zwischenlage eines Separators 15 mit einer ersten Schicht 16 aus Faservlies und einer zweiten Schicht 17 eines mikroporigen Filmes wie sie im vorbeschriebenen Beispiel verwendet sind. Die negative Elektrode 13 ist elektrisch mit einem Anschluss 20 verbunden, der sich an einer zentralen Öffnung eines Hülsendeckels 18 befindet und davon mittels eines Isolators 19 isoliert ist und mit einem Stromsammler 14 verbunden ist. Dazu wird ein Elektrolyt verwendet, der beispielsweise dieselbe Zusammensetzung hat wie im vorgenannten Beispiel.
Bei einer Batterie A gemäss dem Ausführungsbeispiel nach der Erfindung gemäss Fig. 1 und eine Vergleichsbatterie B, wie die oben beschriebene mit Ausnahme, dass nur das Faservlies aus Polypropylen als Separators verwendet ist, und einer weiteren Vergleichsbatterie C, die gleich wie die Batterie A ist, mit Ausnahme, dass der mikroporige Film auf der negativen Elektrodenseite angebracht ist, wurden wie folgt vermessen:
Zuerst wurden die Batterien A, B und C bei 60° C und 90% relativer Feuchtigkeit gelagert und der innere Widerstand von jeder Batterie im Laufe der Zeit gemessen. Der Widerstand dieser Batterien hatten einen Verlauf gemäss Fig. 3. Aus diesem Diagramm geht hervor, dass die Batterie A gemäss der vorliegenden Erfindung und die Vergleichsbatterie C eine geringere Vergrösserung des inneren Widerstandes als die Batterie B, bei der kein mikroporiger Film verwendet ist, hat und damit sind die Batterien A und C besser für die Lagerung und zudem übertrifft die Batterie die Vergleichsbatterie C bei den Lagereigenschaften.
Dies wird darauf zurückgeführt, dass bei der Vergleichsbatterie B bei der Lagerung Partikeln der positiven Elektrode, die von der positiven Elektrode freigegeben werden, durch die Poren des Faservlieses hindurch gehen und die Oberfläche der negativen Elektrode erreichen und dort anhaften. Damit wird die Wirkfläche der negativen Elektrode verkleinert und damit der innere Widerstand der Batterie vergrössert. Anderseits werden in den Batterien A und C die abgelösten Partikeln davon abgehalten, die Oberfläche der negativen Elektrode zu erreichen, so dass der Anstieg des inneren Widerstandes geringer ist als bei der Batterie B. Zudem können die Partikeln der positiven Elektrode bei einer Batterie C durch das Faservlies leichter hindurch gehen, so dass die Partikeln feiner verteilt sind und durch den mikroporigen Film hindurch zur negativen Elektrode gelangen. Während gemäss der Erfindung bei der Batterie A der mikroporige Film auf der Seite der positiven Elektrode ist, können die Partikeln dieser Elektrode nicht so leicht von der positiven Elektrode abwandern und sie können sich nicht durch das Faservlies hindurch bewegen, so dass der Anstieg des inneren Widerstandes geringer ist als bei der Vergleichsbatterie C.
Die Entladungseigenschaften der Batterien A, B und C bei einer Belastung von 12 kfì und 20° C, nachdem diese während 40 Tagen bei 60°C gelagert waren, wurde die ursprüngliche Entladekennlinie der Batterie A gemessen, und daraus wurde der Verbrauch an positivem Elektrodenmaterial errechnet. (Die eigentliche Entladungskapazität der positiven Elektrode dividiert durch die theoretische Kapazität der positiven Elektrode mal 100%). Die Beziehung zwischen dem Verbrauch und der Batteriespannung ist im Diagramm Fig. 4 dargestellt. Die ausgezogenen Linien A, B und C zeigen die Entladekennlinien der Batterien A, B und C nach Lagerung wie oben beschrieben und die strichliert gezeichnete Linie a zeigt die ursprüngliche Entladekennlinie der Batterie A direkt nach deren Herstellung. Wie aus Fig. 4 deutlich hervorgeht, zeigt sich, dass die Entladekapazität der Batterie A nach dieser Erfindung grösser ist, und die Eigenentladung geringer als diejenigen der Vergleichsbatterien B u. C.
Dies wiederum aus dem Grund, dass die Freigabe der Partikeln von der positiven Elektrode und die Ansammlung derselben an der negativen Elektrode bei der Batterie A geringer ist als bei den Batterien B und C.
Weil die Batterie gemäss der Erfindung eine zweifache Schicht bestehend aus einem Faservlies und einem mikroporigen Film als Separator hat und weil der mikroporige Film auf der Seite der positiven Elektrode des Faservlieses angeordnet ist, kann die Abgabe von Partikeln des aktiven Materials der positiven Elektrode besser verhindert werden als bei vergleichbaren Batterien, wo sich der Film auf der der negativen Elektrode zugekehrten Seite des Faservlieses befindet. Zudem, obwohl in der vergleichbaren Batterie die Partikeln in das Faservlies hinein difundieren können, gelangen solche in fein verteilter Weise auf die negative Elektrode. Dieses Phänomen kann bei der Batterie gemäss der Erfindung nicht stattfinden.
Dementsprechend ist die Vergrösserung des inneren Widerstandes und die Verminderung der Entladungskapazität verkleinert gegenüber vergleichbaren Batterien. Zusätzlich weil in der Batterie gemäss der vorliegenden Erfindung die Partikeln nur schwer am Faservlies anhängen können, ist die Veränderung oder Zerstörung des Faservlieses vermieden, wodurch die Vergrösserung des inneren Widerstandes der Batterie geringer ist als bei vergleichbaren Batterien. Somit werden die Charakteristika von Batterien der vorgeschlagenen Art stark verbessert.
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Claims (5)
1. Batterie mit organischem Elektrolyt, bestehend aus einer positiven Elektrode, einer negativen Elektrode aus Leichtmetall und einem Separator zwischen positiver und negativer Elektrode, dadurch gekennzeichnet, dass der Separator (5, 15) aus zwei Schichten besteht, nämlich eine erste Schicht (6, 16) aus einem Faservlies und eine zweite Schicht (7,17) aus einem mikroporigen Film, der für Elektrolytionen durchlässig ist, aber für Partikeln des aktiven Materials der positiven Elektrode undurchlässig ist.
2. Batterie nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Faservlies von Polyolefinfasern ableitet.
2
PATENTANSPRÜCHE
3. Batterie nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der mikroporige Film (7, 17) auf der der positiven Elektrode (2, 12) zugekehrten Seite des Faservlieses (6, 16) angeordnet ist.
4. Batterie nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Faservlies von Polypropylenfasern und/oder Polyäthylenfasern ableitet.
5. Batterie nach einem der Patentansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der mikroporige Film (7, 17) aus einem mikroporigen Polypropylen oder Polyäthylenfilm besteht.
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57198006A JPS5987753A (ja) | 1982-11-10 | 1982-11-10 | 有機電解質電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CH662212A5 true CH662212A5 (de) | 1987-09-15 |
Family
ID=16383939
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CH6042/83A CH662212A5 (de) | 1982-11-10 | 1983-11-09 | Batterie mit organischem elektrolyt. |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5987753A (de) |
| CH (1) | CH662212A5 (de) |
| DE (1) | DE3340329A1 (de) |
| GB (1) | GB2131597B (de) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS618852A (ja) * | 1984-06-22 | 1986-01-16 | Sanyo Electric Co Ltd | 非水電解液電池 |
| US4794057A (en) * | 1987-07-17 | 1988-12-27 | Duracell Inc. | Separator for electrochemical cells |
| KR0153002B1 (ko) * | 1989-06-16 | 1998-11-16 | 와따나베 히로시 | 무기비수 전해액 전지 |
| CN105794018B (zh) * | 2013-09-02 | 2020-07-17 | 日本戈尔有限公司 | 保护膜、使用该保护膜的间隔物以及充电电池 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE1949958C3 (de) * | 1969-10-03 | 1980-09-25 | Robert Bosch Gmbh, 7000 Stuttgart | Separator für wartungsfreie Akkumulatoren |
| JPS4940716U (de) * | 1972-07-12 | 1974-04-10 | ||
| US4220693A (en) * | 1978-08-23 | 1980-09-02 | P. R. Mallory & Co. Inc. | Composite separator/absorbent |
-
1982
- 1982-11-10 JP JP57198006A patent/JPS5987753A/ja active Pending
-
1983
- 1983-11-04 GB GB08329576A patent/GB2131597B/en not_active Expired
- 1983-11-08 DE DE19833340329 patent/DE3340329A1/de not_active Ceased
- 1983-11-09 CH CH6042/83A patent/CH662212A5/de not_active IP Right Cessation
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| GB2131597B (en) | 1986-06-04 |
| JPS5987753A (ja) | 1984-05-21 |
| DE3340329A1 (de) | 1984-05-10 |
| GB8329576D0 (en) | 1983-12-07 |
| GB2131597A (en) | 1984-06-20 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PL | Patent ceased |