DD280853A1

DD280853A1 - Bindemittel fuer elektroden, vorzugsweise fuer polymerelektroden

Info

Publication number: DD280853A1
Application number: DD89326779A
Authority: DD
Inventors: Konrad Jobst; Ludmila Sawtschenko; Monika Schwarzenberg; Alevtina F Zujeva
Original assignee: Akad Nauk Sssr; Adw Ddr
Priority date: 1989-03-21
Filing date: 1989-03-21
Publication date: 1990-07-18

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Bindemittel fuer Elektroden, vorzugsweise fuer Polymerelektroden. Verwendet werden die mit dem erfindungsgemaessen Bindemittel hergestellten Elektroden in elektrochemischen Zellen wie wiederaufladbaren Batterien oder Doppelschichtkondensatoren. Das Bindemittel ist eine 10-20%ige Loesung eines Polyimidlackes in Dimethylformamid. Das Bindemittel liegt im elektrochemisch aktiven Elektrodenmaterial homogen verteilt in 10 bis 30 Masseanteilen in % vor. Die unmittelbar eintretende Wirkung ist, dass mit dem erfindungsgemaessen Bindemittel Elektroden unterschiedlicher Form und Groesse mit gleichbleibenden mechanischen Festigkeiten und konstanten elektrischen und elektrochemischen Eigenschaften hergestellt werden koennen.

Description

-2- 230 853

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung besteht in Elektroden unterschiedlicher Form und Größe mit konstanten mechanischen Fostigkeiten und gleichbleibenden guten elektrischen und elektrochemischen Eigenschaften.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Bindemittel anzugeben, daß sich ebenso gut wie die beroitb bekannten Bindemittel verarbeiten läßt, die drucklose Formung einer Elektrode in variabler Form und Größe zuläßt, den lentntransport nicht behindert und auf den elektrochemischen Prozeß keinen nachteiligen Einfluß ausübt.

Erfindungsgemäß ist die Aufgabe dadurch gelöst, daß das Bindemittel eine 10-20%ige Lösung eines Polyimidlackes in Dimethylformamid ist, der Polyimidlack ein ungesättigtes aromatisches Maleimid der allgemeinen Forme!

HC-CO_x ,CO- -CO_n

CO- CH

ist, wobei

Ri = C₆H₂, C₁₀H₁₀, C_MH_e, C₁₂H<, Perylenrest, C₁₃H₆O, C₁₂H₈O o.a.

R₂ = C₁₀H₄, C₁₂H₈O, C₁₃H₆O o. ä. sind

und mit unterschiedlichen aromatischen Diarninen der allgemeinen Formel

H₂N-Rj-NH₂,

R₃ = CgH₄, C₁₂Hg, C₁₂HjO, C₁₃H₆O

o.a. bedeutot, im Molverhältnis 2:1 bis 1:2

kombiniert ist.

Hergestellt wird eine Elektrode unter Verwendung des erfindungsgemäßen Bindemittels, indem das pulverförmige Elektrodenmaterial mit 10 bis 30, vorzugsweise 15 bis 25 Massenanteilen des Polyimidlackes vermengt und homogenisiert wird. Das pulverfö; mige Elektrodenmaterial besteht aus der elektrochemisch aktiven Komponente wie z. B. Metalloxide, thermisch-strukturierte Polymere u.a. zusammen mit ev. eingesetzten ieitfähigkeitsverbessernden Zusätzen oder anderen Zusätzen. Die streich- oder siebdruckfähige Masse läßt sich leicht und ohne Druck auf einen Kollektor, z. 3. ein Cr-Ni-Stahldrahtnetz, aufbringen, fos men und aushärten. Durch das erfindungsgemäße Bindemittel ist eine variablere Elektrodengestaltung als durch Pressen erreichbar. Die Form der Elektrode ist frei wählbar und der gewünschten Konstruktion der Zelle anzupassen. Die Elektrode ist auch nach dem Aushärten mechanisch stabil, abriebfest und gut handhabbar. Auch nach längerer Lagerung im Elektrolyten werden keine Nebenraktionen induziert. Die begrenzte Quellung der mit dem orfindungsgemäßen Bindemittel hergestellten Elektroden im Elektrolyten begünstigt die schnelle Betriebsbereitschaft der Zelle. Die Elektrode wird schnell vom Elektrolyten durchdrungen und damit die Wirksamkeit der elektrochemisch aktiven Komponente gut ausgenutzt. Das erfindungsgemäße Bindemittel besitzt eine ausreichende lonenleitfahigkeit. so daß mit den daraus hergestellten Elektroden in einer Zelle wesentlich höhere Stromdichten und Standzeiten als mit den untei Verwendung der üblichen Bindemittel hergestellten Elektroden erreichbar sind

Nachstehend soll die Erfindung durch ein Ausführungsbeispiel näher erläutert werden.

Ausführungsbeispiel

Hergestellt wird ein Doppelschichtkondensator, dessen Elektroden Polymerelektroden sind. Die Elektroden enthalten 20 Massenanteile des erfindungsgemäßen Bindemittels, und zwar besteht das Bindemittel aus einer etwa 10%igen Lösung von Bis (maleimido-p-diphenylätherj-bis-diphenylketon-tetracarbonsäurediimid, wobei R₁ = C₁₃H₆O und R₂ = C₁₂H₆O sind, und p-Diamino-diphenyläther in dem R₃ = C₁₂H₈O ist im Molverhältnis 1:1 in Dimethylformamid. Zur Herstellung dor Elektrode werden 106mg thermostrukturiertes Polyacrylnitril einer Korngröße von i 32 μηη mit etwa 0,4ml der Bindemittellösung sorgfältig gemischt und die entstandene Paste auf ein Netz aus nichtrostendem Stahldraht mit einer Maschenweite von 0,045 mm aufgetragen, getrocknet und bei 100-120°C 1 h, bei 150-16O⁰C 1 h und bei 200-220°C 1 h an Luft ausgehärtet. Die so erhaltene Elektrode ist mechanisch stabil, die Masse haftet fest auf dem Kollektor. Zwei Elektroden mit einer Flächenbedeckung von lOmg/cm² werden zu einem Kondensator zusammengesetzt, der Elektrolyt ist eine einmolare

Lithiumperchloratlösung in Propylencarbonat. Zwischen den beiden Elektroden werden bei U = 5 V Lade- und Entladeströme bis zu 30mA/cm² gemessen. Nach mehr als 200 Lade-Fntladozyklen ändern sich die elektrischen und mechanischen Eigenschaften der Elektroden nicht. Im Gegensatz dazu sind die Elektroden eines Kondensators, die ebenfalls aus thermisch strukturiertem Polyacrylnitril unter Verwendung von Polytetrafluorethylen als Bindemittel durch Pressen hergestellt waren, nach 15 bis 20 Lade-Entlade-Zyklen mechanisch nicht mehr stabil, sie zarfallen, und der Kondensator ist unbrauchbar.

Claims

Bindemittel für Elektroden, vorzugsweise für Polymerelektroden, das im elektrochemisch aktiven Elektrodenmaterial homogen verteilt in 10 bis 30 Massenanteilen vorliegt, gekennzeichnet dadurch, daß das Bindemittel eine 10-20%ige Lösung eines Polyimidlackes in Dimethylformamid ist, wobei der Polyimidlack ein ungesättigtes aromatisches Malemiid der allgemeinen Formel

/CO- -COv y CO-CH

\_co_ -CO/ ^CO-CH

ist, wobei

R₁ = C₆H₂, C₁₀H₁₀, C₁₄H₆, C₁₂H₄, Perylenrest, C₁₃H₆O, C₁₂H₆O o.a.

R₂ = C₁₀H₄, C₁₂H₈O, C₁₃H₆O o.a. sind und

mit unterschiedlichen aromatischen Diaminen der allgemeinen Formel

H₂H-R₃-NH₂,

R₃ = C₆H₄, C₁₂He, C₁₂HaO, C₁₃HeO o. ä.

bedeutetem Molverhältnis 2:1 bis 1:2 kombiniert ist.

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht auf das Gebiet der Elektrotechnik/Elektronik und betrifft ein Bindemittel für Elektroden, die aus pulverförmiger) Bestandteilen hergestellt werden. Verwendet werden die mit dem erfindungsgemäßen Bindemittel hergestellten Elektroden ^für elektrochemische Zellen wie wiederaufladbare Batterien oder Doppelschichtkondensatoren zur Anwendung vorzugsweise in der Mikroelektronik und in medizinischen Geräten.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Es ist bekannt, Elektroden aus pulverförmiger! Bestandteilen und einem Bindemittel durch Pressen herzustellen. Als Bindemittel werden üblicherweise die gut verarbeitbaren Polytetrafluorethylen-Pulver oder -Suspensionen eingesetzt (DD-WP 240286, DD-WF 240285, DD-WP 300652; Pistoria G.u.a. I.Power Sources 1935,15,13; Nakajima.T.u.a. ICSM 1988, Preprints, Santa Fe' [USA]). Im geringen Maße werden als Bindemittel auch Polyethylen oder Polypropylen eingesetzt (IOW T. P. u. a. I. Electrochem. soc. 1987,134,¹ ^30). Diese bekannten Bindemittel haben aber den Nachteil, daß mit ihnen eine elektrisch nicht leitende Masse der aktiven Substc. iz zugesetzt wird, die den Stromfluß und den lonentransport in der Elektrode negatv beeinflussen. Ein weiterer Nachteil beste :t darin, daß sich die Festigkeit de> Elektrode mit der Zeit verringert und dadurch auch die elektrische bzw. elektrochemische Funktion beeinträchtigt wird. Zurückzuführen ist dieser Mangel darauf, daß die bekannten Bindemittel in den Elektrolyten, die üblicherweise in Batterien oder Kondensatoren eingesetzt werden, nicht quellen bzw. nicht löslich sind. Dadurch lassen bei längerem Einsatz die Adhäsionskräfte wischen Bindemittel und aktiver Substanz nach. Ein genereller Nachteil gepreßter Elektroden besteht daneben noch darin, daß durch den zur Formgebung notwendigerweise anzuwendenden hohen Druck die Form und die Fläche der Elektrode nicht frei wählbar ist und moist nur auf zylinder- oder quaderförmige Körper beschränkt ist. Um diese Nachteile zu vermeiden, ist durch das WP 252 708 ein Verfahren zur drucklosen Herstellung von Polymerelektroden ohne Verwendung eines Bindemittels bekannt. Dieses Verfahren ist aber nur auf thermischstrukturiertes Polymermaterial als elektrochemisch aktive Komponente der Elektrode beschränkt und auch nur zur Herstellung von sehr kleinen Elektroden mit geringer Masse von nur wenigen M lligramm geeignet.