DD280854A1

DD280854A1 - Bindemittel fuer elektroden, vorzugsweise fuer polymerelektroden

Info

Publication number: DD280854A1
Application number: DD89326780A
Authority: DD
Inventors: Konrad Jobst; Ludmila Sawtschenko; Monika Schwarzenberg; Lothar Wuckel
Original assignee: Akad Wissenschaften 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 Polyvinylbutyral und wird wie uebliche Bindemittel im elektrochemisch aktiven Polymermaterial in 5 bis 25 Massenanteilen homogen verteilt eingesetzt. 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

Ausführungsbelspiel

Herger eilt wird ein Doppelschichtkondensator, dessen Elektroden Polymerelektroden sind. Die Elektroden enthalten 15 Massenanteiie Polyvinylbutyral bis Bindemittel. Hergestellt werden die Elektroden, indem das elektrochemisch-aktive Polymer, thermisch strukturiertes Polyacrylnitril, einer Korngröße £ 32pm mit 15 Massenanteilen feingepulvertem Polyvinylbutyral in einer Kugelmühle intensivgemischt werden. Zu 500mg dieser Mischung werden 1,3ml Ethanal gegeben und die Mischung homogenisiert. 85 mg der streichfähigen Massen werden auf eine Fläche von 6cm² eines Cr-Ni-Stahldrahtes mit einei Maschenweite von 0,045 mm in einer Schichtdicke '/on 0,2 mm aufgetragen und die Elektrode bei 50°C im Verlaufe von 20 min getrocknet.

Zwei dieser Elektroden 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-Entlade-Zyklen 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 zerfallen und der Kondensator ist unbrauchbar.

Claims

Bindemittel für Elektroden, vorzugsweise für Polymerelektroden, das im elektrochemisch aktiven Elektrodenmaterial homogen verteilt in 5 bis 25 Massenanteilen vorliegt, gekennzeichnet dadurch, daß das Bindemittel Polyvinylbutyral ist.

Anwendungsgebiet der Erfindung

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

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Es ist bekannt, Elektroden aus pulverförmigen Bestandteilen und einem Bindemittel durch Pressen herzustellen. Als Bindemittel werden üblicherweise die gut verarbeitbaren Polytetrafluorethylsn-Pulver oder -Suspensionen eingesetzt (DD-WP 240 286, DD-WP 240285, DD-WP 300652; Pistoria, G., u.a. I.Power Sources 1985,15,13; Nakajima, f., 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. 1987,134,1730). Diese bekannten Bindemittel haben aber den Nachteil, daß mit ihnen eine elektrisch nicht leitende Masse der aktiven Substanz zugesetzt wird, die den Stromfluß und den lonentransport in der Elektrode negativ beeinflussen. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß sich die Festigkeit der Elektrode mit der Zeit verringert und dadurch auch die elektrische bzw. elektrochemische Funktion beeinträchtigt wird. Zurückzuführen ist dieser Mangel d irauf, 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 zwischen 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 meist nur auf zylinder- oder quaderförmige Körper beschränkt ist. Um diese Nachteile zu vermeiden, ist durch das WP 252 /08 ein Verfahren zur drucklosen Herstellung von Polymerelektroden ohne Verwendung eines Bindemittels bekannt. Dieses Verfahren ist aber nur auf thermischstrukturiertes Polymermaterial als elektrochemisch iktive Komponente der Elektrode beschränkt und auch nur zur Herstellung von sehr kleinen Elektroden mit geringer Masse von nur wenigen Milligramm geeignet.

Ziel der Erfindung

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

Darlegung des Wesens der Erfindung

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

Erfindungsgemäß ist die Aufgabe dadurch gelöst, daß das Bindemittel Polyvinylbutyral ist. Hergestellt wird eine Elektrode unter Verwendung des erfindungsgemäßen Bindemittels, indem das pulvorförmige Elektrodenmaterial einer Korngröße ^S 30pm mit etwa 2 bis 25 Massenanteilen Polyvinylbutyral gleicher oder kleinerer Korngröße gemischt und homogenisiert wird. Als Elektrodenmaterial ist die elektrochemisch aktive Komponente, wie z. B. Metalloxide, thermisch strukturierte Polymere u.a., zusammen mit ev. eingesetzten leitfähigkeitsverbesserten Zusätzen oder anderen Zusätzen zu verstehen. Durch Zugabe von Lösungsmitteln wie Ethanol, Ethylglykol o.a. kann eine streichfähige oder siebdruckfähige Masse hergestellt werden, die sich leicht und ohne Druck auf einen Kollektor, z. B. ein Cr-Ni-Stahldrahinetz, aufbringen läßt. Damit ist eine variablere Elektrodengestaltung als durch Pressen erreichbar. Die Form der Elektrode ist frei wählbar und der gewünschten Konstruktion der Zelle anzupassen, die Fläche ist nicht begrenzt und die Flächendichte kann eingestellt werden. Nach dem Trocknen haftet die Elektrodenmasse sehr fest auf der Unterlage, die Festigkeit der Elektrode wird auch bei längerer Lagerung in Ίβη für elektrochemische Zellen üblichen organischen Lösungsmitteln, die Bestandteil des Flektrolyten sind, nicht vermindert. Die begrenzte Quellung der mit dem erfindungsgemäßen Bindemittel hergestellten Elektrode im Elektrolyten begünstigt die schnelle Betriebsbereitschaft der Zelle. Die Elektrode wird schnell vom Elektrolyten durchdrungen und damit die Wirksamkeit der elektrochemisch aktiven Komponente der Elektrode voll ausgenutzt. Das erfindungsgemäße Bindemittel bositzt eine ausreichende lonenleitfähigkeit, so daß mit den daraus hergestellten Elektroden in einer Zelle wesentlich höhere Stromdichten und Standzeiten als mit den unter Verwendung der üblichen Bindemittel hergestellten Elektroden erreichbar sind. Nachstehend soli die Erfindung durch ein Ausführungsbeispiel näher erläutert werden.