CH639799A5

CH639799A5 - Festkoerperelement.

Info

Publication number: CH639799A5
Application number: CH432278A
Authority: CH
Inventors: Charles Chi Liang; Ashok Venimadhav Joshi
Original assignee: Mallory & Co Inc P R
Priority date: 1977-04-25
Filing date: 1978-04-22
Publication date: 1983-11-30
Also published as: CA1095118A; SE7804644L; BE866317A; FR2389244B1; GB1599794A; DE2817708C2; NL7804331A; FR2389244A1; JPS53133727A; DK176978A; US4258109A; DE2817708A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Festkörperelement mit hoher Energiedichte sowie mit einer negativen, aus Aktivmetall bestehenden Festkörperelektrode, einem Festkörperelektrolyten und einer positiven Festkörperelektrode, wobei diese Elektrode ein nichtleitendes Aktivmaterial und ein leitendes Aktivmaterial enthält. Sie bezieht sich insbesondere auf solche Elemente, in denen die positiven Elektroden ein Aktivmaterial enthalten, das sowohl Ionen als auch Elektronen leitet.

In der jüngeren Vergangenheit hat die Elektronik insbesondere im Hinblick auf integrierte Schaltkreise für Quarzuhren, Taschenrechner, Kameras, Herzschrittmacher und dergleichen eine stürmische Entwicklung durchgemacht. Die Miniaturisierung dieser Bausteine, der geringe Energieabfluss und die hohe Lebensdauer verlangen nach Stromquellen, die sich durch robuste Konstruktion, lange Lagerzeit, hohe Zuverlässigkeit und Energiedichte sowie durch Einsatzbereitschaft über einen weiten Temperaturbereich auszeichnen. Hinzu kommt, dass die Abmessungen dieser Stromquelle ebenfalls kleinstmöglich ausfallen sollen. Diese Anforderungen sind bei den konventionellen Zellen, deren Elektrolyten in gelöster oder in pastöser Form vorliegen, nur schwer zu erfüllen, insbesondere hinsichtlich der Lagerzeit. Die Elektrodenwerkstoffe reagieren nämlich mit der Zeit mit der Elektrolytlösung und neigen zum Selbstentladen, wobei die Selbstentladezeit relativ gering ist, verglichen mit der potentiellen Lebensdauer von Feststoffbatterien. Ferner kann es zur Gasentwicklung kommen, wodurch der Elektrolyt aus der Batteriedichtung heraus-5 gedrückt wird und andere Nachbarteile beschädigt werden, was vor allem bei hochwertigen Geräten sehr kostspielig wird. Die Erhöhung der Zuverlässigkeit der Zellenverschlüsse erhöht sowohl deren Grösse als auch deren Kosten und beseitigt doch nicht das Problem der Selbstentladung. Hinzu 10 kommt, dass Zellen, die mit Lösungen arbeiten, einen durch die Temperatur begrenzten Betriebsbereich aufweisen, je nachdem, wo der Gefrier- und der Siedepunkt der in der Zelle enthaltenen Lösung liegt.

Die zuvor geschilderten Probleme wurden durch Zellen 15 mit festen Elektrolyten und Elektroden gelöst, die nicht die Nachteile der mit gelöstem Elektrolyten arbeitenden Zellen aufweisen. Es kommt auch nicht zur Gasentwicklung noch zur Selbstentladung bei langer Lagerzeit und auch nicht zu Problemen mit der Abdichtung des Elektrolyten. Allerdings haben 20 diese Feststoffzellen wiederum spezielle Nachteile oder Einschränkungen, die bei den Zellen mit gelöstem Elektrolyten nicht vorliegen.

Ideal wäre eine Zelle mit hoher Spannung, hoher Energiedichte und hohem Leistungsvermögen. Die bekannten Fest-25 Stoffzellen sind jedoch in zumindest einem dieser Punkte mangelhaft.

Ein Hauptgesichtspunkt, der für den Betrieb einer Feststoffzelle wesentlich ist, ist die Wahl des festen Elektrolyten. Um ein hohes Leistungsvermögen sicherzustellen, sollte der 30 feste Elektrolyt eine hohe Ionen-Leitfähigkeit aufweisen, die den Ionentransport durch Defektstellen in der kristallinen Elektrolytstruktur des Elektroden-Elektrolyten-Systems ermöglicht. Ein zusätzlicher und sehr wesentlicher Gesichtspunkt für den festen Elektrolyten besteht darin, dass er nahezu 35 ausschliesslich ein Ionenleiter sein muss. Die Leitfähigkeit aufgrund der Beweglichkeit von Elektronen muss vernachlässigbar klein sein, denn sonst würde es zu einem teilweisen inneren Kurzschluss kommen und die Elektrodenwerkstoffe würden trotz offenen Kreislaufes an den Polklemmen aufge-40 braucht werden. Deshalb enthalten gewöhnlich Zellen mit gelöstem Elektrolyten einen Separator zwischen den Elektroden, der keine Elektronen leitet und damit einen Kurzschluss verhindert, während bei den Feststoffzellen der feste Elektrolyt sowohl als Elektronensperre als auch als Ionenleiter fun-45 giert.

Die Erzielung hoher Ströme wurde bei Feststoffzellen durch den Gebrauch von Stoffen ereicht, die ausschliesslich Ionenleiter sind, wie beispielsweise RbAg4Js (0,27 Ohm-1 cm-1 Leitfähigkeit bei Raumtemperatur). Diese Leiter sind 50 jedoch nur dann als Elektroiyte zu gebrauchen, wenn es sich um Zellen mit geringer Spannung und geringer Energiedichte handelt. So ist beispielsweise die Feststoffzelle Ag/RbAg4Js/ RbJ3 bei 40 mA/cm2 unter Raumtemperatur zu entladen,

bringt aber nur etwa 0,012 Wh/cm3 (0,2 Wh/in3) und eine 55 offene Klemmenspannung von 0,66 V. Werkstoffe für die negative Elektrode mit hoher Energiedichte und hoher Spannung, wie etwa Lithium, beginnen, mit solchen Leitern chemisch zu reagieren, weshalb diese Kombination nicht möglich ist. Elektrolyten, die chemisch verträglich sind mit Stoffen 60 hoher Energiedichte und hoher Spannung für die negative Elektrode, wie beispielsweise LiJ, bringen bei Raumtemperatur nur eine Leitfähigkeit von 5 • 10~5 Ohm -1 cm -1 selbst dann, wenn sie zwecks höherer Leitfähigkeit dotiert sind. Das heisst, dass Zellen mit hoher Energiedichte, die bei 0,3 bis 0,6 65 Wh/cm3 (5 bis 10 Wh/in3) liegt und mit einer Spannung von etwa 1,9 V, wie sie bei dem laufend produzierten Typ LiJ/ PbJ2, PbS, Pb vorliegt, keine höhere Leistung erbringen können als etwa 50 jiA/cm2 bei Raumtemperatur. Ein weiterer

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Nachteil neben der geringen Stromstärke bei Zellen hoher Energiedichte ist die geringe Leitfähigkeit (sowohl hinsichtlich der Elektronen als auch der Ionen) der Aktivstoff für die positive Elektrode. Die Erhöhung der Leitfähigkeit durch beispielsweise Graphit für die Elektronenleitung oder durch den Elektrolyten für die Ionenleitung, wobei die Stromstärke auf den von der Leitfähigkeit des Elektrolyten erlaubten Maximalwert angehoben werden kann, führt dazu, dass die Energiedichte der Zellen abnimmt wegen der hinzukommenden Volumina.

Ein anderer wesentlicher Gesichtspunkt bei der Herstellung von Feststoffzellen ist die Eignung des Elektrolytmaterials. So schliessen die physikalischen Eigenschaften von Elektrolyten wie BaMgsSe und BaMgsSee, die zwar mit einer negativen Elektrode aus Magnesium, aber nicht aus Lithium verträglich sind, und von Natrium-Beta-Tonerde wie Na2Û • 11 AI2O3, das mit einer negativen Natriumelektrode verträglich ist, die Herstellung von Zellen mit hoher Energiedichte aus, selbst dann, wenn kostspielige Produktionsmassnahmen ergriffen werden. Denn diese Elektrolyten weisen keramische Eigenschaften auf, die ihre Bearbeitung sehr erschweren, insbesondere dann, wenn im Laufe der Herstellung der Stoff gemahlen und pelletiert werden soll, wobei im allgemeinen ein Brennen notwendig ist, um dem Stoff die gewünschte Struktur zu geben. Ausserdem verhindert das derart hergestellte, glasierte Material einen guten Oberflächenkontakt mit den Elektroden, woraus eine schlechte Leitfähigkeit und somit eine geringe Zellenleistung resultiert. Diese Elektrolyten werden deshalb vor allem in Zellen mit geschmolzenen Elektroden verwendet.

Hiervon ausgehend, liegt die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, die Leitfähigkeit der positiven Elektrode in Feststoff- oder Festkörperzellen zu erhöhen, wobei für die negative Elektrode Stoffe hoher Energiedichte und die hiermit verträglichen Elektroiyte verwendet werden sollen, so dass man eine Erhöhung der Energiedichte erhält, ohne dass das Leistungsvermögen abnimmt. Die chemische Stabilität zwischen den Zellenbestandteilen soll unbedingt gewährleistet sein.

Diese Aufgabe wird bei einem Festkörperelement der eingangs genannten Art erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass die positive Elektrode aus mindestens 90 Gew.-% leitendem und nichtleitendem Aktivmaterial besteht und dieses ein kathodenaktives Material enthält, das bei Raumtemperatur eine Ionen- und Elektronen-Leitfähigkeit im Bereich zwischen 10"10 und IO2 Ohm-1 cm-1 aufweist, und dass das positive, nicht leitende aktive Elektrodenmaterial ein Chalcogenid ist. «Nichtleitendes Chalcogenid» bedeutet ein Chalcogenid, . welches bezüglich der durch eine Entladereaktion erzeugten Elektronen und/oder Ionen nichtleitend ist.

Die vorliegende Erfindung beruht auf der Verwendung eines Materials für die positive Elektrode einer Feststoffzelle, das dadurch ausgezeichnet ist, dass es sowohl ionen- als auch elektronenleitend ist und das gleichermassen als Aktivmaterial für die positive Elektrode geeignet ist. Normalerweise verlangen die positiven Elektroden die Zugabe einer nicht unerheblichen Menge (beispielsweise über 20 Gewichtsprozent) eines Ionenleiters, wie er etwa als Elektrolyt verwendet wird, um den Ionenfluss innerhalb der positiven Elektrode während der Zellenreaktion zu begünstigen. Dies gilt besonders, wenn das Material der positiven Elektrode ein Elektronenleiter ist, da anderenfalls ein Reduktionsprodukt an der Berührungsfläche der positiven Elektrode mit dem Elektrolyten entstehen würde, das möglicherweise den Ionenfluss während der Entladung erheblich erschweren würde. In den vorbekannten Zellen waren jedoch die zugefügten Ionenleiter im allgemeinen keine Aktivstoffe der positiven Elektrode - mit dem Ergebnis eines erheblichen Kapazitätsverlustes. Hinzu kommt, dass für die positive Elektrode geeignete Stoffe mit schlechter Elektronen-

Leitfähigkeit die Zugabe von guten Elektronenleitern erfordern, wodurch sich die Zellenkapazität weiter vermindert. Durch die erfindungsgemässe Kombination der Elektronen-und der Ionenleitung mit der Aktivität der positiven Elektrode wird eine höhere Energiedichte und zugleich auch eine höhere Stromstärke erreicht, ohne dass Raum für zustätzliche Leiterstoffe benötigt wird.

Beispiele für Werkstoffe, die über die gewünschte Ionen-und Elektronen-Leitfähigkeit verfügen und die als Aktivmaterial für die positive Elektrode dienen und ausserdem mit den in Zellen hoher Energiedichte verwendeten Elektrolyten verträglich sind, beinhalten Metalloxide, Jodide und Hydroxide sowie metallische und nicht-metallische Chalcogenide. Spezielle Beispiele solcher Materialien sind die folgenden Metall-chalcogenide: CoTe2, CnS3, HfS2, HfSe2, HfTe2, IrTe2, M0S2, MoSe2, MoTe2, NbS2, NbSe2, NbTei, NiTa, PtS2, PtSe2, PtTe2, SnS2, SnSSe, SnSe2, TaS2, TaSe2, TaTe2, TÌS2, TiSe2, TiTe2, VS2, VSe2, VTe2, WS2, WSe2, WTe2, ZrS2, ZrSe2, und ZrTe2, wobei das Chalcogenid ein Sulfid, Selenid, Tellurid oder eine Kom-bination'daraus ist.

Auch geegnët sind nicht-stöchiometrische Metallchalcoge-nide wie LixTiS2, wobei x< 1, das in einem gewissen Ausmass die komplexe Form eines der positiven Elektrodenwerkstoffe mit dem Kation der negativen Elektrode enthält und von denen man annimmt, dass sie Zwischenreaktionsprodukte während der Zellenentladung sind.

Weitere Materialien, die ionen- und elektronenleitend sowie kathodenaktiv sind, enthalten nicht-stöchiometrische Metalloxide wie Mn02, TÌO2, M0O3, TazOs, V2O5 und WO3 ; Metalljodide wie CdJ2, FeJ2, GeJ2, MnJ2, TÌJ2, TIJ2, VJ2 und YbJ2; Metallhydroxide wie Cd(OH)2, Fe(OH)2, Mn(OH)2 und Ni(OH)2; nicht-metallische Chalcogenide wie SeTe2 und CS„, wobei n zwischen 0,001 und 1,0 liegt. Die CSn-Komponente wird gemäss einem Verfahren hergestellt, das in einem Artikel durch R.C. Croft im Australian Journal of Chemistry, Vol. 9, pp. 201 bis 205,1956 geschildert ist. Die dortige Offenbarung wird zum hiesigen Gegenstand gemacht.

Damit das ionen- und elektronenleitende positive Aktivmaterial kommerziell für Zellen mit hoher Ausgangsspannung mit negativen Lithiumanoden brauchbar ist, sollte es vorzugsweise in der Lage sein zu einer Spannungsverbindung mit Lithium bei einer Klemmspannung von mindestens 1,5 V und noch besser über 2 V.

Die Arbeitsspannung des ionen- und elektronenleitenden positiven Aktivmaterials sollte vorzugsweise im wesentlichen entsprechend der Spannung des nichtleitenden positiven Aktivmaterials höherer Energiedichte sein, das damit gemischt ist, um nachteilige Spannungsverluste zu vermeiden.

Ein weiteres Kriterium für das genannte positive Elektrodenmaterial besteht darin, dass sowohl dessen Ionen- als auch dessen Elektronen-Leitfähigkeit im Bereich zwischen 10-10 und IO2 Ohm -1 cm-1 liegen sollte, wobei vorzugsweise die Ionen-Leitfähigkeit oberhalb 10-6 und die Elektronen-Leitfähigkeit oberhalb 10~3 liegen sollte, dies alles auf Raumtemperatur bezogen.

Ausserdem ist es besonders wichtig, dass die Ionen- und Elektronen-Leitfähigkeit des positiven Elektrodenmaterials mit dem Festkörperelektrolyten verträglich ist, der in dem Element hoher Energiedichte verwendet wird.

Ein besonders geeignetes Material ist Titaniumdisulfid (TÌS2).

Die Festkörperelektrolyte für Lithiumzellen hoher Energiedichte sind meist Lithiumsalze, die eine Ionen-Leitfähigkeit oberhalb IO-9 Ohm-1 cm-1 bei Raumtemperatur aufweisen. Diese Salze können entweder in reiner Form vorliegen oder mit leitfähigkeitserhöhenden Zusätzen versehen sein, um die Leistungsfähigkeit der Zelle zu verbessern. Beispiele von Lithiumsalzen mit der geforderten Leitfähigkeit sind Lithium-

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jodid (LiJ) und Lithiumjodid, das mit Lithiumhydroxid (LiOH) und Aluminiumoxid (AI2O3) vermischt ist, wobei die letztgenannte Mischung als LLA bezeichnet wird und in dem US-Patent 3 713 897 beschrieben ist.

Festkörperelektrolytelemente hoher Energiedichte können als ihre negativen Elektroden Materialien ähnlich wie Lithium aufweisen, die eine hohe Spannung und ein niedriges elektrochemische Äquivalentgewicht haben. Geeignete negative Elektrodenmaterialien umfassen Metalle der Gruppen I A und II A des Periodensystems wie Natrium, Kalium, Beryllium, Magnesium und Calzium ebenso wie Aluminium der Gruppe III A und andere Metalle oberhalb Wasserstoff innerhalb der elektrochemischen Spannungsreihe.

Zellen mit anderen Werkstoffen für die negative Elektrode können die entsprechenden Salze als Elektrolyt verwenden, also beispielseweise ein Natriumsalz für eine Zelle mit einer negativen Natriumelektrode. Ausserdem können auch Elektrolytsalze mit geeigneter Leitfähigkeit und mit einem Kation eines Metalls mit geringerer elektrochemischer Spannung als die des Metalls der negativen Elektrode verwendet werden.

Es wird davon ausgegangen, dass das zuvor erwähnte Aktivmaterial der positiven Elektrode, das sowohl ionen- als auch elektronenleitend ist, mit den Ionen der negativen Elektrode (beispielsweise Lithium-Kationen) reagieren wird, um während der Zellenentladung einen nicht-stöchiometrischen Komplex zu bilden. Diese Komplexbildung der Kationen gestattet ihnen, ihren Sitz zu verlagern und die erwünschte Ionenleitung herbeizuführen. Daneben liefern die obenerwähnten Verbindungen freie Elektronen, die zur Elektronenleitung notwendig sind.

Die genannten leitenden und aktiven Komponenten werden mit anderen aktiven Komponenten oder Elementen gemischt, die zu einer höheren Energiedichte führen, jedoch nicht allein verwendet werden können, weil sie nicht als Ionen- und/oder Elektronenleiter wirken können. Daher steigert der Einschluss ionen- und elektronenleitenden, positiven Elektrodenmaterials die Leistungsfähigkeit des Elementes unter Erübrigung nicht entladbaren Leitermaterials. Wenn ausserdem das leitende Aktivmaterial homogen mit der Komponente höherer Energiedichte gemischt ist, erreicht die realisierbare Nutzbarkeit eines so ausgebildeten Elementes den theoretischen Wert. Eine Grenze bei der Ausbildung von Festkörperelementen ist die Leitfähigkeit der Reaktionsprodukte des Elementes. Ein Produkt niedriger Leitfähigkeit besteht bei einem grossen inneren Widerstandsverlust, der die Brauchbarkeit des Elementes nachhaltig beeinträchtigt. Bei Elementen, die in der vorstehenden Weise ein ionen- und elektronenleitendes, positives Elektrodenmaterial haben, erhält das komplexe Reaktionsprodukt die Leitfähigkeit aufrecht, wodurch die volle Brauchbarkeit der anderen aktiven positiven Elektrodenmaterialien aufrecht erhalten bleibt, die nichtleitende Reaktionsprodukte in ihrer Nähe haben. Ein Nachteil bei Elementen, deren positive Elektroden zur Bildung von Reaktionsprodukten niedriger Ionen-Leitfähigkeit führen, insbesondere beim Übergang zwischen positiver Elektrode und Elektrolyt, besteht im Unterbinden von Reaktionsprodukten, die den Weitergebrauch des Elementes gestatten. Demgegenüber sorgt der Einschluss ionen- und elektronenleitenden positiven Aktivmaterials für eine gleichmässigere Verteilung der Reaktionsprodukte über die Struktur der Elektrode, was durch die Ionen-Leitfähigkeit begründet ist, die eine homogene Verteilung gewährleistet. Soweit die Reaktionsprodukte der ionen-leitfähigen Materialien die Leitfähigkeit einschränken, ist ein Weitergebrauch des Elementes trotzdem mit den nicht leitfähigen Aktivmaterialien möglich, die sich in leitfähiger Nähe zu den leitenden Aktivmaterialien befinden.

Beispiele für nichtleitende Chalcogenide als positive Elektrodenmaterialien, die mit dem ionen- und elektronenleitenden positiven Material gemischt werden können, sind Silbersulfid (Ag2S), Bleisulfid (PbS), Kupfersulfid (CuS), Bleiselenid (PbSe), Bleitellurid (PbTe), Antimonsulfid (SbîSs und Sb2S3), Wismutsulfid (BÌ2S3), Zinntellurid (SnTe), Quecksilbersulfid 5 (HgS), Arsensulfid (AS2S3), Arsenselenid (As2Se3), Antimontel-lurid (Sb2Te3) und Selensulfid (SeS2), vorzugsweise AS2S3, Sb2S3, Sb2Ss oder SeS2.

Ausserdem kann eine kleine Menge des Elektrolyten in die positive Elektrode eingeschlossen sein, um den Übergang zwi-10 sehen Elektrode und Elektrolyt zu verwischen bzw. zu überbrücken, indem ein engerer elektrischer Kontakt zwischen positiver Elektrode und Elektrolyt hergestellt wird. Dies befähigt das Element, längere Zeit bei hoher Stromabgabe zu arbeiten. Ausserdem kann der Elektrolyteinschluss in der posi-15 tiven Elektrode deren Ionen-Leitfähigkeit heraufsetzen für den Fall, dass die Ionen-Leitfähigkeit des Aktivmaterials der positiven Elektrode eine geringere Leitfähigkeit als der Elektrolyt hat. Sollte aber ein solcher Elektrolyteinschluss gemacht werden, so sollte er nicht höher als 10 Gewichtsprozent sein, 20 da grössere Mengen lediglich die Energiedichte des Elementes bei - wenn überhaupt - geringer weiterer Verbesserung der Stromabgabefähigkeit herabsetzen. Deshalb sollen die Aktivmaterialien der positiven Elektrode mindestens 90 Gewichtsprozent ausmachen.

25 Die folgenden Beispiele veranschaulichen die hohe Energiedichte und Brauchbarkeit einer positiven Elektrode, die ein nichtleitendes Chalcogenid in Verbindung mit einem ionen-und elektronenleitenden Material als aktives positives Elektrodenmaterial enthält.

30 Bei den nachfolgenden Beispielen wie auch sonst innerhalb der gesamten Beschreibung und der Ansprüche sind alle Anteile und Prozente Gewichtsprozente, wenn es nicht ausdrücklich anderweitig gesagt ist. Die Beispiele sind lediglich zur Veranschaulichung gedacht, und ihre Einzelheiten sollen 35 keine Einschränkung des Gegenstandes der Erfindung darstellen.

Beispiel I

Festkörperelement aus einer Lithiumscheibe mit 1,47 cm2 40 Oberfläche und 0,01 cm Dicke; eine positive Elektrodenscheibe mit einer Oberfläche von 1,82 cm2 und 0,02 cm Dicke, bestehend aus 50% TÌS2 und 50% AS2S3 mit einem Gewicht von 100 mg; und ein Festkörperelektrolyt dazwischen mit den gleichen Abmessungen wie die positive Elektrode und bestehend 45 aus LiJ, LiOH, AI2O3 im Verhältnis 4:1:2. Ein solches Element ist durch Zusammenpressen von Elektrolyt und positiver Elektrode bei einem Druck von etwa 6,8 x 108 N/m2 hergestellt, wobei anschliessend die negative Elektrode auf die andere Seite gepresst wird mit einem Druck von etwa 3,4 x 108 N/cm2. 50 Das Element wurde bei 72 °C bei einer Belastung von 188 uA entladen. Das Element liefert 2mA Stunden (mAH) bei 2V, etwa31 mAH bei 1,5 V und etwa 38 mAH bei IV.

Beispiel II

55 Ein Festkörperelement entsprechend Beispiel I wurde bei Raumtemperatur mit einer Belastung von 36 uA entladen. Das Element lieferte etwa 22 mAH bei 1,5 V und etwa 27 mAH bei IV.

60 Beispiel III

Ein Festkörperelement wurde gemäss Beispiel 1 hergestellt, aber mit Sb2S3 anstelle von AS2S3. Das Element wurde bei Raumtemperatur unter einer Belastung von 36 |iA entladen. Das Element lieferte etwa 22 mAH bei 1,5 V und etwa 32 65 mAH bei 1V.

Beispiel IV

Ein Festkörperelement wurde entsprechend Beispiel I her

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gestellt, jedoch mit SbîSs anstelle von AS2S3 und mit einem positiven Elektrodengewicht von 200 mg. Es wurde bei Raumtemperatur entladen mit einer Belastung von 27 |iA. Das Element lieferte etwa 7 mAH bei 2 V und etwa 11 mAH bei 1,5 V und etwa 14 mAH bei 1V.

Beispiel V

Ein Festkörperelement, hergestellt gemäss Beispiel I, jedoch mit SeS2 anstelle von AS2S3 und mit einem positiven Elektrodengewicht von 50 mg wurde bei 60 °C mit einer Bela-5 stung von 180 |iA entladen. Das Element lieferte etwa 5 mAH bei 2 V, etwa 18 mAH bei 1,5 V und etwa 22 mAH bei 1V.

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PATENTANSPRÜCHE

1. Festkörperelement mit einer negativen, aus Aktivmetall bestehenden Festkörperelektrode, einem Festkörperelektrolyten und einer positiven Festkörperelektrode, wobei diese Elektrode ein nichtleitendes Aktivmaterial und ein leitendes Aktivmaterial enthält, dadurch gekennzeichnet, dass die positive Elektrode aus mindestens 90 Gew.-% leitendem und nichtleitendem Aktivmaterial besteht und dieses ein kathodenaktives Material enthält, das bei Raumtemperatur eine Ionen- und Elektronen-Leitfähigkeit im Bereich zwischen 10-10und 102 Ohm-1cm-1 aufweist, und dass das positive, nichtleitende aktive Elektrodenmaterial ein Chalcogenid ist.
2. Festkörperelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das leitende Aktivmaterial der positiven Elektroden aus Metalloxiden, Metalljodiden, Metallhydroxiden und metallischen und nicht-metallischen Chalcogeniden ausgewählt ist.
3. Festkörperelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das leitende Aktivmaterial der positiven Elektroden ein Metallchalcogenid ist.
4. Festkörperelement nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das leitende Aktivmaterial der positiven Elektrode Titandisulfid ist.
5. Festkörperelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das nichtleitende aktive Chalcogenid ausgewählt ist aus Silbersulfid (AgîS), Bleisulfid (PbS), Kupfersulfid (CuS), Bleiselenid (PbSe), Blei-tellurid (PbTe), Antimonsulfid (SbîSs und SbîSî), Wismutsulfid (BÌ2S3), Zinntellurid (SnTe), Quecksilbersulfid (HgS), Arsensulfid (AS2S3), Arsenselenid (As2Se3), Antimontellurid (Sb2Te3) und Selensulfid (SeS2).
6. Festkörperelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Festkörperelektrode Lithium enthält.
7. Festkörperelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Festkörperelektrolyt Li-thiumjodid enthält.
8. Festkörperelement nach Anspruch 6, wobei das aktive, leitende positive Elektrodenmaterial Titaniumdisulfid ist, dadurch gekennzeichnet, dass das nichtleitende Chalcogenid ausgewählt ist aus AS2S3, Sb2S3, Sb2Ss und SeS2.