DD229539A5 - SEKUNDAERELECTRO ENERGY STORAGE DEVICE AND ELECTRODE DAFUER - Google Patents

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DD229539A5 DD84270260A DD27026084A DD229539A5 DD 229539 A5 DD229539 A5 DD 229539A5 DD 84270260 A DD84270260 A DD 84270260A DD 27026084 A DD27026084 A DD 27026084A DD 229539 A5 DD229539 A5 DD 229539A5
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Francis P Mccullough Jr
Alvin F Beale Jr
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Dow Chemical Co
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Abstract

Die Erfindung betrifft die Verwendung eines kohlenstoffhaltigen Materials in Verbindung mit einer Auffangelektrode als Elektrode fuer Sekundaer-Elektroenergiespeicherungsvorrichtungen. Ziel und Aufgabe der Erfindung bestehen darin, die aus einem als geeignet gewaehlten Material bestehenden Elektroden so auszugestalten, dass eine Beschaedigung der Elektroden infolge wiederholter elektrischer Aufladungs- und Entladungszyklen weitgehend ausgeschlossen und damit die Lebensdauer der Elektroden verlaengert wird. Die Elektrode besteht aus einem Elektrodenkoerper aus einem elektrisch leitenden kohlenstoffhaltigen Material mit einer Skelettorientierung mindestens an oder nahe an der Oberflaeche und einem Stromabnehmer, der elektrisch damit verbunden ist, wobei das kohlenstoffhaltige Material ein Elastizitaetsmodul von mehr als 6,9 GPa hat und einer physikalisch dimensionalen Aenderung von weniger als 5% waehrend wiederholter elektrischer Ladungs- und Entladungszyklen unterliegt. Mindestens eine der beschriebenen Elektroden ist Bestandteil jeder Zelle, die in einem Gehaeuse eine Sekundaer-Elektroenergiespeicherungsvorrichtung untergebracht ist. Fig. 1The invention relates to the use of a carbonaceous material in conjunction with a collecting electrode as an electrode for secondary electric energy storage devices. The aim and the object of the invention are to design the electrodes of a material chosen as being suitable in such a way that damage to the electrodes due to repeated electrical charging and discharging cycles is largely ruled out and thus the life of the electrodes is prolonged. The electrode consists of an electrode body of an electrically conductive carbonaceous material having a skeletal orientation at least at or near the surface and a current collector electrically connected thereto, the carbonaceous material having an elastic modulus greater than 6.9 GPa and a physically dimensional Change of less than 5% during repeated electrical charge and discharge cycles. At least one of the electrodes described is part of each cell housed in a housing of a secondary electric energy storage device. Fig. 1

Description

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Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Die Erfindung betrifft die Verwendung eines kohlenstoffhaltigen Materials in Verbindung mit einer Auffangelektrode als Elektrode für Sekundär-Elektroenergiespeicherungsvorrichtungen. Das kohlenstoffhaltige Material der Elektrode ist stabil in Anwesenheit eines Elektrolytsystems, das Anionen wie Perchlorate, Hexafluorasenate und ähnliches enthält unter Umgebungsoder normalen Betriebstemperaturen bei der Verwendung der Elektrode.The invention relates to the use of a carbonaceous material in conjunction with a collecting electrode as an electrode for secondary electric energy storage devices. The carbonaceous material of the electrode is stable in the presence of an electrolyte system containing anions such as perchlorates, hexafluororates and the like under ambient or normal operating temperatures when using the electrode.

Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions

Verschiedene Patente und technische Literatur beschreiben elektrische Energiespeicherungsvorrichtungen unter Verwendung eines kohlenstoffhaltigen Materials wie Kohlenstoff oder Graphit als Elektrodenmaterial. Natürlich ist eine der frühesten dieser Vorrichtungen die Laclanche'Batterie von 1866, worin Kohlenstoff in einer ZN/NH4CI/Mn02 Primärbatterie als Auffangelektrode verwendet wurde. Seit damals wurde Kohlenstoff weithin als Komponente der Elektrode in Primärbatterien, in Primärkraftstoffzellen, Sekundärkraftstoffzellen, Sekundärbatterien und Kondensatoren verwendet. Die Funktion des Kohlenstoffs oder Graphits in diesen oben erwähnten Vorrichtungen war in erster Linie die eines Stromabnehmers oder als reaktives Material, um neue Verbindungen mit Fluor zu bilden, die andere Strukturen und Eigenschaften haben als der ursprüngliche Kohlenstoff/Graphit, und in jüngster Zeit als Halbleitermaterialien, die Salze mit Ionen des Elektrolyten bilden. Diese Vorrichtungen des Standes der Technik können unterteilt werden wie folgt:Various patents and technical literature describe electrical energy storage devices using a carbonaceous material such as carbon or graphite as the electrode material. Of course, one of the earliest of these devices is the Laclanche battery of 1866, wherein carbon in a ZN / NH 4 Cl / MnO 2 primary battery was used as the collector electrode. Since then, carbon has been widely used as a component of the electrode in primary batteries, primary fuel cells, secondary fuel cells, secondary batteries and capacitors. The function of the carbon or graphite in these above-mentioned devices was primarily that of a current collector or as a reactive material to form new compounds with fluorine having different structures and properties than the original carbon / graphite, and more recently as semiconductor materials , which form salts with ions of the electrolyte. These prior art devices can be subdivided as follows:

Primärbatterien, wie sie in Colman et al in US-PS 2597451, Panasonic Lithium Batterie-Literatur und US-PS 4271 242, 3700 502 und 4224389 beschrieben sind; Kraftstoffzellen, wie in der japanischen Publikation Nr. 54-082043; Sekundärkraftstoffzellen mit begrenzter Nachladbarkeit, wie sie beschrieben sind in Dey et al, US-PS 4037025, einer nachladbaren Kraftstoffzelle unter Verwendung von aktiviertem (große Oberfläche) Graphit; nachladbare Sekundärbatterien (Akkumulatoren) wie sie in Hart, US-PS 4251568 beschrieben sind unter Verwendung von Graphit als Stromabnehmer und in Bennion, US-PS 3844837 und 4009323 und Kondensatoren wie in Bu'therus et al, US-PS 3700975 oder DE-PS 3231243 unter Verwendung von Kohlenstoff mit großer Oberfläche (Graphit). Einige dieser Vorrichtungen verwenden auch ionisierbare Salze, die in einem nicht leitenden Lösungsmittel aufgelöst sind.Primary batteries as described in Colman et al., U.S. Patent No. 2,597,451, Panasonic Lithium Battery Literature and U.S. Patent Nos. 4,271,242, 3,700,502 and 4,224,389; Fuel cells as disclosed in Japanese Publication No. 54-082043; Secondary fuel cells with limited reloadability, as described in Dey et al, US Pat. No. 4,073,025, a rechargeable fuel cell using activated (large surface area) graphite; Rechargeable secondary batteries (accumulators) as described in Hart, US Patent 4251568 using graphite as a current collector and in Bennion, US Patent 3844837 and 4009323 and capacitors as in Bu'therus et al, US Patent 3,700,975 or DE-PS 3231243 using high surface area carbon (graphite). Some of these devices also use ionizable salts that are dissolved in a non-conductive solvent.

Die kohlenstoffhaltigen Materialien, die in den Patenten und in der Literatur beschrieben sind, sind Materialien, die graphitisiert und carbonisiert sind, bis die Materialien elektrisch leitend werden. Diese Materialien leiten sich von Polyacetylenen, Polyphenylenes Polyacrylnitrilen und Petrolpech ab, die erhitzt wurden, um das Vorläufermaterial zu „carbonisieren und/oder graphitisieren", um ihm einige Grad an elektrischer Leitfähigkeit zu geben. Einige der Graphite, die in der Literatur des Standes der Technik verwendet werden, sind Graphite wie RPG (verstärker pyrolytischer Graphit), R-1 Atomreaktor-Qualitätsgraphit, PGCP (pyrolytisches Graphit-Kohlenstoffpapier) und ein Material, das expandierten und verdichteten Graphit enthält und ähnliches.The carbonaceous materials described in the patents and in the literature are materials that are graphitized and carbonated until the materials become electrically conductive. These materials are derived from polyacetylenes, polyphenylene polyacrylonitriles and petrol pitch heated to "carbonize and / or graphitize" the precursor material to give it some degree of electrical conductivity Techniques used are graphites such as RPG (pyrolytic graphite reinforced), R-1 nuclear reactor grade graphite, PGCP (pyrolytic graphite carbon paper) and a material containing expanded and densified graphite and the like.

Die Dotierung von ähnlichen kohlenstoffhaltigen Materialien wurde auch beschrieben in Chemical and Engineering News, Vol.60 Nr. 16, S.29 bis 33,19.04.1982, „Conducting Polymers R& D Continues to Grow"; Journal Electrochem Society, Electrochemical Science, 118, Nr. 12, S. 1886 bis 1890, Dezember 1971; und Chemical and Engineering News, 59, Nr.41, S.34 bis 35,12.10.1981, „Polymer Cell Offers More Power, Less Weight".The doping of similar carbonaceous materials has also been described in Chemical and Engineering News, Vol.60 No. 16, p.29 to 33.19.04.1982, "Conducting Polymers R & D Continues to Grow"; Journal Electrochem Society, Electrochemical Science, 118 , No. 12, pp. 1886-1890, December 1971; and Chemical and Engineering News, 59, No. 41, p.34 to 35, 12, 110, 1981, "Polymer Cell Offers More Power, Less Weight".

Die Probleme, die bei diesen Zellen auftreten, sind, daß sie keine lange Lebensdauer haben, da die Elektrode, die aus diesem kohlenstoffhaltigen Material hergestellt ist, empfänglich ist für Abbau, wenn sie wiederholten elektrischen Auf- und Entladungszyklen unterworfen wird.The problems encountered with these cells are that they do not have a long life since the electrode made of this carbonaceous material is susceptible to degradation when subjected to repeated electrical charging and discharging cycles.

Zum Beispiel beschreibt US-PS 3844837 (Bennion et al) eine Batterie unter Verwendung von Nuklear-Gute-Graphit, imprägniert mit Splittern von LiO2 als positive Elektrode und Kupfer als negativer Elektrode in einem LiCF3SO3-Dimethylsulfit (DMSU) Elektrolyt. Die Graphitelektrode wurde aus Graphit der Güteklasse R-1 nuklear hergestellt, und es wurde beschrieben, daß er nach neun Zyklen elektrischer Aufladung und Entladung flockig war. Die Patentinhaber prüften auch Graphitgewebe und hielten es für unbefriedigend. Verschiedene andere Graphite wurden mit ähnlich unbefriedigenden Ergebnissen verwendet, wobei die besten Ergebnisse mit pyrolytischem Graphit erhalten wurden, der nach 33 Zyklen versagte. Bei Dey et al, der Kohlenstoff- oder Graphitmaterial mit großer Oberfläche verwendet, in deren Poren die chemische Reaktion stattfindet, wird allgemein angenommen, daß es eine niedrige Leitfähigkeit hat wegen des Mangels der Kontinuität der Kohlenstoffoberfläche. Weiterhin wird angenommen, daß diese Materialien nicht die dimensionale Stabilität und sturkturelle Integrität aufrechterhalten, die notwendig ist für die reversible Bildung von Carbonkomplexen, die für die lange nachladbare Zykluslebensdauer von Sekundärbatterien notwendig ist.For example, U.S. Patent No. 3,844,837 (Bennion et al) describes a battery using nuclear grade graphite impregnated with splinters of LiO 2 as the positive electrode and copper as the negative electrode in a LiCF 3 SO 3 dimethyl sulfite (DMSU) electrolyte. The graphite electrode was made from grade R-1 graphite nuclear and was described as flaky after nine cycles of electrical charging and discharging. The patentees also tested graphite fabric and found it unsatisfactory. Various other graphites were used with similarly unsatisfactory results, with the best results being obtained with pyrolytic graphite, which failed after 33 cycles. Dey et al, using high surface area carbon or graphite material in whose pores the chemical reaction takes place, is generally believed to have low conductivity because of the lack of continuity of the carbon surface. Furthermore, it is believed that these materials do not maintain the dimensional stability and structural integrity necessary for the reversible formation of carbon complexes necessary for the long rechargeable cycle life of secondary batteries.

Experimente, die im Lauf der Entwicklung der vorliegenden Erfindung durchgeführt wurden, schlossen die Verwendung eines Materials ein, das expandierten und verdichteten Graphit enthält, das bei der ersten elektrischen Aufladung versagte und auch die Verwendung von RPG (Super Temp) Graphitelektroden, die auch versagten. Es wurde gefunden, daß eine Menge von mehr als 20% der positiven Elektrode aus RPG-Graphit in Form von Flocken, Splitter und Pulver nach nur 27 elektrischen Aufladungs- und Entladez/klen verlorenging.Experiments conducted in the course of development of the present invention included the use of a material containing expanded and densified graphite which failed at the first electrical charge and also the use of RPG (Super Temp) graphite electrodes which also failed. It was found that an amount of more than 20% of the positive electrode of RPG graphite in the form of flakes, chips and powder was lost after only 27 electrical charging and discharging cycles.

Es ist festzustellen, daß der Stand derTechnik den Abbau und die Beschädigung der Elektrode als ein Ergebnis einer Ausdehnung und Schrumpfung des Elektrodenkörpers festgestellt hat und daß diese Ausdehnung und Schrumpfung mit jedem elektrischen Aufladungs- und Entladungszyklus wächst, was die Graphitplättchen verzerrt, die wegen der Beanspruchung der Ausdehnung und Schrumpfung abschuppen. Beim Durchführen dieser Experimente im Laufe der Entwicklung der vorliegenden Erfindung wurde bestätigt, daß dieses Abschuppen der Graphitplättchen auftritt, wenn die oben erwähnten Graphitmaterialien wiederholt elektrischen Aufladungs- und Entladungszyklen unterworfen werden.It is noted that the prior art has found the degradation and damage of the electrode as a result of expansion and contraction of the electrode body, and that this expansion and shrinkage grows with each electrical charge and discharge cycle, which distorts the graphite platelets due to stress from spreading and shrinking. In carrying out these experiments in the course of development of the present invention, it was confirmed that this flaking of the graphite flakes occurs when the above-mentioned graphite materials are repeatedly subjected to electric charging and discharging cycles.

Ziel der ErfindungObject of the invention

Das Ziel der Erfindung besteht darin, die Lebensdauer von Sekundär-Elektroenergiespeicherungsvorrichtung, insbesondere der darin eingesetzten Elektroden zu verlängern.The object of the invention is to extend the life of secondary electric energy storage device, in particular the electrodes used therein.

Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die aus einem als geeignet gewählten Material bestehenden Elektroden so auszugestalten, daß eine Beschädigung der Elektroden infolge wiederholter elektrischer Aufladungs- und Entladungszyklen weitgehend ausgeschlossen istThe invention is based on the object consisting of a suitably chosen as selected material electrodes in such a way that damage to the electrodes due to repeated electrical charging and discharge cycles is largely excluded

Nach einem ersten Aspekt schafft die vorliegende Erfindung eine Elektrode zur Verwendung in einer Sekudär- In a first aspect, the present invention provides an electrode for use in a secondary

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Elektroenergiespeicherungsvorrichtung, bestehend aus einem Elektrodenkörper aus elektrisch leitendem kohlenstoffhaltigen Material mit einer skelettartigen Orientierung (skeletal orientation) mindestens an oder nahe an der Oberfläche und einem Stromabnehmer, der elektrisch damit verbunden ist, wobei das kohlenstoffhaltige Material ein Elastizitätsmodul hat von mehr als 6,9GPa (1.000.000psi) und einer physikalischen dimensionalen Änderung von weniger als 5% während wiederholter elektrischer Aufladungs- und Entladungszyklen unterliegt.An electro-energy storage device comprising an electrode body of electrically conductive carbonaceous material having a skeletal orientation at least at or near the surface and a current collector electrically connected thereto, said carbonaceous material having a modulus of elasticity greater than 6.9GPa ( 1,000,000 psi) and a physical dimensional change of less than 5% during repeated electrical charging and discharging cycles.

Gemäß einem anderen Aspekt schafft die Erfindung eine Sekundär-Elektroenergiespeicherungsvorrichtung, bestehend aus einem Gehäuse mit einer elektrisch nicht leitenden inneren Oberfläche und einer feuchtigkeitsundurchlässigen äußeren Oberfläche oder einem Laminarkörper und mit mindestens einer Zelle, die in diesem Gehäuse angebracht ist, wobei jede Zelle mindestens aus einem Paar elektrisch leitender Elektroden besteht, die elektrisch gegeneinander isoliert sind, wobei das Gehäuse einen im wesentlichen nicht wäßrigen Elektrolyt enthält, wobei mindestens eine der Elektroden jeder Zelle eine Elektrode nach der Erfindung ist.In another aspect, the invention provides a secondary electro-energy storage device comprising a housing having an electrically non-conductive inner surface and a moisture-impervious outer surface or laminar body and at least one cell mounted within that housing, each cell being at least one A pair of electrically conductive electrodes which are electrically insulated from each other, wherein the housing contains a substantially non-aqueous electrolyte, wherein at least one of the electrodes of each cell is an electrode according to the invention.

Nach einem weiteren Aspekt besteht die Erfindung in einer Sekundär-Elektroenergiespeicherungsvorrichtung, die aus einem Gehäuse mit einer elektrisch nichtleitenden inneren Oberfläche und einer feuchtigkeits-undurchlässigen äußeren Oberfläche oder einem Lamellenkörper besteht und die mindestens eine Zelle hat, die in diesem Gehäuse angebracht ist, wobei jede Zelle aus mindestens einem Paar elektrisch leitender Elektroden besteht, die elektrisch gegeneinander isoliert sind, wobei das Gehäuse einen im wesentlichen nicht wäßrigen Elektrolyten enthält, wobei jede der Elektroden von jeder Zelle eine Elektrode ist, wie sie in den Punkten 2 oder 3 beansprucht wird und worin jede der Elektroden die Wahlfreiheit der Polarität bei der Nachladung hat und die Möglichkeit ohne Schaden teilweise und/oder ganz entgegengesetzt polarisiert zu werden.In a further aspect, the invention resides in a secondary electro-energy storage device consisting of a housing having an electrically nonconductive inner surface and a moisture-impermeable outer surface or lamellar body and having at least one cell mounted in that housing, each one Cell consists of at least one pair of electrically conductive electrodes, which are electrically insulated from each other, wherein the housing contains a substantially non-aqueous electrolyte, wherein each of the electrodes of each cell is an electrode, as claimed in the items 2 or 3, and wherein each of the electrodes has the freedom of choice of polarity in recharging and the ability to be partially and / or totally polarized without damage.

Die Elektroden können durch Abstand voneinander getrennt sein oder durch ein nicht elektrisch leitendes, ionendurchlässiges Material.The electrodes may be separated by a distance or by a non-electrically conductive, ion-permeable material.

Vorzugsweise sollte das elektrisch .leitende kohlenstoffhaltige Material der Elektrode die folgenden physikalischen Eigeschaftskriterien haben:Preferably, the electrically conductive carbonaceous material of the electrode should have the following physical property criteria:

(1) Ein Elastizitätsmodul von mehr als 6,9GPa (1.000.000psi), vorzugsweise 69GPa (10.000.000psi) bis 380 GPa (55.000.000 psi), besonders bevorzugt 138 bis 311 GPa (20.000.000 bis 45.000.000 psi).(1) Young's modulus greater than 6.9GPa (1,000,000 psi), preferably 69GPa (10,000,000 psi) to 380 GPa (55,000,000 psi), more preferably 138 to 311 GPa (20,000,000 to 45,000,000 psi) ,

(2) Ein Längenverhältnis von mehr als 100 : 1. Das Längenverhältnis ist hier definiert als das Verhältnis von Länge zu Durchmesser l/d eines faserförmigen Strangs oder Fadenstrangs des kohlenstoffhaltigen Materials oder als das Verhältnis von Länge zu Tiefe, wenn das kohlenstoffhaltige Material als planare Fläche gebildet ist.(2) An aspect ratio greater than 100: 1. The aspect ratio is defined herein as the ratio of length to diameter l / d of a fibrous strand or strand of carbonaceous material or as the ratio of length to depth when the carbonaceous material is planar Surface is formed.

(3) Die strukturelle und mechanische Integrität des kohlenstoffhaltigen Materials, in welcher verarbeiteten Form es auch immer vorliegt (gewebt, gewirkt oder ungewebt aus kontinuierlichem Faden oder Stapelfasern oder einer Folie) muß so sein, daß das Vorhandensein eines Trägers wie z. B. einer Preßplatte (ebene Folien oder Netz) nicht erforderlich ist, um das kohlenstoffhaltige Material in den gewünschten flächen- oder plattenförmigen Formen zu halten, wenn es mindestens 100 Aufladungs/Entladungszyklen durchläuft.(3) The structural and mechanical integrity of the carbonaceous material, in whatever form it is processed (woven, knitted or unwoven, from continuous thread or staple fibers or a film), must be such as to limit the presence of a carrier, such as e.g. As a press plate (flat sheets or mesh) is not required to keep the carbonaceous material in the desired surface or plate-like shapes when it undergoes at least 100 charging / discharging cycles.

(4) Eine Oberfläche von mindestens 0,1 m2/g aber weniger als eins verbindet sich mit aktiviertem absorptionsfähigem Kohlenstoff besser weniger als 50m2/g, vorzugsweise weniger als 10 m2/ und besonders bevorzugt weniger als 5m2/g.(4) A surface area of at least 0.1 m 2 / g but less than one better bonds with activated absorbent carbon less than 50m 2 / g, preferably less than 10m 2 / and more preferably less than 5m 2 / g.

(5) Eine genügende Integrität der Form des kohlenstoffhaltigen Materials, um das kohlenstoffhaltige Material zu befähigen, seine platten- oder flächenartige Form zu behalten, wenn es eine Größe von mehr als 2,5cm2 (1 inch2) bis mehr als 930cm2 (144inch2) hat, ohne einen anderen Träger als den metallischen Stromabnehmerrahmen, der den Randteil der Elektrode bildet.(5) Enough integrity of the carbonaceous material form to enable the carbonaceous material to retain its plate-like or sheet-like shape when larger than 2.5 cm 2 (1 inch 2 ) to greater than 930 cm 2 ( 144inch 2 ), without a support other than the metallic pantograph frame forming the edge portion of the electrode.

(6) Die Sekundär-Elektroenergiespeicherungsvorrichtung, in der die Elektrode der Erfindung angewendet wird, sollte im wesentlichen wasserfrei sein bis zum Betrag von weniger als 100 ppm. Vorzugsweise sollte der Wassergehalt weniger als 20ppm und besonders bevorzugt weniger als 10ppm sein. Die Vorrichtung der Erfindung kann mit einem Wassergehalt von bis zu 300 ppm betrieben werden, aber wird dann eine etwa reduzierte Zykluslebensdauer haben. Weiterhin ist es selbstverständlich, daß die Vorrichtung wenn der Wassergehaltspegel lästig werden sollte, auseinandergenommen, getrocknet und wieder zusammengesetzt werden kann, ohne wesentlichen Schaden für die kontinuierliche Betriebsfähigkeit.(6) The secondary electric energy storage device to which the electrode of the invention is applied should be substantially anhydrous to the amount of less than 100 ppm. Preferably, the water content should be less than 20ppm, and more preferably less than 10ppm. The device of the invention may be operated with a water content of up to 300 ppm, but will then have an approximately reduced cycle life. Furthermore, it should be understood that if the water content level becomes troublesome, the device may be disassembled, dried and reassembled without significant damage to its continued operability.

(7) Das kohlenstoffhaltige Material einer Elektrode sollte mehr als 100 elektrische Aufladungs- und Entladungszyklen ohne wesentlichen Schaden in bezug auf das Abschuppen des kohlenstoffhaltigen Materials aushalten können. Vorzugsweise sollte kein wesentlicher Schaden auftreten nach mehr als 500 elektrischen Beladungs- und Entladungszyklen, bei einer Entladungskapazität von mehr als 150 Coulomb pro Gramm kohlenstoffhaltiges Material einer Elektrode.(7) The carbonaceous material of an electrode should be able to withstand more than 100 charging and discharging electric cycles without substantial damage to the carbonaceous material peeling. Preferably, no significant damage should occur after more than 500 electrical charge and discharge cycles, with a discharge capacity greater than 150 coulombs per gram of carbonaceous material of an electrode.

(8) Der coulometrische (coulomb) Wirkungsgrad des kohlenstoffhaltigen Materials der Elektrode sollte größer sein als 70%, vorzugsweise größer as 80% und am meisten bevorzugt größer als 90%.(8) The coulometric (coulombic) efficiency of the carbonaceous material of the electrode should be greater than 70%, preferably greater than 80%, and most preferably greater than 90%.

(9) Das kohlenstoffhaltige Material der Elektrode sollte hohe elektrische Entladungen von mehr als 70% der elektrischen Ladungskapazität für mindestens 100 Zyklen von elektrischer Ladung und Entladung aushalten können und vorzugsweise mehr als 80% für mehr als 500 elektrische Ladungs- und Entladungszyklen.(9) The carbonaceous material of the electrode should be capable of withstanding high electric discharges of more than 70% of the electric charge capacity for at least 100 cycles of electric charge and discharge, and more preferably more than 80% for more than 500 electric charge and discharge cycles.

Entsprechend sollte das kohlenstoffhaltige Material einer Elektrode mit den oben beschriebenen physikalischen Eigenschaften vorzugsweise elektrische Entladung und Nachladung von mehr als 100 Zyklen bei einer Entladungskapazität von mehr als 150 Coulomb pro Gramm kohlenstoffhaltiges Material in einer Elektrode und mit einem coulometrischen Wirkungsgrad von mehr als 70% ohne im wesentlichen irreversible Änderung in den Dimensionen (dimensionale Änderung von weniger als etwa 5%) aushalten können.Accordingly, the carbonaceous material of an electrode having the above-described physical properties should preferably have electric discharge and recharge of more than 100 cycles at a discharge capacity of more than 150 coulombs per gram of carbonaceous material in an electrode and with a coulometric efficiency of more than 70% without im substantial irreversible change in dimensions (dimensional change of less than about 5%) can withstand.

Gewöhnlich wird das kohlenstoffhaltige Material erhalten durch Erhitzen eines Vorläufermaterials auf eine Temperatur oberhalb von 85O0C bis es elektrisch leitend ist. Kohlenstoffhaltige Voriäufer-Ausgangsmaterialien, die den elektrischen leitenden ausgerichteten Anteil der Elektrode aus kunststoffhaltigem Material bilden können, können gebildet werden aus Pech (Petroleum oder Kohlenteer), Polyacetylen, Polyacrylnitril, Polyphenylen und ähnlichem. Das kohlenstoffhaltige Vorläuferausgangsmaterial sollte bis zu einem gewissen Grad eine Skelettorientierung haben, d. h. viele dieser Materialien haben entweder einen wesentlichen Gehalt an ausgerichteten benzolartig strukturellen Anteilen oder an Anteilen, die beim Erhitzen zu benzolartiger oder äquivalenter Skelettorientierung umgewandelt werden können an oder nahe an der Oberfläche wegen der Skelettorientierung des Ausgangsmaterials.Usually, the carbonaceous material is obtained by heating a precursor material to a temperature above 85O 0 C until it is electrically conductive. Carbonaceous precursor starting materials that can form the electrically conductive oriented portion of the plastic-containing material electrode can be formed from pitch (petroleum or coal tar), polyacetylene, polyacrylonitrile, polyphenylene, and the like. The carbonaceous precursor starting material should have skeletal orientation to some extent, ie, many of these materials have either a substantial content of aligned benzen-like structural portions or portions which upon heating can be converted to benzene-like or equivalent skeletal orientation at or near the surface because of Skeletal orientation of the starting material.

Beispielhaft für bevorzugte kohlenstoffhaltige Vorläufermaterialien, die diese Skelettorientierung beim Erhitzen zeigen, sind Gefüge von Mehr- oder Einfadensträngen oder Fasern, hergestellt aus Petrolpech oder Polyacrylnitril. Solche Mehr- oderExemplary of preferred carbonaceous precursor materials that exhibit this skeletal orientation on heating are microstructure of multistrand filaments or fibers made from petrol pitch or polyacrylonitrile. Such multiple or

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Einfadenstränge oder Fasern werden leicht in Fäden oder Garne verarbeitet, die dann in ein gewebeähnliches Produkt verarbeitet werden. Eine Technik zur Herstellung geeigneter Einfadenfasern ist offenbart in US-PS 4 005 183, wo die Fasern zu einem Garn gemacht werden, das dann zu einem Gewebe gewebt wird. Das Gewebe wird dann einer Temperatur unterworfen, gewöhnlich über 1 0000C, die ausreicht, das Gewebe zu carbonisieren, um das kohlenstoffhaltige Material elektrisch leitend zu machen und so das Material mit den physikalischen Eigenschaften, die hier beschrieben wurden in (1) bis (6), zu schaffen. Ein derartiges Gewebe ist in Verbindung mit einer Auffangelektrode besonders geeignet zur Verwendung als Elektrode in der Sekundär-Elektroenergiespeicherungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung.Thread strands or fibers are easily processed into threads or yarns, which are then processed into a fabric-like product. One technique for making suitable single filament fibers is disclosed in U.S. Patent No. 4,005,183 where the fibers are made into a yarn which is then woven into a fabric. The tissue temperature is then subjected, usually about 1 000 0 C, which is sufficient to carbonize the tissue to make the carbonaceous material is electrically conductive and so the material having the physical properties described here (in (1) to 6). Such a fabric, in conjunction with a collecting electrode, is particularly suitable for use as an electrode in the secondary electric energy storage device of the present invention.

Vorzugsweise ist das kohlenstoffhaltige Vorläufermaterial in Form einer kontinuierlichen Haarfaser, eines Fadens (Fäden) gebildet aus kontinuierlichen Fäden oder nichtkontinuierlichem Faserstrang (Garn), das zu einem Gefüge gemacht werden kann wie gewebtem, ungewebtem oder gewirktem Gefüge, oder die Stapelfasern können für sich aufgeschichtet werden, um ein Gewebe, ein papierähnliches oder filzähnliches planares Teil zu bilden. Jedoch werden akzeptable Ergebnisse erhalten, wenn Garne aus kurzen Fasern mit einer Länge von 1 bis 10 cm in ein gewebeähnliches Produkt verwebt werden (vorausgesetzt, daß die kurzen Fasern noch die erforderlichen physikalischen Eigenschaften, die hier unter (1) bis (6) erwähnt wurden, haben, wenn sie hitzebehandelt sind). Es ist selbstverständlich, daß, obwohl es vorteilhaft ist, das Vorläufermaterial vorzugsweise in einem stabilisierten Zustand (wie er durch Oxydation erhalten wird), in die gewünschte Form (gewirkt, gewebt oder verfilzt) von der Carbonisierung zu bringen, diese Ausführung auch nach der Carbonisierung gemacht werden kann, wenn der Elastizitätsmodul unterhalb von etwa 380GPa (55.000.000psi) und vorzugsweise unterhalb etwa 269GPa (39.000.000 psi) für die maschnielle Verarbeitung liegt. Es ist selbstverständlich, daß das kohlenstoffhaltige Material aus einem Folienvorläufer gebildet werden kann.Preferably, the carbonaceous precursor material is in the form of a continuous hair fiber, a filament (s) formed of continuous filaments or discontinuous fiber strand (yarn) which can be made into a structure such as woven, unwoven or knitted structure, or the staple fibers can be piled up on their own to form a fabric, a paper-like or felt-like planar part. However, acceptable results are obtained when yarns of short fibers of 1 to 10 cm in length are woven into a fabric-like product (provided that the short fibers still have the required physical properties mentioned in (1) to (6) above) have, if they are heat treated). It will be understood that, although it is advantageous to bring the precursor material preferably in a stabilized state (as obtained by oxidation) into the desired shape (knit, woven or felted) from the carbonation, this embodiment also applies after carbonation can be made when the modulus of elasticity is below about 380GPa (55,000,000 psi), and preferably below about 269GPa (39,000,000 psi) for bulk processing. It is understood that the carbonaceous material can be formed from a film precursor.

Der Grad der Carbonisierung und/oder Graphitisierung scheint nicht ein zu kontrollierender Faktor bei dem Betrieb des Materials als Elektrodenelement in der elektrischen Speicherungs-Vorrichtung zu sein mit der Ausnahme, daß es ausreichend sein muß, um das Material genügend elektrisch leitend zu machen und auch genügend, um die oben erwähnten physikalischen mechanischen Eigenschaften unter den angegebenen Verwendungsbedingungen zu schaffen. Kohlenstoffhaltige Materialien mit etwa 90% Carbonisierung werden in der Literatur als teilweise carbonisiert bezeichnet. Kohlenstoffhaltige Materialien mit 91 bis 98% Carbonisierung werden in der Literatur als carbonisiertes Material bezeichnet, während Materialien mit einer Carbonisierung von mehr als 98% als graphitisiert bezeichnet werden. Es wurde überraschenderweise gefunden, daß kohlenstoffhaltige Materialen mit einem Grad an Carbonisierung von 90 bis 99% als Elektrodenmaterialien versagten, wenn das kohlenstoffhaltige Material nicht die erforderliche dimensionale Stabilität während der elektrischen Aufladungs- und Entladungszyklen hat. Zum Beispiel haben RPG-Graphit und ein Material, das expandierten und verdichteten Graphit enthält, nicht die erforderlichen physikalischen Eigenschaften des Elastizitätsmoduls und des Längenverhältnisses und versagten deshalb, obwohl sie den erforderlichen Grad an Carbonisierung, die elektrische Leitfähigkeit und die Oberfläche haben. Gemäß der Erfindung kann eine nachladbare und polaritätsreversible elektrische Speicherungsvorrichtung durch Ausrichten (aligning) von mindestens einem Paar von Auffangelektroden hergestellt werden, die aus dem oben beschriebenen kohlenstoffhaltigen Material hergestellt sind und der entsprechenden Sammelelektrode (die elektrisch leitend ist) in einem Gehäuse. Das Gehäuse hat eine nicht leitende innere Oberfläche und ist für Feuchtigkeit undurchlässig. Die Elektroden werden in eine nicht wäßrige Flüssigkeit (wobei Wasser in einer Menge von weniger als etwa lOOppm vorhanden ist) eingetaucht, die in dem Gehäuse enthalten ist. Die Flüssigkeit selber muß ein ionisierbares Metallsalz bilden können oder enthält darin aufgelöst mindestens ein ionisierbares Metallsalz. Jede Elektrode besteht aus dem kohlenstoffhaltigen hitzbehandelten Material der vorliegenden Erfindung, verbunden mit einer Auffangelektrode, die vorzugsweise isoliert ist gegen den Kontakt mit der Elektrolytflüssigkeit.The degree of carbonation and / or graphitization does not appear to be a factor to be controlled in the operation of the material as an electrode element in the electrical storage device, except that it must be sufficient to render the material sufficiently electrically conductive and sufficient to provide the above-mentioned physical mechanical properties under the specified conditions of use. Carbonaceous materials with about 90% carbonization are referred to in the literature as partially carbonated. Carbon-containing materials with 91 to 98% carbonization are referred to in the literature as carbonized material, while materials with a carbonization of more than 98% are referred to as graphitized. It has surprisingly been found that carbonaceous materials with a degree of carbonation of 90 to 99% failed as electrode materials when the carbonaceous material does not have the requisite dimensional stability during electrical charging and discharging cycles. For example, RPG graphite and a material containing expanded and densified graphite do not have the required physical properties of modulus of elasticity and aspect ratio, and therefore fail even though they have the required degree of carbonation, electrical conductivity and surface area. According to the invention, a rechargeable and polarity reversible electric storage device can be manufactured by aligning at least one pair of collecting electrodes made of the above-described carbonaceous material and the corresponding collecting electrode (which is electrically conductive) in a housing. The housing has a non-conductive interior surface and is impermeable to moisture. The electrodes are immersed in a non-aqueous liquid (with water present in an amount of less than about 100 ppm) contained in the housing. The liquid itself must be able to form an ionizable metal salt or contains dissolved therein at least one ionizable metal salt. Each electrode is made of the carbonaceous heat-treated material of the present invention connected to a collecting electrode which is preferably insulated from contact with the electrolyte liquid.

Die Sekundär-Elektroenergiespeicherungsvorrichtung nach der Erfindung kann ohne die Möglichkeit, die Polarität umzukehren, durch Ausrichten des oben erwähnten elektrisch leitenden kohlenstoffhaltigen Fasergefüges hergestellt werden, wie z. B. eines Gewebes und seiner Auffangelektrode als positive Elektrode alternierend mit einer negativen Elektrode, die aus einem Metall wie Lithium oder einer Metallegierung gebildet werden kann und Eintauchen der Elektroden in eine im wesentlichen nicht wäßrige Flüssigkeit, wobei die Flüssigkeit selber mindestens ein ionisierbares lösliches Metallsalz bilden kann oder mindestens ein ionisierbares lösliches Metallsalz darin aufgelöst enthält, um Elektrolytionen zu schaffen.The secondary electric energy storage device according to the invention can be manufactured without the possibility of reversing the polarity by aligning the above-mentioned electrically conductive carbonaceous fiber structure, e.g. As a fabric and its collecting electrode as a positive electrode alternating with a negative electrode, which may be formed of a metal such as lithium or a metal alloy and immersing the electrodes in a substantially non-aqueous liquid, wherein the liquid itself form at least one ionizable soluble metal salt or at least one ionizable soluble metal salt dissolved therein to provide electrolyte ions.

Bei der Herstellung einer bevorzugten Ausführungsform der Sekundär-Elektroenergiespeicherungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung können übliche poröse Separatoren aus Fiberglas, Polymermaterialien oder zusammengesetzten Polymermaterialien verwendet werden und werden vorzugsweise verwendet, um die positiven und negativen Elektroden voneinander zu trennen. Am meisten bevorzugt wird ein ungewebtes Polypropylenblatt als Separator angewendet, da es den gewünschten Grad an Porosität hat und doch eine genügend verschlungene Bahn hat, um zu verhindern, daß kohlenstoffhaltige Fasern es durchdringen, wodurch ein Kurzschluß verhindert wird. (Die porösen Separatoren dienen vorteilhaft auch als Verstärkung oder Träger für die Elektroden.)In producing a preferred embodiment of the secondary electric energy storage device of the present invention, conventional porous separators made of fiberglass, polymer materials or composite polymer materials may be used, and are preferably used to separate the positive and negative electrodes from each other. Most preferably, a nonwoven polypropylene sheet is used as a separator because it has the desired degree of porosity yet has a sufficiently entangled web to prevent carbonaceous fibers from penetrating it, thereby preventing shorting. (Advantageously, the porous separators also serve as reinforcement or support for the electrodes.)

Energiespeicherungsvorrichtungen, die in flüssigkeitsdichten Gehäusen enthalten sind, sind allgemein bekannt in der Technik. Solche Gehäuse können in der vorliegenden Erfindung geeigneterweise angewendet werden, solange das Gehäusematerial elektrisch nicht leitend ist und undurchlässig für Gase und/oder Feuchtigkeit (Wasser oder Wasserdampf). Die Materialien, die als chemisch kompatibel als Gehäusematerial gefunden wurden, schließen Polyvinylchlorid, Polyethylen, Polypropylen, Polytrifluorethylen und verwandte perfluorierte Polymere, sofort gehärtete Polymere (ISP), eine schnell erhärtende reaktive Urethanmischung, die Aramide, ejn Metall, überzogen mit einem nicht leitenden Polymermaterial wie einem Epoxyharz und/oder Glas oder einem Metalloxid, Fluorid oder ähnlichem ein.Energy storage devices contained in liquid tight housings are well known in the art. Such housings may be suitably employed in the present invention as long as the housing material is electrically nonconductive and impermeable to gases and / or moisture (water or water vapor). The materials found to be chemically compatible as the housing material include polyvinyl chloride, polyethylene, polypropylene, polytrifluoroethylene and related perfluorinated polymers, instant cured polymers (ISP), a fast-setting reactive urethane blend, the aramids, a metal coated with a non-conductive polymeric material such as an epoxy resin and / or glass or a metal oxide, fluoride or the like.

Gehäusematerialien, die für nicht geeignet befunden wurden in dem bevorzugten Propylen-Carbonat-System schließen Acryl, Polycarbonat und Nylon ein. Acrylharzderivate bekommen Haarrisse und Polycarbonate bekommen sowohl Haarrisse und werden auch extrem brüchig, während Nylon (außer den Aramiden) chemisch reaktiv ist.Housing materials found to be unsuitable in the preferred propylene carbonate system include acrylic, polycarbonate, and nylon. Acrylic resin derivatives get hairline cracks and polycarbonates get both hairline cracks and are also extremely brittle, while nylon (except the aramids) is chemically reactive.

Außer kompatibel zu sein, muß das Gehäusematerial auch eine absolute Sperre von weniger als 0,02 Gramm H2O/yr/ft2 (0,2 Gramm H20/yr/fr2) gegen die Durchlässigkeit von Wasserdampf aus der äußeren Umgebung des Gehäuses darstellen. Kein derzeit bekanntes thermoplastisches Material alleine bietet diese absolute Sperre gegen Feuchtigkeit bei einer Dicke, die für ein Batteriegehäuse geeignet ist. Zur Zeit bieten nur Metalle, z. B. Aluminium oder Weichstahl eine absolute Sperre gegen Feuchtigkeit bei Foliendicke. Aluminiumfolien mit einer Dicke von mehr als 0,038mm (0,0015 inch) zeigten sich im wesentlichen undurchlässig für Wasserdampf. Es wurde auch gezeigt, daß Aluminiumfolie, die nur 0,009 mm (0,00035inch) dick ist, wenn sie auf andere Materialien beschichtet ist. einen entsnrechenden Schutz aßaen Wassfirriamnfrfurnhlässinkfiit «schafftAlso, to be compatible, the housing material must also have an absolute barrier of less than 0.02 grams H 2 O / yr / ft 2 (0.2 grams H 2 O / yr / fr 2 ) versus the permeability of water vapor from the outside environment represent the housing. No currently known thermoplastic material alone provides this absolute barrier to moisture at a thickness suitable for a battery case. Currently only metals, z. As aluminum or mild steel an absolute barrier against moisture in film thickness. Aluminum foils greater than 0.038 mm (0.0015 inch) thick were substantially impermeable to water vapor. It has also been shown that aluminum foil, which is only 0.009 mm (0.00035 inch) thick, when coated on other materials. a corresponding protection aßaen Wassfirriamnfnfurnhlässinkfiit «creates

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Gehäuse aus Metall-Plastik-Laminaten, CED-Epoxy-beschichtetem Metall (kathodisch galvanisch gefällt) oder Metall mit einer inneren Einlage aus Kunststoff oder Glas erfüllen derzeit die Erfordernisse sowohl für die chemische Kompatibilität als auch für die Fähigkeit als Feuchtigkeitssperre. Die meisten Zellen und Batterien, die bis heute hergestellt wurden, wurden entweder in einer Schutzkammer mit einem H2O-Gehalt von weniger als 5ppm, einer Glaszelle oder einem doppelwandigen Gehäuse, bei dem der Spalt zwischen den Wänden mit einem aktivierten Molekularsieb, z. B. 5 A Zeolit, gefüllt ist, getestet. Die Elektrolytflüssigkeit besteht vorzugsweise aus einem nichtleitenden, chemisch stabilen, nicht wäßrigen Lösungsmittel für ionisierbare Salze, worin das ionisierbare Salz in dem Lösungsmittel gelöst ist. Man kann als Lösungsmittel die Verbindungen anwenden, die in der Technik allgemein bekannt sind wie z. B. Verbindungen, die Sauerstoff, Schwefel und/oder Stickstoffatome, gebunden an Kohlenstoffatome, in einem elektrochemisch nicht reaktiven Zustand enthalten. Vorzugsweise verwendet man Nitrile wie Acetonitril; Amide wie Dimethylformamid; Ether wie Tetrahydrofuran; Schwefelverbindungen wie Dimethylsulfit; und andere Verbindungen wie Propylencarbonat. Es ist natürlich zu verstehen, daß das Lösungsmittel unter den Verwendungsbedingungen selber ausreichend ionisierbar sein kann, um die notwendigen Ionen in dem Lösungsmittel zu schaffen. Deshalb muß das ionisierbare Salz mindestens teilweise löslich und ionisierbar sein, entweder wenn es gelöst wird und in das Lösungsmittel geht oder bei der Verflüssigung. Obwohl es zu verstehen ist, daß schwer lösliche Salze anwendbar sind, ist zu erkennen, daß durch die niedrige Konzentration dieser Salze in Lösung die Rate der elektrischen Ladung und Entladung entgegengesetzt beeinflußt werden kann.Metal-plastic laminate housings, CED epoxy-coated metal (cathodic electroplated), or metal with an inner plastic or glass insert currently meet the requirements for both chemical compatibility and moisture barrier capability. Most of the cells and batteries produced to date have either been placed in a protective chamber with an H 2 O content of less than 5 ppm, a glass cell, or a double-walled housing in which the gap between the walls with an activated molecular sieve, e.g. B. 5 A zeolite, filled, tested. The electrolyte liquid is preferably a nonconductive, chemically stable, non-aqueous ionizable salt solvent in which the ionizable salt is dissolved in the solvent. It is possible to use as solvents the compounds which are well known in the art, such as e.g. B. Compounds containing oxygen, sulfur and / or nitrogen atoms bonded to carbon atoms in an electrochemically non-reactive state. Preference is given to using nitriles, such as acetonitrile; Amides such as dimethylformamide; Ethers, such as tetrahydrofuran; Sulfur compounds such as dimethylsulfite; and other compounds such as propylene carbonate. It will of course be understood that the solvent itself may be sufficiently ionizable under the conditions of use to provide the necessary ions in the solvent. Therefore, the ionizable salt must be at least partially soluble and ionizable, either when it is dissolved and goes into the solvent or liquefied. Although it is to be understood that sparingly soluble salts are applicable, it will be appreciated that the low concentration of these salts in solution may adversely affect the rate of electrical charge and discharge.

lonisierbare Salze, die in der Praxis der Erfindung angewendet werden können, sind solche, die im Stand der Technik gelehrt werden und schließen ein: Salze der aktiveren Metalle wie z. B. die Alkalisalze, vorzugsweise von Lithium, Natrium oder Kalium oder Mischungen davon, die stabile Anionen wie Perchiorat (CIO4--), Tetraflurorbotat (BF4-), Hexafluorarsenat (AsF6--), Hexafluorantimonat (SbF6-) oder Hexafluorphosphat (PF6-) enthalten.Ionizable salts that can be used in the practice of the invention are those taught in the art and include salts of the more active metals, such as, e.g. The alkali salts, preferably of lithium, sodium or potassium or mixtures thereof, the stable anions such as perchlorate (CIO 4 -), tetrafluororbotate (BF 4 -), hexafluoroarsenate (AsF 6 -), hexafluoroantimonate (SbF 6 -) or Hexafluorophosphate (PF 6 -) included.

Der Elektrolyt (Lösungsmittel ynd Satz) muß im wesentlichen wasserfrei sein, d.h. er sollte weniger als 100ppm Wasser enthalten, vorzugsweise weniger afs 20 ppm Wasser und am meisten bevorzugt weniger als 10 ppm Wasser. Natürlich kann der Elektrolyt so zusammengesetzt sein, daß er mehr als die erwünschte Menge Wasser hat und getrocknet werden, z. B. über aktivierten Zeolit 5 A Molekularsieben. Solche Mittel können auch in die fertige Batterie gemischt werden, um zu sichern, daß das Erfordernis des niedrigen Wassergehaltes erhalten wird. Der Elektrolyt sollte auch so beschaffen sein, daß Ionen (Anionen und Kationen) des ionisierbaren Salzes sich frei durch das Lösungsmittel bewegen können, da das elektrische Potential von Ladung und Entladung die Ionen zu und von ihren entsprechenden Polen (Elektroden) bewegt.The electrolyte (solvent and kit) must be substantially anhydrous, i. it should contain less than 100ppm of water, preferably less than 20ppm of water, and most preferably less than 10ppm of water. Of course, the electrolyte may be composed to have more than the desired amount of water and to be dried, e.g. B. on activated zeolite 5 A molecular sieves. Such means may also be mixed into the finished battery to ensure that the low water content requirement is obtained. The electrolyte should also be such that ions (anions and cations) of the ionizable salt are free to move through the solvent as the electrical potential of charge and discharge moves the ions to and from their respective poles (electrodes).

Die Elektrode beinhaltet, wenn sie als ein Gewebe oder Blatt gebildet ist, eine Auffangelektrode, die leitend mit mindestens einer der Kanten der kohlenstoffhaltigen Fasern oder des Blattes verbunden ist. die Kante(n) ist vorzugsweise weiterhin durch ein Material geschützt, um den Kollektor zu isolieren und im wesentlichen die Auffangelektrode vor dem Kontakt mit der Flüssigkeit und ihren Elektrolytionen zu schützen. Das schützende Material muß natürlich durch die Flüssigkeit oder die Elektrolytionen unbeeinflußt sein.The electrode, when formed as a web or sheet, includes a collecting electrode conductively connected to at least one of the edges of the carbonaceous fibers or the sheet. the edge (s) is preferably further protected by a material to insulate the collector and substantially protect the collecting electrode from contact with the liquid and its electrolyte ions. The protective material must of course be unaffected by the liquid or electrolyte ions.

Der Stromabnehmer steht in enger Verbindung mit dem kohlenstoffhaltigen Material der Elektrode entlang mindestens einer Kante und vorzugsweise an allen vier Kanten, wenn das kohlenstoffhaltige Material in Form einer Anordnung wie einem planaren Gewebe, einem Blatt oder einem Filz ist. Es ist auch vorstellbar, daß die Elektrode in anderen Formen, wie in Form eines zylindrischen oder röhrenförmigen Bündels von Fasern, Fäden oder Garnen, bei dem die Enden des Bündels mit einem Stromabnehmer versehen sind, gebildet sein kann. Es ist auch offensichtlich, daß eine Elektrode in Form eins planaren Körpers aus Gewebe, Blatt oder Filz aufgerollt sein kann mit einem porösen Separator zwischen den Schichten des kohlenstoffhaltigen Materials und zwar so, daß die entgegengesetzten Kanten des aufgerollten Materials mit einem Stromabnehmer verbunden sind. Obwohl Kupfer als Stromabnehmer verwendet wurde, kann jedes elektrisch leitende Metall oder jede elektrisch leitende Legierung verwendet werden wie z. B. Silber, Gold, Platin, Kobalt, Palladium und Legierungen davon. Ebenso kann, obwohl die Galvanisierung verwendet wurde, zum Binden eines Metalls oder einer Metallegierung an das kohlenstoffhaltige Material, jede andere Beschichtungstechnik (einschließlich Schmelzanwendungen) oder stromlose Abscheidungsmethoden angewendet werden, solange die Kanten oder Enden der Elektrode einschließlich der Mehrheit der Faserenden an den Kanten des kohlenstoffhaltigen Materials durch das Metall in einem Ausmaß benetzt werden, das ausreichend ist, um einen elektrischen Kontakt mit im wesentlichen niedrigem Widerstand und einen Stromweg zu schaffen.The current collector is in close association with the carbonaceous material of the electrode along at least one edge, and preferably at all four edges, when the carbonaceous material is in the form of an assembly such as a planar fabric, sheet or felt. It is also conceivable that the electrode may be formed in other shapes, such as in the form of a cylindrical or tubular bundle of fibers, threads or yarns in which the ends of the bundle are provided with a current collector. It will also be understood that an electrode in the form of a planar body of fabric, sheet or felt may be rolled up with a porous separator between the layers of carbonaceous material such that the opposite edges of the coiled material are bonded to a current collector. Although copper has been used as a current collector, any electrically conductive metal or alloy may be used, such as a metal substrate. As silver, gold, platinum, cobalt, palladium and alloys thereof. Likewise, although electroplating has been used, bonding of a metal or metal alloy to the carbonaceous material, any other coating technique (including melt applications) or electroless deposition methods may be used as long as the edges or ends of the electrode including the majority of the fiber ends at the edges of the carbonaceous material can be wetted by the metal to an extent sufficient to provide substantially low resistance electrical contact and current path.

Abnehmer, die aus einem nichtedlen Metall wie Kupfer, Nickel, Silber oder Legierungen dieser Metalle hergestellt sind, müssen vordem Elektrolyten geschützt werden und sind deshalb vorzugsweise mit einem synthetischen harzartigen Material beschichtet oder einem Oxid, Fluorid oder ähnlichem, das nicht von dem Elektrolyt angegriffen wird oder irgendeine wesentliche Abbaureaktion bei den Betriebsbedingungen der Zelle eingeht.Consumers made of a non-noble metal such as copper, nickel, silver or alloys of these metals must be previously protected from the electrolyte and therefore are preferably coated with a synthetic resinous material or an oxide, fluoride or the like that is not attacked by the electrolyte or undergoes any substantial degradation reaction in the operating conditions of the cell.

Elektroden der vorliegenden Erfindung, hergestellt aus dem elektrisch leitenden, kohlenstoffhaltigen Material und seinem Stromabnehmer können als positive Elektrode in einer sekundären Energiespeicherungsvorrichtung verwendet werden. Ein wesentlicher Schaden der Elektrode selbst oder dem Elektrolyten, d. h. dem Lösungsmittel oder ionisierbaren Salz, wird nicht beobachtet, wenn sie wiederholten Ladungen bei einer Kapazität von mehr als 150 Coulomb pro Gramm aktivem kohlenstoffhaltigem Material und Entladungen mit einer Höhe von mehr als 80% der gesamten Kapazität der Elektrode bei schnellen oder langsamen Geschwindigkeiten von Ladung/Entladung unterworfen wird.Electrodes of the present invention made of the electrically conductive carbonaceous material and its current collector can be used as a positive electrode in a secondary energy storage device. Significant damage to the electrode itself or to the electrolyte, d. H. the solvent or ionizable salt is not observed when repeating charges at a capacity greater than 150 coulombs per gram of active carbonaceous material and discharges greater than 80% of the total capacity of the electrode at fast or slow charge / discharge rates. Discharge is subjected.

Alternativ können die Elektroden nach der Erfindung, die aus dem elektrisch leitenden kohlenstoffhaltigen Material und seinem Stromabnehmer hergestellt werden, auch sowohl als positive als auch als negative Elektroden in einem Akkumulator (Sekundärbatterie) mit ähnlich günstigen Betriebseigenschaften, wie hier beschrieben, angewendet werden. Eine Oberfläche von mindestens 0,5m2/g und ein niedriger spezifischer Widerstand von weniger als 0,05Ohm/cm des kohlenstoffhaltigen Materials, angewendet für die Elektrode der Erfindung, sind wünschenswerte Eigenschaften. Deshalb hat eine Batterie, die mit Elektroden nach der Erfindung mit dem kunststoffhaltigen Material hergestellt ist, einen extrem niedrigen inneren Widerstand und einen sehr hohen entsprechenden coulometrischen Wirkungsgrad, der gewöhnlich größer als 80% ist.Alternatively, the electrodes of the invention made of the electrically conductive carbonaceous material and its current collector can also be used both as positive and as negative electrodes in a secondary battery having similar favorable operating characteristics as described herein. A surface area of at least 0.5m 2 / g and a low resistivity of less than 0.05 ohm / cm of the carbonaceous material used for the electrode of the invention are desirable properties. Therefore, a battery made with electrodes according to the invention with the plastic-containing material has an extremely low internal resistance and a very high corresponding coulometric efficiency, which is usually greater than 80%.

Während der Forschungsperiode nach den Grenzen der vorliegenden Erfindung wurde gefunden, daß bei der Ladung Anfangsstromdichten von mehr als 15,5 bis 31 mA/cm2 (100 bis 200mA/inch2) zu einer Schädigung des kohlenstoffhaltigen Materials der Elektrode führen können.During the research period beyond the limits of the present invention, it has been found that upon charge initial current densities in excess of 15.5 to 31 mA / cm 2 (100 to 200 mA / in 2 ) can result in damage to the carbonaceous material of the electrode.

Ausführungsbeispieleembodiments

Die Erfindung soll nachstehend an Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung zeigen: Fig. 1: die grafische Darstellung der Klemmenspannung gegen die Entladung für eine O,90hm-Zelle bei verschiedenenThe invention will be explained in more detail below by exemplary embodiments. In the accompanying drawing: Fig. 1: the graph of terminal voltage vs. discharge for an O, 90hm cell at various

Entladungsraten; Fig.2: die grafische Darstellung der Klemmenspannung gegen die Entladung für eine O,70hm-Zelle bei verschiedenen Entladungsraten;Discharge rates; Fig. 2 is a graph of terminal voltage vs. discharge for an O, 70hm cell at various discharge rates;

Fig.3.: den Vergleich einer 0,7 Ohm-Zelle mit einer 0,9Ohm-Zelle für eine Entladungsgeschwindigkeit von 45 Minuten; Fig.4: die grafische Darstellung der maximalen Leistung einer Batteriezelle gegen den Zustand der Ladung und Fig.5; die grafische Darstellung des Spannungsverlaufs einer 40-Sekunden-Entladung mit maximaler Leistung. In einem ersten Ausführungsbeispiel wurde ein Paar Elektroden, jede mit einer Fläche von 71 cm2 (11 inch2), aus einem PWB-6 Gewebe (ein Gewebe, das hitzebehandelt wurde bei einer Temperatur über 10000C, was das Gewebe elektroleitend machte, hergestellt. Das Gewebe war aus einem Polyacrylnitril-(PAN)Vorläufer gewebt, in dem das Garn aus nicht kontinuierlichen Fasern (Stapelfasern) mit einer durchschnittlichen Länge von etwa 5cm (2 inch) und einem Durchmesser von 7 bis 8/xm und einem Längenverhältnis von etwa 700:1 hergestellt war. Das Gewebe wurde nach dem Weben hitzebehandelt. Die Kanten des hitzebehandelten Gewebes waren durch Galvanisierung beschichtet mit Kupfer, um einen Stromabnehmer zu schaffen. Ein Draht war an einem Ende der kupferbeschichteten Kanten angelötet. Alle vier Kanten jeder Elektrode (Stromabnehmer und Leitungsverbinder) waren mit einem härtbaren Aminepoxiharz beschichtet, um das Metall gegen die korrosiven Wirkungen des Elektrolyten unter den Gebrauchsbedingungen zu isolieren. Das Paar Elektroden wurde in einen Elektrolyt eingetaucht, der aus einer 15%igen Lösung von LiCIO4 in Propylencarbonat bestand, der in einem Polyvinylchlorid(PVC).-Gehäuse enthalten war. Die Elektroden waren weniger als 0,6cm (0,25inch) voneinander entfernt. Der Einbau der Elektroden in das Gehäuse wurde in einer Schutzkammer ausgeführt. Das Gehäuse war abgedichtet, während es in der Schutzkammer war, wobei die Drähte sich von dem Gehäuse erstreckten. Der Wassergehalt in dem zusammengebauten Gehäuse betrug weniger als 10 ppm. Die Fasern hatten ein Elastizitätsmodul von etwa 230GPa (33000000psi) und ein Verhältnis von Fläche zu Gewicht von 0,6 bis 1,0m2/g. Die gesamte elektrische Kapazität des aktiven kohlenstoffhaltigen Materials der Elektrode wurde mit 250Coulomb/g bestimmt.Fig. 3: the comparison of a 0.7 ohm cell with a 0.9 ohm cell for a discharge rate of 45 minutes; FIG. 4 is a graph showing the maximum power of a battery cell against the state of the charge and FIG. the graphical representation of the voltage curve of a 40-second discharge with maximum power. In a first embodiment, a pair of electrodes, each with an area of 71 cm 2 (11 in 2 ), were made of a PWB-6 fabric (a fabric that was heat treated at a temperature above 1000 ° C., which made the fabric electroconductive, The fabric was woven from a polyacrylonitrile (PAN) precursor in which the yarn is made of non-continuous fibers (staple fibers) having an average length of about 5cm (2 inches) and a diameter of 7 to 8 / xm and an aspect ratio of The fabric was heat treated after weaving The edges of the heat treated fabric were electroplated with copper to create a current collector A wire was soldered to one end of the copper coated edges. Current collectors and line connectors) were coated with a curable amine epoxy resin to protect the metal from the corrosive effects of the electrolyte under use isolate conditions. The pair of electrodes were immersed in an electrolyte consisting of a 15% solution of LiCIO 4 in propylene carbonate contained in a polyvinyl chloride (PVC) housing. The electrodes were less than 0.6 cm (0.25 inches) apart. The installation of the electrodes in the housing was carried out in a protective chamber. The housing was sealed while it was in the protective chamber with the wires extending from the housing. The water content in the assembled housing was less than 10 ppm. The fibers had a modulus of elasticity of about 230GPa (33000000 psi) and an area to weight ratio of 0.6 to 1.0 m 2 / g. The total electrical capacitance of the active carbonaceous material of the electrode was determined to be 250Coulomb / g.

Die so hergestellte Zelle wurde mit einer Maximalspannung von 5,3VoIt elektrisch geladen, wobei der Strom so begrenzt war, daß er 5,4mA/cm2 (35mA/inch2) Elektrodenoberfläche nicht überstieg. Die Zelle wurde über einen Zeitraum von 11 Monaten in 1 250 Zyklen elektrisch gelagen und entladen und zeigte einen coulometrischen Wirkungsgrad von mehr als 90%, bei einer Entladungskapazität von mehr als 85%. Die Zelle wurde dann auseinandergenommen und die Fasern von jeder Gewebeelektrode wurden unter einem Mikroskop mit 1 OOOfacher Vergrößerung untersucht. Insoweit es meßbar war, hatten die Fasern denselben Durchmesser wie die Fasern derselben Lieferung, die nicht in der Zelle verwendet worden waren. Die Zelle wurde wieder zusammengebaut und die Prüfung wurde fortgesetzt in derselben Art, wie vorher beschrieben. Die Zelle hat bisher über 2800 Ladungs- und Entladungszyklen über einen Zeitraum von 23 Monaten vollendet, ohne eine Reduktion des coulometrischen Wirkungsgrades. Sie hat immer noch einen coulometrischen Wirkungsgrad von mehr als 90%. In einem zweiten Ausführungsbeispiel wurden sechs Elektroden, ähnlich den Elektroden von Beispiel 1 hergestellt und so in einer Dreizellen-Einheit verbunden, daß jede von den drei Paaren der Elektroden in separaten Polyethylenfächern (Taschen) abgeschlossen war. Die Elektroden wurden in Reihe verbunden. Die Dreizelleinheit wurde in derselben Art wie im Beispiel 1 betrieben, außer daß die Spannung etwa 16VoIt betrug. Die Anfangsspannung des offenen Stromkreises war etwa 13,5VoIt. Nach 228 elektrischen Aufladungs- und Entladungszyklen, während derer die Entladung durchgeführt wurde bei einer hohen Entladung von mehr als 78% der gesamten Kapazität, wurden die Zellen auseinandergenommen. Die Elektroden wurden aus ihren Fächern entfernt, und die Fasern wurden auf Zeichen von Zerstörung untersucht, d.h. Abschuppen und außergewöhnliche Ausdehnung und Schrumpfung der Fasern. Die Untersuchung zeigte keine nachweisbare Änderung im Faserdurchmesser von Fasern, die in derselben Lieferung von Gewebe gemessen wurde, das nicht verwendet worden war, um die Elektroden des Beispiels herzustellen. Die Messungen wurden mit einem Laserinterferometer durchgeführt.The cell thus prepared was electrically charged with a maximum voltage of 5.3VoIt, the current being limited to not exceed 5.4mA / cm 2 (35mA / inch 2 ) electrode surface area. The cell was electrically charged and discharged over a period of 11 months in 1,250 cycles and exhibited a coulometric efficiency of greater than 90%, with a discharge capacity greater than 85%. The cell was then disassembled, and the fibers from each tissue electrode were examined under a microscope at 10,000x magnification. As far as it was measurable, the fibers had the same diameter as the fibers of the same delivery that had not been used in the cell. The cell was reassembled and testing was continued in the same manner as previously described. So far, the cell has completed over 2,800 charge and discharge cycles over a 23-month period, with no reduction in coulometric efficiency. It still has a coulometric efficiency of more than 90%. In a second embodiment, six electrodes, similar to the electrodes of Example 1, were prepared and connected in a three-cell unit such that each of the three pairs of electrodes was terminated in separate polyethylene compartments (pockets). The electrodes were connected in series. The tri-cell unit was operated in the same manner as in Example 1 except that the voltage was about 16 volts. The starting voltage of the open circuit was about 13.5 volts. After 228 electrical charge and discharge cycles during which the discharge was performed at a high discharge of greater than 78% of the total capacitance, the cells were disassembled. The electrodes were removed from their compartments and the fibers were inspected for signs of destruction, ie scaling and extraordinary expansion and shrinkage of the fibers. The study showed no detectable change in fiber diameter of fibers measured in the same furnish of tissue that had not been used to make the electrodes of the example. The measurements were carried out with a laser interferometer.

In einem dritten Ausführungsbeispiel wurden aus einem Gewebe mehrere planare Blätter geschnitten, das aus Garn gewebt war, das aus einer im wesentlichen kontinuierlichen Einfadenvorläuferfaser aus Petrolpech hergestellt war. Das Vorläuferfaser-Kabelgarn mit einem Längenverhältnis von etwa 800:1 war zu einem Gewebe gewebt und dann bei einer Temperatur von mehr als 2000°C hitzebehandelt. Die planren Blätter hatten jeweils eine Dimension von etwa 930cm2 Fläche (1 ft2). Die Faser hatte ein Elastizitätsmodul von 315GPa (45000000psi) und eine Oberfläche von etwa 1 m2/g nach der Hitzebehandlung. Die Blätter wurden entlang ihrer vier Kanten mit Kupfer beschichtet so, daß alle Fasern elektrisch verbunden waren, um einen Auffangelektrodenrahmen zu bilden. Ein isolierter Kupferdraht wurde an einer Kante des Kollektors in der Nähe der Ecke durch Verlöten befestigt und die Lötnaht und die Kupferaufangelektrode wurden mit einem härtbaren Vinylesterharz beschichtet. Jedes Paar von Blättern wurde parallel zueinander ausgerichtet, wobei die gelöteten Drähte an entgegengesetzten Enden der Anschläge waren und getrennt durch durchlöcherte ungewebte faserige Polypropylenverbundblätter mit einer Dicke von 0,1 mm (5mils). Ein Polyethylenfach (Tasche) mit einer Größe von etwa 930cm2 (1 ft2) wurde als Zellbehälter verwendet. Drei Zellen wurden in einer Schutzkammer zusammengebaut, indem ein Paar der Kohlenstoff-Faserblätter und ihr Separator in jedes der drei Fächer gebracht wurden und jedes Fach mit etwa 500g eines Elektrolyten einer 15Gew.-%igen Lösung von LiCIO4 in Propylencarbonat gefüllt wurde. Der Elektrolytpegel in dem Fach wurde bestimmt, um 21 Gramm aktive Faser pro Elektrode (die Fläche der Elektrode, die dem Elektrolyt ausgesetzt war) zu schaffen. Der Rest der Kohlenstoffasern jeder Elektrode erstreckte sich aus der Lösung oder wurde durch den Harz/Kupfer-Rahmen bedeckt.In a third embodiment, a plurality of planar sheets were woven from a woven fabric woven from yarn made from a substantially continuous filament precursor fiber of petrol pitch. The precursor fiber tow having an aspect ratio of about 800: 1 was woven into a fabric and then heat treated at a temperature greater than 2000 ° C. The planar leaves each had a dimension of about 930 cm 2 area (1 ft 2 ). The fiber had a modulus of elasticity of 315GPa (45000000 psi) and a surface area of about 1 m 2 / g after the heat treatment. The sheets were coated with copper along their four edges so that all the fibers were electrically connected to form a collection electrode frame. An insulated copper wire was fixed to one edge of the collector near the corner by soldering, and the soldering seam and the copper attaching electrode were coated with a curable vinyl ester resin. Each pair of blades were aligned parallel to each other with the soldered wires at opposite ends of the stops and separated by perforated nonwoven fibrous polypropylene composite sheets having a thickness of 0.1 mm (5 mils). A polyethylene compartment (bag) about 930 cm 2 (1 ft 2 ) in size was used as a cell container. Three cells were assembled in a protective chamber by placing a pair of the carbon fiber sheets and their separator in each of the three compartments and filling each compartment with about 500 g of an electrolyte of a 15% by weight solution of LiCIO 4 in propylene carbonate. The electrolyte level in the compartment was determined to provide 21 grams of active fiber per electrode (the area of the electrode exposed to the electrolyte). The remainder of the carbon fibers of each electrode extended out of the solution or was covered by the resin / copper frame.

Der Aufbau der Zeilen in einer Schutzkammer hielt den Wassergehalt bei weniger als 20 ppm Elektrolytlösung. Jedes Fach in der Schutzkammer wurde abgedichtet in einer Art, um die Enden des Lötdrahtes sich durch die Dichtung an entgegengesetzten Enden der abgedichteten Kanten erstrecken zu lassen. Die drei so behandelten Zellen wurden in ein durchsichtiges Kunststoffbehältnis gebracht, und die Drähte wurden in Serie verbunden. Eine Menge aktivierter Zeolith 5 A Molekularsiebe (um die Feuchtigkeit zu absorbieren) wurde über die obere Seite der Zellen zugegeben, und der Aufbau wurde aus der Schutzkammer entfernt. Die Enddrähte der zwei Endplatten der drei Zellenserien wurden mit Anschlüssen verbunden, die sich durch eine Abdeckung oder Abdeckplatte für das Behältnis erstreckten, und die Abdeckung wurde schnell mit dem Behältnis abgedichtet.The construction of the lines in a protective chamber kept the water content at less than 20 ppm electrolyte solution. Each compartment in the protection chamber has been sealed in a manner to extend the ends of the solder wire through the gasket at opposite ends of the sealed edges. The three cells thus treated were placed in a clear plastic container and the wires were connected in series. A quantity of activated zeolite 5 A molecular sieves (to absorb the moisture) was added over the top of the cells and the assembly was removed from the protection chamber. The end wires of the two end plates of the three cell series were connected to terminals extending through a cover or cover plate for the container, and the cover was quickly sealed to the container.

Der Aufbau wurde bei einer Spannung von 15 bis 16 Volt und mit einem Strom von 1,8 bis 2 Ampere 45 Minuten lang geladen. Danach wurde die Vorrichtung durch einen 12VoIt Autoscheinwerfer entladen, der einen durchschnittlichen Strom von 2,0 bis 2,5Ampere entnahm. Die Vorrichtung wurde 30 Minuten zu 90% ihrer Kapazität entladen. Die elektrischen Aufladungs- und Entladungszyklen wurden über 850mal durchgeführt. Die Zelle wurde dann auseinandergenommen und die Fasern wurden unter einem Mikroskop mit 1 OOOfacher Vergrößerung geprüft und zeigten keine nachweisbaren Zeichen von Ausdehnung oder Zerstörung aufgrund von Abschuppung. Die Vorrichtung nahm eine elektrische Aufladung und hohe Entladung bei 90% Kapazität für jeden Zyklus an.The assembly was charged at a voltage of 15 to 16 volts and at a current of 1.8 to 2 amperes for 45 minutes. Thereafter, the device was discharged through a 12VoIt headlamp, which took an average current of 2.0 to 2.5 amps. The device was discharged for 30 minutes to 90% of its capacity. The electric charging and discharging cycles were performed over 850 times. The cell was then disassembled and the fibers were examined under a microscope at 1 000X magnification and showed no detectable signs of dilation or destruction due to desquamation. The device assumed an electrical charge and high discharge at 90% capacity for each cycle.

In einem vierten Ausführungsbeispiel wurde ein Gewebe auf Basis von PAN (Vorläuferfaser) eingesetzt. Das Gewebe war eine nicht leitende Kohlenstofffaser mit einem Längenverhältnis von mehr als 250:1, das zu Garn und gewebtem Gewebe verarbeitet war und nach Angabe nicht auf eine Temperatur über 4000C erhitzt war. Das Gewebe wurde hitzebehandelt bei einer Temperatur von über 1000°C für eine Zeit, die ausreichte, um das Gewebe elektrisch leitend zu machen. Das hitzebehandelte Gewebe hatte ein Elastizitätsmodul von 150GPa (23000000psi) und eine Oberfläche von etwa 1 m2/g. Zwei Proben des Gewebes, jede mit einer Breite von 5cm (2inch) an einer Seite und einer Fläche von 26cm2 (4inch2) wurden von dem hitzebehandelten Gewebe abgeschnitten und die vier Kanten von jedem Gewebe wurden mit Kupfer überzogen, um einen Stromabnehmer für die Elektrode zu bilden. Ein Draht wurde an einer Ecke des Stromabnehmers jeder Elektrode angelötet. Die Lötnaht und der Kupferstromabnehmer wurden mit einer Vinylester-Harzbeschichtungs-Zusammensetzung beschichtet. Ein ungewebtes Polypropylenverbundblatt wurde zwischen die zwei Elektroden gebracht und die Elektroden wurden in ein Kunststoffach (Umschlag) eingesetzt. Dieser Aufbau wurde in eine Schutzkammer gebracht, worin der Wassergehalt bei weniger als 20 ppm Elektrolytlösung gehalten wurde. Eine 10Gew.-%ige Lösung von LiCIO4 in einer Propylencarbonatlösung wurde verwendet, um den Umschlag zu füllen bis die zwei Elektroden in der Elektrolytlösung untergetaucht waren. Die Drähte von jeder Elektrode wurden mit einem Doppelpol, einem Umschalter verbunden, mit dem jeweils ein Anschluß mit einer elektrischen Spannungsquelle von 5,3Voltverbunden war. Der andere Anschluß war mit einer elektrischen Widerstandsleitung von 10Ohm verbunden. Die Zelle wurde hoch entladen auf mehr als 80% ihrer Gesamtladung und in mehr als 800 elektrischen Ladungsund Entladungszyklen mit einem coulometrischen Wirkungsgrad von mehr als 80% betrieben. Die Kapazität dieser Zelle war etwa 70% der des PAN Beispiels (Beispiel 1) bezogen auf das Gewicht der Gesamtelektrode.In a fourth embodiment, a fabric based on PAN (precursor fiber) was used. The fabric was a non-conductive carbon fiber with an aspect ratio greater than 250: 1, which was fabricated into yarn and woven fabric and was not heated to a temperature in excess of 400 ° C. The fabric was heat treated at a temperature in excess of 1000 ° C for a time sufficient to render the fabric electrically conductive. The heat-treated fabric had a modulus of elasticity of 150GPa (23000000 psi) and a surface area of about 1 m 2 / g. Two samples of tissue, each 5 cm (2 inches) wide on one side and 26 cm 2 (4 inches 2 ) in area, were cut from the heat treated tissue and the four edges of each tissue were covered with copper to form a current collector for the To form electrode. A wire was soldered to one corner of the current collector of each electrode. The solder seam and the copper pantograph were coated with a vinyl ester resin coating composition. A nonwoven polypropylene composite sheet was placed between the two electrodes and the electrodes were placed in a plastic box (envelope). This assembly was placed in a protective chamber wherein the water content was maintained at less than 20 ppm electrolyte solution. A 10% by weight solution of LiCIO 4 in a propylene carbonate solution was used to fill the envelope until the two electrodes were submerged in the electrolyte solution. The wires from each electrode were connected to a double pole, a switch, to each of which a terminal was connected to a power source of 5.3 volts. The other terminal was connected to an electrical resistance line of 10 ohms. The cell was highly discharged to more than 80% of its total charge and operated in more than 800 electrical charge and discharge cycles with a coulometric efficiency greater than 80%. The capacity of this cell was about 70% of that of the PAN example (Example 1) based on the weight of the total electrode.

Es wurde gefunden, daß Zellen, die gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt wurden, einen inneren Widerstand haben, der im Durchschnitt weniger als 0,35Ohm pro m2 (0,038Ohm/ft2) Elektrodenoberfläche in einer Sechselektrodenzelle beträgt. Dieser Wert, der ursprünglich mit weniger als 1 Ohm gemessen wurde, schloß die Zuleitungsdrähte zu dem Ladungssystem mit einer Länge von etwa 6m ein. Beim Messen des Widerstandes der Leitungen und dann Wiedermessen des Gesamtwiderstandes des Systems der Ladung wurde der Widerstand des Akkumulators (Sekundärbatterie) genau berechnet als 0,35Ohm/m2 (0,038Ohm/ft2).It was found that cells which were produced according to the present invention, have an internal resistance, the average less than 0,35Ohm per m 2 (0,038Ohm / ft 2) electrode surface in a six-electrode cell is. This value, which was originally measured to be less than 1 ohm, included the lead wires to the charge system, about 6 meters in length. When measuring the resistance of the wires and then measuring the total resistance of the system of the charge, the resistance of the secondary battery was accurately calculated as 0.35 ohms / m 2 (0.038 ohms / ft 2 ).

Eine Bestätigung der Daten der obigen Beispiele wurde für eine Zweielektrodenzelle aus Thornel-Gewebe, VCB-45 mit einem Elastizitätsmodul von 315GPa (45000000psi) einer Oberfläche von 1 m2/g und einem Längenverhältnis von mehr als 10000:1 erhalten, worin jedes Gewebe eine Dimension von 15,2cm χ 15,2cm hatte. Kupferkanten wurden rund um alle vier Kanten des Gewebes beschichtet, um den Stromabnehmer zu bilden. Der Stromabnehmer wurde dann mit einem härtbaren Vinylesterharz beschichtet. Die Stromabnehmerkanten waren etwa 2,6cm breit und ergaben Flächen von aktivem kohlenstoffhaltigem Material von etwa 10cm χ 10cm. Die 100cm2-Fläche jeder Elektrode enthielt etwa 6Gramm Kohlenstoffaser. Die Elektroden wurden durch Einbringen in eine mikroporöse Polypropylenfolie getrennt.Confirmation of the data of the above examples was obtained for a Thornel fabric two-electrode cell, VCB-45, having a modulus of elasticity of 315 GPa (45000000 psi) surface area of 1 m 2 / g and an aspect ratio greater than 10000: 1, wherein each fabric has a Dimension of 15.2cm χ 15.2cm had. Copper edges were coated around all four edges of the fabric to form the current collector. The current collector was then coated with a curable vinyl ester resin. The pantograph edges were about 2.6 cm wide and gave areas of active carbonaceous material of about 10 cm χ 10 cm. The 100 cm 2 area of each electrode contained about 6 grams of carbon fiber. The electrodes were separated by introduction into a microporous polypropylene film.

Der Aufbau der Elektroden und des Separators wurde in eine Polyethylentasche gebracht, dieTasche wurde mit einem trockenen Elektrolyten von 15Gew.-% LiCIO4 in Propylencarbonat (etwa 100 cm3) gefüllt und der Aufbau wurde zwischen zwei Kunststoffkanten-Preßplatten zusammengedrückt, die die Seiten der Tasche, die den Elektrolyten hielten, unterstützten. Die Dicke des Vinylesterharzes beschichteten Kupfer-Stromabnehmers hielt den faserigen Anteil der zwei Elektroden davon ab, in minimalen Trennungsabstand miteinaner gepreßt zu werden. In späteren Durchläufen wurde eine 10cm x 10cm Abstandshalteplatte zwischen die Kantenpreßplatten eingesetzt, um die Elektroden-Separator-Kombination dichter zusammenzupressen. Dies erniedrigte den Zellwiderstand von etwa 0,9Ohm auf etwa 0,7Ohm.The structure of the electrodes and separator was placed in a polyethylene bag, the pocket has been filled with a dry electrolyte of 15wt .-% LiClO 4 in propylene carbonate (about 100 cm 3) and the assembly was compressed between two plastic edge-pressing plates, the sides of the Pocket, which held the electrolyte supported. The thickness of the vinyl ester resin coated copper current collector kept the fibrous portion of the two electrodes from being pressed together at a minimum separation distance. In later runs, a 10cm x 10cm spacer plate was inserted between the edge press plates to more densely compress the electrode-separator combination. This lowered the cell resistance from about 0.9 ohms to about 0.7 ohms.

Entladungsdaten bei verschiedenen Entladungsraten wurden für zwei der oben beschriebenen Aufführungen der Zelle aufgenommen. In einem Fall (0,9Ohmzelle) wurde die Elektrodentrennung durch die Epoxybeschichtung auf dem Stromabnehmer auf annähernd 4mm begrenzt. Im anderen Fall (0,7Ohmzellen) wurden die Elektroden in der Mitte gegeneinander gepreßt, so daß nur der poröse Polypropylenseparator zwischen ihnen war (weniger als 1 mm). In Fig.2 zeigen die Kurven die Klemmenspannung gegen die Entladung, Coulomb pro Gramm Faser für die 0,9Ohmzelle bei verschiedenen Entladungsraten im Bereich von 6 Stunden bis zu 3A Stunden. Diese Entladungen entsprechen einem sogenannten ersten Plateau (2VoIt Unterdrückung). Wenn man annimmt, daß die Gesamtkapazität des ersten Plateaus 180Coulomb pro Gramm zu der 2VoIt Unterdrückungsspannung ist, können die Werte auf der Abszisse ersetzt werden durch „Prozent Entladen"; „180Coulomb/Gramm", was „100% Entladen" entspricht.Discharge data at different discharge rates was recorded for two of the above-described performances of the cell. In one case (0.9 ohm cell) the electrode separation was limited by the epoxy coating on the current collector to approximately 4mm. In the other case (0.7 ohm cells), the electrodes were pressed in the middle against each other so that only the porous polypropylene separator was between them (less than 1 mm). In Figure 2, the curves show the terminal voltage versus discharge, Coulomb per gram of fiber for the 0.9 ohm cell at different discharge rates in the range of 6 hours to 3 hours. These discharges correspond to a so-called first plateau (2VoIt suppression). Assuming that the total capacity of the first plateau is 180 coulombs per gram to the 2VoIt suppression voltage, the abscissa values can be replaced by "percent unloading";"180 coulombs / gram", which corresponds to "100% unloading".

Die Gesamtenergie, die mit einer 3 Stunden Rate bei konstanter Ladung wiedergewonnen wird, ist fast die gleiche wie bei der 6 Stunden Rate. Bei der schnellen Entladung mit 3A Stunden Geschwindigkeit werden wegen des Zellwiderstandes und der Elektrodenpolarisierung schlechte Wirkungen erzielt. Die Elektrodenstromdichten entsprechend diesen Entladungsgeschwindigkeiten sind:The total energy recovered at a 3 hour constant charge rate is almost the same as the 6 hour rate. Fast discharge at 3 A hours of speed produces poor effects due to cell resistance and electrode polarization. The electrode current densities corresponding to these discharge rates are:

Geschwindigkeit Durchschnittliche StromdichteSpeed Average current density

(Stunden) bei konstanter Ladung (mA/cm2)(Hours) at constant charge (mA / cm 2 )

6 0,56 0,5

3 .1,03 .1,0

1,5 2,01.5 2.0

0,75 . 4,00.75. 4.0

Die „Coulomb pro Gramm Faser" sind bezogen auf das Gewicht an aktivem kohlenstoffhaltigem Material von nur einer Elektrode.The "coulombs per gram of fiber" are based on the weight of active carbonaceous material of only one electrode.

Fig.2 zeigt die Daten für die O,70hm-Zelle. Offensichtlich ist mehr Energie verfügbar für die Zelle mit dem niedrigeren Widerstand. Fig. 3 zeigt den Vergleich der zwei Zellen bei der höheren Entladungsgeschwindigkeit (3A Stunden Geschwindigkeit).Figure 2 shows the data for the O, 70hm cell. Obviously, more energy is available for the cell with the lower resistance. Fig. 3 shows the comparison of the two cells at the higher discharge speed ( 3 A hours of speed).

-9- 702 60-9- 702 60

Eine Lithiumreferenzelektrode wurde in die Zelle eingesetzt, um zu bestimmen, welche Elektrode polarisiert wurde. Die Spannungsabfälle zwischen jeder Elektrode und der Referenzelektrode wurden während der Ladung und Entladung und beim Öffnen des Stromkreises bestimmt.A lithium reference electrode was inserted into the cell to determine which electrode was polarized. The voltage drops between each electrode and the reference electrode were determined during charging and discharging and when opening the circuit.

Beim Öffnen des Stromkreises waren die Spannungen zwischen der negativen Elektrode und der Referenzelektrode im allgemeinen weniger als 10OmV und änderten sich nur leicht mit der Zeit. Die Spannung änderte sich, wenn siezwischen der positiven Elektrode und der Referenzelektrode gemessen wurde, mit der Zeit, wobei sie nach jeder Ladung abnahm und nach jeder Entladung zunahm.When opening the circuit, the voltages between the negative electrode and the reference electrode were generally less than 10 ohmV and changed only slightly over time. The voltage, when measured between the positive electrode and the reference electrode, changed with time, decreasing after each charge and increasing after each discharge.

Die maximale Leistungsfähigkeit in einer Batteriezelle bei verschiedenen Ladungsstufen wurde durch Stoßentladungen der Zelle bei Ladungen, die Klemmenspannung von V2 der Leerlaufspannung ergaben, bestimmt. Die „Stöße" waren 10 Sekunden lang und die Leistung wurde berechnet als Durchschnittsleistung über die 10 Sekunden.The maximum performance in a battery cell at different charge levels was determined by cell discharge discharges at charges giving terminal voltage V2 of open circuit voltage. The "bumps" were 10 seconds long and the power was calculated as the average power over the 10 seconds.

Die Zelle wurde zuerst auf 344Coulomb pro Gramm aktivem kohlenstoffhaltigem Material in einer Elektrode geladen. Dies wurde als 100%Zustand an Ladung genommen. Der maximale Strom, dervon der 10cm χ 10cm Elektrodenzelle beim 100% Zustand der Ladung entnommen wurde, war 2,5 bis 3,0 Ampere. Nachfolgende Leistungsbestimmungen wurden bei Ladungen von 247Coulomb pro Gramm (72% Ladung) und 223Coulomb pro Gramm (65% Ladung) durchgeführt. Fig.4 zeigt die Ergebnisse.The cell was first charged to 344 coulombs per gram of active carbonaceous material in an electrode. This was taken as a 100% condition of charge. The maximum current drawn from the 10cm χ 10cm electrode cell at 100% state of charge was 2.5 to 3.0 amps. Subsequent performance determinations were made at charges of 247 coulombs per gram (72% charge) and 223 coulombs per gram (65% charge). 4 shows the results.

Die maximale Leistung von dieser Zelle war etwa 0,48Watt pro Gramm Faser bei 100% Zustand an Ladung, die abfiel auf etwa 0,31 Watt pro Gramm Faser beim 72% Zustand an Ladung. Die Leistungsfähigkeiten sanken danach schnell ab, da die Spannung nachließ und die Polarisierung einsetzte. Eine Stoßentladung von mehr als 10 Sekunden reduziert die Endleistung nicht sehr viel. Fig. 5 zeigt den Spannungsverlauf einer 40 Sekunden Entladung mit maximaler Leistung. Nach den ersten 10 Sekunden ist der Spannungsabfall gering.The maximum power of this cell was about 0.48 watts per gram of fiber at 100% state of charge, which dropped to about 0.31 watts per gram of fiber at 72% state of charge. The performance then dropped off quickly as the tension subsided and polarization began. A burst discharge of more than 10 seconds does not reduce the final performance very much. Fig. 5 shows the voltage curve of a 40 second discharge with maximum power. After the first 10 seconds, the voltage drop is low.

In einem fünften Ausführungsbeispiel wurde eine Drei-Zellen-Batterie aus 12 Platten hergestellt, vier pro Zelle, aus der Einfadenvorläuferfaser, wie beschrieben im Beispiel 3. Jede Platte hatte eine Dimension von annähernd 930cm2 (12inch χ 12 inch, 144inch2) und war an jeder Kante kupferplattiert. Der Kupferüberzug entlang der Kanten wurde mit härtbarem Vinylesterharz beschichtet. Die Platten hatten eine aktive Fläche von etwa 852 cm2 (132inch2). Die vier Platten jeder Zelle wurden mit einem durchlöcherten Polypropylen-Separator aus grobgewebtem Stoff (scrim) zwischen jeder Platte zusammengesetzt.In a fifth embodiment, a three cell battery was fabricated from 12 plates, four per cell, of the filament precursor fiber as described in Example 3. Each plate had a dimension of approximately 930 cm 2 (12 inches χ 12 inches, 144 inches 2 ) and was copper-plated on each edge. The copper coating along the edges was coated with curable vinyl ester resin. The plates had an active area of about 852 cm 2 (132 inches 2 ). The four plates of each cell were assembled with a perforated polypropylene scrim separator between each plate.

Paare von Platten in jeder Zelle wurden parallel verbunden, so daß an Ladung/Entladung die Platten abwechselnd +,-,+,-waren. Die vier Platten und ihre Separatoren waren enthalten in einer Polypropylentasche mit einer Größe von 33cm χ 33cm (13inch χ 13inch), die etwa 600cm3 Elektrolytlösung aus 15Gew.-% LiCIO4 in Propylencarbonat enthielt.Pairs of plates in each cell were connected in parallel so that at charge / discharge the plates were alternately +, -, +, -. The four plates and their separators were contained in a polypropylene bag having a size of 33cm 33cm χ (13inch χ 13inch) containing about 600cm 3 electrolytic solution of 15wt .-% LiClO 4 in propylene carbonate.

Dieser Elektrolytpegel in jeder Tasche war ausreichend, um etwa 37 Gramm aktive Fasern pro Elektrodenplatte zu schaffen. Die Batterie wurde anfangs über einen Zeitraum von 1 000 Minuten auf eine Kapazität von 7,9 Amperestunden bei einer Spannung von 14 bis 16VoIt geladen. Die Zelle wurde dann über einen Zeitraum von 200 Minuten durch einen 12VoIt Autoscheinwerfer entladen, der eine durchschnittliche Kapazität von 6,2Amperestunden hatte, was einer Entladungshöhe von mehr als 80% entspricht. Die Nachladung wurde über einen Zeitraum von 800 Minuten ausgeführt. Es wurde ein durchschnittlicher coulometrischer Wirkungsgrad von annähernd 90% bei der Ladungs-Entladungs-Wechselbeanspruchung beobachtet.This level of electrolyte in each pocket was sufficient to provide about 37 grams of active fibers per electrode plate. The battery was initially charged for a period of 1,000 minutes to a capacity of 7.9 amp hours at a voltage of 14 to 16 volts. The cell was then discharged over a period of 200 minutes through a 12VoIt car headlamp, which had an average capacity of 6.2 light hours, which corresponds to a discharge height of more than 80%. The recharging was carried out over a period of 800 minutes. An average coulometric efficiency of approximately 90% was observed in the charge-discharge cycling.

Claims (22)

-2- 702-2- 702 Erfindungsanspruch:Invention claim: 1. Elektrode zur Verwendung in einer Sekundär-Elektroenergiespeicherungsvorrichtung,gekennzeichnet dadurch, daß diese aus einem Elektrodenkörper aus einem elektrisch leitenden kohlenstoffhaltigen Material mit einer Skelettorientierung mindestens an oder nahe an der Oberfläche und einem Stromabnehmer besteht, der elektrisch damit verbunden ist, wobei das kohlenstoffhaltige Material ein Elastizitätsmodul von mehr als 6,9 GPa hat und einer physikalisch dimensionalen Änderung von weniger als 5% während wiederholter elektrischer Ladungs- und Entladungszyklen unterliegt.An electrode for use in a secondary electric energy storage device, characterized in that it consists of an electrode body of an electrically conductive carbonaceous material having a skeletal orientation at least at or near the surface and a current collector electrically connected thereto, wherein the carbonaceous material has a modulus of elasticity greater than 6.9 GPa and undergoes a physical dimensional change of less than 5% during repeated electrical charge and discharge cycles. 2. Elektrode nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Aufbau aus kohlenstoffhaltigem Material ein Elastizitätsmodul von 6,9 GPa bis 380 GPa hat, und daß das kohlenstoffhaltige Material von einem Vorläufermaterial stammt, das aus Polyacrylnitril oder Pech ausgewählt ist.The electrode of item 1, characterized in that the carbonaceous material structure has a modulus of elasticity of from 6.9 GPa to 380 GPa, and in that the carbonaceous material is derived from a precursor material selected from polyacrylonitrile or pitch. 3. Elektrode nach Punkt 2, gekennzeichnet dadurch, daß das kohlenstoffhaltige Material ein Elastizitätsmodul von 69 GPa bis 380 GPa hat.3. The electrode according to item 2, characterized in that the carbonaceous material has a modulus of elasticity of 69 GPa to 380 GPa. 4. Elektrode nach Punkt 2,gekennzeichnet dadurch, daß das kohlenstoffhaltige Material ein Elastizitätsmodul von 138 GPa bis 315 GPa hat.4. The electrode according to item 2, characterized in that the carbonaceous material has a modulus of elasticity of 138 GPa to 315 GPa. 5. Elektrode nach einem der Punkte 1 bis 4, gekennzeichnet dadurch, daß das kohlenstoffhaltige Material eine Oberfläche von 0,1 bis 50m2/Gramm hat.5. An electrode according to any one of items 1 to 4, characterized in that the carbonaceous material has a surface area of 0.1 to 50m 2 / gram. 6. Elektrode nach Punkt 5, gekennzeichnet dadurch, daß das kohlenstoffhaltige Material eine Oberfläche von 0,1 bis 10 m2/ Gramm hat.6. The electrode of item 5, characterized in that the carbonaceous material has a surface area of 0.1 to 10 m 2 / gram. 7. Elektrode nach Punkt 5, gekennzeichnet dadurch, daß das kohlenstoffhaltige Material eine Oberfläche von 0,1 bis 5 m2/ Gramm hat.7. The electrode according to item 5, characterized in that the carbonaceous material has a surface area of 0.1 to 5 m 2 / gram. 8. Elektrode nach einem der Punkte 1 bis 7, gekennzeichnet dadurch, daß das kohlenstoffhaltige Material ein Längenverhältnis oder Äquivalenzverhältnis von. mehr als 100:1 hat.8. An electrode according to any one of items 1 to 7, characterized in that the carbonaceous material has an aspect ratio or equivalence ratio of. has more than 100: 1. 9. Elektrode nach einem der Punkte 1 bis 8, gekennzeichnet dadurch, daß das kohlenstoffhaltige Material eine unabhängige strukturelle Integrität im Bereich von 2,54cm2 bis mehr als 930cm2 hat.9. An electrode according to any one of items 1 to 8, characterized in that the carbonaceous material has an independent structural integrity in the range of 2.54 cm 2 to more than 930 cm 2 . 10. Elektrode nach einem der Punkte 1 bis 9, gekennzeichnet dadurch, daß das kohlenstoffhaltige Material in Form eines Gewebes, einer Folie, eines Papiers, eines papierähnlichen oder fiizähnlichen planaren Blattes oder anderer Gefüge vorliegt.10. An electrode according to any one of items 1 to 9, characterized in that the carbonaceous material in the form of a tissue, a film, a paper, a paper-like or fiizähnlichen planar sheet or other structure is present. 11. Elektrode nach einem der Punkte 1 bis 9, gekennzeichnet dadurch, daß das kohlenstoffhaltige Material in Form eines Gewebes oder eines filzähnlichen Gewebes oder Blattes vorliegt, das aus einem Gefüge besteht aus mindestens einem Garnkabel aus kontinuierlichen Fäden oder Stapelfasern mit einer Länge von 1 bis 10cm.Electrode according to any one of items 1 to 9, characterized in that the carbonaceous material is in the form of a woven fabric or a felt-like fabric or sheet consisting of a structure of at least one yarn thread of continuous filament or staple fibers of 1 to 1 length 10 centimeters. 12. Elektrode nach einem der Punkte 1 bis 9, gekennzeichnet dadurch, daß das kohlenstoffhaltige Material ein gewebtes oder gewirktes Gewebe ist aus einem Gefüge aus Garnkabel aus kontinuierlichen Fäden oder Stapelfasern mit einer Länge von 1 bis 10cm.12. An electrode according to any one of items 1 to 9, characterized in that the carbonaceous material is a woven or knitted fabric is a structure of yarn of continuous yarn or staple fibers having a length of 1 to 10cm. 13. Elektrode nach einem der Punkte 1 bis 9, gekennzeichnet dadurch, daß das kohlenstoffhaltige Material ein Gewebe oder ein filzähnliches Gewebe oder Blatt ist, das aus einem Gefügekabel aus kontinuierlichen Fäden oder Stapelfasern gelegt ist.13. An electrode according to any one of items 1 to 9, characterized in that the carbonaceous material is a fabric or a felt-like fabric or sheet, which is made of a structural cable made of continuous filaments or staple fibers. 14. Elektrode nach einem der Punkte 1 bis 13, gekennzeichnet dadurch, daß die Auffangelektrode ein elektrisch leitendes Metall ist, das auf mindestens eine Kante des kohlenstoffhaltigen Materials plattiert ist und wobei die plattierte Kante mit einem nicht leitenden, nicht reaktiven Schutzmaterial beschichtet ist.14. An electrode according to any one of items 1 to 13, characterized in that the collecting electrode is an electrically conductive metal which is plated on at least one edge of the carbonaceous material and wherein the plated edge is coated with a non-conductive, non-reactive protective material. 15. Elektrode nach einem der Punkte 1 bis 14, gekennzeichnet dadurch, daß das kohlstoffhaltige Material mehr als 100 elektrische Entladungszyklen mit mehr als 70% Entladungshöhe bei einem coulometrischen Wirkungsgrad von mehr als 70% ohne merklichen Schaden für die strukturelle Integrität des Materials aushalten kann.An electrode according to any one of items 1 to 14, characterized in that the carbonaceous material can withstand more than 100 electrical discharge cycles of greater than 70% discharge height with a coulometric efficiency greater than 70% without appreciable damage to the structural integrity of the material. 16. Sekundär-Elektroenergiespeicherungsvorrichtung, gekennzeichnet dadurch, daß diese aus einem Gehäuse mit einer elektrisch nicht leitenden inneren Oberfläche und einer feuchtigkeitsundurchlässigen äußeren Oberfläche oder einem Laminarkörper und mindestens einer Zelle, die in diesem Gehäuse angebracht ist, besteht, wobei jede Zelle aus einem Paar elektrisch leitender Elektroden besteht, die elektrisch gegeneinander isoliert sind, wobei das Gehäuse einen im wesentlichen nicht wäßrigen Elektrolyt enthält, wobei mindestens eine der Elektroden jeder Zelle eine Elektrode nach einem der Punkte 1 bis 15 ist.16. A secondary electric energy storage device, characterized in that it consists of a housing with an electrically non-conductive inner surface and a moisture-impermeable outer surface or a laminar body and at least one cell which is mounted in this housing, each cell of a pair of electrically conductive electrodes which are electrically insulated from each other, wherein the housing contains a substantially non-aqueous electrolyte, wherein at least one of the electrodes of each cell is an electrode according to any one of items 1 to 15. 17. Vorrichtung nach Punkt 16, gekennzeichnet dadurch, daß der Elektrolyt ein nicht leitendes, chemisch stabiles, nicht wäßriges Lösungsmittel und ein darin aufgelöstes ionisierbares Salz enthält.17. The device according to item 16, characterized in that the electrolyte contains a non-conductive, chemically stable, non-aqueous solvent and an ionizable salt dissolved therein. 18. Vorrichtung nach Punk 16 oder 17, gekennzeichnet dadurch, daß das Elektrolytlösungsmittel aus Verbindungen ausgewählt ist, die Sauerstoff-, Schwefel- und/oder Stickstoffatome, gebunden an Kohlenstoff atome in elektrochemisch nicht reaktivem Zustand, enthalten und daß das Salz ein Alkalimetall ist.18. Device according to pt 16 or 17, characterized in that the electrolyte solvent is selected from compounds containing oxygen, sulfur and / or nitrogen atoms bound to carbon atoms in electrochemically non-reactive state, and that the salt is an alkali metal. 19. Vorrichtung nach Punkt 18, gekennzeichnet dadurch, daß das Elektrolytlösungsmittel Propylencarbonat is. und das Alkalisalz Lithiumperchlorat.19. Device according to item 18, characterized in that the electrolyte solvent is propylene carbonate. and the alkali salt lithium perchlorate. 20. Sekundär-Elektounergiespeicherungsvorrichtung, gekennzeichnet dadurch, daß diese aus einem Gehäuse mit einer elektrisch nicht leitenden inneren Oberfläche und einer feuchtigkeitsundurchlässigen äußeren Oberfläche oder einem Lamellenkörper und mindestens einer Zelle, die sich in dem Gehäuse befindet, besteht, wobei jede Zelle aus mindestens einem Paar elektrisch leitender Elektroden besteht, die elektrisch gegeneinander isoliert sind, wobei das Gehäuse einen im wesentlichen nicht wäßrigen Elektrolyten enthält, wobei jede der Elektroden jeder Zelle eine Elektrode nach einem der Punkte 1 bis 15 ist.Secondary electric energy storage device, characterized in that it consists of a housing having an electrically non-conductive inner surface and a moisture-impermeable outer surface or a fin body and at least one cell, which is located in the housing, each cell of at least one pair electrically conductive electrodes which are electrically insulated from each other, wherein the housing contains a substantially non-aqueous electrolyte, wherein each of the electrodes of each cell is an electrode according to any one of items 1 to 15. 21. Vorrichtung nach Punkt 20, gekennzeichnet dadurch, daß jede Elektrode einer Zelle die Wahlfreiheit der Polarität bei der Nachladung hat und die Möglichkeit, ohne Schaden teilweise und/oder ganz entgegengesetzt polarisiert zu werden.21. The device according to item 20, characterized in that each electrode of a cell has the freedom of choice of polarity in the recharging and the ability to be polarized partially and / or completely opposite without damage. 22. Vorrichtung nach Punkt 20 oder 21, gekennzeichnet dadurch, daß sich eine maximale Leistungsdichte von mehr als 0,31 Watt pro Gramm aktiver positiver Kohlenstoffelektrode hat über einen Stoßzeitraum von 40 Sekunden bei voller Ladung.22. Device according to item 20 or 21, characterized in that it has a maximum power density of more than 0.31 watts per gram of active carbon positive electrode over a burst period of 40 seconds at full charge. Hierzu 3 Seiten ZeichnungenFor this 3 pages drawings
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