Claims (1)
Bindemittel für Elektroden, vorzugsweise für Polymerelektroden, das im elektrochemisch aktiven Elektrodenmaterial homogen verteilt in 5 bis 25 Massenanteilen vorliegt, gekennzeichnet dadurch, daß das Bindemittel Polyvinylbutyral ist.Binder for electrodes, preferably for polymer electrodes, which is present in the electrochemically active electrode material homogeneously distributed in 5 to 25 parts by mass, characterized in that the binder is polyvinyl butyral.
Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention
Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Elektrotechnik/Elektronik und betrifft ein Bindemittel für Elektroden, die aus pulverförmigen Bestandteilen hergestellt werden. Verwendet werden die mit dem erfindungsgemäßen Bindemittel hergestellten Elektroden für elektrochemische Zellen wie wiederaufladbare Batterien oder Dopoelschichtkonderif atoren zur Anwendung vorzugsweise in der Mikroelektronik und in medizinischen Geräten.The invention relates to the field of electrical engineering / electronics and relates to a binder for electrodes which are produced from pulverulent constituents. The electrodes produced with the binder according to the invention are used for electrochemical cells, such as rechargeable batteries or doped-layer capacitors, preferably for use in microelectronics and in medical devices.
Charakteristik des bekannten Standes der TechnikCharacteristic of the known state of the art
Es ist bekannt, Elektroden aus pulverförmigen Bestandteilen und einem Bindemittel durch Pressen herzustellen. Als Bindemittel werden üblicherweise die gut verarbeitbaren Polytetrafluorethylsn-Pulver oder -Suspensionen eingesetzt (DD-WP 240 286, DD-WP 240285, DD-WP 300652; Pistoria, G., u.a. I.Power Sources 1985,15,13; Nakajima, f., u.a. ICSM 1988, Preprints, Santa Fe' [USA]). Im geringen Maße werden als Bindemittel auch Polyethylen oder Polypropylen eingesetzt (IOW T.P. u.a. I. Electrochem. soc. 1987,134,1730). Diese bekannten Bindemittel haben aber den Nachteil, daß mit ihnen eine elektrisch nicht leitende Masse der aktiven Substanz zugesetzt wird, die den Stromfluß und den lonentransport in der Elektrode negativ beeinflussen. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß sich die Festigkeit der Elektrode mit der Zeit verringert und dadurch auch die elektrische bzw. elektrochemische Funktion beeinträchtigt wird. Zurückzuführen ist dieser Mangel d irauf, daß die bekannten Bindemittel in den Elektrolyten, die üblicherweise in Batterien oder Kondensatoren eingesetzt werden, nicht quellen bzw. nicht löslich sind. Dadurch lassen bei längerem Einsatz die Adhäsionskräfte zwischen Bindemittel und aktiver Substanz nach. Ein genereller Nachteil gepreßter Elektroden besteht daneben noch darin, daß durch den zur Formgebung notwendigerweise anzuwendenden hohen Druck die Form und die Fläche der Elektrode nicht frei wählbar ist und meist nur auf zylinder- oder quaderförmige Körper beschränkt ist. Um diese Nachteile zu vermeiden, ist durch das WP 252 /08 ein Verfahren zur drucklosen Herstellung von Polymerelektroden ohne Verwendung eines Bindemittels bekannt. Dieses Verfahren ist aber nur auf thermischstrukturiertes Polymermaterial als elektrochemisch iktive Komponente der Elektrode beschränkt und auch nur zur Herstellung von sehr kleinen Elektroden mit geringer Masse von nur wenigen Milligramm geeignet.It is known to produce electrodes of powdered components and a binder by pressing. The binders used are usually the readily processable polytetrafluoroethylsn powders or suspensions (DD-WP 240 286, DD-WP 240285, DD-WP 300652, Pistoria, G., i.Power Sources 1985, 15, 13, Nakajima, f ., ICSM 1988, Preprints, Santa Fe '[USA]). Polyethylene or polypropylene are also used to a small extent as binders (IOW T.P., et al., I. Electrochem., Soc., 1987, 14, 17, 1730). However, these known binders have the disadvantage that with them an electrically non-conductive mass of the active substance is added, which adversely affect the flow of current and the ion transport in the electrode. Another disadvantage is that the strength of the electrode decreases over time and thereby also the electrical or electrochemical function is impaired. This deficiency is due to the fact that the known binders in the electrolyte, which are usually used in batteries or capacitors, do not swell or are not soluble. As a result, the adhesive forces between the binder and the active substance leach after prolonged use. A general disadvantage of pressed electrodes is in addition to the fact that the form and the area of the electrode is not freely selectable by the high pressure necessarily to be used for shaping and is usually limited to cylindrical or cuboidal bodies. In order to avoid these disadvantages, WP 252/08 discloses a process for the pressure-less production of polymer electrodes without the use of a binder. However, this method is limited only to thermally structured polymer material as an electrochemically active component of the electrode and also suitable only for the production of very small electrodes with a low mass of only a few milligrams.
Ziel der ErfindungObject of the invention
Das Ziel der Erfindung besteht in Elektroden unterschiedlicher Form und Größe mit konstanten mechanischen Festigkeiten und gleichbleibenden guten elektrischen und elektrochemischen Eigenschaften.The object of the invention consists in electrodes of different shape and size with constant mechanical strengths and constant good electrical and electrochemical properties.
Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Bindemittel anzugeben, daß sich ebensogut wie die bereits bekannten Bindemittel verarbeiten läßt, die drucklose Formung einer Elektrode in variabler Form und Größe zuläßt, den lonentransport nicht behindert und auf den elektrochemischen Prozeß keinen nachteiligen Einfluß ausübt.The invention has for its object to provide a binder that can be processed just as well as the already known binders that allows pressureless forming an electrode in variable shape and size, does not hinder the ion transport and exerts no adverse effect on the electrochemical process.
Erfindungsgemäß ist die Aufgabe dadurch gelöst, daß das Bindemittel Polyvinylbutyral ist. Hergestellt wird eine Elektrode unter Verwendung des erfindungsgemäßen Bindemittels, indem das pulvorförmige Elektrodenmaterial einer Korngröße ^S 30pm mit etwa 2 bis 25 Massenanteilen Polyvinylbutyral gleicher oder kleinerer Korngröße gemischt und homogenisiert wird. Als Elektrodenmaterial ist die elektrochemisch aktive Komponente, wie z. B. Metalloxide, thermisch strukturierte Polymere u.a., zusammen mit ev. eingesetzten leitfähigkeitsverbesserten Zusätzen oder anderen Zusätzen zu verstehen. Durch Zugabe von Lösungsmitteln wie Ethanol, Ethylglykol o.a. kann eine streichfähige oder siebdruckfähige Masse hergestellt werden, die sich leicht und ohne Druck auf einen Kollektor, z. B. ein Cr-Ni-Stahldrahinetz, aufbringen läßt. Damit ist eine variablere Elektrodengestaltung als durch Pressen erreichbar. Die Form der Elektrode ist frei wählbar und der gewünschten Konstruktion der Zelle anzupassen, die Fläche ist nicht begrenzt und die Flächendichte kann eingestellt werden. Nach dem Trocknen haftet die Elektrodenmasse sehr fest auf der Unterlage, die Festigkeit der Elektrode wird auch bei längerer Lagerung in Ίβη für elektrochemische Zellen üblichen organischen Lösungsmitteln, die Bestandteil des Flektrolyten sind, nicht vermindert. Die begrenzte Quellung der mit dem erfindungsgemäßen Bindemittel hergestellten Elektrode im Elektrolyten begünstigt die schnelle Betriebsbereitschaft der Zelle. Die Elektrode wird schnell vom Elektrolyten durchdrungen und damit die Wirksamkeit der elektrochemisch aktiven Komponente der Elektrode voll ausgenutzt. Das erfindungsgemäße Bindemittel bositzt eine ausreichende lonenleitfähigkeit, so daß mit den daraus hergestellten Elektroden in einer Zelle wesentlich höhere Stromdichten und Standzeiten als mit den unter Verwendung der üblichen Bindemittel hergestellten Elektroden erreichbar sind. Nachstehend soli die Erfindung durch ein Ausführungsbeispiel näher erläutert werden.According to the invention the object is achieved in that the binder is polyvinyl butyral. An electrode is produced using the binder according to the invention by mixing and homogenizing the pulp-shaped electrode material having a particle size S 30 pm with about 2 to 25 parts by mass of polyvinyl butyral of the same or smaller particle size. As the electrode material is the electrochemically active component, such as. As metal oxides, thermally structured polymers, inter alia, together with ev. Used conductivity-enhanced additives or other additives to understand. By adding solvents such as ethanol, ethyl glycol or the like, a spreadable or screen-printable composition can be prepared which can be easily and without pressure on a collector, for. As a Cr-Ni-Stahldrahinetz can apply. This provides a more variable electrode design than can be achieved by pressing. The shape of the electrode can be freely selected and adapted to the desired construction of the cell, the area is not limited and the surface density can be adjusted. After drying, the electrode composition adheres very firmly to the substrate, the strength of the electrode is not diminished even with prolonged storage in Ίβη usual for electrochemical cells organic solvents that are part of the electrolyte. The limited swelling of the electrode produced in the electrolyte with the binder according to the invention favors the rapid operational readiness of the cell. The electrode is quickly penetrated by the electrolyte and thus fully exploited the effectiveness of the electrochemically active component of the electrode. The binder according to the invention has sufficient ionic conductivity so that the electrodes produced therefrom in a cell can be used to achieve substantially higher current densities and service lives than with the electrodes produced using the customary binders. Below soli the invention will be explained in more detail by an embodiment.