DD288487A5 - Positive elektrode aus organischen verbindungen fuer wiederaufladbare lithiumbatterie - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine positive Elektrode aus organischen Verbindungen fuer wiederaufladbare Lithiumbatterien, die als Miniaturbatterien in transportablen elektronischen Geraeten und zur Speicherstuetzung Anwendung finden. Erfindungsgemaesz sind das elektrochemisch aktive Material der Elektrode Derivate des Ninhydrins oder Substitutionsprodukte der angegebenen Verbindungen oder Gemische daraus. Die unmittelbar eintretende Wirkung ist, dasz die Elektrode eine Batterie ermoeglicht, die bei einer Arbeitsspannung von 2,7 V eine Speicherkapazitaet von 80 mAh/g Katodenmasse hat und ueber 100 Zyklen ladbar und entladbar ohne Veraenderung der Eigenschaften ist. Formel{positive Elektrode; organische Verbindungen; wiederaufladbare Lithiumbatterie; Miniaturzelle; Derivate des Ninhydrins; Speicherkapazitaet; Arbeitsspannung}

Description

sind, wobei R = aliphatlsche, aromatische oder heterocyclische Diamine wie z. B. Alkylen, Arylen, Bi-phenylen oder Polymethin oder Gemische dieser Verbindungsklassen sind.

Als elektronisch aktives Material kommbn ebenso Substitutionsprodukte von Nlnhydrinderlvaten oder Gemische aus Nlnhydrinderivaten und/oder Substitutionsprodukten in Frage. Das elektrochemisch aktive Material ist in 5 bis 95 Masseanteilen in der Elektrode enthalten, vorzugsweise in 70 Masseanteilen, der Rest ist Ruß als leitfählgkeitsverbessernder Zusatz und Bindemittel. Die erfindungsgemäßen Verbindungen sind durch eine einfache Synthese aus kommerziell leicht verfügbaren Ausgangsprodukten herstellbar. Die hergestellten Verbindungen liegen pulverförmig vor und können nach Zugabe von Zusätzen, die zur Verbesserung der Leitfähigkeit organischen Verbindungen üblicherweise zugesetzt werden, ohne weitere Vorbehandlung sofort zu Elektroden der gewünschten Form verarbeitet werden. Entweder wird das pulvorförmlge Material zu einem der gewünschten Form der Elektrode entsprechenden Formkörper verpreßt, wobei der Kollektor zur Stromableitung mit eingepreßt werden kann, oder es wird in eine thermoplastische Folie eingearbeitet.

Die erfindungsgemäßen positiven Elektroden sind in aprotischen Elektrolyten, die in Lithiumbatterien üblicherweise eingesetzt sind, nur sehr schwer löslich. Die Speicherkapazität des Sekundärelementes beträgt bei einer Arbeitsspannung von 2,7 V 80 mAh/g Katodenmasse und entspricht damit den Anforderungen vieler Anwendungszwecke der Elektronik, der Feingerätetechnik und der Medizin, es ist über 100 Zyklen lad- und entladbar ohne Veränderung seiner Eigenschaften. Nachstehend soll die Erfindung durch ein Ausführungsbeispiel näher erläutert werden.

Ausführungsbeispiel

Die positive Elektrode besteht aus 70 Masseanteilen eines Ninhydrin-Derivates und 30 Masseanteilen Ruß-Bindemittel. Das Ninhydrinderivat ist 2,2'-(1,V Biphenyl-4,4'-diimino) bis (1 H-indem-1,3 [2H) dion) der Formel

O Il

Il C

das durch einfache Synthese aus Ninhydrin und Benzidin hergestellt wurde. Die Elektrode wurde durch Aufpressen der pulverförmigen Bestandteile mit einem Druck von 1 t/cm² auf eine runde Scheibe eines Nickeldrahtnetzes mit einer Maschenweite von 0,1 mm geformt, wobei der zur Stromableitung erforderliche Kollektor mit eingepreßt wurde. Die erfindungsgemäße Elektrode wurde mit einer Lithiumanode und einem Elektrolyten, der eine 1M Lösung von Lithiumperchlorat in Propylencarbonat ist, zu einer 2032-Zelle zusammengesetzt. Das Sekundärelement ist sofort einsatzbereit, die Arbeitsspannung beträgt 2,7V, die Speicherkapazität 80mAh/g Katodenmasse. Nach 100 Lade-Entladezyklen bei einer nahezu horizontalen Lade-Entladekennlinie wurde die Batterie geöffnet, das Material der positiven Elektrode war in seiner Struktur völlig unverändert. Die Nennkapazität ist > 12 mAh/Zyklus. Die Entladung wird mit 0,5mA übor 16h bis 2,00V und die Ladung mit 0,5mA über 16-1/h bis 3,00V bei 20 ± 5 ⁰C ausgeführt.

Claims (2)

1 Jf.

\ ι

sind, wobei R = aliphatische, aromatische oder heterocyclische Diamine wie ζ. B. Alkylen, Arylen, ß-phenylen oder Polymethin oder Gemische dieser Verbindungsklassen sind oder Substitutionsprodukte von Ninhydrinderivaten oder Gemische aus Ninhydrinderivaten und/oder Substitutionsprodukten und das elektrochemisch aktive Material in 5 bis 95 Masseanteilen in der Elektrode enthalten sind.

1. Positive Elektrode aus organischen Verbindungen für wiederaufladbare Lithiumbatterie, bestehend aus elektrochemisch aktivem Material und ggf. leitfähigkeitsverbessernden Zusätzen und/oder Bindemittel, gekennzeichnet dadurch, daß das elektrochemisch aktive Material Derivate des Ninhydrins mit der allgemeinen Formel

0 °

2. Positive Elektrode nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß 70 Masseanteile elektrochemisch aktives Material in der Elektrode enthalten sind.

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der wiederaufladbaren Stromquellen und betrifft eine positive Elektrode für Sekundärelemente mit Lithium als Gegenelektrode. Anwendung finden diese Batterien als Miniaturbatterien in transportablen elektronischen Geräten und zur Speicherstützung.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Es ist bekannt, daß bestimmte organische Verbindungen, insbesondere Polymere, elektrochemisch aktiv sind und sich als Aktivmaterial in Elektroden für Primär- und Sekundärelomente eignen (US-PS 4321114, DD-WP 240285,240286, J.A.R. Stiles „New Materials and New Processes" 3 (85] 89). Eine kommerzielle Anwendung haben Batterien mit Polymerelektroden bisher noch nicht gefunden. Die Selbstentladung dieser Batterien ist zu hoch und bei Verwendung als Sekundärelemente tritt eine Verringerung der Energieausbeute bereits nach etwa 20 Lade-Entladezyklen ein, und die Batterie wurde unbrauchbar. Der internationale Trend geht dahin, für Lithiumbatterien positive Elektroden mit Aktivmaterialien aus organischen Verbindungen zu entwickeln, die gleichbleibende Energieausbeuten über eine lange Betriebsdauer aufweisen und hohe Speicherkapazitäten bei unterschiedlichen Spannungsbereichen garantieren und deshalb für unterschiedliche Anwendungsfälle geeignet sind.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung besteht in einer positiven Elektrode für Lithiumbatterien, die eine nahezu horizontale Lade-Entladekennlinie, hohe Betriebsdauer, eine Speicherkapazität > 50 mAh/g Katodenmasse aufweist und in einen Spannungsbereich > 2,5 V eingesetzt werden kann.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für da3 elektrochemisch aktive Material einer positiven Elektrode in einer Lithiumbatterie eine organische Verbindung anzugeben, die ein höheres Potential gegenüber Lithium aufweist als bisher für diesen Zweck bekannte organische Verbindungen. Die Aufgabe der Erfindung ist dadurch gelöst, daß das elektrochemisch aktive Material der positiven Elektrode Derivate des Ninhydrins mit der allgemeinen Formel

rs 0

C
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