DE02781198T1 - Elektrochemische zelle - Google Patents

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Abstract

Elektrochemische Zelle, versehen mit einer positiven Elektrode, welche elektrolytisches Mangandioxid, chemisches Mangandioxid, Lithium-Manganate, -Kobaltate oder -Nickelate als elektroaktives Bestandteil und Graphit als leitender Zusatzstoff umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass der besagte leitende Zusatzstoff mindestens ein thermisch expandiertes Graphit in seiner vermikularen Form umfasst, und worin der anfängliche Expansionsgrad der Graphitteilchen des besagten expandierten Graphits in der z-Achse des Teilchens grösser als 80 Mal die anfängliche Länge z, und vorzugsweise im Bereich von 200 bis 500 Mal sein anfänglicher z-Abstand ist.

Claims (15)

  1. Elektrochemische Zelle, versehen mit einer positiven Elektrode, welche elektrolytisches Mangandioxid, chemisches Mangandioxid, Lithium-Manganate, -Kobaltate oder -Nickelate als elektroaktives Bestandteil und Graphit als leitender Zusatzstoff umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass der besagte leitende Zusatzstoff mindestens ein thermisch expandiertes Graphit in seiner vermikularen Form umfasst, und worin der anfängliche Expansionsgrad der Graphitteilchen des besagten expandierten Graphits in der z-Achse des Teilchens grösser als 80 Mal die anfängliche Länge z, und vorzugsweise im Bereich von 200 bis 500 Mal sein anfänglicher z-Abstand ist.
  2. Elektrochemische Zelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass diese besagte Zelle eine alkalische Zink-Mangandioxid Batterie ist, versehen mit einer positiven Elektrode, welche elektrolytisches Mangandioxid und/oder chemisches Mangandioxid, vorzugsweise elektrolytisches Mangandioxid enthält.
  3. Elektrochemische Zelle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der besagte expandierte Graphit in seiner vermikularen Form vorliegt, worin die anfänglichen Graphitpartikel in deren z-Achse auf mehr als 300 Mal der anfängliche Abstand expandiert worden sind, und vorzugsweise im Bereich von 300 bis 500 Mal die anfängliche Länge z, und vorzugsweise grösser als 400 Mal die anfängliche Länge z, und vorzugsweise im Bereich von 400 bis 500 Mal der anfängliche z-Abstand.
  4. Elektrochemische Zelle nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der besagte expandierte Graphit in seiner Vermikularform eine Scott Dichte von weniger als 0.05 g/cm3 aufweist, vorzugsweise niedriger als 0.04 g/cm3, vorzugsweise niedriger als 0.02 g/cm3, vorzugsweise niedriger als 0.005 g/cm3, vorzugsweise im Bereich von 0.002 g/cm3 bis 0.04 g/cm3, vorzugsweise im Bereich von 0.005 g/cm3 bis 0.04 g/cm3 und vorzugsweise im Bereich von 0.002 g/cm3 bis 0.02 g/cm3.
  5. Elektrochemische Zelle nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der leitende Zusatzstoff den expandierten Graphit in seiner vermikularen Form entweder als eine 100% leitende Masse oder als einen bindenden Zusatzstoff innerhalb der leitenden Graphitmasse umfasst.
  6. Elektrochemische Zelle nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der besagte verwendete expandierte Vermikulargtaphit ein Graphit-Zusatzstoff innerhalb der leitenden Masse darstellt und dass der Graphit ein synthetisches oder natürliches flockiges Graphitpulver mit einem hohen Anteil an anisometrischer Teilchenform darstellt.
  7. Elektrochemische Zelle nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der BET-Wert des expandierten Vermikulargraphits mindestens 20 m2/g oder höher, vorzugsweise höher als 25 m2/g, vorzugsweise höher als 40 m2/g und vorzugsweise höher als 45 m2/g ist.
  8. Elektrochemische Zelle nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Menge des zugegebenen expandierten Vermikulargraphits als leitende Graphitmasse oder als Teil der leitenden Graphitmasse im Bereich von 5 bis 100 Gew.-%, vorzugsweise im Bereich von 10 bis 50 Gew.-% und vorzugsweise im Bereich von 10 bis 30 Gew.-% vorliegt.
  9. Elektrochemische Zelle nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Menge des leitenden Zusatzstoffs, welcher mindestens einen expandierten Graphit in seiner vermikularen Form umfasst, unter 7 Gew.-%, vorzugsweise im Bereich von 1 bis 6 Gew.-% und vorzugsweise im Bereich von 2 bis 5 Gew.-%, berechnet zum Gesamtgewicht des elektrolytischen Mangandioxids als elektroaktives Bestandteil und des Graphits als leitendes Zusatzbestandteil, liegt.
  10. Elektrochemische Zelle nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der native entschieferte Graphit mit Scherkräften, welche die vermikulare Morphologie nicht verändern oder zerstören, gemahlen worden ist, vorzugsweise mit autogenen Mahlmethoden, zu einer Scott Dichte unter 0.05 g/cm3.
  11. Zusammensetzung zur Verwendung in einer elektrochemischen Zelle nach einem der Ansprüche 1 bis 10, umfassend elektrolytisches Mangandioxid als elektroaktives Bestandteil und Graphit als leitender Zusatzstoff, dadurch gekennzeichnet, dass der besagte leitende Zusatzstoff mindestens ein thermisch expandiertes Graphit in seiner vermikularen Form umfasst, und worin der anfängliche Expansionsgrad der Graphitteilchen des besagten expandierten Graphits in der z-Achse des Teilchens grösser ist als 80 Mal die anfängliche Länge z und vorzugsweise im Bereich von 200 bis 500 Mal seine anfängliche Länge z.
  12. Methode zur Herstellung eines thermisch expandierten Graphits in seiner vermikularen Form mit einem anfänglichen Expansionsgrad der Graphitteilchen des besagten expandierten Graphits in der z-Achse des Teilchens, welcher grösser ist als 80 Mal seine anfängliche Länge z, und vorzugsweise im Bereich von 200 bis 500 Mal sein anfänglicher z-Abstand, gegebenenfalls als Mischung mit einem nicht-expandierten Graphit, nützlich für die Herstellung von positiven Elektroden für eine Zelle nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass (i) natürliche Graphitflocken mit durchschnittlichen Teilchengrössen von 100 μm bis 1 mm mit einem Interkalationsmittel behandelt werden, wobei die Menge des Interkalationsmittel in den Graphitflocken vor Expansion vorzugsweise mindestens 5 Gew.-% beträgt, vorzugsweise mindesten 8 Gew.-%, insbesondere bevorzugt 10 Gew.-% und am meisten bevorzugt im Bereich von 10 bis 20 Gew.-%, berechnet auf die Graphitflocken, (ii) Isolierung und anschliessendes Waschen und Trocknen des eingelagerten Graphits, (iii) Anwendung einer thermischen Schockbehandlung bei Temperaturen von mindestens 900°C und vorzugsweise bei Temperaturen von ungefähr 1000°C, um den Graphit zu entschiefern, wobei die Verfahrensdauer für die Entschieferung weniger als eine Sekunde beträgt.
  13. Methode nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das besagte Interkalationsmittel entweder rauchende Salpetersäure (100%), Stickoxidgas (NOx) oder Schwefelsäure gemischt entweder mit rauchender Salpetersäure (5-30%), Wasserstoffperoxyd (30% wässrige Lösung, 5-40 Gew.-%) oder äquivalenten Mengen Ammonium-Peroxodisulfat ist.
  14. Methode nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass der erhaltene thermisch expandierte native Graphit in seiner vermikularen Form eine Scott Dichte unter 0.05 g/cm3, insbesondere zwischen 0.002 g/cm3 und 0.04 g/cm3 und vorzugsweise zwischen 0.005 g/cm3 und 0.04 g/cm3 aufweist.
  15. Methode nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der expandierte Graphit in seiner vermikularen Form mit einer autogenen Mahlmethode gemahlen wird, bis ein Scott Dichtewert von weniger als 0.05 g/cm3 erhalten ist.
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