DE3133212A1

DE3133212A1 - Kathodisches reaktionsmittel fuer alkalische primaerzellen

Info

Publication number: DE3133212A1
Application number: DE19813133212
Authority: DE
Inventors: Samuel New Rochelle N.Y. Ruben
Original assignee: Duracell International Inc
Current assignee: Duracell Inc USA
Priority date: 1980-08-27
Filing date: 1981-08-21
Publication date: 1982-04-22
Also published as: US4306005A; FR2489599B1; JPS5774970A; GB2085646A; GB2085646B; FR2489599A1

Description

Kathodisches Reaktionsmittel für alkalische Primärzellen

Die Erfindung betrifft ein kathodisches Reaktionsmittel bzw. ein Dep'olarisationsmittel für abgedichtete alkalische Primärzellen und Zellen, bei denen ein icäthodisches Reaktionsmittel aus Kaliumpermanganat verwendet wird.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine abgedichtete alkalische Primärzelle zu schaffen, die die große Depolarisationsfähigkeit von Kaliumpermanganat wirksam nutzt und eine hohe Lagerfähigkeit besitzt.

Die Verwendung von Kaliumpermanganat als kathodisches Reaktionsmittel ist bekannt und bereits ausgenutzt worden. Aus der US-PS 24 63 316 ist die Anwendung von Permanganaten als kathodische Reaktionsmittel bekannt, die in der Lage sind, höhere Zellpotentiale und eine gute Coulomb-Kapazität bereitzustellen.

Eine typische Zelle weist ein kathodisches Reaktionsmittel auf, das aus Kaliumpermanganat und Graphit-besteht und besitzt weiterhin eine'amalgamierte Zinkanode und einen Elektrolyten aus zinkathaltigem Kaliumhydroxid.

Während diese Zellen nach ihrer Herstellung zunächst hervorragende Eigenschaften bieten, zeigt sich, daß nach einer ge-

BÜRO 6370 OBERURSEL*" LINDENSTRASSE 10 TEL. 06171/56849 TELEX 4166343 real d

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wissen Zeitspanne eine Zersetzung mit übermäßiger Auflösung des Depolarisationsmittels im Elektrolyten und eine Reduktion des Permanganates durch den Elektrolyten bei der Lagerung stattfindet, deren Ergebnis eine begrenzte Lagerfähigkeit. und eine verminderte Speicherfähigkeit der Zelle ist. Als Folge davon hat es bis heute keine praktischeoder wirtschaftliche Anwendung von Kaliumpermanganatzellen. trotz ihrer offensichtlichen Vorteile, wie ihr hohes Potential und ihre· Coulomb-Kapazität, wie oben beschrieben, gegeben.

Es wurde festgestellt, daß bei der Verwendung eines gesättigten Lithiumhydroxidelektrolyten mit einem Zinkatanteil in Verbindung mit einer Kaliumpermanganat-Graphit-. Mischung als Kathode und einer amalgamierten Zinkanode eine lange Lagerfähigkeit im Vergleich zu Zellen, die einen Elektrolyten als Kalium- oder Natriumhydroxid verwenden, erreicht werden kann. Es wurde jedoch·auch festgestellt, daß die Gebrauchsfähigkeit der Kathode insolchen Lithium-Elektrolytzellen begrenzt ist, da der größte Teil der Reaktion anfänglich auf der Seite des kathodischen Reaktionspreßlings, der der Anode gegenüberliegt, abläuft. Es wurde ebenfalls festgestellt, daß ein hartes Reaktionsprodukt geringer Porosität erzeugt wird, wodurch nur ein Bruchteil der verfügbaren Kathoden-Kapazität des Kaliumpermanganates ausgenutzt werden kann. Es scheint keine nennenswerte Ausnutzung der insgesamt vorhandenen Polarisationskapazität des kathodischen Reaktionsmittels möglich zu sein.

Die vorliegende Erfindung hebt diese Nachteile auf. Es wurde nunmehr festgestellt, daß, wenn Kaliumpermanganat und Graphit gründlich vermischt und zusammen gemahlen werden, durch die Hinzufügung eines beträchtlichen Teiles Lithiumhydroxids zu der gemahlenen Mischung die gesamte depolarisierende Sauerstoffkomponente der Kathode dickenunabhängig nutzbar- gemacht wird.

-r- ■ ■ Die folgende Tabelle zeigt die Ergebnisse, die bei einem Zusatz verschiedener Mengen Lithiumhydroxid zu einer gemahlenen Mischung aus 90% Kaliumhydroxid und 10% Graphit, die dann zu einem Pellet zusammengepreßt wird, erhalten worden sind. Die Zellen hatten das übliche Miniaturformat, wie es in Armbanduhren, Hörgeräten oder Kameras benutzt wird, und verwendeten·amalgamierte Zinkpulveranoden, einen flüssigen gesättigten Lithiumhydroxid-Elektrolyten, der ein Maximum an Lithiumzinkat enthielt, das innerhalb eines absorptionsfähigen Abstandshalters in der Nähe der Anode in Lösung gehalten wird, und eine ionenleitfähige, nicht zellulosehaltige Permion-Zwischenläge, die in der Nähe des Depolarisationsreaktiorismittels angeordnet ist. Die Anfangszellspannung in allen Zellen

15 betrug 1,82 V.

Prozentzahlen des der Kaliumpermanganat-Graphit-Mischung beigefügten pulverisierten Lithiumhydroxids

10

15

25 20

25

Die obigen Werte sind auf eine spezifische Zellengröße ■bezogen. Bei den kleinformatigen Zellen vermindert ein größerer Prozentsatz an Lithiumhydroxidpulver die wirksame Permanganatmenge. · - '

Nachgebaute Zellen, in denen pulverisiertes Kalium- bzw. Natriumhydroxid anstelle von pulverisiertem Lithiumhydroxid eingesetzt wurde, brachten nicht die Ergebnisse, wie oben dargestellt, und wiesen wesentlich geringere Kapazitäten und eine beträchtlich verminderte Lagerfähigkeit auf. ·. . .· "

Kapazität	der
zelle (in	mAh)
17,8
27
. 53,9 .
63,2
90
80

Die Erfindung ist auf alle Arten abgedichteter alkalischer Primärzellenstrukturen, einschließlich der flachen, zylindrischen, Knopf- und Rollentypen, wie sie in den verschiedenen Patenten bezüglich alkalischer Zellen, beschrieben mirden, anwendbar.

Claims

Ansprüche

Kathodisches Reaktionsmittel für abgedichtete alkalische Primärzellen mit einer innigen Mischung aus fein verteiltem Kaliumpermanganat und Graphit, gekennzeichnet durch einen Zusatz einer beträchtlichen Menge eines pulverisierten Alkali-Elektrolyten.
2. Reaktionsmittel nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen überwiegenden Gehalt an Kaliumpermanganat.
3.
4.

Reaktionsmittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Alkali-Elektrolyt Lithiumhydroxid ist.

Reaktionsmittel nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge an pulverisiertem Lithiumhydroxid etwa 5 bis 25 Gew.-#, bezogen auf das kathodische Reaktionsmittel, beträgt.
5. Reaktionsmittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil an Lithiumhydroxidpulver, der der Kalium-. permanganat-Graphit-Mischung hinzugefügt wird, etwa 20% beträgt.
6.

Abgedichtete alkalische Primärzelle mit einer Anode aus amalgamiertem Zink und einem kathodischen Reaktionsmittel aus einer innig gepulverten Mischung aus feinverteiltem Kaliumpermanganat und Graphit, dadurch gekenn-

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1 zeichnet, daß das kathodische Reaktionsmittel eine beträchtliche Menge an einem pulverisierten Alkali-Elektrolyten und die Zelle einen wäßrigen Alkali-Elektrolyten enthält.
7. Primärzelle nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Alkali-Elektrolyt Lithiumhydroxid ist.
8. Abgedichtete alkalische Primärzelle nach Anspruch 10 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der wäßrige Alkali-Elektrolyt zinkathaltiges Lithiumhydroxid ist.