DE4320140A1 - Composite anode for sec. batteries with non-aq. electrolytes - contains alkali metal alloy powder as active material, with oxygen-contg. carbon powder and ethylene@]-propylene] copolymer binder - Google Patents

Composite anode for sec. batteries with non-aq. electrolytes - contains alkali metal alloy powder as active material, with oxygen-contg. carbon powder and ethylene@]-propylene] copolymer binder

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Abstract

A composite anode for sec. batteries with non-aq. electrlytes is claimed. The anode is based on powdered alkali metal alloy (I), carbon powder (II) and a binder (III), with the alkali metal as active anode material, and the electrolyte soln. is a soln. of electrolyte in organic solvent. The carbon (II) contains oxygen atoms, with oxygen content 0.1-5 wt%. Also claimed is a process for prodn. of the anode, by mixing binder (III) (an olefin copolymer) in aromatic solvent with (I) and (II), applying the mixt. to an electrode substrate and forming the coated substrate. Also claimed are sec. batteries with non-aq. electrolytes, contg. an anode as above together with a cathode. ADVANTAGE - The binder prevents particles of (I) from falling off the anode, and the presence of (II) in the spaces between the alloy particles moderates the effect of vol. changes caused by charging and discharging and helps to maintain electrical contact between alloy particles; (II) can also adsorb and desorb (I) and thus acts as a reservoir of (I) for the charge-discharge process. The overall effect is to delay inactivation and prevent collapse of the anode and thus prolong the service life of the battery.

Description

Die vorliegende Erfindung ist befaßt mit Kompositanoden zur Verwendung in Sekundärbatterien mit nichtwäßrigem Elektrolyten, und sie betrifft insbe­ sondere eine solche Kompositanode, die unter Verwendung von pulverisierter Alkalimetallegierung, Kohlenstoffpulver und Bindemittel gebildet ist, sowie ein Verfahren zu deren Herstellung.The present invention is concerned with composite anodes for use in secondary batteries with non-aqueous electrolyte, and in particular special such a composite anode using powdered Alkali metal alloy, carbon powder and binder is formed, as well a process for their manufacture.

Die Vergrößerung der Anzahl der möglichen Lade- und Entladezyklen ist die wichtigste Aufgabe, die bei Sekundärbatterien mit nichtwäßrigem Elektro­ lyten zu lösen ist, bei denen als aktives Anodenmaterial ein Alkalimetall und als Elektrolytlösung eine durch Auflösen eines Elektrolyten in einem organischen Lösungsmittel hergestellte Lösung verwendet wird. Um eine Neben­ reaktion zwischen der Elektrolytlösung und dem beim Aufladen an der Anode abgeschiedenen aktiven Alkalimetall zu inhibieren, die einen beherrschenden Faktor für die mögliche Anzahl von Lade- und Entladezyklen darstellt, ist es erforderlich, die optimale Kombination von Anode und Elektrolytsystem zu wählen.The increase in the number of possible charge and discharge cycles is the most important task for secondary batteries with non-aqueous electrical is to be solved in which an alkali metal is used as the active anode material and as an electrolytic solution, one by dissolving an electrolyte in one organic solvent solution is used. To a side reaction between the electrolyte solution and that when charging at the anode to inhibit deposited active alkali metal, which is a dominant It is a factor for the possible number of charge and discharge cycles required the optimal combination of anode and electrolyte system choose.

Demgemäß sind hinsichtlich des Elektrolytsystems gemischte Lösungs­ mittelsysteme und Elektrolytlösungen mit ausgezeichneter Stabilität an der Anode entwickelt und Additive zum Inhibieren der Nebenreaktionen erprobt worden. Hinsichtlich der Anodenmaterialien ist zur Verhinderung eines Aus­ fallens von aktivem Alkalimetall an der Anodenoberfläche während der Aufla­ dung die Verwendung von Legierungen der Alkalimetalle oder von Kohlenstoff als Anodenmaterialien untersucht worden, wobei das Ziel eine möglichst rasche Diffusion des während der Aufladung abgeschiedenen Alkalimetalls in die Legierung oder den Kohlenstoff war, um eine Nebenreaktion zwischen der Elektrolytlösung und dem Alkalimetall zu verhindern.Accordingly, there are mixed solutions regarding the electrolyte system systems and electrolyte solutions with excellent stability at the Anode developed and additives tested to inhibit side reactions been. Regarding the anode materials is to prevent an out falling of active alkali metal on the anode surface during charging the use of alloys of alkali metals or carbon have been investigated as anode materials, the goal being one as possible rapid diffusion of the alkali metal deposited during charging the alloy or carbon was to have a side reaction between the Prevent electrolytic solution and the alkali metal.

Jedoch liegt bei der Entwicklung neuartiger Anodenmaterialien unter Verwendung von Kohlenstoffmaterial ein Problem darin, daß diese nur eine geringe Kapazitätsdichte pro Elektrodenvolumen aufweisen. Bei Verwendung von Alkalimetallegierungen erfahren diese im Falle stärkerer Ausnutzung der Anode während der Ladung und Aufladung Volumenänderungen, und deren Wieder­ holung führt dann zu einem Zusammenbruch der Elektroden, woraus sich wie­ derum eine Verminderung der erreichbaren Anzahl von Lade- und Entladezyklen ergibt.However, the development of new anode materials is under One problem in using carbon material is that this is only one have low capacitance density per electrode volume. When using Alkali metal alloys experience this if the  Anode during charging and charging volume changes, and their re- then leads to a breakdown of the electrodes, which results in how therefore a reduction in the achievable number of charging and discharging cycles results.

Um diese Probleme zu lösen, sind bisher ein Verfahren (JP-A-60-262351), bei dem ein Kompositwerkstoff aus einer Alkalimetallegierung und einem leit­ fähigen Polymer verwendet wird, und ein Verfahren (JP-A-60-131776) vorge­ schlagen worden, bei dem die Elektrode unter Verwendung von Polytetrafluor­ ethylen als Bindemittel hergestellt wird.To solve these problems, there has been a method (JP-A-60-262351) in which a composite material made of an alkali metal alloy and a conductive capable polymer is used, and a method (JP-A-60-131776) in which the electrode was made using polytetrafluor ethylene is produced as a binder.

Auch diese Verfahren erweisen sich jedoch als unbefriedigend, da leit­ fähige Polymere während der Entladung Alkalimetall freisetzen, so daß sich eine verminderte Leitfähigkeit ergibt, und wegen ihrer geringen spezifischen Oberfläche von nur etwa 10 m2/g keine ausreichende Bindung zwischen den ein­ zelnen Teilchen herbeiführen können, während bei Verwendung von Polytetra­ fluorethylen als Bindemittel dieses mit dem Alkalimetall reagiert und so zu einer Beschädigung der Anode führt.However, these processes also prove to be unsatisfactory, since conductive polymers release alkali metal during the discharge, so that the conductivity is reduced, and because of their small specific surface area of only about 10 m 2 / g, they do not bring about a sufficient bond between the individual particles can, while when using polytetra fluorethylene as a binder, this reacts with the alkali metal and thus leads to damage to the anode.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die oben darge­ legten Schwierigkeiten zu überwinden und eine Kompositanode für Sekundär­ batterien mit nichtwäßrigem Elektrolyten zu schaffen, die sich durch eine hohe Anzahl von erreichbaren Lade- und Entladezyklen auszeichnet.The present invention has for its object the above Darge put difficulties to overcome and a composite anode for secondary to create batteries with non-aqueous electrolyte, which is characterized by a distinguishes high number of achievable charge and discharge cycles.

Dazu wird im Rahmen der Erfindung ein Anodenmaterial verwendet, das aus einer Alkalimetallegierung und aus Kohlenstoffpulver besteht, denen ein Bin­ demittel zugesetzt ist.For this purpose, an anode material is used within the scope of the invention, which consists of an alkali metal alloy and carbon powder, which is a bin demittel is added.

In Lösung der oben gestellten Aufgabe sieht die vorliegende Erfindung eine Kompositanode aus pulverisierter Alkalimetallegierung, Kohlenstoff­ pulver und Bindemittel vor, die für Sekundärbatterien mit nichtwäßrigem Elektrolyten bestimmt ist, in denen als aktives Anodenmaterial Alkalimetall und als Elektrolytlösung in organischem Lösungsmittel gelöster Elektrolyt dient, wobei gemäß der Erfindung das Kohlenstoffpulver Sauerstoffatome ent­ hält und der Sauerstoffgehalt in einem Bereich von 0,1 bis 5 Gewichts-% liegt. The present invention provides a solution to the above problem a composite anode made of powdered alkali metal alloy, carbon powder and binders used for secondary batteries with non-aqueous Electrolytes is determined in which the active anode material is alkali metal and as an electrolyte solution, an electrolyte dissolved in an organic solvent is used, wherein according to the invention, the carbon powder ent ent atoms holds and the oxygen content in a range of 0.1 to 5% by weight lies.  

Weiter ist Gegenstand der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Herstellen einer Kompositanode aus pulverisierter Alkalimetallegierung, Kohlenstoffpulver und Bindemittel für Sekundärbatterien mit nichtwäßrigem Elektrolyten, in denen als aktives Anodenmaterial Alkalimetall und als Elektrolytlösung in organischem Lösungsmittel gelöster Elektrolyt dient, wobei gemäß der Erfindung ein Bindemittel aus einem Kopolymer von in der Hauptsache aus Olefinen zusammengesetzten Monomeren in aromatischem Lösungs­ mittel mit pulverisierter Alkalimetallegierung und Kohlenstoffpulver mit einem Sauerstoffgehalt von 0,1 bis 5 Gewichts-% gemischt und die erhaltene Mischung auf ein Elektrodensubstrat aufgebracht und das überzogene Substrat in Form gebracht wird.The present invention further relates to a method for Manufacture of a composite anode from powdered alkali metal alloy, Carbon powder and binder for secondary batteries with non-aqueous Electrolytes in which the active anode material is alkali metal and Serves electrolyte solution dissolved in organic solvent, wherein according to the invention a binder from a copolymer of in the Mainly monomers composed of olefins in aromatic solution medium with powdered alkali metal alloy and carbon powder with mixed an oxygen content of 0.1 to 5% by weight and the obtained Mixture applied to an electrode substrate and the coated substrate is brought into shape.

Vor einer Beschreibung der Erfindung in allen Einzelheiten soll zu­ nächst kurz auf die Zeichnung eingegangen werden; deren einzige Figur ist eine graphische Darstellung der Zusammenhänge zwischen der Kapazitätsdichte bzw. der Lebensdauer in Form der erzielbaren Anzahl von Lade- und Entlade­ zyklen und dem Sauerstoffgehalt im Kohlenstoff, wobei die Kurve 11 die Kapa­ zitätsdichte für den Abscheidungs- und Ablösungsvorgang für Lithium wieder­ gibt, während die Kurve 12 die Lebensdauer für eine Kompositanode auf Blei­ basis anzeigt.Before a description of the invention in all details, the drawing will be briefly discussed first; the only figure of which is a graphical representation of the relationships between the capacity density or the service life in the form of the achievable number of charge and discharge cycles and the oxygen content in carbon, curve 11 representing the capacity density for the deposition and detachment process for lithium , while curve 12 shows the lifetime for a lead-based composite anode.

Nachstehend wird die vorliegende Erfindung im einzelnen erläutert.The present invention is explained in detail below.

Als erstes sind die erwarteten Auswirkungen von Bindemitteln und leit­ fähigen Materialien auf eine Verstärkung der Bindung zwischen den Teilchen des aktiven Materials in einer durch Kombination von Alkalimetallegierungs­ teilchen und Leitmaterial geformten Kompositanode für verschiedene Materia­ lien untersucht worden. Hinsichtlich des Bindemittels hat sich gezeigt, daß von den Kohlenwasserstoffpolymeren ohne Fremdatome Kopolymere aus Olefinen wie Ethylen und Propylen als Hauptbestandteile am besten dazu geeignet sind, die Reaktion mit dem das aktive Anodenmaterial bildenden Alkalimetall zu in­ hibieren.First, the expected effects of binders and conductive capable materials to strengthen the bond between the particles of the active material in a combination of alkali metal alloy Particle and conductive material shaped composite anode for different materia lien has been examined. With regard to the binder, it has been shown that of hydrocarbon polymers without foreign atoms, copolymers of olefins such as ethylene and propylene as the main ingredients are best suited the reaction with the alkali metal forming the active anode material to in hibernate.

Da die Alkalimetallegierungen im allgemeinen spröde sind, ergibt sich das Problem, sie zu einer Plattenelektrode zu vergießen. Um eine Scheiben­ elektrode herzustellen, wie sie bei Knopfzellen verwendet wird, kann mit Formpressen gearbeitet werden. Wenn jedoch eine spiralenförmig gewickelte Elektrode herzustellen ist, wie sie bei zylinderförmigen Batterien benötigt wird, ergeben sich erhebliche Schwierigkeiten für die Herstellungstechnik sowohl beim Formpressen einer Legierung in Pulverform als auch beim Vergie­ ßen der Legierung zu einer Platte. Die in der Hauptsache aus Olefinen wie Ethylen und Propylen sind in aromatischen Lösungsmitteln löslich. Daher wird die erhaltene Lösung mit einer Alkalimetallegierung und Kohlenstoffpulver gemischt, um eine Paste herzustellen, und dann können Elektroden hergestellt werden, indem einfach diese Paste nach einer Methode ähnlich der bei der Herstellung von Elektroden für übliche Sekundärbatterien mit wäßrigen Elek­ trolyten geläufigen Methode auf einen Stromableiter aufgestrichen wird. Die so hergestellte Kompositanode kann eine größere Oberfläche aufweisen als eine Plattenelektrode, da die als aktives Material dienende Alkalimetall­ legierung in Pulverform zum Einsatz kommt, und im Ergebnis erhält man eine bessere Entladungscharakteristik.Since the alkali metal alloys are generally brittle, this results in the problem of shedding them into a plate electrode. To a slices it is possible to produce electrodes as used in button cells  Molding presses are worked. If, however, a spiral wound The electrode is to be produced as required for cylindrical batteries there are considerable difficulties for the manufacturing technology both when molding an alloy in powder form and when casting the alloy into a plate. The mainly from olefins like Ethylene and propylene are soluble in aromatic solvents. Therefore the solution obtained with an alkali metal alloy and carbon powder mixed to make a paste, and then electrodes can be made by simply applying this paste using a method similar to that used in Manufacture of electrodes for conventional secondary batteries with aqueous electr trolyten current method is spread on a current arrester. The composite anode thus produced may have a larger surface area than a plate electrode because the alkali metal serving as the active material alloy in powder form is used, and the result is one better discharge characteristics.

Auf der anderen Seite ändert sich hinsichtlich der Leitmaterialien die Zusammensetzung der das aktive Material bildenden Alkalimetallegierung, näm­ lich das Verhältnis M1/M2, in dem M1 für eine Alkalimetall und M2 für ein anderes die Legierung bildendes Metall steht, im Verlauf der Aufladungen und Entladungen und verursacht Ausdehnungen und Zusammenziehungen an den Teil­ chen der Alkalimetallegierung, so daß der elektrische Kontakt zwischen den Legierungsteilchen verlorengeht. Um diesen Verlust an elektrischem Kontakt infolge Ausdehnungen und Zusammenziehungen zu verhindern, ist es erforder­ lich, einen Bindeeffekt zwischen den Teilchen herzustellen. Um den elektri­ schen Kontakt zwischen den Teilchen aufrechtzuerhalten, sind solche Materia­ lien mit niedrigem Schüttgewicht erforderlich, die eine hohe elektrische Leitfähigkeit aufweisen und sich wirkungsvoll in den Zwischenraum zwischen den Teilchen der Alkalimetallegierung einfüllen lassen, um einen effektiven Kontakt zwischen den Teilchen zu erhalten und die Volumenänderung der Legie­ rungsteilchen zu mildern.On the other hand, with regard to the conductive materials, the composition of the alkali metal alloy forming the active material, namely the ratio M 1 / M 2 in which M 1 represents one alkali metal and M 2 represents another metal forming the alloy, changes in the course of Charges and discharges and causes expansion and contraction on the particles of the alkali metal alloy, so that the electrical contact between the alloy particles is lost. To prevent this loss of electrical contact due to expansion and contraction, it is necessary to create a binding effect between the particles. In order to maintain the electrical contact between the particles, those materials with low bulk density are required which have a high electrical conductivity and can be filled effectively into the space between the particles of the alkali metal alloy in order to obtain effective contact between the particles and the To mitigate the change in volume of the alloy particles.

Es hat sich gezeigt, daß als solche Materialien Kohlenstoffmaterialien leitfähigen Polymermaterialien wie den in JP-A-60-262351 erwähnten überlegen sind. Bei einer Elektrodenherstellung durch Lösen eines in der Hauptsache aus Ethylen und Propylen zusammengesetzten Kopolymers in einem aromatischen Lösungsmittel und anschließendes Zugeben der erhaltenen Lösung zu einer Mischung aus Alkalimetallegierungsteilchen und Kohlenstoffpulver zur Be­ reitung einer Paste besteht die Möglichkeit, daß ein Teil des als Binde­ mittel wirkenden, in der Hauptsache aus Ethylen und Propylen bestehenden Kopolymers sich auf den das aktive Material bildenden Alkalimetallegierungs­ teilchen ablagert und den Abscheidungs- und Ablösungsvorgang des Alkali­ metalls behindert. Es ist jedoch möglich, die Ablagerung des in der Haupt­ sache aus Ethylen und Propylen bestehenden Kopolymers auf den Alkalimetall­ legierungsteilchen zu verhindern, indem man mit einem Kohlenstoffmaterial mit relativ großer spezifischer Oberfläche arbeitet.It has been shown that as such materials carbon materials conductive polymer materials such as those mentioned in JP-A-60-262351 are. When making electrodes by loosening one in the main copolymer composed of ethylene and propylene in an aromatic  Solvent and then adding the solution obtained to a Mixture of alkali metal alloy particles and carbon powder for loading preparation of a paste there is a possibility that part of the as a bandage medium acting, mainly consisting of ethylene and propylene Copolymer onto the alkali metal alloy forming the active material particles and the separation and detachment process of the alkali metal handicapped. However, it is possible to deposit the in the main thing consisting of ethylene and propylene copolymer on the alkali metal to prevent alloy particles by working with a carbon material works with a relatively large specific surface.

Ein anderer Vorteil der Verwendung von Kohlenstoffmaterialien liegt darin, daß Kohlenstoff einen Abscheidungs- und Ablösungsvorgang mit sich bringt, wobei sich nicht nur die Bindungswirkung zwischen den Alkalimetall­ legierungsteilchen sondern auch die Wirkung von Kohlenstoff als solchem als aktives Anodenmaterial zeigt. Bei Untersuchung der Kapazitätsdichte und der Reversibilität der verschiedenen Kohlenstoffmaterialien für die Abschei­ dungs- und Ablösungsreaktion bei Alkalimetall hat sich gezeigt, daß Kohlen­ stoffmaterialien mit höherem Sauerstoffgehalt zu einer höheren Kapazitäts­ dichte führen, wie dies auch aus der Zeichnung hervorgeht. Wenn zum Beispiel der Abscheidungs- und Ablösungsvorgang für Lithium unter Verwendung von durch thermische Zersetzung eines durch Polymerisation von Furfurylalkohol gewonnenen Harzes hergestelltem Kohlenstoff mit einem Sauerstoffgehalt von 3,8 Gewichts-% als Elektrode durchgeführt wurde, betrug die Kapazitätsdichte einer reversiblen Abscheidungs- und Ablösungsreaktion 150 mAh/g. Im Falle von Acetylenruß mit einem Sauerstoffgehalt von 0,2 Gewichts-% lag die Kapa­ zitätsdichte für den reversiblen Abscheidungs- und Ablösungsvorgang für Lithium bei 140 mAh/g. Auf der anderen Seite betrug die Kapazitätsdichte für den reversiblen Abscheidungs- und Ablösungsvorgang für Lithium im Falle der Verwendung von Graphit mit einem Sauerstoffgehalt von 0,01 Gewichts-%, was unter der Nachweisgrenze liegt, 30 mAh/g.Another advantage of using carbon materials lies in that carbon involves a deposition and detachment process brings, whereby not only the binding effect between the alkali metal alloy particles but also the effect of carbon as such shows active anode material. When examining the capacity density and the Reversibility of the different carbon materials for the separation Formation and detachment reaction with alkali metal has been shown that coal material materials with a higher oxygen content at a higher capacity lead density, as can also be seen from the drawing. If for example the deposition and stripping process for lithium using by thermal decomposition by polymerization of furfuryl alcohol Resin produced carbon with an oxygen content of The capacity density was 3.8% by weight when the electrode was carried out a reversible deposition and detachment reaction 150 mAh / g. In the event of The capa was of acetylene black with an oxygen content of 0.2% by weight density for the reversible deposition and separation process for Lithium at 140 mAh / g. On the other hand, the capacity density for the reversible deposition and detachment process for lithium in the case of Using graphite with an oxygen content of 0.01% by weight what is below the detection limit, 30 mAh / g.

Ein solcher Effekt der Sauerstoff enthaltenden funktionellen Gruppe auf der Kohlenstoffoberfläche läßt sich erklären, indem man die Sauerstoff ent­ haltende funktionelle Gruppe an der Oberfläche als Adsorptionsort für das Alkalimetallion auffaßt. Die Menge der Sauerstoff enthaltenden funktionellen Gruppen an der Oberfläche liegt vorzugsweise bei 0,1 Gewichts-% und darüber wie oben erwähnt. Wenn die Menge der Sauerstoff enthaltenden funktionellen Gruppen an der Oberfläche 5 Gewichts-% überschreitet, nimmt die elektrische Leitfähigkeit ab, und die Funktion als Kompositanode wird beeinträchtigt. Die am meisten bevorzugte funktionelle Gruppe an der Oberfläche ist die Ätherbindung (C-O-C), die sich als milde in der Wechselwirkung mit dem Alkalimetallion erweist.Such an effect on the oxygen-containing functional group the carbon surface can be explained by ent holding functional group on the surface as an adsorption site for the Alkali metal ion. The amount of functional oxygen-containing  Groups on the surface are preferably 0.1% by weight and above as mentioned above. If the amount of oxygen-containing functional Groups on the surface exceeding 5% by weight, the electrical takes Conductivity decreases, and the function as a composite anode is impaired. The most preferred functional group on the surface is that Aether bond (C-O-C), which has been shown to be mild in the interaction with the Alkali metal ion proves.

Zu den Methoden zur Gewinnung von Kohlenstoffmaterialien mit Sauerstoff enthaltenden funktionellen Gruppen an der Oberfläche gehören beispielsweise ein Verfahren mit thermischer Zersetzung von aus Phenol und Phenolabkömm­ lingen, Alkoholen, Acrylaten und Furanen oder Polymeren davon ausgewählten, Sauerstoff enthaltenden Verbindungen und ein Verfahren mit Oxydation von Kohlenstoffmaterialien mit niedrigem Sauerstoffgehalt.Methods for the extraction of carbon materials with oxygen containing functional groups on the surface include, for example a process with thermal decomposition of phenol and phenol derivatives alcohols, acrylates and furans or polymers thereof, Oxygen-containing compounds and a process with oxidation of Low oxygen carbon materials.

Die Kompositanode kann in folgender Weise hergestellt werden. Eine bekannte Alkalimetallegierung mit Aluminium, Gallium, Indium, Zinn, Wismut, Blei oder dergleichen wird nach metallurgischen oder elektrochemischen Ver­ fahren oder so hergestellt, dann gemahlen und schließlich gesiebt, um Legie­ rungspulver zu erhalten. Die erhaltenen Pulver werden mit Kohlenstoffpulvern gemischt, und der Mischung wird eine Lösung zugesetzt, die durch Auflösen eines in der Hauptsache aus Ethylen und Propylen zusammengesetzten Kopoly­ mers als Bindemittel in einem aromatischen Lösungsmittel bereitet worden ist. Die Mischung wird geknetet und auf einen Stromableiter aufgestrichen, und dieser wird geformt und getrocknet, um eine Anode zu erhalten. Das Mischungsverhältnis von Alkalimetall und Kohlenstoff liegt zweckmäßig in einem Bereich von 0,2 bis 1.0 im Volumenverhältnis der Kohlenstoffpulver zu den Legierungsteilchen, damit die Kohlenstoffpulver in die Zwischenräume zwischen den Legierungsteilchen eingefüllt werden können, um die durch die Aufladung und Entladung verursachten Volumenänderungen der Legierungsteil­ chen zu vermindern. Das Mischungsverhältnis nach Gewicht muß anhand der spezifischen Gewichte von Legierung und Kohlenstoff bestimmt werden. Dieses Verfahren gestattet die Herstellung von gleichförmigen Elektroden in Massen­ fertigung mit einfachen Geräten und ermöglicht eine wirkungsvolle Produktion von Batterien in industriellem Maßstab. The composite anode can be made in the following manner. A well-known alkali metal alloy with aluminum, gallium, indium, tin, bismuth, Lead or the like is after metallurgical or electrochemical Ver drive or manufactured, then ground and finally sieved to Legie obtain powder. The powders obtained are mixed with carbon powders mixed, and a solution is added to the mixture by dissolution a copoly composed mainly of ethylene and propylene Mers have been prepared as a binder in an aromatic solvent is. The mixture is kneaded and spread on a current arrester, and this is molded and dried to obtain an anode. The Mixing ratio of alkali metal and carbon is convenient in a range of 0.2 to 1.0 in the volume ratio of the carbon powder the alloy particles so the carbon powder in the gaps can be filled between the alloy particles by the Charging and discharging caused volume changes in the alloy part diminish. The mixing ratio by weight must be based on the specific weights of alloy and carbon can be determined. This The method allows mass production of uniform electrodes production with simple devices and enables effective production of batteries on an industrial scale.  

Batterien werden hergestellt unter Verwendung der so erhaltenen Kompo­ sitanode in Kombination mit einer Kathode und Einfüllen einer Elektrolytlö­ sung. Als Kathode können Oxide oder Sulfide von Mangan, Molybdän, Titan, Vanadium, Chrom, Kobalt oder dergleichen verwendet werden. Als Elektrolyt­ lösung können diejenigen eingesetzt werden, die durch Auflösen eines Alkali­ metallionen enthaltenden Elektrolyten wie LiBF4, NaBF4, LiPF6, NaPF6, LiClo4 oder LiCF3SO3 in einem polaren organischen Lösungsmittel bereitet werden. Für die Form der Elektroden und der Batterien gibt es keine Einschränkungen, doch eignet sich die vorliegende Erfindung besonders für einen Einsatz bei zylinderförmigen Batterien mit spiralförmig gewickelten Elektroden oder bei großformatigen Batterien.Batteries are manufactured using the compo thus obtained sitanode in combination with a cathode and filling with an electrolyte solution solution. Oxides or sulfides of manganese, molybdenum, titanium, Vanadium, chromium, cobalt or the like can be used. As an electrolyte solution can be used by dissolving an alkali electrolytes containing metal ions such as LiBF4, NaBF4, LiPF6, NaPF6, LiClo4 or LiCF3SO3 in a polar organic solvent. There are no restrictions on the shape of the electrodes and batteries, however, the present invention is particularly suitable for use with cylindrical batteries with spirally wound electrodes or at large format batteries.

Das Betriebsverhalten der Kompositanode wird nachstehend erläutert. Die Mikrostruktur der Kompositanode ist derart, daß Kohlenstoffpulver die Zwi­ schenräume zwischen den Alkalimetallegierungsteilchen ausfüllen, und diese Teilchen werden von einem Bindemittel mit einem in der Hauptsache aus Ethy­ len und Propylen zusammengesetzten Kopolymer gebunden. In dieser Komposit­ elektrode werden während der Aufladung Alkalimetallionen zu Alkalimetall reduziert. Das Alkalimetall diffundiert rasch in die Legierung hinein. Diese Diffusion in die Legierung führt zu einer Vergrößerung des Verhältnisses M1/M2 in der Legierung, was wiederum eine Verkleinerung der Dichte der Le­ gierung und eine Ausdehnung der Legierungsteilchen zur Folge hat. Während der Entladung wird das Alkalimetall an der Oberfläche der Alkalimetallegie­ rungsteilchen oxidiert und löst sich in der Elektrolytlösung in Form von Al­ kalimetallionen. Daher nimmt das Verhältnis M1/M2 in der Alkalimetallegie­ rung ab, und das Volumen der Legierungsteilchen schrumpft. Wenn sich diese Ausdehnung und Schrumpfung der das aktive Material bildenden Alkalimetalle­ gierungsteilchen durch fortgesetzte Aufladung und Entladung in dieser Weise wiederholt, kommt es bei Verwendung einer plattenförmigen Legierung von mo­ nolithischer Struktur als Anode zu einem Zusammenbruch des Elektrodenkör­ pers. Bei Verwendung einer durch Formpressen von Alkalimetallegierungsteil­ chen hergestellten Elektrode läßt sich die Volumenänderung dank der Zwi­ schenräume zwischen den Pulverteilchen mildern, aber dennoch kommt es zu einem ähnlichen Zusammenbruch, wenn die Ausnutzung der Anode gesteigert wird. The operating behavior of the composite anode is explained below. The microstructure of the composite anode is such that carbon powder fills the spaces between the alkali metal alloy particles, and these particles are bound by a binder with a copolymer mainly composed of ethylene and propylene. In this composite electrode, alkali metal ions are reduced to alkali metal during charging. The alkali metal quickly diffuses into the alloy. This diffusion into the alloy leads to an increase in the ratio M1 / M2 in the alloy, which in turn leads to a reduction in the density of the alloy and an expansion of the alloy particles. During the discharge, the alkali metal is oxidized on the surface of the alkali metal alloy particles and dissolves in the electrolyte solution in the form of alkali metal ions. Therefore, the ratio M 1 / M 2 in the alkali metal alloy decreases and the volume of the alloy particles shrinks. If this expansion and contraction of the alkali metal alloy particles constituting the active material is repeated by continued charging and discharging in this manner, the electrode body collapses when using a plate-shaped alloy of monolithic structure as an anode. When using an alkali metal alloy part by molding Chen manufactured electrode, the volume change can be mitigated thanks to the inter mediate spaces between the powder particles, but nevertheless there is a similar breakdown if the utilization of the anode is increased.

In der Kompositanode wird die durch die Aufladung und Entladung verur­ sachte Volumenänderung der Alkalimetallegierungsteilchen makroskopisch ge­ mildert durch das die Zwischenräume zwischen den Legierungsteilchen aus­ füllende Kohlenstoffpulver, und gleichzeitig verhindert das Bindemittel aus in der Hauptsache aus Ethylen und Propylen zusammengesetztem Kopolymer ein Herausfallen der Teilchen des aktiven Materials aus dem Elektrodenkörper. Darüber hinaus kann der in die Zwischenräume zwischen den Legierungsteilchen eingefüllte Kohlenstoff mikroskopisch selbst dann, wenn die Alkalimetalle­ gierungsteilchen während der Entladung im Volumen schrumpfen und der unmit­ telbare Kontakt zwischen den Legierungsteilchen verlorengeht, den elektri­ schen Kontakt zwischen den Teilchen des aktiven Materials aufrechterhalten. Außerdem vermag der zugesetzte Kohlenstoff bei der Aufladung und der Ent­ ladung Alkalimetallionen zu adsorbieren oder desorbieren und wirkt so als Reserve an Alkalimetallegierung für den Auflade- und Entladevorgang.In the composite anode, this is caused by charging and discharging gentle volume change of the alkali metal alloy particles macroscopically softens the spaces between the alloy particles filling carbon powder, and at the same time prevents the binder from coming out mainly copolymer composed of ethylene and propylene The particles of the active material fall out of the electrode body. In addition, the in the spaces between the alloy particles filled carbon microscopically even if the alkali metals The alloy particles shrink in volume during discharge and the immit Contact between the alloy particles is lost, the electri maintain contact between the particles of the active material. In addition, the added carbon is capable of charging and discharging charge to adsorb or desorb alkali metal ions and thus acts as Reserve of alkali metal alloy for charging and discharging.

Das bedeutet, daß dann, wenn sich die das aktive Material bildende Alkalimetallegierung während der Aufladung und Entladung verschlechtert und die Kapazität absinkt, aktives Alkalimetall an der Oberfläche der Anode aus­ fällt, wenn kein Kohlenstoff vorhanden ist, und es zu einer Inaktivierung des ausgefallenen Alkalimetalls kommt. Wenn dagegen wie in der Kompositanode Kohlenstoff vorhanden ist, führt dieser Alkalimetallionen ein und extrahiert sie anstelle der Alkalimetallegierung und verhindert so ein Abscheiden und Ablösen von Alkalimetall an der Legierungsoberfläche und übernimmt den Auf­ lade- und Entladevorgang, so daß im Ergebnis eine Inaktivierung der Anode verhindert werden kann. Speziell läßt sich durch Einstellung des Sauerstoff­ gehalts im Kohlenstoff auf eine Bereich zwischen 0,1 und 5 Gewichts-% die Kapazitätsdichte des Kohlenstoffs für die Aufladung und Entladung steigern, und dies bewirkt eine Verbesserung der Batterielebensdauer.This means that when the active material is formed Alkali metal alloy deteriorates during charging and discharging and the capacity decreases, active alkali metal on the surface of the anode falls when there is no carbon and there is inactivation of the precipitated alkali metal comes. If, however, as in the composite anode Carbon is present, this introduces and extracts alkali metal ions it instead of the alkali metal alloy and thus prevents deposition and Detachment of alkali metal on the surface of the alloy and takes over charging and discharging, so that the result is inactivation of the anode can be prevented. Specifically, by adjusting the oxygen content in the carbon in a range between 0.1 and 5% by weight Increase the carbon density for charging and discharging, and this causes an improvement in battery life.

Nunmehr soll die vorliegende Erfindung anhand von Beispielen weiter veranschaulicht werden. The present invention is now intended to be further illustrated by examples are illustrated.  

Beispiel 1example 1

88 Gewichts-% Legierungsteilchen, die durch Vermahlen einer Legierung aus Lithium und Blei mit einem Verhältnis Li/Pb von 3,5 auf einer Maschen­ zahl von 200 entsprechende Korngröße oder darunter erhalten wurden, wurden mit 9 Gewichts-% Acetylenruß mit einem Sauerstoffgehalt von 0,2 Gewichts-% gemischt, und der Mischung wurde eine Lösung zugesetzt, die durch Auflösen von Ethylen/Propylen-Gummi in einer Menge von 3 Gewichts-% in Xylol bereitet wurde, um eine Paste zu erhalten. Diese Paste wurde auf einen Stromableiter aufgestrichen und im Vakuum getrocknet, um eine Kompositanode herzustellen. Eine Batterie wurde hergestellt unter Verwendung dieser Kompositanode, einer Kathode mit in der Hauptsache aus Mangandioxid zusammengesetztem aktivem Material und einer durch Auflösen von Lithiumhexafluorophosphat in einem Lösungsmittelgemisch aus Propylenkarbonat und 1,2-dimethoxyethan erhaltenen Lösung als Elektrolytlösung. Diese Batterie wurde einem Auflade- und Entla­ de-Test unterzogen. In diesem Falle wurden die Kapazitätsdichte der Kathode auf 150 mAh/g und die der Anode auf 90 mAh/g eingestellt (entsprechend 22% der Anodenausnutzung), und die Aufladung und Entladung wurden mit zweistün­ digem Strom wiederholt. Das Ergebnis war eine Zyklenzahl von 380, bevor die Entladekapazität auf die Hälfte des Anfangswerts abgesunken war, wie dies in der Zeichnung veranschaulicht ist.88% by weight alloy particles made by grinding an alloy made of lithium and lead with a ratio Li / Pb of 3.5 on one mesh number of 200 corresponding grain size or less were obtained with 9% by weight acetylene black with an oxygen content of 0.2% by weight mixed, and a solution was added to the mixture by dissolution of ethylene / propylene rubber in an amount of 3% by weight in xylene was to get a paste. This paste was applied to a current arrester spread and dried in vacuo to produce a composite anode. A battery was made using this composite anode, one Cathode with active mainly composed of manganese dioxide Material and one by dissolving lithium hexafluorophosphate in one Solvent mixture obtained from propylene carbonate and 1,2-dimethoxyethane Solution as an electrolyte solution. This battery has been charged and discharged subjected to de-test. In this case, the capacitance density of the cathode set to 150 mAh / g and that of the anode to 90 mAh / g (corresponding to 22% the anode utilization), and the charging and discharging were carried out with two hours repeated current. The result was a number of 380 cycles before the Discharge capacity had dropped to half the initial value as in the drawing is illustrated.

Beispiel 2Example 2

88 Gewichts-% Legierungsteilchen, die durch Vermahlen einer β-Phasen- Legierung aus Lithium und Aluminium auf einer Maschenzahl von 200 entspre­ chende Korngröße oder darunter erhalten wurden, wurden mit 9 Gewichts-% eines durch Polymerisieren von Furfurylalkohol in wäßriger Lösung mit Schwe­ felsäure und anschließende thermische Zersetzung des erhaltenen Polymers in einer Stickstoffatmosphäre bei 1000°C hergestellten Kohlenstoffpulvers mit einem Sauerstoffgehalt von 3,8 Gewichts-% gemischt, und der erhaltenen Mischung wurde eine Lösung zugesetzt, die durch Auflösen eines Ethylen/ Propylen-Gummis in einer Menge von 3 Gewichts-% in Xylol bereitet wurde, um eine Paste zu erhalten. Diese Paste wurde auf einen Stromableiter aufgestri­ chen und im Vakuum getrocknet, um eine Kompositanode herzustellen. Eine Batterie wurde hergestellt unter Verwendung dieser Kompositanode, einer Kathode mit in der Hauptsache aus Mangandioxid zusammengesetztem aktivem Material und einer durch Auflösen von Lithiumhexafluorophosphat in einem Lösungsmittelgemisch aus Propylenkarbonat und 1,2-dimethoxyethan erhaltenen Lösung als Elektrolytlösung. Diese Batterie wurde einem Auflade- und Entla­ de-Test unterzogen. In diesem Falle wurden die Kapazitätsdichte der Kathode auf 150 mAh/g und die der Anode auf 120 mAh/g eingestellt (entsprechend 15% der Anodenausnutzung), und die Aufladung und Entladung wurden mit zweistün­ digem Strom wiederholt. Das Ergebnis war eine Zyklenzahl von 280, bevor die Entladekapazität auf die Hälfte des Anfangswerts abgesunken war.88% by weight of alloy particles obtained by grinding a β-phase Alloy of lithium and aluminum with a mesh size of 200 corresponds grain size or less were obtained with 9% by weight one by polymerizing furfuryl alcohol in aqueous solution with Schwe rock acid and subsequent thermal decomposition of the polymer obtained in a nitrogen atmosphere at 1000 ° C with carbon powder mixed with an oxygen content of 3.8% by weight, and the obtained A solution was added to the mixture which was obtained by dissolving an ethylene / Propylene gums in an amount of 3% by weight in xylene was prepared to to get a paste. This paste was spread on a current arrester and dried in vacuo to produce a composite anode. A  Battery was made using this composite anode, one Cathode with active mainly composed of manganese dioxide Material and one by dissolving lithium hexafluorophosphate in one Solvent mixture obtained from propylene carbonate and 1,2-dimethoxyethane Solution as an electrolyte solution. This battery has been charged and discharged subjected to de-test. In this case, the capacitance density of the cathode set to 150 mAh / g and that of the anode to 120 mAh / g (corresponding to 15% the anode utilization), and the charging and discharging were carried out with two hours repeated current. The result was a cycle number of 280 before the Discharge capacity had dropped to half the initial value.

Beispiel 3Example 3

88 Gewichts-% Legierungsteilchen, die durch Vermahlen einer Legierung aus Lithium und Indium mit einem Verhältnis Li/In von 1,0 auf einer Maschen­ zahl von 200 entsprechende Korngröße oder darunter erhalten wurden, wurden mit 9 Gewichts-% Acetylenruß mit einem Sauerstoffgehalt von 0,2 Gewichts-% gemischt, und der Mischung wurde eine Lösung zugesetzt, die durch Auflösen eines Ethylen/Propylen-Gummis in einer Menge von 3 Gewichts-% in Xylol zube­ reitet wurde, um eine Paste zu erhalten. Diese Paste wurde auf einen Strom­ ableiter aufgestrichen und im Vakuum getrocknet, um eine Kompositanode her­ zustellen. Eine Batterie wurde hergestellt unter Verwendung dieser Komposit­ anode, einer Kathode mit in der Hauptsache aus Mangandioxid zusammengesetz­ tem aktivem Material und einer durch Auflösen von Lithiumhexafluorophosphat in einem Lösungsmittelgemisch aus Propylenkarbonat und 1,2-dimethoxyethan erhaltenen Lösung als Elektrolytlösung. Diese Batterie wurde einem Auflade- und Entlade-Test unterzogen. In diesem Falle wurden die Kapazitätsdichte der Kathode auf 150 mAh/g und die der Anode auf 45 mAh/g eingestellt (entspre­ chend 20% der Anodenausnutzung), und die Aufladung und Entladung wurden mit zweistündigem Strom wiederholt. Das Ergebnis war eine Zyklenzahl von 430, bevor die Entladekapazität auf die Hälfte des Anfangswerts abgesunken war. 88% by weight alloy particles made by grinding an alloy made of lithium and indium with a Li / In ratio of 1.0 on one mesh number of 200 corresponding grain size or less were obtained with 9% by weight acetylene black with an oxygen content of 0.2% by weight mixed, and a solution was added to the mixture by dissolution of an ethylene / propylene rubber in an amount of 3% by weight in xylene was riding to get a paste. This paste was on a stream arrester spread and dried in vacuo to produce a composite anode deliver. A battery was made using this composite anode, a cathode mainly composed of manganese dioxide active material and one by dissolving lithium hexafluorophosphate in a mixed solvent of propylene carbonate and 1,2-dimethoxyethane obtained solution as an electrolytic solution. This battery has been charged and subjected to discharge test. In this case, the capacity density of the Cathode set to 150 mAh / g and the anode set to 45 mAh / g (corresponding to 20% of the anode utilization), and the charging and discharging were two hour stream repeated. The result was a cycle number of 430, before the discharge capacity had dropped to half the initial value.  

Beispiel 4Example 4

88 Gewichts-% Legierungsteilchen, die durch Vermahlen einer Legierung aus Lithium und Blei mit einem Verhältnis Li/Pb von 3,5 auf einer Maschen­ zahl von 200 entsprechende Korngröße oder darunter erhalten wurden, wurden mit 9 Gewichts-% eines durch Polymerisieren von Furfurylalkohol in wäßriger Lösung mit Schwefelsäure und anschließende thermische Zersetzung des erhal­ tenen Polymers in einer Stickstoffatmosphäre bei 1000°C hergestellten Koh­ lenstoffpulvers mit einem Sauerstoffgehalt von 3,8 Gewichts-% gemischt, und der erhaltenen Mischung wurde eine Lösung zugesetzt, die durch Auflösen eines Ethylen/Propylen-Gummis in einer Menge von 3 Gewichts-% in Xylol zube­ reitet wurde, um eine Paste zu erhalten. Diese Paste wurde auf einen Strom­ ableiter aufgestrichen und im Vakuum getrocknet, um eine Kompositanode her­ zustellen. Eine Batterie wurde hergestellt unter Verwendung dieser Komposit­ anode, einer Kathode mit in der Hauptsache aus Mangandioxid zusammengesetz­ tem aktivem Material und einer durch Auflösen von Lithiumhexafluorophosphat in einem Lösungsmittelgemisch aus Propylenkarbonat und 1,2-dimethoxyethan erhaltenen Lösung als Elektrolytlösung. Diese Batterie wurde einem Auflade- und Entlade-Test unterzogen. In diesem Falle wurden die Kapazitätsdichte der Kathode auf 150 mAh/g und die der Anode auf 90 mAh/g eingestellt (entspre­ chend 22% der Anodenausnutzung), und die Aufladung und Entladung wurden mit zweistündigem Strom wiederholt. Das Ergebnis war eine Zyklenzahl von 320, bevor die Entladekapazität auf die Hälfte des Anfangswerts abgesunken war, wie dies in der Zeichnung veranschaulicht ist.88% by weight alloy particles made by grinding an alloy made of lithium and lead with a ratio Li / Pb of 3.5 on one mesh number of 200 corresponding grain size or less were obtained with 9% by weight of one by polymerizing furfuryl alcohol in aqueous Solution with sulfuric acid and subsequent thermal decomposition of the The polymer produced in a nitrogen atmosphere at 1000 ° C. Koh mixed with an oxygen content of 3.8% by weight, and a solution was added to the resulting mixture by dissolution of an ethylene / propylene rubber in an amount of 3% by weight in xylene was riding to get a paste. This paste was on a stream arrester spread and dried in vacuo to produce a composite anode deliver. A battery was made using this composite anode, a cathode mainly composed of manganese dioxide active material and one by dissolving lithium hexafluorophosphate in a mixed solvent of propylene carbonate and 1,2-dimethoxyethane obtained solution as an electrolytic solution. This battery has been charged and subjected to discharge test. In this case, the capacity density of the Cathode set to 150 mAh / g and the anode set to 90 mAh / g (corresponding to 22% of the anode utilization), and the charging and discharging were two hour stream repeated. The result was a cycle number of 320, before the discharge capacity had dropped to half the initial value, as illustrated in the drawing.

Vergleichsbeispiel 1Comparative Example 1

Durch Vermahlen einer Legierung aus Lithium und Blei mit einem Verhält­ nis Li/Pb von 3,5 auf einer Maschenzahl von 200 entsprechende Korngröße oder darunter erhaltene Legierungsteilchen wurden bei einem Druck von 200 kg/cm2 zu einer Anode preßgeformt. Eine Batterie wurde hergestellt unter Verwendung dieser Anode, einer Kathode mit in der Hauptsache aus Mangandioxid zusammen­ gesetztem aktivem Material und einer durch Auflösen von Lithiumhexafluoro­ phosphat in einem Lösungsmittelgemisch aus Propylenkarbonat und 1,2-dimetho­ xyethan erhaltenen Lösung als Elektrolytlösung. Diese Batterie wurde einem Auflade- und Entlade-Test unterzogen. In diesem Falle wurden die Kapazitäts­ dichte der Kathode auf 150 mAh/g und die der Anode auf 90 mAh/g eingestellt (entsprechend 22% der Anodenausnutzung), und die Aufladung und Entladung wurden mit zweistündigem Strom wiederholt. Das Ergebnis war eine Zyklenzahl von 120, bevor die Entladekapazität auf die Hälfte des Anfangswerts abgesun­ ken war.Alloy particles obtained by grinding an alloy of lithium and lead with a ratio Li / Pb of 3.5 to a mesh size of 200 or less corresponding grain size or less were press-formed into an anode at a pressure of 200 kg / cm 2 . A battery was manufactured using this anode, a cathode with an active material mainly composed of manganese dioxide and a solution obtained by dissolving lithium hexafluorophosphate in a mixed solvent of propylene carbonate and 1,2-dimethoxyethane as an electrolytic solution. This battery has been subjected to a charge and discharge test. In this case, the capacitance density of the cathode was set to 150 mAh / g and that of the anode to 90 mAh / g (corresponding to 22% of the anode utilization), and the charging and discharging were repeated with two hours of current. The result was a number of cycles of 120 before the discharge capacity had dropped to half the initial value.

Vergleichsbeispiel 2Comparative Example 2

88 Gewichts-% Legierungsteilchen, die durch Vermahlen einer Legierung aus Lithium und Blei mit einem Verhältnis Li/Pb von 3,5 auf einer Maschen­ zahl von 200 entsprechende Korngröße oder darunter erhalten wurden, wurden mit 9 Gewichts-% Graphitpulver gemischt, und der erhaltenen Mischung wurde eine Lösung zugesetzt, die durch Auflösen eines Ethylen/Propylen-Gummis in einer Menge von 3 Gewichts-% in Xylol bereitet wurde, um eine Paste zu er­ halten. Diese Paste wurde auf einen Stromableiter aufgestrichen und im Vakuum getrocknet, um eine Kompositanode herzustellen. Eine Batterie wurde hergestellt unter Verwendung dieser Kompositanode, einer Kathode mit in der Hauptsache aus Mangandioxid zusammengesetztem aktivem Material und einer durch Auflösen von Lithiumhexafluorophosphat in einem Lösungsmittelgemisch aus Propylenkarbonat und 1,2-dimethoxyethan erhaltenen Lösung als Elektro­ lytlösung. Diese Batterie wurde einem Auflade- und Entlade-Test unterzogen. In diesem Falle wurden die Kapazitätsdichte der Kathode auf 150 mAh/g und die der Anode auf 90 mAh/g eingestellt (entsprechend 22% der Anodenaus­ nutzung), und die Aufladung und Entladung wurden mit zweistündigem Strom wiederholt. Das Ergebnis war eine Zyklenzahl von 200, bevor die Entlade­ kapazität auf die Hälfte des Anfangswerts abgesunken war, wie dies in der Zeichnung veranschaulicht ist.88% by weight alloy particles made by grinding an alloy made of lithium and lead with a ratio Li / Pb of 3.5 on one mesh number of 200 corresponding grain size or less were obtained mixed with 9% by weight of graphite powder, and the mixture obtained was added a solution by dissolving an ethylene / propylene rubber in an amount of 3% by weight in xylene was prepared to make a paste hold. This paste was spread on a current conductor and in the Vacuum dried to make a composite anode. A battery was produced using this composite anode, a cathode with in the The main thing is active material composed of manganese dioxide and one by dissolving lithium hexafluorophosphate in a mixed solvent solution obtained from propylene carbonate and 1,2-dimethoxyethane as an electro lyt solution. This battery has been subjected to a charge and discharge test. In this case, the capacitance density of the cathode was set to 150 mAh / g and that of the anode is set to 90 mAh / g (corresponding to 22% of the anode use), and the charging and discharging were carried out with two-hour electricity repeated. The result was a cycle number of 200 before the discharge capacity had dropped to half the initial value, as in the Drawing is illustrated.

Gemäß der vorliegenden Erfindung lassen sich durch den Einsatz einer Kompositanode mit einer pulverisierten Alkalimetallegierung, einem Sauer­ stoffatome enthaltenden Kohlenstoffpulver und einem Bindemittel aus einem Kopolymer von in der Hauptsache aus Ethylen und Propylen zusammengesetzten Monomeren bei ein Alkalimetall als aktives Material enthaltenden Sekundär­ batterien mit nichtwäßrigem Elektrolyten ein Zusammenbruch der Anode und eine Leistungsverschlechterung infolge der Aufladung und Entladung verhin­ dern und damit Sekundärbatterien mit nichtwäßrigem Elektrolyten bauen, die sich durch eine hervorragende Lebensdauer in Form möglicher Lade- und Ent­ ladezyklen auszeichnen.According to the present invention, the use of a Composite anode with a powdered alkali metal alloy, an acid Carbon powder containing atoms and a binder from a Copolymer of mainly ethylene and propylene Monomers in a secondary containing an alkali metal as an active material batteries with non-aqueous electrolyte breakdown of the anode and  prevent deterioration due to charging and discharging and build secondary batteries with non-aqueous electrolytes an excellent service life in the form of possible loading and unloading mark charging cycles.

Dabei ist ein erster Gegenstand der vorliegenden Erfindung eine Kompo­ sitanode aus pulverisierter Alkalimetallegierung, Kohlenstoffpulver und Bin­ demittel für Sekundärbatterien mit nichtwäßrigem Elektrolyten, in denen als aktives Anodenmaterial Alkalimetall und als Elektrolytlösung in organischem Lösungsmittel gelöster Elektrolyt dient, die sich dadurch auszeichnet, daß das Kohlenstoffpulver Sauerstoffatome enthält, wobei der Sauerstoffgehalt in einem Bereich von 0,1 bis 5 Gewichts-% liegt.A first object of the present invention is a compo powdered alkali metal alloy, carbon powder and bin titanium anode Detergent for secondary batteries with non-aqueous electrolytes, in which as active anode material alkali metal and as electrolyte solution in organic Solvent electrolyte is used, which is characterized in that the carbon powder contains oxygen atoms, the oxygen content in is in the range of 0.1 to 5% by weight.

Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Herstellen einer Kompositanode aus pulverisierter Alkalimetallegierung, Kohlenstoffpulver und Bindemittel für Sekundärbatterien mit nichtwäßrigem Elektrolyten, in denen als aktives Anodenmaterial Alkalimetall und als Elek­ trolytlösung in organischem Lösungsmittel gelöster Elektrolyt dient, mit den Schritten Mischen eines Bindemittels aus einem Copolymer von in der Hauptsa­ che aus Olefinen zusammengesetzten Monomeren in aromatischem Lösungsmittel mit pulverisierter Alkalimetallegierung und Kohlenstoffpulver mit einem Sauerstoffgehalt von 0,1 bis 5 Gewichts-%, Aufbringen der Mischung auf ein Elektrodensubstrat und Formen des überzogenen Substrats.Another object of the present invention is a method for producing a composite anode from powdered alkali metal alloy, Carbon powder and binder for secondary batteries with non-aqueous Electrolytes in which the active anode material is alkali metal and the elec trolyte solution in organic solvent is used electrolyte with the Steps mixing a binder from a copolymer of in the main monomers composed of olefins in aromatic solvent with powdered alkali metal alloy and carbon powder with one Oxygen content from 0.1 to 5% by weight, applying the mixture to a Electrode substrate and molding of the coated substrate.

Schließlich ist Gegenstand der vorliegenden Erfindung noch eine Sekun­ därbatterie mit nichtwäßrigem Elektrolyten, die eine Kompositanode der oben erwähnten Art in Kombination mit einer Kathode enthält.Finally, the present invention also relates to a second intestinal battery with non-aqueous electrolyte, which is a composite anode of the above contains mentioned type in combination with a cathode.

Claims (7)

1. Kompositanode aus pulverisierter Alkalimetallegierung, Kohlenstoff­ pulver und Bindemittel für Sekundärbatterien mit nichtwäßrigem Elek­ trolyten, in denen als aktives Anodenmaterial Alkalimetall und als Elektrolytlösung in organischem Lösungsmittel gelöster Elektrolyt dient, wobei das Kohlenstoffpulver Sauerstoffatome enthält und der Sauerstoffgehalt in einem Bereich von 0,1 bis 5 Gewichts-% liegt.1. Composite anode made of powdered alkali metal alloy, carbon powder and binder for secondary batteries with non-aqueous electr trolytes in which the active anode material is alkali metal and Electrolyte solution dissolved in organic solvent serves, wherein the carbon powder contains oxygen atoms and the Oxygen content is in a range from 0.1 to 5% by weight. 2. Anode nach Anspruch 1, bei der das Volumenverhältnis des Kohlenstoff­ pulvers zur pulverisierten Alkalimetallegierung in einem Bereich von 0,2 bis 1.0 liegt.2. Anode according to claim 1, wherein the volume ratio of carbon powder for powdered alkali metal alloy in a range of 0.2 to 1.0. 3. Anode nach Anspruch 1, bei der das Sauerstoffatome enthaltende Kohlen­ stoffpulver durch thermische Zersetzung einer aus Phenol und Phenol­ abkömmlingen, Alkoholen, Acrylaten und Furanen oder Polymeren davon ausgewählten, Sauerstoff enthaltenden organischen Verbindung in einer inerten Atmosphäre erhalten ist.3. Anode according to claim 1, wherein the carbon atoms containing oxygen atoms Powder by thermal decomposition of phenol and phenol derivatives, alcohols, acrylates and furans or polymers thereof selected oxygen-containing organic compound in one inert atmosphere is preserved. 4. Anode nach Anspruch 1, bei der das Sauerstoffatome enthaltende Kohlen­ stoffpulver ein durch Wärmebehandlung eines Kohlenstoffs mit niedrigem Sauerstoffgehalt in einer oxydierenden Atmosphäre erhaltener oxydierter Kohlenstoff ist.4. Anode according to claim 1, wherein the carbon atoms containing oxygen atoms cloth powder by heat treatment of a low carbon Oxygen content obtained in an oxidizing atmosphere Is carbon. 5. Verfahren zum Herstellen einer Kompositanode aus pulverisierter Alkali­ metallegierung, Kohlenstoffpulver und Bindemittel für Sekundärbatteri­ en mit nichtwäßrigem Elektrolyten, in denen als aktives Anodenmaterial Alkalimetall und als Elektrolytlösung in organischem Lösungsmittel ge­ löster Elektrolyt dient, mit den Schritten Mischen eines Bindemittels aus einem Kopolymer von in der Hauptsache aus Olefinen zusammengesetz­ ten Monomeren in aromatischem Lösungsmittel mit pulverisierter Alkali­ metallegierung und Kohlenstoffpulver mit einem Sauerstoffgehalt von 0,1 bis 5 Gewichts-%, Aufbringen der Mischung auf ein Elektrodensubstrat und Formen des überzogenen Substrats. 5. A method of making a powdered alkali composite anode metal alloy, carbon powder and binder for secondary batteries s with non-aqueous electrolytes, in which as an active anode material Alkali metal and as an electrolyte solution in organic solvent dissolved electrolyte is used with the steps of mixing a binder from a copolymer composed mainly of olefins ten monomers in aromatic solvent with powdered alkali metal alloy and carbon powder with an oxygen content of 0.1 up to 5% by weight, application of the mixture to an electrode substrate and shaping the coated substrate.   6. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem als Bindemittel ein Kopolymer aus in der Hauptsache aus Ethylen und Propylen zusammengesetzten Monomeren ge­ wählt wird.6. The method according to claim 5, in which as a binder, a copolymer of in the main ge composed of ethylene and propylene monomers is chosen. 7. Sekundärbatterie mit nichtwäßrigem Elektrolyten mit einer Kompositanode nach Anspruch 1 in Kombination mit einer Kathode.7. Secondary battery with non-aqueous electrolyte with a composite anode according to claim 1 in combination with a cathode.
DE4320140A 1992-08-06 1993-06-17 Composite anode for sec. batteries with non-aq. electrolytes - contains alkali metal alloy powder as active material, with oxygen-contg. carbon powder and ethylene@]-propylene] copolymer binder Ceased DE4320140A1 (en)

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JP4229454A JPH0660868A (en) 1992-08-06 1992-08-06 Compound negative electrode for nonaqueous secondary battery and manufacture thereof

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