DE69230327T2 - Kohlenstoff-Polymer-Verbundstoff-Elektrode für einer Lithiumbatterie - Google Patents

Kohlenstoff-Polymer-Verbundstoff-Elektrode für einer Lithiumbatterie

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Description

  • Diese Erfindung betrifft elektrochemische Zellen und insbesondere Elektroden, die als die negative Elektrode oder Anode in einer wiederaufladbaren Schaukelstuhlbatterie verwendet werden.
  • Elektrochemische Feststoffzellen sind typischerweise aus einer negative Alkalimetallelektrode (Anode), einem ionisch leitenden Polymerelektrolyten, der ein ionisierbares Alkalimetallsalz enthält, und einer positiven Elektrode (Kathode). Die Kathode wird gewöhnlich durch Herstellen eines Gemischs eines aktiven Materials, eines Metallsalzes, eines Polymerelektrolyten und eines leitenden Füllstoffs, wie Ruß, und Beschichten dieses Gemischs auf eine Metallfolie, welche als Stromabnehmer wirkt, erzeugt. Die auf diese Art und Weise unter Verwendung von Lithiummetall als die Alkalimetallanode erzeugten elektrochemischen Zellen finden weite Verwendung in zahlreichen Anwendungen, die tragbaren Batteriebetrieb erfordern, weil auf diese Art und Weise erzeugte Lithiumbatterien eine hohe Energiedichte haben.
  • Es wird stark angenommen, daß Lithiummetall die Hauptquelle von die Sicherheit betreffenden Problemen ist, wenn Lithiumbatterien wiederaufladbar gemacht werden. Das Laden solcher Batterien wandelt Lithiumionen in metallisches Lithium um, und die Anwesenheit von metallischem Lithium an unerwünschten Stellen in der Batteriestruktur kann ein Explodieren der Batterie zur Folge haben.
  • Ein Vorschlag diesen Nachteil zu überwinden ist die Verwendung einer auf einer Interkalationsverbindung basierenden Anode, verbunden mit einer auf einer Interkalationsverbindung basierenden Kathode. In elektrochemischen Zellen, die solche Elektroden verwenden, kann der Lade- und Entladevorgang ohne die Erzeugung von metallischem Lithium, wie vorstehend beschrieben, erreicht werden.
  • Beim Entladen solch einer Zelle wird Lithium, welches in der Anode interkaliert ist, aus dieser Elektrode in den Elektrolyten als Lithiumionen entlassen. Der entsprechende Vorgang an der Kathode schließt die Interkalation von Lithiumionen in das aktive Kathodenmaterial ein. Wenn die so erhaltene entladene Zelle Ladungsbedingungen unterzogen wird, findet der umgekehrte Vorgang an den beiden Elektroden statt; Lithiumionen werden aus der Kathode entlassen und in das aktive Material der Anode interkaliert. Dieser ganze Vorgang schließt nicht die Erzeugung von metallischem Lithium in irgendeinem Stadium ein. Aus solchen Elektroden hergestellte Batterien werden als "Schaukelstuhl"batterien bezeichnet, weil sich die Alkalimetallionen zwischen der Anöde und Kathode hin- und herbewegen. Interkalationselektroden und Schaukelstuhlbatterien sind bekannt. Zum Beispiel offenbart US-A-4 631 810 ein Verfahren zur Herstellung einer auf einer Interkalationsverbindung basierenden Kathode, in welcher eine Dispersion von Vanadiumoxid, Acetylenschwarz und Polyethylenoxid in Acetonitril auf einen Nickelfolienstromabnehmer aufgetragen und das Lösungsmittel entfernt wird. Jedoch besteht der Bedarf für alternative Versuche, um Lithium-Interkalations-Elektroden herzustellen.
  • Eine Verbundstoff-Elektrode ist aus EP-A-0 404 478 bekannt. Ein kohlenstoffhaltiges Material, von welchem kristalliner Graphit durch ein Beispiel belegt ist, wird mit einem Polymerelektrölyt auf drei alternativen Art und Weisen verbunden. In einem Fall werden das kohlenstoffhaltige Material und der Feststoffelektrolyt mechanisch geknetet. In einem zweiten Fall wird das kohlenstoffhaltige Feststoffmaterial mit gelöstem Elektrolyt beschichtet. In einem dritten Fall wird das kohlenstoffhaltige Feststoffmaterial in eine Flüssigkeitselektrolytlösung eingetaucht, wobei eine chemische Reaktion den Feststoffelektrolyten an dessen Grenze bindet.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung stellen wir eine Kohlenstoff-Polymer-Verbundstoff-Elektrode bereit, dadurch gekennzeichnet; daß sie folgendes umfaßt: eine Polymermatrix, im wesentlichen amorphen Kohlenstoff, nämlich Kohlenstoff, welcher zu 80% oder mehr nichtkristallin oder mikrokristallin ist, wobei 80% oder mehr der Kohlenstoffmikrokristalle in einer zufallsmäßigen Anordnung vorliegen; homogen dispergiert und eingeschlossen in der Matrix, und wobei in der Matrix ferner eine interpenetrierende, ionisch leitende, nichtwäßrige Flüssigkeit mit einem darin aufgelösten Alkalimetallsalz enthalten ist.
  • Wir - haben Ausführungsformen solch einer Elektrode gefunden, die geeignet sind, Stromdichten von oder größer als 180 mA/cm² und/oder Speichetkapazität von oder größer als 1,4 mAh/cm² zu erhalten.
  • Eine erfindungsgemäße elektrochemische Zelle umfaßt solch eine Elektrode, einen Polymerelektrolyten und eine Kathode. Das Polymer und die interpenetrierende, ionisch leitende Flüssigkeit können zusammen ein Polymer-Wirt-Netzwerk- Elektrolyt, wie zum Beispiel in US-A-4 925 752 und 4 990 413 beschrieben, darstellen.
  • Die positive Elektrode (Kathode) kann eine auf einer Lithium-Inkalationsverbindung basierende Elektrode sein und ist vorzugsweise Lithiumvanadiumoxid oder Lithiumcobaltoxid.
  • Erfindungsgemäße Ausführungsformen von Elektroden können eine Stromdichte von oder größer als 100 mA/cm² aushalten und haben eine Speicherkapazität von oder größer als 1,4 mAh/cm². Ein ungewöhnliches Merkmal von erfindungsgemäßen Elektroden ist die Verwendung einer im wesentlichen amorphen oder hoch ungeordneten Form von Kohlensoff. Herkömmliche Lehren auf dem Batteriefachgebiet zeigten an, daß geordnete und kristalline Formen von Graphit und andere geordnete und kristalline Kohlensoffformen bevorzugt wurden, um geordnete Strukturen bereitzustellen, in welche Metallionen interkalieren konnten. Im Gegensatz dazu ist der in den erfindungsgemäßen Elektroden verwendete Kohlenstoff im wesentlichen amorpher oder hoch ungeordneter Kohlensoff. Zum Beispiel kann der amorphe Kohlenstoff Aktivkohle, Acetylenschwarz, Shawinigan-Schwarz oder dergleichen sein. Mit einem "im wesentlichen amorphen Kohlenstoff", wie hierin verwendet, ist ein Kohlenstoff gemeint, in welchem wenigstens etwa 80% oder mehr des Kohlenstoffs nichtkristallin oder mikrokristallin ist, wobei wenigtens etwa 80% der Kohlenstoffmikrokristalle in einer zufallsmäßigen Anordnung vorliegen. Die nichtkristalline oder die mikrokristalline zufallsmäßige Anordnung des Kohlenstoffs kann wenigstens etwa 90% oder mehr ausmachen, 100% des Kohlenstoffs kann nichtkristallin sein oder eine mikrokristalline zufallsmäßige Anordnung haben (siehe Pauling, L. "College Chemistry" (1957) W. H. Freeman & Co., San Francicso oder Moeller, T. "Inorganic Chemistry" (1958) J. Wiley & Son, London für eine Diskussion über amorphen oder mikrokristallinen Kohlenstoff, im Vergleich zu kristallinem Kohlenstoff, wie Graphit und Diamant.)
  • Das Kohlenstoffmaterial in erfindungsgemäßen Elektroden kann einen Partikeldurchmesser von wenige r als etwa 5 mm, vorzugsweise von weniger als etwa 1 mm haben und, kann einen Oberflächenbereich von mehr als etwa 20 m²/g, vorzugsweise von mehr als etwa 50 m²/g haben.
  • Das Polymernetzwerk, welches durch die ionisch leitende Flüssigkeit interpenetriert wird und welches als Matrix zum Halten des amorphen Kohlenstoffs dient, um eine Verbundstoff- Elektrode zu erzeugen, kann aus einem leitenden Polymer erzeugt werden oder kann eine Trägermatrix eines nichtleitenden Polymers sein.
  • Beispiele von Polymeren, welche zum Erzeugen der leitenden Polymernetzwerke verwendet werden können, sind in US-A- 4 303 748 beschrieben. Diese Polymere haben Wiederholungseinheiten, die wenigstens ein Heteroatom, wie ein Sauerstoff- oder Stickstoffatom enthalten. Sie können als Polymere mit der Wiederholungseinheit.
  • wobei R Wasserstoff oder ein Rest Ra, -CH&sub2;ORa, -CH&sub2;OReRa oder -CH&sub2;N(CH&sub3;)&sub2; ist, in welchem Ra ein Alkylrest, enthaltend 1 bis 16 Kohlenstoffatome und vorzugsweise 1 bis 4 Kohlenstoffatome, oder ein Cycloalkylrest, umfassend 5 bis 8 Kohlenstoffatome, und Re ein Etherrest der Formel - [CH&sub2;-CH&sub2;O]p- ist, wobei p eine Zahl von 1 bis 100, vorzugsweise 1 oder 2 ist;
  • oder mit der Wiederholungseinheit
  • wobei R' Ra oder ReRa ist, wie vorstehend angegeben; oder mit der Wiederholungseinheit
  • dargestellt werden, wobei Re und Ra die vorstehend angegebene Bedeutung haben. Copolymere der vorstehenden Polymere können auch brauchbar sein.
  • In Beispielen unserer Elektroden sind solche Polymere vernetzt, um ein Netzwerk zu erzeugen, welches ausreichend hart ist, um physikalische Integrität für die Verbundstoff-Elektrode bereitzustellen, wenn die Zelle geladen, entladen und wiederaufgeladen wird. Diese Polymere können auf mehrere Art und Weisen vernetzt werden. Zum Beispiel offenbart US-A- 4 357 401 von Andre et al. PEO-PPO-Copolymere, welche durch Ethylendiamin vernetzt sind. Wenn dieses Polymer Einheiten von primären oder sekundären Alkoholen oder Aminen einschließt, kann das Polymer durch Umsetzung mit einem Vernetzungsmittel, wie Polyisocyanat, vernetzt werden. Zum Beispiel können auch Polyethylenoxide durch Verwenden eines Vernetzungsmittels, wie Poly(ethylenglycol)dianrylat, und eines thermischen, radikalischen Initiators, wie 2,2'-Azobis(2-methylpropionitril), vernetzt werden, wie in US-Anmelde-Eingangsnummern 115 492, eingereicht am 30. Oktober 1987, und 173 385, eingereicht am 25. März 1988, nun US-A-4 830 939, beschrieben (siehe auch US-A-3 734 876). Durch Strahlung und thermisch initiierte radikalische Additionsreaktionen können auch zur Erzeugung des vernetzten Polymernetzwerks verwendet werden;
  • Eine besonders brauchbare Gruppe von durch Strahlung polymerisierbaren Verbindungen zum Bereitstellen einer vernetzten leitenden Matrix wird durch Umsetzen eines Polyethylenglycols niederen Molekulargewichts mit Acryl- oder Methacrylsäure erhalten. Auch durch Strahlung härtbare Materialien, wie zum Beispiel acrylierte Epoxide, z. B. Bisphenol A-Epoxydiacrylat, Polyestetacrylate, Copolymere von Glycidylethern und Acrylaten oder einer Vinylverbindung, wie ein N-Vinylpyrrolidon, können verwendet werden. Das letztere stellt eine nichtleitende Matrix bereit.
  • Die durch Strahlung polymerisierbaren polyethylenisch ungesättigten Verbindungen können ein Molekulargewicht von etwa 200 bis 2000 und stärker bevorzugt von 200 bis 800 haben. Sie können bei Temperaturen unter 30ºC flüssig sein. Beispiele von durch Strahlung härtbaren Materialien schließen Polyethylenglycol-300 Diacrylat (mittleres PEO-Molekulargewicht etwa 300), Polyethylenglycol-480 Diacrylat (mittleres PEG- Molekulargewicht etwa 480) und die entsprechenden Methacrylate ein.
  • Es kann wünschenswert sein, ein durch Strahlung härtbares Comonomer in- die Zusammensetzung einzuschließen, um die Glasübergangstemperatur zu verringern und die Leitfähigkeit des Polymers zu verbessern. Jedes geeignete Monoacrylat, wie Tetrahyrdofurfurylacrylat, Tetrahydrofurfurylmethacrylat, Methoxypolyethylenglycolmonomethacrylat, 2-Ethoxyethyläcrylat, 2-Methoxyethylacrylat oder Cyclohexylmethacrylat, kann zu diesem Zweck verwendet werden. Triacrylate, wie TMPTA, ethoxylierte Trimethylolpropantriacrylate (TMPEOTA) oder Trimethylolpropanpropoxytriactylat, können verwendet werden, um Vernetzung des Polymers einzuführen. Monoacrylate können in einer Menge von etwa 5 bis 50 Gewichtsprozent (Gew.-%), basierend auf der Gesamtmenge des durch Strahlung polymerisierbaren Materials, verwendet werden. Die Triacrylate können in Mengen von etwa 2 bis 30 Gew.-% auf derselben Basis verwendet werden.
  • Beispiele von vernetzten, nichtleitenden. Trägerpolymeren sind in US-A-4 654 279 beschrieben und schließen Epoxide, Polyurethane, Polymethacrylate, Polyacrylate, Polyacrylonitril und Polystyrol ein.
  • Die gegen Strahlung inerten Flüssigkeiten, welche die ionisch leitende, interpenetrierende Flüssigphase bilden, können jedes beliebige niedrigflüchtige, aprotische, polare Lösungsmittel sein, das zum Auflösen des ionisierbaren Alkalimetallsalzes geeignet ist. Geeignete Lösungsmittel können durch einen Siedepunkt von größer als etwa 80ºC gekennzeichnet sein. Niedrigflüchtigkeit vereinfacht die Herstellung und verbessert die Lagerfähigkeit. Repräsentative Beispiele sind Propylencarbonat, γ-Butyrolacton, 1,3-Dioxolan und 2- Methyltetrahydrofuran. Weniger polare Lösungsmittel mit Heteroatomen, die zum Binden von Alkalimetallkationen geeignet sind, sind auch brauchbar. Polyethylenglycoldimethylether. (PEGDME) ist ein solches Beispiel. Glyme, wie Tetraglyme, Hexaglyme und Heptaglyme, sind auch wünschenswerte Lösungsmittel. Die Flüssigkeit kann Propylencarbonat sein.
  • Ionisierbare Alkalimetallsalze schließen solche Salze ein, die herkömmlicherweise in elektrochemischen Feststoffzellen verwendet werden, wie Lithium-, Natrium-, Kalium- oder Ammoniumsalze. Beispiele sirid Natrium- und Lithiumsalze von weniger mobilen Anionen schwacher Basen mit einem großen Anionenradius. Beispiele können aus der Gruppe I&supmin;, Br&supmin;, SCN&supmin;, ClO&sub4;&supmin;, PF&sub6;&supmin;, AsF&sub6;&supmin;, CF&sub3;COOO&supmin;, CF&sub3;SO&sub3;&supmin; und dergleichen ausgewählt sein. Beispiele solcher Salze schließen LiClO&sub4;, NaClO&sub4;, LiF&sub3;CSO&sub3;, LiBF&sub4; und dergleichen ein.
  • Das Salz kann bis zu einer Menge verwendet werden, welche seine Löslichkeitsgrenze im Elektrolyten nicht überschreitet. Die Menge wird deshalb mit dem Wesen des flüssigen Lösungsmittels variieren. Als allgemeine Regel sollte die maximale Salzmenge innerhalb seiner Löslichkeitsgrenze verwendet werden, um die Ionenleitfähigkeit des Elektrolyten zu maximieren. In den meisten Anwendungen können etwa 10 bis 60 Teile Salz pro 100 Teile Flüssigkeitsphase verwendet werden.
  • Interkalationsverbindungen und elektronisch leitende Materialien; die zum Erzeugen der Kathode brauchbar sind, die mit der erfindungsgemäßen Anode in einer elektrochemischen Zelle verwendet wird, sind auf dem Fachgebiet bekannt und schließen Metalloxide, -sulfide und -selenide ein. Repräsentative Beispiele von Interkälationsverbindungen sind V&sub3;O&sub8;, V&sub6;O&sub1;&sub3;, V&sub2;O&sub5;, MnO&sub2;, MoO&sub3;, MoS&sub3;, Cr&sub3;O&sub6;, LiCoO&sub2;, LixV&sub3;O&sub8;, TiS&sub2; und dergleichen. Die Interkalationsverbindung kann ein Lithium oder LiCoO&sub2; enthaltendes Vanadiumoxid sein. Die Interkalations verbindung kann eine Partikelgröße von weniger als etwa 1 Mikrometer haben, kann sich aber bis zu etwa 20 Mikrometer bewegen. Andere Beispiele könne n in den vorstehend genannten Dokumenten, wie US-A-4 925 752 und 4 822 701, gefunden werden.
  • Der leitende Füllstoff in der Kathode ist gewöhnlich Ruß. Bestimmte leitende Polymere (welche ein konjugiertes Netzwerk von Doppelbindungen haben), wie zum Beispiel Polypyrol und Polyacetylen, können auch zu diesem Zweck verwendet werden.
  • Um eine Anöde für eine erfindungsgemäße Ausführungsform einer elektrochemischen Zelle herzustellen, kann ein Gemisch des unvernetzten Polymers oder des nichtpolymerisierten Monomers oder Oligomers und des. Initiators oder Vernetzungsmittels, wenn erforderlich, erzeugt und mit der ionisch leitenden Flüssigkeit, dem ionisierbaren Salz und dem amorphen Kohlenstoff gemischt werden. Mischen wird zum Beispiel durch Schütteln oder durch Rühren und dergleichen durchgeführt, so daß die amorphen Kohlenstoffpartikel einzeln und homogen im Gemisch dispergiert werden, wie vorstehend beschrieben. Dies kann in einer inerten Atmosphäre bei Umgebungstemperaturen von etwa 60ºC gemacht werden. Wegen des amorphen Wesens des Kohlenstoffs ist die Viskosität der so erhaltenen Lösung bei 75ºC größer als etwa 8000 cp (8 N s/m²) und kann bei 75ºC größer als etwa 10000 cp (10 N s/m²) sein.
  • Die Anode kann durch Beschichten des Gemischs auf einen Stromabnehmer, wie einem Metallfolienbauteil, und Härten der Zusammensetzung hergestellt werden. Eine geeignete Folie ist Lithiumfolie oder auf Nickel- oder Kupferfolie oder dergleichen beschichtetes Lithium. Die Zusammensetzung kann durch Lösungsmittelbeschichtung unter Verwendung herkömmlicher Beschichtungsverfahren, wie zum Beispiel Rakel, beschichtet werden, oder ein Extrusionsverfahren kann verwendet werden. Die Anode kann zu einer Dicke von etwa 10 bis 100 Mikrometern, typischerweise von etwa 30 bis 60 Mikrometern beschichtet werden.
  • Wenn zusätzlich zu den vorstehend diskutierten Komponenten ein Lösungsmittelgießverfahren verwendet wird" enthält die Anodenzusammensetzung ein flüchtiges Lösungsmittel, wie Tetrahydrofuran. Nach dem Beschichten wird das Lösungsmittel entfernt, wenn ein Lösungsmittelgießverfahren verwendet wird, und die Zusammensetzung wird gehärtet.
  • Erfindungsgemäße Anodenzusammensetzungen enthalten etwa 10 bis 50 Gewichtsteile und vorzugsweise, etwa 25 bis etwa 35 Teile des amorphen Kohlenstoffs, etwa 0 bis 10 Teile eines leitenden Füllstoffs, etwa 0 bis 20 Teile eines ionisierbaren Metallsalzes, etwa 45 bis 80 Teile einer ionisch leitenden Flüssigkeit und etwa 20 bis 55 Teile, vorzugsweise 25 bis 40 Teile des vernetzten Polymers pro 100 Teile der endgültigen Polymer-Elektrolyt-Zusammensetzung (alles Gewichtsteile).
  • In einer erfindungsgemäßen Ausführungsform einer elektrochemischen Zelle wird eine durch das vorstehend erwähnte Verfahren hergestellte amorphe Kohlenstoff-Polymer- Verbundstoff-Anode mit einem Polymergastnetzwerkelektrölyten beschichtet, wie vorstehend beschrieben. Die so erhaltene Verbundstoff-Elektrode wurd durch Elektronenstrahlbestrahlung gehärtet. Eine Polymer-Verbundstoff-Kathode wird durch Beschichteh eines V&sub6;O&sub1;&sub3;-Kohlenstoff-Polymer-Verbundstoffs auf ein Nickelsubstrat und Härten mit Elektronenstrahlbestrahlung erzeugt. Die gehärtete Verbundstoff-Kathode wird durch elektrochemische Mittel mit Lithium versehen und auf die Anode- Elektrolyt = Verbundstoff-Oberfläche laminiert. Die so erhaltene elektrochemische Zelle hat eine Leerlaufspannung von etwa 3 Volt und kann zwischen dieser Spannung und 0 Volt wiederholt zyklisch durchlaufen werden.
  • Eine andere erfindungsgemäße Ausführungsform einer elektrochemischen Zelle verwendet die amorphe Kohlenstoff- Polymer-Verbundstoff-Elektrode sowohl als Anode als auch als Kathode. Die Elektroden werden, wie vorstehend beschrieben, hergestellt und mit einem Polymergastnetzwerkelektrolyten dazwischen laminiert. Vor dem Laminieren wird die als Anode zu verwendende Elektrode durch elektrochemische Mittel mit Lithium versehen. Die so erhaltene elektrochemische Zelle hat eine Leerlaufspannung von etwa 1,5 Volt und kann zwischen dieser Spannung und 0 Volt wiederholt zyklisch durchlaufen werden.
  • Die Erfindung wird nun mit Bezug auf das folgende Beispiel beschrieben.
  • Acetylenschwarz (Chevron 100% komprimiert) wurde 48 Stunden lang bei 100ºC bis zu einer Wasserinhaltsmenge von weniger als 100 ppm im Vakuum getrocknet. 62 Gramm Propylencarbonat (PC) hoher Reinheit, das weniger als 50 ppm Wasser enthielt, wurden unter inerter Atmosphäre in einen Doppelplanetenmischer eingebracht. Zu diesem PC wurden 1,5 g Polyethylenoxid (PEO) hohen Molekulargewichts (MW = 900000), das weniger als 50 ppm Wasser enthielt, hinzugefügt. Der Mischerinhalt wurde dann unter einer inerten Atmosphäre auf 60ºC erhitzt und bei 60 Upm gerührt. Das PC/PEO-Gemisch wurde etwa 0,5 Stunden lang gerührt oder, bis das PEO vollständig aufgelöst war. Dann wurden 14 g Polyethylenglycoldiacrylat (PEGDA) mit einem Molekulargewicht von 400-600 und einem Wassergehalt von weniger als 50 ppm und 2,5 g ethoxyliertes Trimethylolpropantriacrylat (TMPEOTA) hohen Molekulargewichts und mit einem Wassergehalt von weniger als 50 ppm wurden hinzugefügt und gerührt bis das Gemisch homogen war. Zu diesem homogenen Gemisch wurden 20 g des vorgetrockneten Kohlenstoffmaterials hinzugefügt. Dieses Verbundstoff-Anodenvorläufergemisch wurde 2 Stunden lang unter einer inerten Atmosphäre bei 60ºC gerührt, so daß die amorphen Kohlenstoffpartikel einzeln und homogen dispergiert wurden. Wegen des Wesens des Kohlenstoffmaterials war die Viskosität des Verbundstoff-Anodenvorläufers bei 75ºC größer als 10000 cp (10 N s/m²). Die Rohdichte des Verbundstoff-Anodenvorläufers betrug ungefähr 1,2 g/cm³. Ungefähr 100 mg dieses Verbundstoff- Anodenvorläufers wurden als eine dünne (75-85 mm) einheitliche Schicht auf eine Fläche von 10 cm² eines behandelten Nickelstromabnehmers von 25 mm Dicke beschichtet. Dieses Anodenvorläufer-Läminat wird dann entweder durch Einwirken eines Elektronenstrahls (1-9 Mrad) gehärtet oder mit dem Polymer-Elektrolyt-Vorläufer überzogen, dann durch dieselben Mittel gehärtet.
  • Eine auf einem mit Lithium versehenen Verbundstoff Li&sub8;V&sub6;O&sub1;&sub3; basierende Kathode (1,5 mAh/cm²) wurde vor der auf Kohlenstoff basierenden Verbund-Anode montiert. Die Zelle wurde bei einer Stromdichte von 100 mA/cm² entladen. Eine Kapazität von ungefähr 1,4 mAh/cm² wurde während des ersten Ladens der auf Kohlenstoff basierenden Anode beobachtet. Nach diesem ersten Laden der Kohlenstoff-Verbundstoff-Anode wurde die Anode bei derselben Stromdichte entladen und ungefähr 50-60% der Ladungskapazität waren verfügbar. Ein weiterer Zyklus zeigt, daß die Kapazität ähnlich dem, was in Li/V&sub6;O&sub1;&sub3;-Zellen beobachtet wurde, abnimmt.

Claims (12)

1. Kohlenstoff-/Polymer-Verbundelektrode, umfassend eine Polymermatrix, im wesentlichen amorpher Kohlenstoff, nämlich Kohlenstoff, der zu 80% oder mehr nichtkristallin oder der mikrokristallin ist, wobei 80% oder mehr der Kohlenstoffkristalle in einer zufallsmäßigen Anordnung vorliegen, homogen dispergiert und eingeschlossen in der Matrix; und wobei in der genannten Matrix ferner eine interpenetrierende, ionisch leitende, nichtwäßrige Flüssigkeit enthalten ist, die ein Lösungsmittel mit einem darin aufgelösten Alkalimetallsalz umfaßt.
2. Elektrode nach Anspruch 1, ferner dadurch gekennzeichnet, daß das im wesentlichen amorphe Kohlenstoff Acetylenschwarz oder Shawinigan-Schwarz ist.
3. Elektrode nach Anspruch 1 oder 2, ferner dadurch gekennzeichnet, daß das Lösungsmittel ein niedrigflüchtiges aprotisches Lösungsmittel ist.
4. Elektrode nach Anspruch 1, 2 oder 3, ferner dadurch gekennzeichnet, daß das Polymer ein leitendes Polymer ist.
5. Elektrode nach einem der vorherigen Ansprüche, ferner dadurch gekennzeichnet, daß das Polymer wenigstens teilweise aus Polyethyhenoxidmonomeren gebildet ist.
6. Elektrode nach einem der vorherigen Ansprüche, ferner dadurch gekennzeichnet, daß das Lösungsmittel ausgewählt ist aus Propylencarbonat, Gamma-Butyrolacton, 1,3-Dioxolan und 2-Methyltetrahydrofuran.
7. Elektrode nach einem der vorherigen Ansprüche, ferner dadurch gekennzeichnet, daß der im wesentlichen amorphe · Kohlenstoff einen Oberflächenbereich von mehr als etwa 20 m²/g hat.
8. Elektrode nach Anspruch 7, ferner dadurch gekennzeichnet, daß der im wesentlichen amorphe Kohlenstoff einen Oberflächenbereich von mehr als etwa 50 m²/g hat.
9. Elektrode nach einem der vorherigen Ansprüche, ferner dadurch gekennzeichnet, daß der im wesentlichen amorphe Kohlenstoff einen Partikeldurchmesser von weniger als etwa 5 mm hat.
10. Elektrode nach einem der vorherigen Ansprüche, ferner dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode interkalierte Lithiumionen enthält.
11. Elektrochemische Zelle, umfassend eine Katode, einen Polymerelektrolyt und eine Anode, umfassend eine Elektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 10.
12. Elektrochemische. Zelle nach Anspruch 11, ferner dadurch gekennzeichnet, daß die Katode eine Vanadiumoxidzusammensetzung ist, die interkalierte Lithiumionen oder LiCoO&sub2; enthält.
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