DD228398A1

DD228398A1 - ELECTROCHEMICAL CELL WITH LIGHT METAL LIME AND ORGANIC APROTIC ELECTROLYTES

Info

Publication number: DD228398A1
Application number: DD82244764A
Authority: DD
Inventors: Klaus-Peter Stiehl; Rainer Noack; Klaus Wiesener
Original assignee: Univ Dresden Tech
Priority date: 1982-11-11
Filing date: 1982-11-11
Publication date: 1985-10-09

Abstract

Die Erfindung betrifft eine elektrochemische Zelle mit einer Leichtmetallanode, einem organischen aprotischem Elektrolyten, einer Katode aus verschiedenen Katodenmaterialien, einem Bindemittel und Zusaetzen, vorzugsweise fuer elektronische Geraete wie elektronische Taschenrechner oder Uhren. Das Ziel der Erfindung ist es, guenstigere Bindemittel als solche auf Teflonbasis anzugeben. Aufgabe der Erfindung ist es, Bindemittel anzugeben, mit denen eine breite Skala von Katodenmaterialien ohne wesentliche Beeintraechtigung ihrer elektrochemischen Eigenschaften in einfacher Weise zur Katode geformt und mechanisch stabil gehalten werden koennen. Es wurde gefunden, dass Polymerisationsprodukte von NCO-gruppenhaltigen Verbindungen als Binde- und/oder Wasserentziehungsmittel eingesetzt werden koennen.The invention relates to an electrochemical cell having a light metal anode, an organic aprotic electrolyte, a cathode of various cathode materials, a binder and additives, preferably for electronic devices such as electronic calculators or clocks. The object of the invention is to provide more favorable binders than those based on Teflon. The object of the invention is to provide binders with which a broad range of cathode materials can be formed into the cathode in a simple manner and kept mechanically stable without significantly impairing their electrochemical properties. It has been found that polymerization products of NCO-containing compounds can be used as binding and / or dehydrating agents.

Description

Elektrochemische Zelle mit Leichtmetallanode und organischem aprotischem ElektrolytenElectrochemical cell with light metal anode and organic aprotic electrolyte

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Die Erfindung betrifft eine elektrochemische Zelle mit einer leichtmetallanode, einem organischem aprotischem Elektrolyten, einer Katode aus verschiedenen Katodenmaterialien, einem Bindemittel und Zusätzen, vorzugsweise für elektronische Geräte wie elektronische Taschenrechner oder Uhren.The invention relates to an electrochemical cell having a light metal anode, an organic aprotic electrolyte, a cathode of various cathode materials, a binder and additives, preferably for electronic devices such as electronic calculators or watches.

Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions

Elektrochemische Zellen der im Anwendungsgebiet genannten. Art sind in vielen Modifikationen bekannt. Das Bindemittel dient in herkömmlichen Zellen zur mechanischen Stabilisierung der Katodenmasse, die in Lithiumminiaturzellen meißt als Tablette gefertigt wird. Als Bindemittel werden vorwiegend Eluoropolymere oder Copolymere eingesetzt. Diese Substanzen haben den Nachteil, daß sie vor der Verwendung sehr fein verteilt werden müssen, um eine innige Verbindung mit den übrigen^Katodenbestandteilen zu erreichen.. Aus diesem Grunde wird zur Katodenpräparation vorwiegend Teflonpulver oder Teflonsuspension verwendet. Pulver haben den Nachteil, daß durch den komplizierten Mischungsprozeß Veränderungen des Katodenmaterials eintreten können, die zur Verschlechterung der elektrochemischen Eigenschaften- führen. Teflonsuspensionen basieren auf dem Suspensionsmittel Wasser. Deshalb muß bei Einsatz: solcher Substanzen das Katodenmaterial mit Wasser in Verbindung ge-Electrochemical cells mentioned in the field of application. Species are known in many modifications. The binder is used in conventional cells for mechanical stabilization of the cathode material, which is made in lithium miniature cells usually as a tablet. As binders predominantly eluoropolymers or copolymers are used. These substances have the disadvantage that they must be very finely distributed before use in order to achieve an intimate connection with the other cathode components. For this reason, Teflon powder or Teflon suspension is predominantly used for cathode preparation. Powders have the disadvantage that changes in the cathode material can occur due to the complicated mixing process, which leads to a deterioration of the electrochemical properties. Teflon suspensions are based on the suspending agent water. Therefore, when using such substances, the cathode material must be combined with water.

bracht und nach der Vermischung durch aufwendige Verfahren getrocknet, werden, wobei vornehmlich thermische Trocknungsprozesse angewendet werden. Dies hat wiederum den Nachteil, daß viele Katodenmaterialien bei höheren. Temperaturen ihre elektrochemisch vorzüglichen Eigenschaften verlieren. Desweiteren ist. nach dem Trocknen solcher Gemische ein Mahlprozess erforderlich, um ein homogenes Pulver, welches verpressbar ist., zu erhalten. Dies erfordert einen hohen technologischen. Aufwand.brought and dried after mixing by complex processes, are used primarily thermal drying processes. This in turn has the disadvantage that many cathode materials at higher. Temperatures lose their electrochemically excellent properties. Furthermore is. after drying such mixtures, a grinding process is required to obtain a homogeneous powder which is compressible. This requires a high technological level. Expenditure.

Ziel der ErfindungObject of the invention

Das Ziel der Erfindung ist es, ein günstigeres Bindemittel als solches auf Teflonbasis zu finden.The aim of the invention is to find a cheaper binder than Teflon-based.

Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention

Aufgabe der Erfindung ist es, Bindemittel anzugeben, mit denen eine breite Skala von Katodenmaterialien ohne wesentliche Beeinträchtigung ihrer elektrochemischen Eigenschaften in einfacher Weise zur Katode geformt und mechanisch stabil gehalten werden können.The object of the invention is to provide binders with which a broad range of cathode materials can be formed without significant impairment of their electrochemical properties in a simple manner to the cathode and mechanically stable.

Es wurde gefunden, daß diesen Bedingungen Polymerisationsprodukte von NCO-gruppenhaltigen Verbindungen, genügen. Insbesondere können Polyisocyanate, zum Beispiel Phosgenierungsprodukte von Anilin-Formaldehyd-Kondensaten wie rohes MDI oder Systanait MH sowie Carbodiimid-, Urethan-, Allophanat-, Harnstoff- oder Biuretgruppen aufweisende Umsetzungsprodukte von Di- und/oder Polyisocyanaten mit Hydroxylgruppen besitzenden Polyestern, -ethern, -acetalen, -carbonaten, -esteramiden etc., die noch üb.er einen gewissen Gehalt an freien Isocyanatgruppen. verfügen., als Bindemittel eingesetzt werden. NCO-gruppenhaltige Prepolymere haben den Vorteil, daß sie .wasserfrei in flüssiger Eorm dem Katodenmaterial zugemischt und dann, durch Polymerisationsreaktionen zu einem polymeren Material verfestigt werden können. Dabei tritt in Gegenwart von Wasser eine weitere wichtige Reaktion ein. Die Icocyanatkomponente reagiert mit dem vorhandenen Wasser, wobei als Re-It has been found that these conditions are sufficient polymerization products of NCO-containing compounds. In particular, polyisocyanates, for example, phosgenation of aniline-formaldehyde condensates such as crude MDI or Systanait MH and carbodiimide, urethane, allophanate, urea or biuret containing reaction products of di- and / or polyisocyanates with hydroxyl-possessing polyesters, ethers, acetals, carbonates, ester amides etc., which still have a certain content of free isocyanate groups. ., be used as a binder. NCO-group-containing prepolymers have the advantage that they can be added to the cathode material in anhydrous form in anhydrous form and then solidified by polymerization reactions to give a polymeric material. In the presence of water, another important reaction occurs. The icocyanate component reacts with the water present, with

aktionsprodukte für die Zielle nicht schädliche Stoffe entstehen. Insbesondere ist die Bildung von Kohlendioxid erwünscht, da dies porentdldend wirkt. Eine poröse Katode ist sehr vorteilhaft:, da so das Eindringen des Elektrolyten ermöglicht wird.action products for the Zielle non-harmful substances. In particular, the formation of carbon dioxide is desirable because it acts pore-forming. A porous cathode is very advantageous because it allows the penetration of the electrolyte.

Somit lassen sich durch den Einsatz NOO-gruppenhaltiger Verbindungen, als Binder- zwei wichtige Effekte erzielen: Erstens braucht die Katode nicht weiteren Trocknungsmanipulationen unterworfen, werden und zweitens kann auf den Zusatz von porositätserhöhenden Stoffen, verzichtet werden, wodurch sich der: Energiegehalt der Katode weiter steigern läßt. Katodem mit den erfindungsgemäßen Bindemitteln lassen sich herstellen, indem das Aktivmaterial 'mit; den werteren Zusätzen trocken vermischt und anschließend eine NCO-gruppenhaltige Verbindung zugesetz-t wird. Vorteilhaft verwendet man, ein hochviskoses Prepolymer, so daß eine pastöse Katodenmischung entsteht. Das NCO-gruppenhaltige Prepolymer muß noch über genügend freie Isocyanatgruppen verfügen, um die oben beschriebenen Reaktionen- einzugehen. Die pastöse Katodenmasse kann beliebig geformt, werden, bevor: der. Aushärtungsprozßss einsetzt. Ein pastöses Katodenmaterial hat den Vorteil, daß es auf direktem Wege in die mechanischen Bauteile einer Zelle eingebracht werden kann und sich gut, insbesondere, automatisiert, dosieren, läßt, was einer Massenfertigung entgegenkommt. Mahl-, Trocken- oder. Pressvorgänge, sind nicht, mehr erforderlich.Thus, two important effects can be achieved by using compounds containing NOO groups, as binders: First, the cathode does not need to be subjected to further drying manipulations, and secondly, the addition of porosity-enhancing substances can be dispensed with, whereby the: energy content of the cathode continues increase. Katodem with the binders of the invention can be prepared by the active material 'with; dry-mixed with the other additives and then an NCO-group-containing compound is added. It is advantageous to use a high-viscosity prepolymer, so that a paste-like cathode mixture is formed. The NCO-containing prepolymer must still have enough free isocyanate groups to complete the reactions described above. The pasty Katodenmasse can be arbitrarily shaped, before: the. Curing process begins. A pasty Katodenmaterial has the advantage that it can be introduced directly into the mechanical components of a cell and is good, in particular, automated, metering, leaves, which accommodates mass production. Grinding, drying or. Pressing operations, are not needed anymore.

Ausführungsbeispiele:EXAMPLES

Example 1 :

2,4 g G-raphitfluorid (CF ) mit x= 0,8-0,9 werden mit 0,3 g Acetylenruß innig vermengt. Zur Mischung werden 0,3 g eines ICO-gruppenhaltigen. Prepolymers aus Systanat MR und Propylenglykol (90&Lg in Xylol, NCO-Gehalt: 17,5%) in. 0,5 ml Xylol gegeben, und diese Masse verrührt,, bis eine einheitliche Paste entsteht. Diese, wird in eine Katodenform eingebracht und 24 Stunden bei 70 ⁰C ausgehärtet. Die Katode wird durch ei-2.4 g of G raphit fluoride (CF) with x = 0.8-0.9 are intimately mixed with 0.3 g of acetylene black. The mixture is 0.3 g of an ICO group-containing. Presipolymer from systanate MR and propylene glycol (90% in xylene, NCO content: 17.5%) in. 0.5 ml of xylene, and this mass is stirred until a uniform paste is formed. This is placed in a cathode mold and cured at 70 ⁰ C for 24 hours. The cathode is characterized by

Dien. Polypropylensclieider getrennt gegen eine Lithiumanode geschalten., wobei als Elektrolyt eine 1-molare Lösung von Lithiumperchlorat in Propylene ar "bon at und Dime thoxye than (3x>:5o) verwendet wird. Fig· 1 zeigt die Entladecharakteristik der Zelle, wolaei die Entladung mit einer Stromdichte von 0,5 mA piro Quadrat Zentimeter erfolgte.Diene. Polypropylensclieider switched separately against a lithium anode., Wherein the electrolyte is a 1-molar solution of lithium perchlorate in Propylene bon at and Dime thoxye than (3x>: 5o) is used Fig. 1 shows the discharge characteristic of the cell, where the discharge with a current density of 0.5 mA piro square centimeters was done.

Claims

Invention claim

1. An electrochemical cell with an anode made of a light metal, an organic aprotic electrolyte, a cathode of various active materials, a binder and additives, characterized in that are used as binding and / or dehydrating NCO-containing compounds.

2. Electrochemical cell according to item 1, characterized in that as binders and / or dewatering agents Po-

'lyi so cyanate, ζ, .Β. Phosgenation products of aniline-pormal dehyd condensates, for example, crude MDI or systanate MR, or those with garbodiimide, urethane, Isocyaaurat-, allophanate, urea or biuret be used.

3. Electrochemical cell according to item 1 and 2, characterized in that as binding and / or dehydrating agents ümsetzungsprodukte of di- and / or polyisocyanates having hydroxyl-containing polyesters, ethers, acetals, carbonates, ester amides, etc., the have a certain content of free isocyanate groups, are used.

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