DE19917000A1 - Primäre Lithium-Ionen-Zelle - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine primäre Lithium-Ionen-Zelle, die mindestens eine negative Elektrode und mindestens eine durch einen Separator davon getrennte positive Elektrode sowie einen nichtwäßrigen Lithium-Ionen leitenden Elektrolyten in einem gasdichten Gehäuse besitzt, wobei das aktive Material der negativen Elektrode aus Lithiummetall oder einer Lithiumlegierung und das aktive Material der positiven Elektrode aus Polytetrafluorethylen besteht.
Description
Die Erfindung betrifft eine primäre Lithium-Ionen-Zelle, die mindestens eine negative Elektro
de und mindestens eine durch einen Separator davon getrennte positive Elektrode sowie
einen nichtwäßrigen Lithium-Ionen leitenden Elektrolyten in einem gasdichten Gehäuse be
sitzt, wobei das aktive Material der negativen Elektrode aus Lithiummetall oder einer Lithium
legierung besteht.
Aus den Dokumenten US 3,514,337, US 4,248,946, US 5,246,795 und EP-A 0 840 389 sind
Lithium-Ionen-Zellen der vorgenannten Art bekannt. Das Lithiummetall oder die Lithiumlegie
rung wird vorzugsweise auf ein metallisches Trägermaterial, wie Nickel-, Kupfer- oder Titan
streckmetall, aufgebracht. Als Separatormaterial werden ein oder mehrschichtige poröse
Polypropylen-, Polyethylen-Folien oder Glasfaservliese eingesetzt. Die nichtwäßrigen
Elektrolyte sind vorzugsweise 1molare Lösungen von Lithiumsalzen wie LiPF6, LiAsF6, LiBF4
oder LiClO4 in Mischungen von cyclischen und linearen Carbonaten, wie Ethylen- (EC) oder
Propylencarbonat (PC) und Diethyl- (DEC) oder Dimethylcarbonat (DMC), und cyclischen
oder linearen Ketonen oder Ethern, wie beispielsweise Methylethylketon (MEK), Butyrolac
ton oder Tetrahydrofuran (THF), dar. Die positiven Elektroden der bekannten Lithium-Ionen-
Zellen bestehen aus fluorierten Kohlenstoffverbindungen (CnFx), die vorzugsweise durch
Hochtemperaturfluorierung von Graphiten erhalten werden. Diese fluorierten Kohlenstoffver
bindungen werden zusammen mit Leitmitteln wie Ruß-, Graphit-, Kupfer-, Nickel- oder
Silberpulvern und Bindemitteln wie Polytetrafluorethylen (PTFE) zu Tabletten gepreßt und
mit metallischen Ableitern wie Folien, Lochbleche, Streckmetallgitter, Netze oder Vliese aus
Metallen wie Nickel, Aluminium oder Titan versehen.
Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, eine primäre Lithium-Ionen-Zelle anzugeben, die
durch Verwendung eines neuen aktiven Materials für die positive Elektrode eine hohe
Energiedichte besitzt.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die gattungsgemäß angegebene Lithium-Ionen-
Zelle gelöst, welche die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist.
Weitere vorzugsweise Ausgestaltungen der Erfindung und die bevorzugte Bauform für die
erfindungsgemäßen Lithium-Ionen-Zellen sind in den Ansprüchen 2 bis 4 dargelegt.
Überraschenderweise wurde gefunden, daß das bisher nur als Bindemittel eingesetzte Poly
tetrafluorethylen (PTFE) als aktives Material in der positiven Elektrode dient. Dabei kann es
nicht nur die der Umsetzung gemäß der Reaktionsgleichung:
(C2F2)n + 4ne- → n (2 C + 4 F-)
(C2F2)n + 4ne- → n (2 C + 4 F-)
pro g PTFE die theoretisch errechnete spezifische Kapazität von 1072 mAh/g sondern je
nach Entladebedingung sogar bis zu 1266 mAh/g erreichen.
Die Erfindung wird nachfolgend an Hand von zwei Beispielen und den damit erhaltenen
Entladekurven näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 Die Entladekurve einer Knopfzelle, die dem Beispiel 1 entspricht und
Fig. 2 Die Entladekurve einer Knopfzelle, die dem Beispiel 2 entspricht.
In einer Knopfzelle werden als negative Elektrode 5 Scheiben einer 0.25 mm dicken Lithium
folie eingelegt. Als positive Elektrode wird ein 85 : 15 Gew.-% Gemisch aus Ni-Pulver und
PTFE eingesetzt. Dazu werden 17 g Ni-Pulver und 3 g PTFE 15 Minuten gemischt und aus
250 mg bei einem Anpreßdruck von 15 kp/cm2 eine Elektrodentablette mit 2 cm2 Elektroden
fläche gepreßt, die vor dem Einbau in das Knopfzellengehäuse über Nacht im Hochvakuum
getrocknet wird. Als Separator wird ein Polypropylenylies (Celgard 3535; P334) verwendet.
Der Elektrolyt besteht aus einer 1molaren Lösung von LiPF6 in einem aus EC/DMC/DEC
bestehenden Lösemittelgemisch mit dem Volumenverhältnis 2/2/1. Bei der Entladung mit
einem Entladestrom von 25 µA/cm2 bis zu einer Entladeschlußspannung von 0 V werden ca.
1250 mAh entladen.
Gemäß Beispiel 1 wird eine Knopfzelle hergestellt mit dem Unterschied, daß zur Herstellung
der positiven Elektrodentablette ein 50 : 50 Gew.-% Gemisch von Ni-Pulver und PTFE einge
setzt wird. Bei einer Entladung mit einem Entladestrom von 0,5 mA/cm2 bis zu einer Entlade
schlußspannung von 0 V werden ca. 750 mAh entladen.
Claims (4)
1. Primäre Lithium-Ionen-Zelle, die mindestens eine negative Elektrode und mindestens eine
durch einen Separator davon getrennte positive Elektrode sowie einen nichtwäßrigen
Lithium-Ionen leitenden Elektrolyten in einem gasdichten Gehäuse besitzt, wobei das ak
tive Material der negativen Elektrode aus Lithiummetall oder einer Lithiumlegierung be
steht, dadurch gekennzeichnet, daß das aktive Material der positive Elektrode aus Poly
tetrafluorethylen besteht.
2. Lithium-Ionen-Zelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die positive Elektrode
30 bis 70 Gew.-% Polytetrafluorethylen enthält.
3. Lithium-Ionen-Zelle nach Anspruch 1 und/oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
die positive Elektrode Nickel-, Kupfer-, Silber- oder Graphitpulver enthält.
4. Lithium-Ionen-Zelle nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Zelle die Form einer Knopfzelle besitzt.
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20080280191A1 (en) * | 2007-05-09 | 2008-11-13 | Rachid Yazami | Lithium fluoropolymer and fluoro-organic batteries |
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1999
- 1999-04-15 DE DE19917000A patent/DE19917000A1/de not_active Withdrawn
Cited By (3)
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| US20080280191A1 (en) * | 2007-05-09 | 2008-11-13 | Rachid Yazami | Lithium fluoropolymer and fluoro-organic batteries |
| WO2008141200A1 (en) | 2007-05-09 | 2008-11-20 | California Institute Of Technology | Lithium fluoropolymer and fluoro-organic batteries |
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