HK1008121B - Cathodic electrode - Google Patents

Claims (16)

1. Selbststehendes mikroporöses Schichtprodukt mit ersten und zweiten Hauptoberflächen und einer Dicke von weniger als 0,127 cm (50 mil), die mit der Maßgabe, daß kein fibriliertes Polymer vorhanden ist,

   (a) 70 - 98 Gew.-% teilchenförmiges Material ausgewählt aus elektrochemisch aktivem Chalcogenid und elektrisch leitfähigem Material und Mischungen derselben allein oder zusammen mit anderen Metallen,

   (b) etwa 2 - 30 Gew.-% Polyethylen hoher Dichte mit einem durchschnittlichen gewichtsmäßigen Molekulargewicht von etwa 150 000 bis etwa 5 000 000 und

   (c) 0 - 5 Gew.-% organischen Weichmacher für das Polyethylen umfaßt,

   wobei die Schicht ein Hohlvolumen von mindestens etwa 10 Vol.-% aufweist und in der Lage ist, eine Leitfähigkeit von mindestens etwa 0,1 S/cm (reziproke ohm/cm) zu zeigen, wenn sie in einem Stromkreis angeordnet ist.
2. Schichtprodukt nach Anspruch 1, bei dem das teilchenförmige Material TiS₂ ist und/oder das durchschnittliche gewichtsmäßige Molekulargewicht des Polyethylens im Bereich von 200 000 bis 500 000 liegt.
3. Schichtprodukt nach den Ansprüchen 1 oder 2, bei dem bis zu etwa 30 Gew.-% des teilchenförmigen Materials aus leitfähigem Ruß mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von etwa 1 bis 100 nm zusammengesetzt ist, wobei der Rest des teilchenförmigen Materials ausgewählt ist aus mindestens einem Metallchalcogenid mit einem Metall ausgewählt aus Titan, Zirkonium, Hafnium, Niob, Mangan, Kupfer, Eisen, Tantal, Chrom, Vanadium oder Mischungen derselben.
4. Schichtprodukt nach Anspruch 3, bei dem das mindestens eine Metallchalcogenid oder das Hauptchalcogenid TiS₂ mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 3 µm oder weniger ist.
5. Schichtprodukt nach den Ansprüchen 1 oder 2, bei dem

   (a) das teilchenchenförmige Material in einer Menge von etwa 90 bis 94 Gew.-% vorhanden sind und aus Metallchalcogenid mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von weniger als etwa 30 µm besteht,

   (b) das Polyethylen in einer Menge von etwa 6 bis 10 Gew.-% vorhanden ist und ein durchschnittliches gewichtsmäßiges Molekulargewicht von etwa 200 000 bis 500 000 aufweist und

   (c) der organische Weichmacher in einer Menge von 0 bis 2 Gew.-% vorhanden ist,

   wobei das Schichtprodukt im wesentlichen homogen und mikroporös ist, ein Hohlvolumen von 15 bis 25 Gew.-% aufweist und in der Lage ist, Leitfähigkeit von mindestens 0,15 S/cm (reziproke ohm/cm) zu zeigen.
6. Schichtprodukt nach einem der Ansprüche 1 bis 5, das eine einheitliche mikroporöse Struktur bildet, wobei die erste Hauptoberfläche des Schichtprodukts mit einer im wesentlichen homogenen Zusammensetzung bedeckt ist, die aus etwa 7 bis 50 Gew.-% Polyolefin mit einem durchschnittlichen gewichtsmäßigen Molekulargewicht von mindestens etwa 100 000, etwa 50 bis 93 Gew.-% Füllstoff, der eine durchschnittlichen Teilchengröße von etwa 0,01 bis 10 µm aufweist und in bezug auf ein Batteriesystem inert ist, in dem das Schichtprodukt verwendet werden soll, und 0 bis 15 Gew.-% organischen weichmacher für das Polyolefin besteht.
7. Schichtprodukt nach Anspruch 6, bei dem das teilchenförmige Material eine durchschnittliche Teilchengröße von etwa 25 µm oder weniger aufweist und aus etwa 70 bis 100 Gew.-% mindestens eines Metallchalcogenids eines Metalls ausgewählt aus Titan, Zirkonium, Hafnium, Niob, Tantal, Vanadium und Mischungen derselben und 0 bis etwa 30 Gew. -% leitfähigem Ruß besteht.
8. Schichtprodukt nach Anspruch 7, bei dem das Metallchalcogenid TiS₂ ist.
9. Schichtprodukt nach einem der Ansprüche 6 bis 8, bei dem das Polyethylen in einer Menge von 2 - 15 Gew.-% vorhanden ist und ein durchschnittliches gewichtsmäßiges Molekulargewicht von etwa 200 000 bis 500 000 aufweist, das teilchenförmige Material in einer Menge von 85 - 98 Gew.-% vorhanden ist und zumindestens etwa 70 Gew.-% Titandisulfid ist, der Weichmacher für das Polyethylen in einer Menge von 0 - 5 Gew.-% vorhanden ist und ausgewählt ist aus Mineralöl, und bei dem die Zusammensetzung, die die erste Hauptoberfläche bedeckt, aus Polyolefin mit einem durchschnittlichen gewichtsmäßigem Molekulargewicht von 150 000 bis 500 000, inertem Füllstoff ausgewählt aus Titandioxid, Aluminiumoxid, Siliciumoxid und Polyolefinweichmacher bestehend aus einem Mineralöl zusammengesetzt ist.
10. Schichtprodukt nach Anspruch 9, bei dem das teilchenförmige Material TiS₂ ist.
11. Elektrode, die für die Verwendung in einer nicht-wäßrigen Batterie geeignet ist, die mindestens ein Schichtprodukt der Ansprüche 1 bis 5 und einen Stromkollektor aus leitfähigem Material umfaßt, wobei der Kollektor in innigem Kontakt mit jedem des mindestens einen Schichtprodukts steht.
12. Elektrode, die für die Verwendung in einer nicht-wäßrigen Batterie geeignet ist, die mindestens ein Schichtprodukt gemäß den Ansprüchen 6 bis 10 und einen Stromkollektor aus leitfähigem Material umfaßt, wobei der Stromkollektor in innigen Kontakt mit der zweiten Hauptoberfläche von jedem des mindestens einen Schichtprodukts steht.
13. Primär- oder Sekundärbatterie, die mindestens ein Paar von Elektroden entgegengesetzter Polarität und einen Elektrolyten umfaßt, wobei die anodische Elektrode aus einem Alkalimetall oder einer Legierung desselben besteht und die kathodische Elektrode im wesentlichen aus dem Elektrodenprodukt gemäß Anspruch 11 oder 12 besteht, das ein Schichtprodukt gemäß den Ansprüchen 1 bis 5 oder 6 bis 10 umfaßt.
14. Verfahren zur Bildung eines mikroporösen Schichtprodukts, das für die Verwendung als kathodische Elektrode geeignet ist, bei dem:

    (a) eine im wesentlicen gleichmäßige Mischung gebildet wird, die etwa 3 bis 30 Vol.-% Polyethylen mit einem durchschnittlichen gewichtsmäßigen Molekulargewicht von etwa 200 000 bis etwa 500 000, etwa 27 bis etwa 76 Vol.-% teilchenförmiges Metallchalcogenidmaterial mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von weniger als etwa 20 µm und etwa 20 bis 70 Vol.-% Weichmacher für das Polyethylen umfaßt,

    (b) die im wesentlichen gleichmäßige Mischung zu einer Anfangsschicht geformt wird,

    (c) ein Teil des Weichmachers aus der Anfangsschicht entfernt wird, um eine poröse intermediäre Schicht mit 10 bis 22 Vol.-% Weichmacher zu bilden,

    (d) die intermediäre Schicht zusammengepreßt wird, um eine im wesentlichen nicht-poröse, zusammengepreßte intermediäre Schicht zu liefern, und

    (e) im wesentlichen der ganze Weichmacher aus der zusammengepreßten intermediären Schicht entfernt wird, um ein mikroporöses Schichtprodukt zu bilden.
15. Verfahren nach Anspruch 14, bei dem die gleichförmige Mischung aus Stufe (a) 12 bis 20 Vol.-% Polyethylen, etwa 40 bis 55 Vol.-% des Chalcogenids und 48 bis 25 Vol.-% Weichmacher umfaßt.
16. Verfahren nach Anspruch 14 oder Anspruch 15, bei dem das Chalcogenid TiS₂ ist.