本发明专利技术涉及可再充电的电化学电池，其包含A)至少一个阴极，所述阴极包含(A1)至少一种阴极活性材料，所述阴极活性材料包含(a)至少一种石墨化碳黑及(aa)至少一种粘合剂，以及任选地至少一种气体可扩散穿过或任选地用作所述阴极活性材料的载体的固体材料，以及B)至少一个阳极，所述阳极包含金属镁、金属铝、金属锌、金属钠或金属锂。本发明专利技术进一步涉及本发明专利技术电化学电池的用途，且涉及包含后者的金属-空气电池组。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】可再充电的电化学电池本专利技术涉及可再充电的电化学电池，其包含(A)至少一个阴极，该阴极包含(Al)至少一种阴极活性材料，该阴极活性材料包含(a)至少一种石墨化碳黑及(aa)至少一种粘合剂，以及任选地至少一种气体可扩散穿过或任选地用作该阴极活性材料的载体的固体材料，以及B)至少一个阳极，该阳极包含金属镁、金属铝、金属锌、金属钠或金属锂。本专利技术进一步涉及本专利技术电化学电池的用途，且涉及包含后者的金属-空气电池组。二次电池组、蓄电池或“可再充电的电池组”仅为在产生电能后储存电能及在需要时使用电能的某些实施方案。由于显著更好的功率密度，研发方向最近由水基二次电池组转移至由锂离子完成电池中的电荷输送的那些电池组。然而，具有碳阳极及基于金属氧化物的阴极的常规锂离子蓄电池的能量密度有限。关于能量密度的新视野已由锂-硫电池及尤其锂-氧或锂-空气电池开启。在常用实施方案中，金属(尤其锂)在非水性电解质中经大气氧氧化而形成氧化物或过氧化物，即在锂的情形下形成Li2O或Li202。以电化学方式利用所释放的能量。该类电池组可通过还原在放电过程中所形成的金属离子再充电。已知的是，出于此目的可使用气体扩散电极(GDE)作为阴极。气体扩散电极是多孔的且具有双功能作用。金属-空气电池组必须能够实现放电过程中大气氧还原成氧化物或过氧化物离子及充电过程中氧化物或过氧化物离子氧化成氧。例如，已知的是，可将气体扩散电极构建于由细碳组成的具有一或多种用于催化氧还原或氧释放的催化剂的载体材料上。例如，A.Debart 等人，Angew.Chem.2008, 120, 4597 (Angew.Chem.1nt.Ed.Engl.2008，47，4521)公开，该类气体扩散电极需要催化剂。Debart等人提及Co3O4'Fe203、CuO及CoFe2O4,且其给出关于a -MnO2纳米线的报导且比较所述a -MnO2纳米线与MnO2、β -MnO2、y -MnO2、λ -MnO2、Mn2O3 及 Mn3O4。J.Electrochem.Soc., 157, Α1016 (2010)阐述包含那些空气电极的锂-空气电池组，所述空气电极仅包含碳黑或碳黑载贵金属作为阴极活性材料。然而，自上文所引用现有技术已知的材料仍需要在以下性质中的至少一个方面加以改进:电催化活性、耐化学品性、耐电化学腐蚀性、机械稳定性、于载体材料上的良好粘附性及与粘合剂、导电碳黑及/或电解质的低相互作用。此外，也应考虑优化由材料及生产支出所造成的成本，以促进此新颖能量储存技术的扩展。因此，本专利技术的目的是提供在上述性质中的至少一个方面有所进展的可再充电的电化学电池。可再充电的电化学电池的尤其重要的特征最终是循环稳定性，其必须与电池的其他方面的相当性质一起加以改进。此目的通过在一开始所定义的可再充电的电化学电池来实现，该可再充电的电化学电池包含Α)至少一个阴极，该阴极包含(Al)至少一种阴极活性材料，该阴极活性材料包含(a)至少一种石墨化碳黑及(aa)至少一种粘合剂，以及任选地至少一种气体可扩散穿过或任选地用作阴极活性材料的载体的固体介质，以及B)至少一个阳极，该阳极包含金属镁、金属铝、金属锌、金属钠或金属锂。可再充电的电化学电池的阴极(在本专利技术的上下文中也简称为阴极(A))包含至少一种阴极活性材料(在下文中也简称为阴极活性材料(Al))，该阴极活性材料包含至少一种石墨化碳黑(在下文中也简称为石墨化碳黑(a))及至少一种粘合剂(在本专利技术的上下文中也简称为粘合剂(aa))，以及任选地至少一种气体可扩散穿过且任选地用作阴极活性材料的载体的固体介质。在本专利技术可再充电的电化学电池的优选实施方案中，阴极⑷是气体扩散电极。石墨化碳黑及其生产原则上已为本领域熟练技术人员所知。市售实例是来自Superior Graphite 的 PureBLACK? 或来自 TOKAI CARBON C0.有限公司的 T0KABLACK? 石墨化碳黑。M.Wissler在J.Power Sources, 156(2006)，143-144中阐述石墨化碳黑的外观及形成。石墨化碳黑的一个特征通常是BET表面积比相应非石墨化碳黑低。在本专利技术可再充电的电化学电池的优选实施方案中，石墨化碳黑(a)的BET表面积在lm2/g至150m2/g范围内，优选在10m2/g至120m2/g范围内，且尤其在50m2/g至IOOm2/g范围内。BET表面积根据IS09277来测定。石墨化碳黑可通过(例如)热处理碳黑来生产，所用碳黑是通过已知碳黑生产方法之一来生产:例如炉法、气体碳黑法、灯碳黑法、乙炔碳黑法及热碳黑法。优选在超过2000°C、尤其超过2500°C的温度下实施热处理。在此操作中，具有石墨结构的区域的比例及范围增加。对于非石墨化及石墨化碳黑而言，这可借助扫描电子显微镜(SEM)或借助高分辨率透射电子显微术(HRTEM)容易地看出。此外，在石墨化碳黑的情形下，在X-射线粉末绕射图的约26° 2 Θ值处存在强信号。在本专利技术可再充电的电化学电池的另一优选实施方案中，石墨化碳黑(a)通过在超过2000°C的温度下热处理已通过选自炉法、气体碳黑法、灯碳黑法、乙炔碳黑法及热碳黑法的方法生产的碳黑获得。石墨化碳黑通常呈平均粒度优选为0.1 μ m至10 μ m、尤其为0.5μηι至Ιμπι的粒子形式。平均粒度借助显微粒度评估来测定。在电子显微镜下可看出，碳黑粒子又由众多个称为初级粒子的更小粒子组成，所述初级粒子的平均粒度优选为IOnm至200nm,尤其为40nm 至 120nm。在本专利技术可再充电的电化学电池的另一优选实施方案中，石墨化碳黑(a)呈平均粒度在0.1 μ m至10 μ m、尤其0.5μηι至Ιμπι范围内的粒子形式。除至少一种石墨化碳黑(a)以外，阴极活性材料(Al)也包含至少一种粘合剂(aa)。粘合剂(aa)通常是有机聚合物。粘合剂(aa)主要用于机械稳定阴极活性材料(Al)，因碳黑粒子通过粘合剂而彼此结合，且该粘合剂(aa)也具有使阴极活性材料充分粘附至输出导体的效应。粘合剂(aa)优选对其在电化学电池中所接触的化学品呈化学惰性。在本专利技术的一个实施方案中，粘合剂(aa)选自有机(共)聚合物。合适有机(共)聚合物的实例可为经卤化的或无卤素的。实例为聚氧化乙烯(PEO)、纤维素、羧甲基纤维素、聚乙烯醇、聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯、聚丙烯腈-甲基丙烯酸甲酯共聚物、苯乙烯-丁二烯共聚物、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物、偏二氟乙烯-六氟丙烯共聚物(PVdF-HFP)、偏二氟乙烯-四氟乙烯共聚物、全氟烷基乙烯醚共聚物、乙烯-四氟乙烯共聚物、偏二氟乙烯-氯三氟乙烯共聚物、乙烯-氯氟乙烯共聚物、任选至少经碱金属盐或氨部分中和的乙烯-丙烯酸共聚物、任选至少经碱金属盐或氨部分中和的乙烯-甲基丙烯酸共聚物、乙烯_(甲基)丙烯酸酯共聚物、聚酰亚胺及聚异丁烯。合适粘合剂尤其为聚乙烯醇及卤化(共)聚合物，例如聚氯乙烯或聚偏二氯乙烯，尤其为氟化(共)聚合物，如聚氟乙烯及尤其聚偏二氟乙烯及聚四氟乙烯。尤其合适的是四氟乙烯聚合物或与锂离子交换的也称作Li交换型Nafion?的磺化四氟乙烯聚合物。粘合剂(aa)的平均分子量Mw可在宽范围内选择，合适实例为20000本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种可再充电的电化学电池，其包含A)至少一个阴极，所述阴极包含(A1)至少一种阴极活性材料，所述阴极活性材料包含(a)至少一种石墨化碳黑及(aa)至少一种粘合剂，以及任选地至少一种气体可扩散穿过或任选地用作所述阴极活性材料的载体的固体介质，以及B)至少一个阳极，所述阳极包含金属镁、金属铝、金属锌、金属钠或金属锂。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.11.07 EP 11188009.21.一种可再充电的电化学电池，其包含 A)至少一个阴极，所述阴极包含 (Al)至少一种阴极活性材料，所述阴极活性材料包含 (a)至少一种石墨化碳黑及 (aa)至少一种粘合剂，以及 任选地至少一种气体可扩散穿过或任选地用作所述阴极活性材料的载体的固体介质， 以及 B)至少一个阳极，所述阳极包含金属镁、金属铝、金属锌、金属钠或金属锂。2.根据权利要求1的可再充电的电化学电池，其中阴极(A)是气体扩散电极。3.根据权利要求1或2的可再充电的电化学电池，其中所述石墨化碳黑(a)的BET表面积在lm2/g至150m2/g范围内。4.根据权利要求1-3中任一项的可再充电的电化学电池，其中所述石墨化碳黑(a)通过在超过2000°C的温度下热处理已通过选自炉法、气体碳黑法、灯碳黑法、乙炔碳黑法及热碳黑法的方法生产的碳黑获得。5.根据权利要求1-4中任一项的可再充电的电化学电池，其中所述石墨化碳黑(a)呈平均粒度在0.5μηι至Ιμπι范围内的粒子形式。6.根据权利要求1-5中任一项的可再充电的电化学电池，其中基于所述阴极活性材料的...
【专利技术属性】
技术研发人员：A·加祖赫，H·加斯特格尔，M·皮亚那，N·特索弗拉斯，
申请(专利权)人：巴斯夫欧洲公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE
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