[发明专利]含无机液态导体的膏状物质和由此制成的层制品及电化学构件

说明书

本发明涉及具有电化学性能的新型材料，确切地说，本发明尤其是涉及膏状物质(pastoese Masse)、由该膏状物质制成的、独立的或贴覆在基板上的且可能是柔性的层制品(Schicht)以及由此制成的复层品(Schichtverbuende)，所述的复层品可以被用作原电池组、蓄电池组、低温燃料电池、太阳能电池等。

人们多年前就开始尝试生产薄层状电化学构件(Bauelement)如蓄电池等，其目的是要获得这样的薄膜复层，该薄膜复层通过在一些电化学组件(Bestandteil)如电极和电解质之间具有相对于电化学活性材料所占体积而言是很大的接触面，而具有很好的充放电性能。在特殊情况下，人们还要求这样的复层是很柔软的，使得可以把它们卷起来或者调整成其它所需形状。

为了生产出这样的电极材料，迄今为止，人们都以固体的或粘稠的特氟龙作为原料，它混合有一定百分比的碳和特有电极材料，然后被压印或溅射到适当的分接电极上。但在这种情况下，产生的层制品不够柔软。此外，还提出了生产这样的电极层，它是用PVC、四氢呋喃或溶解在溶剂中的其它聚合物制成的，随后从中除去溶剂。但是，所生成的产品的导电性不好。

生产这样的层制品有其特别的问题，即这种层制品可以在相应的电化学结合中起电解质的作用。US 5 456 000描绘了充电式电池组电池，它们可以通过层层堆积电极元件和电解质元件而形成。其阳极使用一种薄膜，该薄膜由分散于聚合物-共聚物基体中的LiMn₂O₄粉末制成，然后烘干；其阴极由分散于聚合物-共聚物基体中的碳粉的干燥层构成。在电极层之间设置了电解质/隔膜。为此，使聚(偏1,1-二氟乙烯)-六氟丙烯-共聚物与有机增塑剂如碳酸异丙烯酯或碳酸亚乙酯反应。这些成分形成薄膜，随后将增塑剂从该层中浸提出来。将电池保持在这种非活性状态下，直到其需要使用之时。为了活化电池，把其浸泡在适当的电解液中，使得因除去增塑剂而形成的孔洞中填充液态电解质。随后，电池就可供使用了。

这种结构的缺点在于，电池必须在紧邻使用前的一段时间内进行活化。而这在大多数情况是无法接受的。

本发明的目的是提供一种膏状物质，它含有相应的液态导体(离子导体或混合型导体，尤其是电解质或至少其中一个电极)，并适用于生产可电化学活化的层制品，该层制品可应用于立即可用的适当电化学构件中，且该层制品含有这样的液态导体。这种构件应该适用于如原电池组、充电电池(蓄电池)组、低温燃料电池、太阳能电池、电化学传感器等产品的底板，它们可以呈层状，尤其是呈复层膜状，并具有良好的导电性能，而且可能很柔软；它们还不会流出，因而没有必要被安装在外壳中，尤其是密封外壳中。

上述目的可以如此实现，即：根据本发明可用于制备电化学构件的膏状物质，包括具有以下成分的混合物或由其构成：(A)一种基体，该基体含有至少一种有机聚合物、其前体物(Vorstufe)或预聚物，或由它们构成；(B)一种可电化学活化的、不溶解或基本上不溶解基体的无机液体，以及如果需要的话(C)一种粉末状固体，它相对于电化学活化液体是惰性的。这种膏状物质可以被加工成相应的独立或贴覆层(如箔，即所谓的带)，它们可以组装成电化学构件，或者与其它组成部分组合地形成这样的构件。在某些情况下，膏状物质是由成分(A)和可能存在的(C)构成的，然后凝固成层制品，并随后马上涂上成分(B)。

术语“可用于电化学构件中”是指，可电化学活化的无机液体可以是离子导电的或电子导电的液体，它适合用作液态电极材料或电解液。能够改变其化学计量值(这与价态变化和电荷传输有关)的电子导电液体也属于这个范畴。这种液体能够代替固体的嵌入电极。

这种物质通过使用适当的基体(A)，并最好与起填充支承作用的粉末固体(C)一起使用而具有膏状粘稠度。此外，术语“膏状”应该是指，所述物质在制成后，可通过常用的膏剂涂覆方法进行加工，例如进行涂抹、用刮刀涂抹、擦涂或用各种压印方法，把所述物质涂到基板上，或者可以将其加工成薄膜。根据需要，其粘稠度可以从较稀到很粘稠。