Untersuchungen zu Struktur-Eigenschaftsbeziehungen an porösen Elektroden für implantierbare Li/MnO₂-Batterien

Für die Energieversorgung medizinischer Implantate werden seit mehreren Jahren Lithium/Mangandioxid-Primärbatterien eingesetzt. Die Leistungsfähigkeit der Batterie wird dabei maßgeblich durch die Struktur der porösen Kathode bestimmt. Diese kompaktierte Feststoffelektrode enthält als elektrochemisch aktives Material Mangandioxid (MnO₂) sowie weitere pulverförmige Additive. Durch Fraktionierung des Aktivmaterials kann die Struktur der Kathode gezielt beeinflusst werden. Verringert man die mittlere Partikelgröße eines Pulversystems, vergrößert sich die spezifische Oberfläche, zudem werden Diffusionswege für Lithiumionen innerhalb des Einzelpartikels verkürzt. Es ist jedoch bekannt, dass bei Verringerung der Partikelgröße die Oberflächenkräfte dominieren und zu einer verstärkten Agglomerationsneigung des Pulvers führen. Hieraus resultieren Kathoden mit höherer Porosität aber geringerer Packungsdichte. Mit zunehmender mittlerer Partikelgröße können größere Packungsdichten erreicht werden, was zur Verbesserung der Aktivmassebeladung und der Energiedichte der Batterie beiträgt. Die vorgestellte Untersuchung beschäftigt sich mit den Einflüssen der Partikelgrößenverteilung der Aktivmasse auf die Struktur der Kathode und die hieraus resultierenden Eigenschaften von Primärbatterien. Entgegen dem Stand der Technik konnte der positive Einfluss der Partikelgrößenverringerung des Aktivmaterials für die hier untersuchten Batterietypen nicht bestätigt werden.