DE102015224335A1 - Feststoffelektrode mit elektrolytgetränkten Aktivmaterialpartikeln - Google Patents

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Feststoffelektrode. Um die intrinsischen Eigenschaften eines porösen Aktivmaterials in Bezug auf Kapazität und damit Energiedichte sowie Raten- beziehungsweise Hochstromfähigkeit stärker auszuschöpfen, werden in dem Verfahren poröse Aktivmaterialpartikel (10) mit einer ionenleitenden, insbesondere monomer- und/oder oligomerhaltigen, Flüssigkeit getränkt und aus den getränkten Aktivmaterialpartikeln (11, 12) unter Zugabe mindestens eines Festelektrolyten eine Feststoffelektrode ausgebildet. Darüber hinaus betrifft die Erfindung derartige Feststoffelektroden und Feststoffzellen.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Feststoffelektrode, Feststoffelektroden und Feststoffzellen.
  • Stand der Technik
  • In Batteriezellen, insbesondere Lithium-Batteriezellen, werden derzeit meist Flüssigelektrolyte verwendet.
  • Bei Feststoffzellen handelt es sich um spezielle Batteriezellen, in denen feste beziehungsweise gelförmige Elektrolyte verwendet werden.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung einer Feststoffelektrode. Insbesondere kann das Verfahren auch zur Herstellung einer Feststoffzelle ausgelegt sein.
  • In dem Verfahren werden (zunächst), beispielsweise in einem Verfahrensschritt a), poröse Aktivmaterialpartikel mit einer ionenleitenden, insbesondere lithiumionenleitenden, Flüssigkeit getränkt. Insbesondere können dabei die offenen Poren der porösen Aktivmaterialpartikel infiltriert und/oder im Wesentlichen vollständig mit der ionenleitenden, insbesondere lithiumionenleitenden, Flüssigkeit ausgefüllt werden. Aus den getränkten Aktivmaterialpartikeln kann (schließlich), beispielsweise in einem Verfahrensschritt b), unter Zugabe mindestens eines Festelektrolyten eine Feststoffelektrode ausgebildet werden.
  • Unter einer Feststoffelektrode kann insbesondere eine Elektrode verstanden werden, welche mindestens einen Festelektrolyten umfasst und/oder als solche fest ist. Beispielsweise kann eine Feststoffelektrode als Elektrolyt/e, insbesondere hauptsächlich, beispielsweise ≥ 50 Vol.-%, zum Beispiel ≥ 75 Vol.-%, bezogen auf das Gesamtvolumen der Elektrolyte der Elektrode, Festelektrolyte umfassen.
  • Unter einem Festelektrolyten kann insbesondere ein fester oder gelförmiger Elektrolyt verstanden werden. Beispielsweise kann ein Festelektrolyt ein, beispielsweise fester oder gelförmiger, Polymerelektrolyt, zum Beispiel ein einzelionenleitender Polyelektrolyt und/oder ein Polymer-Gel-Elektrolyt, und/oder ein, beispielsweise fester, insbesondere anorganischer, zum Beispiel keramischer und/oder glasartiger, Ionenleiter sein.
  • Unter einem Polymerelektrolyten kann insbesondere ein Festelektrolyt verstanden werden, welcher auf mindestens einem Polymer basiert. Zum Beispiel kann ein Polymerelektrolyt auf mindestens einem, insbesondere festen, Polymer, zum Beispiel Polyethylenoxid (PEO), in dem mindestens ein Leitsalz gelöst ist, oder auf einem einzelionenleitenden Polyelektrolyten (Englisch: SIC; Single Ion Conductor) basieren.
  • Unter einem einzelionenleitenden Polyelektrolyten kann insbesondere ein, insbesondere festes, Polymer verstanden werden, in welchem lediglich die elektrochemisch aktive Spezies, insbesondere kationische Ionen (Kationen), beispielsweise Alkaliionen, zum Beispiel – wie im Falle einer Lithiumzelle – Lithiumionen (Li+), mobil ist beziehungsweise sind und/oder in welchem deren Gegenion/en, insbesondere anionische Ionen (Anionen), unmobil, insbesondere kovalent angebunden, ist beziehungsweise sind.
  • Gegebenenfalls kann ein Polymerelektrolyt weiterhin einen oder mehrere flüssige Bestandteile, wie Lösungsmitteln und/oder Gelbildnern (Plasticiser), beispielsweise mindestens ein organisches Carbonat, zum Beispiel Ethylencarbonat (EC) und/oder Propylencarbonat (PC), und/oder mindestens einen niedermolekularen Polyether, beispielsweise Polyethylenglycol (PEG400), und/oder mindestens eine ionische Flüssigkeit (Englisch: Ionic Liquid), umfassen. Derartige Polymerelektrolyte, zum Beispiel auf der Basis mindestens eines, insbesondere festen, Polymers, beispielsweise Polyethylenoxid (PEO) und/oder Polyacrylnitril (PAN) und/oder Polyvinylidenfluorid (PVDF), und mindestens einer gelbildenden Flüssigkeit, beispielsweise mindestens eines gelbildenden Lösungsmittels, zum Beispiel mindestens eines organischen Carbonats, beispielsweise Ethylencarbonat und/oder Propylencarbonat, und/oder mindestens eines niedermolekularen Polyethers, beispielsweise Polyethylenglycol (PEG400), und/oder mindestens einer ionischen Flüssigkeit, können beispielsweise gelförmig sein und insbesondere auch als Polymer-Gel-Elektrolyt bezeichnet werden.
  • Unter einem Oligomerelektrolyten kann insbesondere ein Elektrolyt verstanden werden, welcher auf mindestens einem Oligomer basiert.
  • Unter einem Oligomer kann insbesondere eine chemische Verbindung verstanden werden, welche aus 2 bis 100, beispielsweise aus 4 bis 100, zum Beispiel bis 30, strukturell gleichen oder ähnlichen Einheiten ausgebildet ist und eine Molmasse von kleiner oder gleich 10.000 g/mol aufweist.
  • Zum Beispiel kann ein Oligomerelektrolyt auf mindestens einem, beispielsweise viskosen, Oligomer, zum Beispiel Polyethylenglycol, beispielsweise mit einer Molmasse von 400 g/mol (PEG400), in dem mindestens ein Leitsalz gelöst ist, oder auf einem einzelionenleitenden Oligoelektrolyten basieren.
  • Unter einem einzelionenleitenden Oligoelektrolyten (Englisch: SIC; Single Ion Conductor) kann insbesondere ein, beispielsweise viskoses, Oligomer verstanden werden, in welchem lediglich die elektrochemisch aktive Spezies, insbesondere kationische Ionen (Kationen), beispielsweise Alkaliionen, zum Beispiel – wie im Falle einer Lithiumzelle – Lithiumionen (Li+), mobil ist beziehungsweise sind und/oder in welchem deren Gegenion/en, insbesondere anionische Ionen (Anionen), unmobil, insbesondere kovalent angebunden, ist beziehungsweise sind.
  • Unter einem ionenleitenden, beispielsweise lithiumionenleitenden, Material, zum Beispiel einer ionenleitenden, beispielsweise lithiumionenleitenden, Flüssigkeit, kann insbesondere ein Material verstanden werden, welches zu leitende, insbesondere mobile, Ionen, zum Beispiel Lithiumionen, umfasst. Beispielsweise kann das ionenleitende Material, zum Beispiel die ionenleitende Flüssigkeit, dabei die Ionen in Form eines Leitsalzes, zum Beispiel eines Lithium-Leitsalzes, insbesondere mit mobilen, kationischen Ionen, zum Beispiel Lithiumionen, und mobilen, anionischen Gegenionen, zum Beispiel Lithium-Leitsalz-Anionen, und/oder in Form eines einzelionenleitenden Polyelektrolyten und/oder Oligoelektrolyten, insbesondere mit mobilen, kationischen Ionen, zum Beispiel Lithiumionen, und unmobilen, insbesondere kovalent angebundenen, anionischen Gegenionen, umfassen.
  • Unter einem ionenleitfähigen, beispielsweise lithiumionenleitfähigen, Material, zum Beispiel einem ionenleitfähigen, beispielsweise lithiumionenleitfähigen, Lösungsmittel beziehungsweise Polymer, kann insbesondere ein Material verstanden werden, welches selbst frei von den zu leitenden Ionen, zum Beispiel Lithiumionen, sein kann, jedoch dazu ausgelegt ist, Gegenionen der zu leitenden Ionen, zum Beispiel Lithium-Leitsalz-Anionen, zu koordinieren beziehungsweise die zu leitenden Ionen selbst, zum Beispiel Lithiumionen, zu koordinieren und/oder solvatisieren, und beispielsweise unter Zugabe der zu leitenden Ionen, zum Beispiel Lithiumionen, insbesondere in Form eines Leitsalzes, zum Beispiel eines Lithium-Leitsalzes, und/oder eines einzelionenleitenden Polyelektrolyten und/oder Oligoelektrolyten ionenleitend, beispielsweise lithiumionenleitend, wird.
  • Unter einer Feststoffzelle kann insbesondere eine elektrochemische Zelle verstanden werden, welche mindestens eine Feststoffelektrode und/oder mindestens einen Festelektrolyten umfasst. Insbesondere kann eine Feststoffzelle aus Bauteilen, zum Beispiel einer Kathode, einer Anode und einer oder mehreren Separator- und/oder Schutz-Schichten sowie Stromableiter/n, ausgebildet sein, welche als solche fest sind. Zum Beispiel kann eine Feststoffzelle eine Feststoffelektrode, zum Beispiel eine Feststoffkathode, und eine weitere feste Elektrode, zum Beispiel eine metallische Anode, oder zwei Feststoffelektroden, zum Beispiel eine Feststoffkathode und eine Feststoffanode, sowie eine oder mehrere feste Separator- und/oder Schutz-Schichten, zum Beispiel auf Festelektrolyt-Basis, und feste Stromableiter, zum Beispiel einen metallischen Kathodenstromableiter und/oder einen metallischen Anodenstromableiter, umfassen oder daraus ausgebildet sein.
  • Ionenleitende Flüssigkeiten können vorteilhafterweise in feinere und/oder tiefliegendere Poren von porösen Aktivmaterialpartikel eindringen und diese deutlich höher, gegebenenfalls sogar vollständig, ausfüllen als Festelektrolyte. So kann durch die ionenleitende Flüssigkeit vorteilhafterweise der Ausfüllungsgrad erhöht und insbesondere die ionische Kontaktierung der gesamten, nämlich insbesondere auch inneren Oberfläche des porösen Aktivmaterials deutlich verbessert werden. Dadurch kann zum Einen die Teilnahme des Aktivmaterials am elektrochemischen Prozess der elektrochemischen Zellreaktion und auf diese Weise die Ausnutzung der Kapazität des Aktivmaterials in der Elektrode und damit verknüpft die nutzbare spezifische Energiedichte deutlich verbessert werden. Zum Anderen können so Übergangswiderstände reduziert werden, da im Fall von ansonsten elektrolytfreien Poren der Ionentransport über das Aktivmaterial erfolgen müsste, welches üblicherweise eine deutlich geringere intrinsische Ionenleitfähigkeit aufweist. Dies ermöglicht es wiederum vorteilhafterweise, dass die Raten- beziehungsweise Hochstromfähigkeit der Zelle vergleichsweise verbessert werden kann. Durch die Zugabe des mindestens eines Festelektrolyten bei der Ausbildung der Feststoffelektrode können vorteilhafterweise die Partikel zusätzlich von Außen ionische Kontaktiert und die mechanische Stabilität der Elektrode verbessert werden.
  • Insgesamt kann so vorteilhafterweise eine Feststoffelektrode auf der Basis eines porösen Aktivmaterials mit verbesserten intrinsischen Eigenschaften in Bezug auf Kapazität und damit Energiedichte sowie Raten- beziehungsweise Hochstromfähigkeit bereitgestellt werden.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren hat sich insbesondere bei hochporösen Materialien, wie schwefel-basierten Aktivmaterialien, zum Beispiel dem später erläuterten SPAN, als besonders vorteilhaft erwiesen.
  • Im Rahmen einer Ausführungsform wird als ionenleitende, insbesondere lithiumionenleitende, Flüssigkeit eine monomer- und/oder oligomerhaltige, ionenleitende, insbesondere lithiumionenleitende, Flüssigkeit eingesetzt. Insbesondere können dabei die offenen Poren der porösen Aktivmaterialpartikel infiltriert und/oder im Wesentlichen vollständig mit der monomer- und/oder oligomerhaltigen, ionenleitende Flüssigkeit ausgefüllt werden. Die monomer- und/oder oligomerhaltige ionenleitende Flüssigkeit kann dabei insbesondere Monomere und/oder Oligomere zur Ausbildung eines Polymerelektrolyten und/oder Oligomerelektrolyten enthalten. Zum Beispiel können dabei die Monomere und/oder Oligomere zur Ausbildung eines Polymerelektrolyten und/oder Oligomerelektrolyten mittels Polymerisation und/oder Oligomerisation und/oder Vernetzung ausgelegt sein.
  • Monomere und Oligomere können vorteilhafterweise – insbesondere aufgrund ihrer geringen Größe und/oder ihres geringen Molekulargewichts – in deutlich kleinere Poren eindringen als Polymere, welche über eine deutlich größere Größe (Knäulgröße) und ein deutlich höheres Molekulargewicht verfügen. Daher kann die monomer- und/oder oligomerhaltige, ionenleitende Flüssigkeit und damit der daraus ausgebildete Polymerelektrolyt und/oder Oligomerelektrolyt vorteilhafterweise deutlich tiefer in die offenen Poren der porösen Aktivmaterialpartikel eindringen und diese deutlich höher, gegebenenfalls sogar vollständig, ausfüllen als ein herkömmlich lediglich äußerlich applizierter Polymerelektrolyt, welcher beispielsweise durch einen herkömmlichen Pastenprozess mit einer lösungsmittelbasierten Paste appliziert wird, deren Lösungsmittel später wieder entfernt wird und dabei wieder freies Porenvolumen schafft und/oder welcher über eine die Porengröße überschreitende Knäulgröße verfügt und/oder welcher gar durch einen Trockenmischprozess, in dem Polymerelektrolyte aufgrund ihrer hohen Viskosität, wenn überhaupt nur ansatzweise in feine, offene Poren des Aktivmaterials eindringen können, appliziert wird. Dadurch, dass der aus den Monomeren und/oder Oligomeren ausgebildete Polymerelektrolyt und/oder Oligomerelektrolyt auch in feinen und/oder tiefliegenden Poren des porösen Aktivmaterials ausgebildet wird und diese gegebenenfalls sogar vollständig füllen kann, kann vorteilhafterweise der Ausfüllungsgrad erhöht und insbesondere die ionische Kontaktierung der gesamten, nämlich inneren und äußeren, Oberfläche des Aktivmaterials deutlich verbessert werden. So können – wie bereits erläutert – die intrinsischen Eigenschaften des porösen Aktivmaterials in Bezug auf Kapazität und damit Energiedichte sowie Raten- beziehungsweise Hochstromfähigkeit verbessert und insbesondere deutlich stärker ausgeschöpft werden als dies durch die alleinige Verwendung eines poröse Aktivmaterialpartikel einbettenden Festelektrolyten, wie eines Polymerelektrolyten, möglich ist.
  • Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform sind die Monomere und/oder Oligomere zur Ausbildung eines Polymerelektrolyten und/oder Oligomerelektrolyten, zur Ausbildung eines einzelionenleitenden Polyelektrolyten und/oder Oligoelektrolyten und/oder zur Ausbildung eines ionenleitfähigen, insbesondere lithiumionenleitfähigen, beispielsweise festen, Polymers und/oder eines ionenleitfähigen, insbesondere lithiumionenleitfähigen, beispielsweise viskosen, Oligomers ausgelegt.
  • Insofern die, insbesondere monomer- und/oder oligomerhaltige, ionenleitende Flüssigkeit Monomere und/oder Oligomere enthält, welche zur Ausbildung eines ionenleitfähigen, insbesondere lithiumionenleitfähigen, Polymers und/oder Oligomers ausgelegt sind, enthält die ionenleitende, beispielsweise lithiumionenleitende, Flüssigkeit und/oder gegebenenfalls die später erläuterte weitere Flüssigkeit insbesondere mindestens ein Leitsalz, beispielsweise Lithium-Leitsalz, zum Beispiel Lithiumbis(trifluormethansulfonyl)imid (LiTFSI), und/oder Monomere und/oder Oligomere zur Ausbildung eines einzelionenleitenden Polyelektrolyten und/oder Oligoelektrolyten. So kann das aus den Monomeren und/oder Oligomeren ausgebildete ionenleitfähige Polymer und/oder Oligomer ionenleitend werden und auf diese Weise ein Polymerelektrolyt und/oder Oligomerelektrolyt ausgebildet werden. Dadurch, dass die ionenleitende Flüssigkeit mindestens ein Leitsalz umfasst, kann dabei vorteilhafterweise eine besonders hohe und konstante Leitsalzkonzentration über alle Poren der porösen Aktivmaterialpartikel erzielt werden.
  • Insofern die monomer- und/oder oligomerhaltige, ionenleitende Flüssigkeit Monomere und/oder Oligomere enthält, welche zur Ausbildung eines einzelionenleitenden Polyelektrolyten und/oder Oligoelektrolyten ausgelegt sind, der auf mindestens einem, insbesondere festen, Polymer beziehungsweise mindestens einem, insbesondere viskosen, Oligomer basiert, in welchem Leitsalz-Anionen unmobil, insbesondere kovalent angebunden, sind, enthält die ionenleitende, beispielsweise lithiumionenleitende, Flüssigkeit zumindest die entsprechenden Leitsalz-Kationen, beispielsweise Lithiumionen, als Gegenionen.
  • Im Rahmen einer speziellen Ausgestaltung sind die Monomere und/oder Oligomere zur Ausbildung eines Polymerelektrolyten und/oder Oligomerelektrolyten, zur Ausbildung eines einzelionenleitenden Polyelektrolyten und/oder Oligoelektrolyten ausgelegt. Einzelionenleitende Polyelektrolyte und/oder Oligoelektrolyte können vorteilhafterweise – insbesondere, bedingt durch die kovalente Anbindung des Gegenanions – Lithiumkation-Überführungszahlen nahe 1 aufweisen. Dies ermöglicht es vorteilhafterweise insbesondere bei hohen, über längere Zeiträume applizierten Stromdichten die Ausbildung von Konzentrationsgradienten, welche ansonsten zu hohen Überspannungen führen und die erreichbaren Stromdichten selbst begrenzen könnten, gegenüber herkömmlichen Polymerelektrolyten auf der Basis eines ionenleitfähigen, insbesondere lithiumionenleitfähigen, Polymers mit darin gelöstem Lithiumsalz, welche üblicherweise lediglich eine Überführungszahl (Transferzahl; Englisch: Transference number) deutlich < 0,5, meist um 0,25, aufweisen, deutlich zu reduzieren.
  • Im Rahmen einer weiteren, alternativen oder zusätzlichen Ausführungsform wird als ionenleitende, insbesondere lithiumionenleitende, Flüssigkeit ein Flüssigelektrolyt eingesetzt. Zum Beispiel kann der Flüssigelektrolyt mindestens ein ionenleitfähiges, insbesondere lithiumionenleitfähiges, Lösungsmittel, zum Beispiel mindestens ein organisches Carbonat, und mindestens ein Leitsalz, zum Beispiel Lithium-Leitsalz, umfassen. Flüssigelektrolyte können vorteilhafterweise auch in feine und tiefliegende Poren eindringen und diese deutlich höher, gegebenenfalls sogar vollständig, ausfüllen als Festelektrolyte und auf diese Weise den Ausfüllungsgrad erhöhen und insbesondere die ionische Kontaktierung der gesamten, nämlich inneren und äußeren, Oberfläche des Aktivmaterials deutlich verbessern. So können – wie bereits erläutert – die intrinsischen Eigenschaften des porösen Aktivmaterials in Bezug auf Kapazität und damit Energiedichte sowie Raten- beziehungsweise Hochstromfähigkeit verbessert und insbesondere deutlich stärker ausgeschöpft werden als dies durch die alleinige Verwendung eines poröse Aktivmaterialpartikel einbettenden Festelektrolyten, wie eines Polymerelektrolyten, möglich ist.
  • Grundsätzlich ist es also möglich, dass die Poren der porösen Aktivmaterialpartikel mit einer flüssigen oder viskosen Flüssigkeit, beispielsweise viskosen Oligomeren und/oder Flüssigelektrolyt, getränkt werden beziehungsweise sind und die Elektrode insgesamt lediglich aufgrund des zugegebenen mindestens einen Festelektrolyten eine Feststoffelektrode darstellt. So kann das Herstellungsverfahren vorteilhafterweise besonders einfach ausgestaltet werden. Insbesondere insofern die Oligomere eine ausreichend hohe Viskosität aufweisen, kann auf die im Folgenden erläuterte Polymerisation und/oder Vernetzung verzichtet und das Verfahren auf diese Weise einfach gehalten werden. Beispielsweise insofern zum vollständigen Durchdringen der Poren der porösen Aktivmaterialpartikel jedoch eine geringe Viskosität der Oligomere erforderlich ist und zum Beispiel nicht auf andere Weise bewirkt werden soll oder kann, dass die Oligomere die Poren vollständig durchdringen, zum Beispiel insofern die ionenleitende Flüssigkeit lösungsmittelfrei ausgestaltet werden soll und/oder die Oligomere eine geringe Löslichkeit in Lösungsmitteln aufweisen, können zum Beispiel Oligomere mit einer geringen Molmasse und/oder Monomere eingesetzt werden, welche wie im Folgenden erläutert dann polymerisiert und/oder vernetzt werden können.
  • Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform werden daher die Monomere und/oder Oligomere, insbesondere unter Ausbildung eines Polymerelektrolyten und/oder Oligomerelektrolyten, (dann), zum Beispiel nach dem Tränken der porösen Aktivmaterialpartikel mit der ionenleitenden Flüssigkeit beziehungsweise in einem Verfahrensschritt a’), polymerisiert und/oder vernetzt.
  • Dadurch, dass die Monomere und/oder Oligomere nach dem Tränken der porösen Aktivmaterialpartikel mit der ionenleitenden Flüssigkeit innerhalb der Poren beispielsweise polymerisiert und/oder vernetzt werden, kann vorteilhafterweise zum Einen ein, insbesondere fester oder zumindest gelförmiger, Polymerelektrolyt und/oder ein, insbesondere fester, gelförmiger oder zumindest (hoch) viskoser, Oligomerelektrolyt ausgebildet werden, welcher auch die Poren im Inneren der porösen Partikel durchdringt. So können vorteilhafterweise – im Gegensatz zu herkömmlich von außen applizierten Festelektrolyten, beispielsweise Polymerelektrolyten, welche lediglich teilweise in die äußersten Poren eindringen können – ionenleitende Pfade ausgebildet werden, welche das Innere der porösen Aktivmaterialpartikel durchdringen. Dadurch kann wiederum vorteilhafterweise die Ionenleitfähigkeit innerhalb der porösen Aktivmaterialpartikel deutlich erhöht werden. Zum Anderen kann so vorteilhafterweise erzielt werden, dass der aus den Monomeren und/oder Oligomeren ausgebildete Polymerelektrolyt und/oder Oligomerelektrolyt das Innere der porösen Aktivmaterialpartikel auch mechanisch, beispielsweise netzwerkartig, durchdringt. So kann wiederum vorteilhafterweise vermieden werden, dass der aus den Monomeren und/oder Oligomeren ausgebildete Polymerelektrolyt und/oder Oligomerelektrolyt bei Folgeprozessen durch Lösungsmittel wieder aus den Poren der porösen Aktivmaterialpartikel herausgelöst werden kann. Da sich der aus den Monomeren und/oder Oligomeren ausgebildete Polymerelektrolyt und/oder Oligomerelektrolyt vorteilhafterweise von den Öffnungsflächen der äußersten Poren der porösen Aktivmaterialpartikel bis hin zu tief innen liegenden Poren und durch die porösen Aktivmaterialpartikel hindurch erstrecken kann, kann zudem vorteilhafterweise ermöglicht werden, dass die beim Ausbilden der Feststoffelektrode zugesetzte Menge an Festelektrolyt reduziert und/oder beispielsweise auch ein Trockenbeschichtungsprozess zur Ausbildung der Elektrode verwendet werden kann.
  • Das Vernetzen der Monomere und/oder Oligomere kann beispielsweise mittels in Monomer- beziehungsweise Oligomergruppen integrierte und/oder endständige Vernetzungseinheiten erfolgen.
  • Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform werden die Monomere und/oder Oligomere und/oder der daraus, insbesondere durch Polymerisation und/oder Vernetzung, ausgebildete Polymerelektrolyt und/oder Oligomerelektrolyt chemisch, insbesondere kovalent, an funktionelle Gruppen an der Oberfläche der porösen Aktivmaterialpartikel angeknüpft. Beispielsweise können die Monomere und/oder Oligomere und/oder der daraus ausgebildete Polymerelektrolyt und/oder Oligomerelektrolyt an funktionelle Gruppen an der Oberfläche der porösen Aktivmaterialpartikel aufgepfropft beziehungsweise aufpolymerisiert (Englisch: Grafting) werden. Durch die chemische, insbesondere kovalente, Anbindung an das Aktivmaterial kann vorteilhafterweise verhindert werden, dass der Polymerelektrolyt und/oder Oligomerelektrolyt bei Folgeprozessen durch Lösungsmittel wieder aus den Poren der porösen Aktivmaterialpartikel herausgelöst werden kann. Bei Aktivmaterialpartikeln aus den später erläuterten Schwefel-Polymer-Kompositen, beispielsweise Schwefel-Polyacrylnitril-Kompositen, kann gegebenenfalls direkt an funktionelle Gruppen an der Oberfläche der porösen Aktivmaterialpartikel aufgepfropft beziehungsweise aufpolymerisiert werden und beispielsweise auf einen zusätzlichen Prozessschritt zum vorherige Einbringen einer entsprechenden Funktionalisierung verzichtet werden.
  • Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform enthält die, insbesondere monomer- und/oder oligomerhaltige, ionenleitende Flüssigkeit weiterhin einen Polymerisationsinitiator und/oder einen Vernetzungsinitiator und/oder einen Verknüpfungsinitiator, zum Beispiel einen Radikalstarter, wie Azobis(isobutyronitril) (AIBN). So kann vorteilhafterweise die Polymerisations- und/oder Vernetzungs- und/oder Verknüpfungsreaktion gezielt gestartet werden.
  • Im Rahmen einer weiteren, zusätzlichen oder alternativen Ausführungsform wird die Polymerisations- und/oder Vernetzungs- und/oder Verknüpfungsreaktion durch Erhitzen beziehungsweise thermisch und/oder durch Bestrahlen beziehungsweise strahlungsinduziert, insbesondere UV-induziert, gestartet. So kann die Polymerisations- und/oder Vernetzungs- und/oder Verknüpfungsreaktion vorteilhafterweise auf einfache Weise gezielt gestartet werden. Durch Erhitzen beziehungsweise thermisches Induzieren kann vorteilhafterweise auch in innenliegenden, offenen Poren eine Polymerisations- und/oder Vernetzungs- und/oder Verknüpfungsreaktion gestartet werden. Durch Bestrahlen beziehungsweise Strahlungsinduktion kann in außenliegenden, offenen Poren eine Polymerisations- und/oder Vernetzungs- und/oder Verknüpfungsreaktion gestartet und auf diese Weise zumindest eine vorteilhafte Einkapselung erzielt werden.
  • Insofern flüssige Monomere und/oder Oligomere eingesetzt werden, kann die, insbesondere monomer- und/oder oligomerhaltige, ionenleitende Flüssigkeit insbesondere lösungsmittelfrei sein. So kann vorteilhafterweise der Füllungsgrad der Poren des porösen Aktivmaterials mit dem auszubildenden Polymerelektrolyten und/oder Oligomerelektrolyten maximiert werden.
  • Es ist jedoch auch möglich, dass die, insbesondere monomer- und/oder oligomerhaltige, ionenleitende Flüssigkeit (weiterhin) mindestens ein Lösungsmittel enthält. In dem mindestens einen Lösungsmittel der ionenleitenden Flüssigkeit können beispielsweise die Monomere und/oder Oligomere gelöst sein.
  • Insofern die, insbesondere monomer- und/oder oligomerhaltige, ionenleitende Flüssigkeit Monomere und/oder Oligomere enthält, welche zur Ausbildung eines Polymerelektrolyten und/oder Oligomerelektrolyten ausgelegt sind, der auf mindestens einem, insbesondere festen, Polymer beziehungsweise mindestens einem, insbesondere viskosen, Oligomer basiert, in dem mindestens ein Leitsalz gelöst ist, kann in dem mindestens einen Lösungsmittel der ionenleitenden Flüssigkeit insbesondere auch das mindestens eine Leitsalz, beispielsweise Lithium-Leitsalz, zum Beispiel Lithiumbis(trifluormethansulfonyl)imid (LiTFSI), gelöst sein.
  • Zum Beispiel kann die ionenleitende Flüssigkeit mindestens ein wieder entfernbares Lösungsmittel enthalten. Das mindestens eine wieder entfernbares Lösungsmittel kann (dann), zum Beispiel in einem Verfahrensschritt a’’), beispielsweise nach dem Tränken, zum Beispiel nach Verfahrensschritt a), und beispielsweise nach dem optionalen Polymerisieren und/oder Vernetzen, zum Beispiel nach Verfahrensschritt a’), und beispielsweise vor dem Ausbilden der Feststoffelektrode, zum Beispiel vor Verfahrensschritt b), beispielsweise durch einen Trocknungsprozess, wieder entfernt werden.
  • Es ist jedoch auch möglich, dass die ionenleitende Flüssigkeit – gegebenenfalls zusätzlich zu dem mindestens einen wieder entfernbaren Lösungsmittel – mindestens ein verbleibendes, gelbildendes Lösungsmittel, zum Beispiel mindestens ein organisches Carbonat, wie Ethylencarbonat und/oder Propylencarbonat, enthält. Das mindestens eine verbleibende, gelbildende Lösungsmittel kann (dann), beispielsweise nach dem Entfernen des mindestens einen wieder zu entfernenden Lösungsmittels, zum Beispiel nach Verfahrensschritt a’’), in den Poren der porösen Aktivmaterialpartikel verbleiben. So kann vorteilhafterweise in den Poren des porösen Aktivmaterials direkt eine Art Gel-Elektrolyt gebildet und auf diese Weise die Lithiumionenmobilität verbessert werden.
  • In dem mindestens einen Lösungsmittel der ionenleitenden Flüssigkeit, beispielsweise in dem mindestens einen wieder entfernbaren Lösungsmittel und/oder in dem mindestens einen verbleibenden, gelbildenden Lösungsmittel, kann beispielsweise (weiterhin) – insbesondere zusätzlich zu den Monomeren und/oder Oligomeren und/oder dem mindestens einen Leitsalz – der Polymerisationsinitiator und/oder der Vernetzungsinitiator und/oder Verknüpfungsinitiator gelöst sein.
  • Insofern die ionenleitende Flüssigkeit mindestens ein wieder entfernbares Lösungsmittel enthält, kann das Tränken mit der, insbesondere monomer- und/oder oligomerhaltigen, ionenleitenden Flüssigkeit, das optionale Polymerisieren und/oder Vernetzen und/oder Verknüpfen und das Entfernen des mindestens einen wieder entfernbaren Lösungsmittels, beispielsweise Verfahrensschritt a), optional Verfahrensschritt a’) sowie Verfahrensschritt a’’), zum Beispiel mindestens einfach, beispielsweise mehrfach, wiederholt werden. So kann vorteilhafterweise auch im Fall einer lösungsmittelhaltigen, ionenleitenden Flüssigkeit der Füllungsgrad der Poren des porösen Aktivmaterials mit dem auszubildenden Polymerelektrolyten und/oder Oligomerelektrolyten gesteigert werden.
  • Die Benetzungseigenschaften der, insbesondere monomer- und/oder oligomerhaltigen, ionenleitenden Flüssigkeit beziehungsweise des mindestens einen Lösungsmittels der ionenleitenden Flüssigkeit können insbesondere bezüglich des verwendeten Aktivmaterials so eingestellt werden, dass die inneren Poren der porösen Aktivmaterialpartikel möglichst vollständig benetzt werden. Vorzugsweise werden die Benetzungseigenschaften dabei derart eingestellt, dass der Benetzungswinkel zwischen der ionenleitenden Flüssigkeit und den porösen Aktivmaterialpartikeln weniger als 30 ° beträgt und insbesondere möglichst nahe bei 0 ° liegt.
  • Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform werden die getränkten Aktivmaterialpartikel vor dem Ausbilden der Feststoffelektrode mit einer weiteren Flüssigkeit behandelt. Dabei kann die weitere Flüssigkeit beispielsweise mindestens ein gelbildendes und/oder ionenleitfähiges, beispielsweise lithiumionenleitfähiges, Lösungsmittel, zum Beispiel mindestens ein organisches Carbonat, und/oder mindestens einen Flüssigelektrolyten, beispielsweise aus mindestens einem ionenleitfähigen, insbesondere lithiumionenleitfähigen, Lösungsmittel, zum Beispiel mindestens einem organischen Carbonat, und mindestens einem Leitsalz, zum Beispiel Lithium-Leitsalz, enthalten. Dabei kann die mindestens eine weitere Flüssigkeit vorteilhafterweise in verbliebenes Porenvolumen der getränkten Aktivmaterialpartikel eindringt und/oder den Polymerelektrolyten und/oder Oligomerelektrolyten zu einem Gel-Elektrolyten quellen, so dass dieser das Porenvolumen der getränkten Aktivmaterialpartikel möglichst vollständig ausfüllt. So kann vorteilhafterweise die Ionenmobilität innerhalb des Systems und damit die Ionenleitfähigkeit weiter erhöht werden.
  • Insofern die ionenleitende Flüssigkeit Monomere und/oder Oligomere zur Ausbildung eines einzelionenleitenden Polyelektrolyten und/oder Oligoelektrolyten umfasst, kann die Überführungszahl durch Zugabe von, insbesondere mobilen, Leitsalzen und/oder Flüssigelektrolyten sinken. In diesem Fall kann die weitere Flüssigkeit insbesondere, beispielsweise lediglich, mindestens ein gelbildendes und/oder ionenleitfähiges, beispielsweise lithiumionenleitfähiges, Lösungsmittel, zum Beispiel mindestens ein organisches Carbonat, enthalten und/oder frei von, insbesondere freien beziehungsweise mobilen, Leitsalzen und/oder Flüssigelektrolyten sein. So kann vorteilhafterweise hierbei eine möglichst hohe Überführungszahl, insbesondere nahe 1, erzielt werden. Dennoch kann auch bei einzelionenleitenden Polyelektrolyten und/oder Oligoelektrolyten die Zugabe von geringen Mengen an Leitsalz und/oder Flüssigelektrolyten, insbesondere trotz einer Reduktion der Überführungszahl, auf die Gesamttransporteigenschaften des Elektrolyten innerhalb der Poren der porösen Aktivmaterialpartikel, beispielsweise bei einer gemeinsamen Berücksichtigung der Überführungszahl und der ionischen Leitfähigkeit und/oder der Ionenkonzentration, einen positiven Einfluss haben.
  • Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform enthält die, insbesondere monomer- und/oder oligomerhaltige, ionenleitende Flüssigkeit weiterhin Monomere und/oder Oligomere zur Ausbildung eines, insbesondere ionenleitfähigen, beispielsweise lithiumionenleitfähigen, Polymers, welches eine niedrigere Glasübergangstemperatur und/oder eine höhere Leitsalzlöslichkeit und/oder -Koordinationsfähigkeit aufweist als der aus den Monomeren und/oder Oligomeren zur Ausbildung eines Polymerelektrolyten und/oder Oligomerelektrolyten ausgebildete Polymerelektrolyt und/oder Oligomerelektrolyt, insbesondere einzelionenleitende Polyelektrolyt und/oder Oligoelektrolyt. So kann vorteilhafterweise – trotzdem sich hierdurch die Ionenkonzentration, beispielsweise Lithiumionenkonzentration, verringern kann – die Ionenmobilität, beispielsweise die Lithiumionenmobilität, des Elektrolytsystems und dadurch wiederum die ionische Leitfähigkeit innerhalb der Poren der porösen Aktivmaterialpartikel verbessert werden. Dies kann besonders vorteilhaft sein, insofern die Monomere und/oder Oligomere zur Ausbildung eines Polymerelektrolyten und/oder Oligomerelektrolyten zur Ausbildung eines einzelionenleitenden Polyelektrolyten und/oder Oligoelektrolyten ausgelegt sind, zum Beispiel welcher – beispielsweise aufgrund einer hohen Raumladung – nur schwer löslich beziehungsweise lediglich in hochpolaren Lösungsmitteln ist.
  • Insbesondere kann daher die, insbesondere monomer- und/oder oligomerhaltige, ionenleitende Flüssigkeit Monomere und/oder Oligomere zur Ausbildung eines einzelionenleitenden Polyelektrolyten und/oder Oligoelektrolyten und Monomere und/oder Oligomere zur Ausbildung eines, insbesondere ionenleitfähigen, beispielsweise lithiumionenleitfähigen, Polymers mit einer niedrigeren Glasübergangstemperatur und/oder mit einer höheren Leitsalzlöslichkeit und/oder -Koordinationsfähigkeit als der aus den Monomeren und/oder Oligomeren zur Ausbildung eines Polymerelektrolyten und/oder Oligomerelektrolyten ausgebildete Polymerelektrolyt und/oder Oligomerelektrolyt, insbesondere einzelionenleitende Polyelektrolyt und/oder Oligoelektrolyt, beispielsweise in Form einer Mischung, umfassen. Beispielsweise können die Monomere und/oder Oligomere zur Ausbildung eines Polymers mit einer niedrigeren Glasübergangstemperatur und/oder höheren Leitsalzlöslichkeit und/oder -Koordinationsfähigkeit, zur Ausbildung mindestens eines Polyalkylenoxids, beispielsweise von Polyethylenoxid und/oder Polypropylenoxid, und/oder eines Polysiloxans und/oder eines Polyphosphazens, beispielsweise von Poly[bis((methoxyethoxy)ethoxy)-phosphazen] (MEEP), zum Beispiel eines funktionalisierten Polysiloxans und/oder Phosphazens, beispielsweise eines polyethylenoxid-funktionalisierten Polysiloxans und/oder Phosphazens, ausgelegt sein.
  • Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform enthält die, insbesondere monomer- und/oder oligomerhaltige, ionenleitende Flüssigkeit weiterhin Leitzusatz-Nanopartikel, zum Beispiel Kohlenstoff-Nanopartikel. So kann vorteilhafterweise auch die elektrische Leitfähigkeit innerhalb der Poren der porösen Aktivmaterialpartikel verbessert und ein elektrisches Leitnetzwerk innerhalb der Poren ausgebildet werden.
  • Die getränkten Aktivmaterialpartikel können, insbesondere in Verfahrensschritt b), in den mindestens einen Festelektrolyten eingebettet werden. Der mindestens eine Festelektrolyt kann dabei, insbesondere im Wesentlichen, außerhalb der getränkten Aktivmaterialpartikel und/oder zwischen den getränkten Aktivmaterialpartikeln angeordnet werden beziehungsweise sein.
  • Insofern eine Feststoffkathode hergestellt wird, kann der mindestens eine Festelektrolyt der Feststoffkathode insbesondere auch als Katholyt bezeichnet werden. Insofern eine Feststoffanode hergestellt wird, kann der mindestens eine Festelektrolyt der Feststoffanode insbesondere auch als Anolyt bezeichnet werden.
  • Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform umfasst der mindestens eine Festelektrolyt, beispielsweise der Katholyt und/oder der Anolyt, mindestens einen, beispielsweise festen oder gelförmigen, Polymerelektrolyten, beispielsweise mindestens einen einzelionenleitenden Polyelektrolyten und/oder mindestens ein ionenleitfähiges, insbesondere lithiumionenleitfähiges, Polymer, zum Beispiel Polyethylenoxid, beispielsweise mit einer Molmasse von 400.000 g/mol, insbesondere in dem mindestens ein Leitsalz gelöst ist, und/oder mindestens einen Polymer-Gel-Elektrolyten, beispielsweise auf Basis von Polyethylenoxid und/oder Polyacrylnitril und/oder Polyvinylidenfluorid, und/oder mindestens einen, beispielsweise festen, anorganischen, zum Beispiel keramischen und/oder glasartigen, Ionenleiter. Beispielsweise kann der mindestens eine Festelektrolyt, zum Beispiel der Katholyt und/oder der Anolyt, mindestens ein, beispielsweise fester oder gelförmiger, Polymerelektrolyt, beispielsweise mindestens ein einzelionenleitender Polyelektrolyt und/oder mindestens ein ionenleitfähiges, insbesondere lithiumionenleitfähiges, Polymer, insbesondere in dem mindestens ein Leitsalz gelöst ist, zum Beispiel mindestens ein Polymer-Gel-Elektrolyt, und/oder mindestens ein anorganischer, beispielsweise keramischer und/oder glasartiger, Ionenleiter sein. Zum Beispiel kann der mindestens eine Festelektrolyt mindestens einen Polymerelektrolyten, beispielsweise mindestens einen einzelionenleitenden Polyelektrolyten, oder mindestens einen anorganischen, beispielsweise keramischen und/oder glasartigen, Ionenleiter oder eine Kombination aus mindestens einem Polymerelektrolyten, beispielsweise einzelionenleitenden Polyelektrolyten, und mindestens einem anorganischen, beispielsweise keramischen und/oder glasartigen, Ionenleiter umfassen oder daraus ausgebildet sein.
  • Der aus den Monomeren und/oder Oligomeren ausgebildete Polymerelektrolyt und der mindestens eine Polymerelektrolyt des mindestens einen Festelektrolyten können grundsätzlich gleich oder unterschiedlich voneinander sein. Im Rahmen einer speziellen Ausgestaltung sind der aus den Monomeren und/oder Oligomeren ausgebildete Polymerelektrolyt und der mindestens eine Polymerelektrolyt des mindestens einen Festelektrolyten zumindest ähnlich oder gleich.
  • Im Rahmen einer Ausgestaltung umfasst der mindestens eine Festelektrolyt, beispielsweise der Katholyt und/oder der Anolyt, mindestens einen einzelionenleitenden Polyelektrolyten. Beispielsweise kann der mindestens eine Festelektrolyt mindestens ein einzelionenleitender Polyelektrolyt sein. Einzelionenleitende Polyelektrolyte können vorteilhafterweise – insbesondere, bedingt durch die kovalente Anbindung des Gegenanions – Lithiumkation-Überführungszahlen nahe 1 aufweisen. Dies ermöglicht es vorteilhafterweise insbesondere bei hohen, über längere Zeiträume applizierten Stromdichten die Ausbildung von Konzentrationsgradienten, welche ansonsten zu hohen Überspannungen führen und die erreichbaren Stromdichten selbst begrenzen könnten, gegenüber herkömmlichen Polymerelektrolyten auf der Basis eines ionenleitfähigen, insbesondere lithiumionenleitfähigen, Polymers mit darin gelöstem Lithiumsalz, welche üblicherweise lediglich eine Überführungszahl < 0,5, meist um 0,25, aufweisen, deutlich zu reduzieren.
  • Insbesondere insofern der mindestens eine Festelektrolyt, beispielsweise der Katholyt und/oder der Anolyt, mindestens einen Polymerelektrolyten umfasst, kann der mindestens eine Festelektrolyt gegebenenfalls weiterhin mindestens eine gelbildende und/oder ionenleitfähige Flüssigkeit und/oder mindestens einen Flüssigelektrolyten enthalten.
  • Zum Beispiel kann die gelbildende und/oder ionenleitfähige Flüssigkeit des mindestens einen Festelektrolyten mindestens ein weiteres, gelbildendes und/oder ionenleitfähiges, insbesondere lithiumleitfähiges, Lösungsmittel, insbesondere mit einer hohen Leitsalzlöslichkeit, zum Beispiel mindestens ein organisches Carbonat, beispielsweise Ethylencarbonat und/oder Propylencarbonat, und/oder mindestens einen Polyether, beispielsweise Polyethylenglycol, und/oder mindestens eine ionische Flüssigkeit umfassen. Dabei kann zum Beispiel das mindestens eine ionenleitfähige, insbesondere lithiumionenleitfähige, Polymer des mindestens einen Polymerelektrolyten Polyethylenoxid umfassen beziehungsweise basiert sein.
  • Der mindestens eine Flüssigelektrolyt des mindestens einen Festelektrolyten kann zum Beispiel mindestens ein ionenleitfähiges, insbesondere lithiumionenleitfähiges, Lösungsmittel, zum Beispiel mindestens ein organisches Carbonat, und mindestens ein Leitsalz, zum Beispiel Lithium-Leitsalz, umfassen. Das mindestens eine Leitsalz des mindestens einen Festelektrolyten kann insbesondere identisch mit dem mindestens einen Leitsalz der, insbesondere monomer- und/oder oligomerhaltigen, ionenleitenden Flüssigkeit sein.
  • Durch die mindestens eine gelbildende und/oder ionenleitfähige Flüssigkeit beziehungsweise den mindestens einen Flüssigelektrolyten kann vorteilhafterweise ein Polymer-Gel-Elektrolyt ausgebildet und/oder die Leitfähigkeit erhöht werden. Dabei kann die gelbildende und/oder ionenleitfähige Flüssigkeit beziehungsweise der mindestens eine Flüssigelektrolyt vorteilhafterweise den mindestens einen Polymerelektrolyten zu einem Polymer-Gel-Elektrolyten quellen. So kann vorteilhafterweise die Ionenleitfähigkeit weiter erhöht werden.
  • Insofern der mindestens eine Festelektrolyt einen einzelionenleitenden Polyelektrolyten umfasst, kann die Überführungszahl durch Zugabe von, insbesondere freien beziehungsweise mobilen, Leitsalzen und/oder Flüssigelektrolyten sinken. In diesem Fall kann der mindestens eine Festelektrolyt insbesondere, beispielsweise lediglich, mindestens ein weiteres, gelbildendes und/oder ionenleitfähiges, beispielsweise lithiumionenleitfähiges, Lösungsmittel, zum Beispiel mindestens ein organisches Carbonat, enthalten und/oder frei von, insbesondere mobilen, Leitsalzen und/oder Flüssigelektrolyten sein. So kann vorteilhafterweise hierbei eine möglichst hohe Überführungszahl, insbesondere nahe 1, erzielt werden. Dennoch kann auch insofern der mindestens eine Festelektrolyt einzelionenleitende Polyelektrolyte umfasst, die Zugabe von geringen Mengen an Leitsalz, insbesondere trotz einer Reduktion der Überführungszahl, auf die Gesamttransporteigenschaften des Elektrolyten, beispielsweise bei einer gemeinsamen Berücksichtigung der Überführungszahl und der ionischen Leitfähigkeit und/oder der Ionenkonzentration, einen positiven Einfluss haben.
  • Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung enthält der mindestens eine Festelektrolyt, beispielsweise der Katholyt und/oder der Anolyt, weiterhin mindestens ein, insbesondere ionenleitfähiges, beispielsweise lithiumionenleitfähiges, Polymer, welches eine niedrigere Glasübergangstemperatur und/oder eine höhere Leitsalzlöslichkeit und/oder -Koordinationsfähigkeit aufweist als dessen Polymerelektrolyt, beispielsweise einzelionenleitender Polyelektrolyt. So kann vorteilhafterweise – trotzdem sich hierdurch die Ionenkonzentration, beispielsweise Lithiumionenkonzentration verringern kann – die Ionenmobilität, beispielsweise die Lithiumionenmobilität, und dadurch wiederum die ionische Leitfähigkeit innerhalb des mindestens einen Festelektrolyten verbessert werden. Zudem können so vorteilhafterweise die mechanischen Eigenschaften und die Prozessierbarkeit des mindestens einen Festelektrolyten verbessert werden. Dies kann besonders vorteilhaft sein, insofern der mindestens eine Festelektrolyt mindestens einen einzelionenleitenden Polyelektrolyten umfasst, zum Beispiel welcher – beispielsweise aufgrund einer hohen Raumladung – nur schwer löslich beziehungsweise lediglich in hochpolaren Lösungsmitteln sein kann.
  • Insbesondere kann daher der mindestens eine Festelektrolyt mindestens einen einzelionenleitenden Polyelektrolyten und mindestens ein Polymer mit einer niedrigeren Glasübergangstemperatur und/oder mit einer höheren Leitsalzlöslichkeit und/oder -Koordinationsfähigkeit als der einzelionenleitende Polyelektrolyt, beispielsweise in Form einer Mischung (Blend) und/oder eines Co-Polymers, umfassen oder daraus ausgebildet sein. Beispielsweise kann das mindestens eine, insbesondere ionenleitfähige, beispielsweise lithiumionenleitfähige, Polymer mit einer niedrigeren Glasübergangstemperatur und/oder mit einer höheren Leitsalzlöslichkeit und/oder -Koordinationsfähigkeit mindestens ein Polyalkylenoxid, beispielsweise Polyethylenoxid und/oder Polypropylenoxid, und/oder Polysiloxan und/oder Polyphosphazens, beispielsweise von Poly[bis((methoxyethoxy)ethoxy)-phosphazen] (MEEP), zum Beispiel ein funktionalisiertes Polysiloxan und/oder Phosphazen, beispielsweise ein polyethylenoxid-funktionalisiertes Polysiloxan und/oder Phosphazen, umfassen oder sein.
  • Das aus den Monomeren und/oder Oligomeren ausgebildete Polymer mit einer niedrigeren Glasübergangstemperatur und/oder mit einer höheren Leitsalzlöslichkeit und/oder -Koordinationsfähigkeit und das mindestens eine Polymer mit einer niedrigeren Glasübergangstemperatur und/oder mit einer höheren Leitsalzlöslichkeit und/oder -Koordinationsfähigkeit des mindestens einen Festelektrolyten können grundsätzlich gleich oder unterschiedlich voneinander sein. Im Rahmen einer speziellen Ausgestaltung sind das aus den Monomeren und/oder Oligomeren ausgebildete Polymer mit einer niedrigeren Glasübergangstemperatur und/oder mit einer höheren Leitsalzlöslichkeit und/oder -Koordinationsfähigkeit und das mindestens eine Polymer mit einer niedrigeren Glasübergangstemperatur und/oder mit einer höheren Leitsalzlöslichkeit und/oder -Koordinationsfähigkeit des mindestens einen Festelektrolyten zumindest ähnlich oder gleich.
  • Im Rahmen einer weiteren, zusätzlichen oder alternativen Ausgestaltung umfasst der mindestens eine Festelektrolyt mindestens einen, insbesondere festen, anorganischen, zum Beispiel keramischen und/oder glasartigen, Ionenleiter. Beispielsweise kann der mindestens eine anorganische Ionenleiter Lithiumlanthanzirkoniumoxid (LLZO), zum Beispiel in Form von Nanodrähten, umfassen. Insbesondere kann der mindestens eine anorganische Ionenleiter mindestens einen sulfidischen Ionenleiter umfassen oder sein.
  • Sulfidische Ionenleiter können vorteilhafterweise eine hohe Überführungszahl und Leitfähigkeit sowie geringe Kontaktübergangswiderstände aufweisen. Daher kann durch sulfidische Ionenleiter vorteilhafterweise die ionische Kontaktierung weiter verbessert und Polarisationsüberspannungen reduziert werden. Durch die hohen Überführungszahlen können dabei zudem vorteilhafterweise – insbesondere im Fall hoher Flächenstromdichten beim Laden/Entladen – geringe Polarisationsspannungen und damit eine hohe Leistungsfähigkeit, insbesondere Ratenfähigkeit, einer damit ausgestatten Zelle erzielt werden. Zudem können sulfidische Ionenleiter vorteilhafterweise auf einfache Weise hergestellt werden.
  • Darüber hinaus lösen sulfidische Ionenleiter vorteilhafterweise nahezu keinen Schwefel und nahezu keine Polysulfide. Dies hat wiederum den Vorteil, dass bei einer Schwefel-Zelle mit einer entsprechenden Feststoffkathode bei Entladung (Reduktion) in der Kathode entstehende (Poly-)Sulfide Sx 2–, welche gegebenenfalls ansonsten zur Anode, beispielsweise Lithiumanode, wandern und dort reduziert und damit der elektrochemischen Reaktion entzogen werden könnten, was auch als Shuttle-Mechanismus bezeichnet wird, besser in der Kathode zurück gehalten und auf diese Weise die Schwefelausnutzung und Zyklenstabilität verbessert werden kann. Zudem können sulfidische Ionenleiter vorteilhafterweise chemisch kompatibel mit schwefelhaltigen Kathodenmaterialien sein, wodurch eine Degradation des Kathodenmaterials minimiert und auf diese Weise die Lebensdauer der Zelle verlängert werden kann.
  • Der mindestens eine anorganische, insbesondere sulfidische, Ionenleiter kann beispielsweise glasartig sein.
  • Zum Beispiel kann der mindestens eine anorganische, insbesondere sulfidische, Ionenleiter auf der allgemeinen chemischen Formel: (Li2S)x:(P2S5)y:Dz basieren, wobei Dz für eines oder mehrere Additive, beispielsweise LiCl und/oder LiBr und/oder LiI und/oder LiF und/oder Li2Se und/oder Li2O und/oder P2Se5 und/oder P2O5 und/oder Li3PO4 und/oder eines oder mehrere Sulfide von Germanium, Bor, Aluminium, Molybdän, Wolfram, Silizium, Arsen und/oder Niob, insbesondere Germanium, stehen. x, y und z können dabei insbesondere für Komponentenverhältnisse stehen. Derartige Ionenleiter können beispielsweise aus den Einzelkomponenten Li2S und P2S5 sowie gegebenenfalls D synthetisiert werden. Dabei kann die Synthese gegebenenfalls unter Schutzgas durchgeführt werden.
  • Im Rahmen einer Ausgestaltung umfasst beziehungsweise ist der mindestens eine anorganische, insbesondere sulfidische, Ionenleiter einen Lithium-Argyroditen und/oder ein sulfidisches Glas. Diese Ionenleiter haben sich als besonders vorteilhaft erwiesen, da sie eine hohe Ionenleitfähigkeit und geringe Kontaktübergangswiderstände an den Korngrenzen innerhalb des Materials sowie zu weiteren Komponenten, zum Beispiel dem Kathodenaktivmaterial, aufweisen können. Zudem können diese Ionenleiter duktil sein, weshalb sie bei porösen Aktivmaterialien, welche beispielsweise auch eine rauhe Oberfläche aufweisen können, besonders vorteilhaft eingesetzt werden können. Insgesamt kann so vorteilhafterweise die Langzeitstabilität und Performance einer mit dem Kathodenmaterial ausgestatteten Zelle weiter verbessert werden.
  • Unter Lithium-Argyroditen können insbesondere Verbindungen verstanden werden, welche sich von dem Mineral Argyrodit der allgemeinen chemischen Formel: Ag8GeS6 ableiten, wobei Silber (Ag) durch Lithium (Li) ersetzt ist und wobei insbesondere auch Germanium (Ge) und/oder Schwefel (S) durch andere Elemente, zum Beispiel der III., IV., V., VI. und/oder VII. Hauptgruppe, ersetzt sein können.
  • Beispiele für Lithium-Argyrodite sind:
    • – Verbindungen der allgemeinen chemischen Formel: Li7PCh6 wobei Ch für Schwefel (S) und/oder Sauerstoff (O) und/oder Selen (Se), beispielsweise Schwefel (S) und/oder Selen (Se), insbesondere Schwefel (S)
    • – Verbindungen der allgemeinen chemischen Formel: Li6PCh5X wobei Ch für Schwefel (S) und/oder Sauerstoff (O) und/oder Selen (Se), beispielsweise Schwefel (S) und/oder Sauerstoff (O), insbesondere Schwefel (S), und X für Chlor (Cl) und/oder Brom (Br) und/oder Iod (I) und/oder Fluor (F), beispielsweise X für Chlor (Cl) und/oder Brom (Br) und/oder Iod (I), steht,
    • – Verbindungen der allgemeinen chemischen Formel: Li7-δBCh6-δXδ wobei Ch für Schwefel (S) und/oder Sauerstoff (O) und/oder Selen (Se), beispielsweise Schwefel (S) und/oder Selen (Se), insbesondere Schwefel (S), B für Phosphor (P) und/oder Arsen (As), X für Chlor (Cl) und/oder Brom (Br) und/oder Iod (I) und/oder Fluor (F), beispielsweise X für Chlor (Cl) und/oder Brom (Br) und/oder Iod (I), steht und 0 ≤ δ ≤ 1.
  • Zum Beispiel kann der mindestens eine sulfidische Ionenleiter mindestens einen Lithium-Argyroditen der chemischen Formel: Li7PS6, Li7PSe6, Li6PS5Cl, Li6PS5Br, Li6PS5I, Li7-δPS6-δClδ, Li7-δPS6-δBrδ, Li7-δPS6-δIδ, Li7-δPSe6-δClδ, Li7-δPSe6-δBrδ, Li7-δPSe6-δIδ, Li7-δAsS6-δBrδ, Li7-δAsS6-δIδ, Li6AsS5I, Li6AsSe5I, Li6PO5Cl, Li6PO5Br und/oder Li6PO5I umfassen. Lithium-Argyrodite werden beispielsweise in den Druckschriften: Angew. Chem. Int. Ed., 2008, 47, 755–758; Z. Anorg. Allg. Chem., 2010, 636, 1920–1924; Chem. Eur. J., 2010, 16, 2198–2206; Chem. Eur. J., 2010, 16, 5138–5147; Chem. Eur. J., 2010, 16, 8347–8354; Solid State Ionics, 2012, 221, 1–5; Z. Anorg. Allg. Chem., 2011, 637, 1287–1294; und Solid State Ionics, 2013, 243, 45–48 beschrieben.
  • Insbesondere kann der Lithium-Argyrodit ein sulfidischer Lithium-Argyrodit, zum Beispiel bei dem Ch für Schwefel (S) steht, sein.
  • Lithium-Argyrodite können insbesondere durch einen mechanisch-chemischen Reaktionsprozess hergestellt werden, zum Beispiel wobei Ausgangsstoffe, wie Lithiumhalogenide, beispielsweise LiCl, LiBr und/oder LiI, und/oder Lithiumchalkogenide, beispielsweise Li2S und/oder Li2Se und/oder Li2O, und/oder Chalkogenide der V. Hauptgruppe, beispielsweise P2S5, P2Se5, Li3PO4, insbesondere in stöchiometrischen Mengen, miteinander vermahlen werden. Dies kann beispielsweise in einer Kugelmühle, insbesondere einer Hochenergiekugelmühle, zum Beispiel mit einer Umdrehungszahl von 600 rpm, erfolgen. Insbesondere kann das Mahlen unter Schutzgasatmosphäre erfolgen.
  • Zum Beispiel kann der mindestens eine anorganische, insbesondere sulfidische, Ionenleiter mindestens ein sulfidisches Glas der chemischen Formel: Li10GeP2S12, Li2S-(GeS2)-P2S5 und/oder Li2S-P2S5 umfassen. Beispielsweise kann der mindestens eine sulfidische Ionenleiter ein germaniumhaltiges, sulfidisches Glas, zum Beispiel Li10GeP2S12 und/oder Li2S-(GeS2)-P2S5, insbesondere Li10GeP2S12, umfassen. Sulfidische Lithiumionenleiter können vorteilhafterweise eine hohe Lithiumionenleitfähigkeit und chemische Stabilität aufweisen.
  • Im Rahmen einer speziellen Ausgestaltung umfasst beziehungsweise ist der mindestens eine anorganische, insbesondere sulfidische, Ionenleiter ein Lithium-Argyrodit. Lithium-Argyrodite zeichnen sich vorteilhafterweise durch besonders geringe Kontaktübergangswiderstände an den Korngrenzen innerhalb des Materials sowie zu weiteren Komponenten, beispielsweise den porösen Aktivmaterialpartikeln, aus. So kann vorteilhafterweise eine besonders gute Ionenleitung an und innerhalb der Korngrenzflächen erzielt werden. Vorteilhafterweise können Lithium-Argyrodite auch ohne einen Sinterprozess einen geringen Übergangswiderstand zwischen Körnern aufweisen. So kann vorteilhafterweise die Herstellung der Elektrode beziehungsweise der Zelle vereinfacht werden.
  • Das Ausbilden der Feststoffelektrode kann, insbesondere in Verfahrensschritt b), durch Einbetten der getränkten Aktivmaterialpartikel in weitere Elektrodenkomponenten erfolgen. Beispielsweise kann die Feststoffelektrode, insbesondere in Verfahrensschritt b), aus den getränkten Aktivmaterialpartikel und mindestens einem Festelektrolyten und optional mindestens einem Leitzusatz, beispielsweise Leitadditiv, ausgebildet werden. Der mindestens eine Leitzusatz kann beispielsweise mindestens eine Kohlenstoffmodifikation, zum Beispiel Ruß und/oder Graphit, umfassen oder sein. Der mindestens eine Leitzusatz kann vorteilhafterweise mit sich und/oder mit dem Aktivmaterial, insbesondere insofern dieses ausreichend elektrisch leitfähig ist, ein perkolierendes elektrisch leitfähiges Netzwerk bilden. So kann vorteilhafterweise auch die elektrische Leitfähigkeit zwischen den getränkten Aktivmaterialpartikeln verbessert und ein elektrisches Leitnetzwerk innerhalb der Feststoffelektrode ausgebildet werden.
  • Beispielsweise können die Monomere und/oder Oligomere zur Ausbildung eines Polymerelektrolyten und/oder Oligomerelektrolyten, beispielsweise die Monomere und/oder Oligomere zur Ausbildung eines einzelionenleitenden Polyelektrolyten und/oder Oligoelektrolyten, und/oder der mindestens eine Festelektrolyt, insbesondere der mindestens eine Polymerelektrolyt, beispielsweise einzelionenleitende Polyelektrolyt, des mindestens einen Festelektrolyten, mindestens eine Einheit der allgemeinen chemischen Formel:
    Figure DE102015224335A1_0002
    und/oder mindestens ein (einfach oder mehrfach) fluoriertes, beispielsweise perfluoriertes, und/oder Lithiumsulfonat substituiertes Polymer, beispielsweise einen Perfluoropolyether und/oder ein Lithiumsulfonat substituiertes, insbesondere fluoriertes, beispielsweise perfluoriertes, Polyolefin, beispielsweise Tetrafluorethylen-Polymer, und/oder einen Lithiumsulfonat substituierten, insbesondere fluorierten, beispielsweise perfluorierten, Polyether, zum Beispiel ein Lithiumionen haltiges, zum Beispiel Lithiumionen ausgetauschtes, Nafion, und/oder ein Lithiumsulfonat substituiertes, insbesondere fluoriertes, beispielsweise perfluoriertes, Polyphenylen, umfassen beziehungsweise zur Ausbildung davon ausgelegt sein.
  • Der aus den Monomeren und/oder Oligomeren ausgebildete Polymerelektrolyt und/oder Oligomerelektrolyt und/oder der mindestens eine Polymerelektrolyt des mindestens einen Festelektrolyten kann beispielsweise ein Homo-Polymer und/oder ein Co-Polymer, beispielsweise ein Block-Co-Polymer, gegebenenfalls ein Multi-Block-Co-Polymer, und/oder ein alternierendes Co-Polymer und/oder ein statistisches Co-Polymer, und/oder eine Polymermischung, beispielsweise aus einem oder mehreren Homo-Polymeren und/oder einem oder mehreren Co-Polymeren, zum Beispiel eine Homo-Polymer-Co-Polymer-Mischung, umfassen beziehungsweise sein.
  • Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform umfasst der aus den Monomeren und/oder Oligomeren ausgebildete Polymerelektrolyt und/oder der mindestens eine Polymerelektrolyt des mindestens einen Festelektrolyten ein Polyalkylenoxid und/oder ein Polymer mit mindestens einer Alkylenoxid-Gruppe, insbesondere Oligo-Alkylenoxid-Gruppe. Durch Alkylenoxid-Einheiten beziehungsweise -Gruppen kann vorteilhafterweise die Ionenmobilität und damit die Ionenleitfähigkeit erhöht werden. Derartige Polymere sind jedoch nur ionenleitfähig, insbesondere lithiumionenleitfähig, und sollten in Kombination, beispielsweise in Mischung, mit mindestens einem Leitsalz, beispielsweise Alkalimetall-Leitsalz, zum Beispiel Lithium-Leitsalz, und/oder einzelionenleitenden Polyelektrolyten und/oder Oligoelektrolyten verwendet werden. Beispielsweise kann der aus den Monomeren und/oder Oligomeren ausgebildete Polymerelektrolyt und/oder der mindestens eine Polymerelektrolyt des mindestens einen Festelektrolyten ein Polyethylenoxid und/oder ein Propylenoxid und/oder ein Polymer mit mindestens einer Ethylenoxid-Gruppe und/oder Propylenoxid-Gruppe, beispielsweise Oligo-Ethylenoxid-Gruppe und/oder Oligo-Propylenoxid-Gruppe, umfassen. Insbesondere kann der aus den Monomeren und/oder Oligomeren ausgebildete Polymerelektrolyt und/oder der mindestens eine Polymerelektrolyt des mindestens einen Festelektrolyten ein Polyethylenoxid und/oder ein Polymer mit mindestens einer Ethylenoxid-Gruppe, insbesondere Oligo-Ethylenoxid-Gruppe, umfassen. Zum Beispiel können die Monomere und/oder Oligomere zur Ausbildung eines Polymerelektrolyten und/oder Oligomerelektrolyten Acrylate, beispielsweise (Ethylenglycol)methyletheracrylat (EGMA), umfassen und/oder der aus den Monomeren und/oder Oligomeren ausgebildete Polymerelektrolyt und/oder der mindestens eine Polymerelektrolyt des mindestens einen Festelektrolyten ein Polyacrylat, beispielsweise Poly(ethylenglycol)methyletheracrylat (PEGMA), umfassen oder darauf basieren.
  • Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform umfassen die Monomere und/oder Oligomere zur Ausbildung eines Polymerelektrolyten und/oder Oligomerelektrolyten, beispielsweise die Monomere und/oder Oligomere zur Ausbildung eines einzelionenleitenden Polyelektrolyten und/oder Oligoelektrolyten, und/oder der mindestens eine Festelektrolyt, insbesondere der mindestens eine Polymerelektrolyt, beispielsweise einzelionenleitende Polyelektrolyt, des mindestens einen Festelektrolyten, mindestens eine Einheit der allgemeinen chemischen Formel:
    Figure DE102015224335A1_0003
    oder sind zur Ausbildung davon ausgelegt.
  • -[A]- steht dabei für eine Polymerrücken beziehungsweise Oligomerrücken bildende Einheit. X steht dabei für einen Spacer, insbesondere einen, beispielsweise kovalent, an die Polymerrücken beziehungsweise Oligomerrücken bildende Einheit -[A]- gebundenen Spacer. x steht dabei für die Anzahl, insbesondere das Vorhandensein beziehungsweise die Abwesenheit, des Spacers X. x kann insbesondere 1 oder 0, beispielsweise 1, sein. Dabei kann im Fall x = 1 insbesondere ein Spacer X vorhanden sein. Im Fall x = 0 kann insbesondere kein Spacer vorhanden sein. Q steht dabei für eine Gruppe, welche, insbesondere kovalent, an den Spacer X (im Fall x = 1) oder an den Polymerrücken beziehungsweise Oligomerrücken -[A]- (im Fall x = 0) angebunden ist. Insbesondere kann die Gruppe Q über den Spacer X an die Polymerrücken beziehungsweise Oligomerrücken bildende Einheit -[A]-angebunden sein. Im Falle x = 1 (Vorhandensein des Spacers) kann dabei die Gruppe Q, beispielsweise die im Folgenden erläuterte negativ geladene Gruppe Q– beziehungsweise ungeladene Gruppe Q beziehungsweise positiv geladene Gruppen Q+, insbesondere an den Spacer X angebunden sein. Im Falle x = 0 (Abwesenheit des Spacers) kann die Gruppe Q beispielsweise die im Folgenden erläuterte negativ geladene Gruppe Q– beziehungsweise ungeladene Gruppe Q beziehungsweise positiv geladene Gruppen Q+, insbesondere direkt an den Polymerrücken beziehungsweise Oligomerrücken -[A]- angebunden sein.
  • Derartige Polymere und/oder Oligomere können vorteilhafterweise eine Ionenleitfähigkeit, beispielsweise Lithiumionenleitfähigkeit, insbesondere abhängig von der Temperatur, von ≥ 10–5 S/cm, gegebenenfalls sogar von ≥ 10–4 S/cm, aufweisen und vorteilhafterweise sowohl als Ionenleiter, beispielsweise Lithiumionenleiter, als auch als Binder dienen. Dabei kann durch die Gruppe Q, beispielsweise Q– beziehungsweise Q beziehungsweise Q+, vorteilhafterweise die Überführungszahl beziehungsweise die Mobilität der Ionen, beispielsweise Lithiumionen, und damit die Ionenleitfähigkeit, insbesondere die Lithiumionenleitfähigkeit, beeinflusst und/oder erhöht werden. Dadurch, dass die Gruppe Q direkt oder indirekt an den Polymerrücken beziehungsweise Oligomerrücken -[A]- angebunden ist, kann vorteilhafterweise – verglichen mit Mischungen aus analogen Polymeren und analogen, jedoch freien beziehungsweise ungebundenen Gruppen Q – eine Lokalisierung der Gruppe Q beispielsweise Q– beziehungsweise Q beziehungsweise Q+, erzielt werden. Durch eine Lokalisierung der Gruppe Q, beispielsweise Q– beziehungsweise Q beziehungsweise Q+, kann wiederum vorteilhafterweise ein Abdiffundieren der Gruppe Q und zum Beispiel damit ansonsten gegebenenfalls einhergehende Nebenreaktionen, beispielsweise ein Aufquellen des Separators und/oder einer Anodenschutzschicht und/oder eine Degradation der Anode, welche zum Beispiel im Fall von niedermolekulare Ether-Verbindungen auftreten könnten, verhindert sowie die mechanische Stabilität und beispielsweise Binderfunktion verbessert werden. Darüber hinaus können derartige Polymere einen – verglichen mit Flüssigelektrolyten – äußerst geringen Dampfdruck aufweisen, was es ermöglicht, eine damit ausgestattete Zelle bei höheren Betriebstemperaturen sicher zu betreiben. Vorteilhafterweise können zudem durch den Spacer X – beispielsweise durch die Art des Spacers und/oder die Länge des Spacers – und/oder die Polymerrücken beziehungsweise Oligomerrücken bildende Einheit -[A]- – beispielsweise durch die Art der Polymerrücken beziehungsweise Oligomerrücken bildende Einheit/en -[A]- und deren Aufbau – weitere Eigenschaften, wie die Glasübergangstemperatur und/oder andere Eigenschaften des Polymers beziehungsweise Polymerelektrolyten eingestellt werden. Durch den Spacer X können dabei vorteilhafterweise insbesondere die Glasübergangstemperatur und/oder die mechanischen Eigenschaften des Polymers beziehungsweise Polymerelektrolyten eingestellt werden. Die Polymerrücken beziehungsweise Oligomerrücken bildende Einheit -[A]- kann dabei gegebenenfalls hinsichtlich anderer Eigenschaften, beispielsweise mechanischer Eigenschaften, optimiert werden. Insgesamt kann so vorteilhafterweise die Herstellung und der Aufbau von Zellen vereinfacht beziehungsweise deren Kapazitätserhalt beziehungsweise Zyklenstabilität, Lebensdauer und Sicherheit erhöht werden. Besonders vorteilhaft können derartige Polymere und/oder Oligomere, insbesondere als Elektrolyt, beispielsweise Festelektrolyt, in Kombination mit einem Kathodenaktivmaterial auf der Basis eines Schwefel-Kohlenstoff-Komposits, insbesondere Schwefel-Polymer- und/oder Kohlenstoffmodifikations-Komposits, zum Beispiel eines Schwefel-Polymer-Komposits, beispielsweise eines Komposits aus einem, insbesondere elektrisch leitfähigen, Polymer mit, insbesondere kovalent, gebundenem Schwefel, zum Beispiel eines Schwefel-Polyacrylnitril-Komposits, wie SPAN, und/oder in einer Alkalimetall-Schwefel-Zelle, beispielsweise Lithium-Schwefel-Zelle und/oder Natrium-Schwefel-Zelle, insbesondere Lithium-Schwefel-Zelle, eingesetzt werden.
  • Im Rahmen einer Ausführungsform steht Q für eine negativ geladene Gruppe Q–, beispielsweise eine negativ geladene Seitengruppe Q–, und ein Gegenion Z+. Insbesondere kann die negativ geladene Gruppe Q– dabei über den Spacer X an die Polymerrücken beziehungsweise Oligomerrücken bildende Einheit -[A]- angebunden sein. Dabei kann die negativ geladene Gruppe Q– beispielsweise für eine Gruppe auf der Basis eines Leitsalzanions, zum Beispiel eines Alkalimetall-Leitsalzanions, beispielsweise eines Lithium-Leitsalzanions und/oder Natrium-Leitsalzanions, insbesondere eines Lithium-Leitsalzanions, und/oder für eine Gruppe auf der Basis eines Anions eines Imids, beispielsweise für eine Sulfonylimidgruppe, zum Beispiel für eine Trifluormethansulfonylimid-Gruppe (TFSI–: F3C-SO2-(N–)-SO2-) und/oder Perfluorethansulfonylimid-Gruppe (PFSI–: F5C2-SO2-(N–)-SO2-) und/oder Fluorsulfonylimid-Gruppe (FSI: F-SO2-(N–)-SO2-), und/oder für eine Gruppe auf der Basis eines Anions einer ionischen Flüssigkeit (Englisch: Ionic Liquid), beispielsweise für eine Pyrazolid-Gruppe oder für eine Imidazolid-Gruppe, und/oder für eine Sulfonatgruppe, beispielsweise für eine (einfache) Sulfonatgruppe oder für eine Trifluormethansulfonat-Gruppe (Triflat–, SO3CF2-), und/oder für eine Sulfatgruppe und/oder für eine Carboxylatgruppe und/oder für eine Gruppe auf der Basis eines phosphorsäurebasierten Anions, insbesondere für eine Phosphatgruppe und/oder für eine Gruppe auf der Basis eines Anions eines Amids, beispielsweise für eine Gruppe auf der Basis eines Anions eines sekundären Amids (-R-NHR), und/oder für eine Gruppe auf der Basis eines Anions eines Carbonsäureamids, beispielsweise für eine Gruppe auf der Basis eines Anions eines sekundären Carbonsäureamids (-CO-NHR), stehen.
  • Das Gegenion Z+ kann dabei beispielsweise ein, insbesondere elektrochemisch aktives, Kation, insbesondere Metallion, zum Beispiel Alkalimetallion, beispielsweise Lithiumion und/oder Natriumion, sein. Insbesondere kann Z+ für ein Lithiumion (Li+) stehen.
  • Polymerelektrolyte und/oder Oligomerelektrolyte, welche aus Monomeren und/oder Oligomere ausgebildet sind, bei denen Q für eine negativ geladene Gruppe Q– und ein Gegenion Z+, insbesondere Metallion, beispielsweise Alkalimetallion, zum Beispiel Lithiumion oder Natriumion, insbesondere Lithiumion, steht, können als einzelionenleitende Polyelektrolyten und/oder Oligoelektrolyte bezeichnet werden.
  • Derartige einzelionenleitende Polyelektrolyte können vorteilhafterweise bereits durch das Gegenion Z+ eine ausreichende Ionenleitfähigkeit, insbesondere Lithiumionenleitfähigkeit, aufweisen. Daher können derartige einzelionenleitende Polyelektrolyte ohne den Zusatz eines Leitsalzes, beispielsweise Lithium-Leitsalzes, verwendet werden beziehungsweise ionenleitend, insbesondere lithiumionenleitend, sein. Durch die negativ geladene Gruppe Q– können Kationen, zum Beispiel Lithiumionen (Li+), koordiniert beziehungsweise solvatisiert werden. Dabei können – insbesondere durch die kovalente Anbindung der negativ geladenen Gruppe Q– an die Polymerrücken beziehungsweise Oligomerrücken bildende Einheit -[A]- vorteilhafterweise sehr hohe Überführungszahlen nahe 1 erzielt werden, wodurch – insbesondere im Fall hoher Flächenstromdichten beim Laden/Entladen – geringe Polarisationsspannungen und damit eine hohe Leistungsfähigkeit einer damit ausgestatten Zelle erzielt werden kann. Zur Verringerung der Glasübergangstemperatur und/oder zur Erhöhung der Ionenmobilität und/oder der Ionenleitfähigkeit – jedoch auf Kosten einer verringerten Überführungszahl – können derartige einzelionenleitende Polyelektrolyte gegebenenfalls auch in Kombination, beispielsweise in Mischung, mit mindestens einem Leitsalz, beispielsweise Lithium-Leitsalz, verwendet werden. Dabei kann eine Erhöhung der Ionenkonzentration und/oder -mobilität, insbesondere Lithiumionenkonzentration und -mobilität, – trotz einer verringerten Überführungszahl – insgesamt vorteilhaft für die Transporteigenschaften des Elektrolyten sein.
  • Insbesondere kann die negativ geladene Gruppe Q– für eine Sulfonylimidgruppe, insbesondere für eine Trifluormethansulfonylimid-Gruppe (F3C-SO2-(N–)-SO2-) und/oder Perfluorethansulfonylimid-Gruppe (F5C2-SO2-(N–)-SO2-) und/oder Fluorsulfonylimid-Gruppe (F-SO2-(N–)-SO2-), insbesondere für eine Trifluormethansulfonylimid-Gruppe, und/oder für eine Sulfonatgruppe, insbesondere für eine (einfache) Sulfonatgruppe und/oder für eine Trifluormethansulfonat-Gruppe, stehen. Beispielsweise kann die negativ geladene Gruppe Q– für eine Trifluormethansulfonylimid-Gruppe oder Perfluorethansulfonylimid-Gruppe oder Fluorsulfonylimid-Gruppe oder eine Sulfonatgruppe oder eine Trifluormethansulfonat-Gruppe stehen. Im Rahmen einer speziellen Ausgestaltung kann die negativ geladene Gruppe Q für eine Sulfonatgruppe oder eine Sulfonylimidgruppe, insbesondere für eine Sulfonatgruppe, stehen. Z+ kann dabei insbesondere für ein Lithiumion stehen. Durch eine Sulfonylimidgruppe oder eine Sulfonatgruppe, insbesondere Sulfonylimidgruppe, kann vorteilhafterweise eine, vergleichsweise schwache und damit die Ionenmobilität, insbesondere Lithiumionenmobilität, und Ionenleitfähigkeit, insbesondere Lithiumionenleitfähigkeit, erhöhende Koordination von Kationen, insbesondere Lithiumionen, erzielt werden. Z+ kann dabei insbesondere für ein Lithiumion stehen.
  • Beispielsweise kann die negativ geladene Gruppe Q– für eine Benzolgruppe stehen, welche mit mindestens einer Gruppe auf der Basis eines Leitsalzanions, insbesondere Lithium-Leitsalzanions, und/oder mit mindestens einer Gruppe auf der Basis eines Anions eines Imids, insbesondere mit mindestens einer Sulfonylimidgruppe (Benzolsulfonylimidgruppe, beispielsweise Lithium-Benzolsulfonylimidgruppe), und/oder mit mindestens einer Gruppe auf der Basis eines Anions einer ionischen Flüssigkeit und/oder mit mindestens einer Sulfonatgruppe (Benzolsulfonatgruppe, beispielsweise Lithium-Benzolsulfonatgruppe) und/oder mit mindestens einer Sulfatgruppe und/oder mit mindestens einer Carboxylatgruppe und/oder mit mindestens einer Gruppe auf der Basis eines phosphorsäurebasierten Anions, insbesondere mit mindestens einer Phosphatgruppe, und/oder mit mindestens einer Gruppe auf der Basis eines Anions eines Amids und/oder mit mindestens einer Gruppe auf der Basis eines Anions eines Carbonsäureamids substituiert ist. Zum Beispiel kann die negativ geladene Gruppe Q– für eine Benzolgruppe stehen, welche mit mindestens einer Trifluormethansulfonylimid-Gruppe und/oder mit mindestens einer Perfluorethansulfonylimid-Gruppe und/oder mit mindestens einer Fluorsulfonylimid-Gruppe, insbesondere mit mindestens einer Trifluormethansulfonylimid-Gruppe, substituiert ist. Im Rahmen einer Ausgestaltung steht Q– für eine Benzolsulfonatgruppe oder eine Benzolsulfonimidgruppe, insbesondere eine Benzolsulfonatgruppe. Eine Benzolgruppe ermöglicht es vorteilhafterweise eine Gruppe, beispielsweise ein Sulfonat, auf einfache Weise an unterschiedlichste Polymerrücken beziehungsweise Oligomerrücken anzubinden. Zudem bietet eine Benzolgruppe die Möglichkeit auf einfache Weise weitere, die Ionenleitfähigkeit erhöhende Substituenten, wie mehrere Gruppen, beispielsweise Sulfonatgruppen, und/oder eine oder mehrere Alkylenoxidgruppe/n, anzubinden. Ein Polymer und/oder Oligomer mit einer, insbesondere derartig funktionalisierten, Benzolgruppe kann vorteilhafterweise durch Polymerisation der Doppelbindung eines, insbesondere derartig funktionalisierten Styrols, zum Beispiel von 4-(Styrolsulfonyl)(trifluoromethansulfonyl)imid, oder eines mit vorstehend genannten anionischen Gruppen, funktionalisierten Styrols, auf einfache Weise ausgebildet werden. Die Anknüpfung der anionischen Funktion an einen Polymerrücken beziehungsweise Oligomerrücken kann beispielsweise auch über eine funktionelle Gruppe in para-Stellung zur anionischen Gruppe im aromatischen Kohlenstoffsechsring erfolgen. Zudem bietet ein aromatischer Kohlenstoffsechsring die Möglichkeit auf einfache Weise weitere, die Ionenleitfähigkeit erhöhende Substituenten anzubinden.
  • Beispielsweise kann daher die negativ geladene Gruppe Q– für eine Benzolsulfonylimidgruppe, zum Beispiel eine para- und/oder ortho- und/oder meta-Benzolsulfonylimidgruppe, beispielsweise eine para-Benzolsulfonylimidgruppe, und/oder eine Benzolsulfonatgruppe, beispielsweise für eine Benzolsulfonatgruppe, zum Beispiel eine para- und/oder ortho- und/oder meta-Benzolsulfonatgruppe, beispielsweise eine para-Benzolsulfonatgruppe stehen. Benzolsulfonylimidgruppen und/oder Benzolsulfonatgruppen, beispielsweise eine para-, ortho- und/oder meta-Benzolsulfonylimidgruppe und/oder para-, ortho- und/oder meta-Benzolsulfonatgruppe, insbesondere eine para-Benzolsulfonylimidgruppe und/oder eine para-Benzolsulfonatgruppe, können dabei wie vorstehend erläutert besonders vorteilhaft sein.
  • Zum Beispiel kann Q– für eine Sulfonylimid-Gruppe, beispielsweise eine Benzolsulfonylimidgruppe stehen. So kann vorteilhafterweise durch das weiche Anion eine, vergleichsweise schwache und damit die Ionenmobilität, insbesondere Lithiumionenmobilität, und Ionenleitfähigkeit, insbesondere Lithiumionenleitfähigkeit, erhöhende Koordination von Kationen, insbesondere von Lithiumionen, erzielt werden.
  • Zum Beispiel kann Q– jedoch auch für eine Sulfonatgruppe, beispielsweise eine Benzolsulfonatgruppe stehen.
  • Insofern Q– eine negativ geladene Gruppe Q umfasst, können die Monomere und/oder Oligomere zur Ausbildung eines Polymerelektrolyten und/oder Oligomerelektrolyten, insbesondere eines einzelionenleitenden Polyelektrolyten und/oder Oligoelektrolyten, und/oder der mindestens eine Festelektrolyt, insbesondere der einzelionenleitende Polyelektrolyt des mindestens einen Festelektrolyten, beispielsweise eine Einheit der allgemeinen chemischen Formel:
    Figure DE102015224335A1_0004
    aufweisen oder zur Ausbildung davon ausgelegt sein.
  • Q kann – im Rahmen einer weiteren, insbesondere alternativen oder zusätzlichen, Ausführungsform – jedoch auch für eine ungeladene Gruppe Q, beispielsweise eine ungeladene, funktionelle Seitengruppe, welche fähig ist, insbesondere elektrochemisch aktive, Kationen, beispielsweise Metallionen, zum Beispiel Alkalimetallionen, beispielsweise Lithiumionen und/oder Natriumionen, insbesondere Lithiumionen, zu koordinieren beziehungsweise zu solvatisieren, stehen. Insbesondere kann die ungeladene Gruppe Q dabei über den Spacer X an die Polymerrücken beziehungsweise Oligomerrücken bildende Einheit -[A]- angebunden sein. Dabei kann die ungeladene Gruppe Q beispielsweise für eine von einem Elektrolytlösungsmittel, zum Beispiel einem Alkylenoxid, beispielsweise Ethylenoxid, und/oder einem cyclischen Carbonat, beispielsweise Ethylencarbonat und/oder Propylencarbonat, und/oder einem Lacton, ableitbare Gruppe stehen.
  • Durch eine ungeladene Gruppe Q können vorteilhafterweise Kationen von Leitsalzen, beispielsweise Lithium-Leitsalzen, insbesondere Lithiumionen, koordiniert beziehungsweise solvatisiert werden. So kann vorteilhafterweise die Mobilität der Kationen, beispielsweise Lithiumionen, insbesondere durch das Einbringen der von einem Elektrolytlösungsmittel ableitbaren Gruppe, und damit die Ionenleitfähigkeit des Polymer- und/oder Oligomerelektrolyten erhöht werden.
  • Polymere und/oder Oligomere, welche lediglich ungeladene Gruppen Q aufweisen, können zunächst lediglich ionenleitfähig, beispielsweise lithiumionenleitfähig, sein und beispielsweise durch Kombination mit Einheiten mit einer negativ geladenen Gruppe Q– und einem Gegenion Z+, zum Beispiel einem einzelionenleitenden Polyelektrolyten und/oder Oligoelektrolyten, beispielsweise als Co-Polymer und/oder Mischung (Blend), ionenleitend, beispielsweise lithiumionenleitend, sein beziehungsweise werden und/oder durch Zugabe eines Leitsalzes, beispielsweise Alkalimetall-Leitsalzes, insbesondere Lithium-Leitsalzes, und insbesondere Solvatation des Salzes ionenleitend, beispielsweise lithiumionenleitend, werden. Insbesondere können daher Polymere und/oder Oligomere, welche eine ungeladene Gruppe Q aufweisen in Kombination, beispielsweise als Co-Polymer und/oder in Mischung, mit Einheiten mit einer negativ geladenen Gruppe Q– und einem Gegenion Z+, zum Beispiel einem einzelionenleitenden Polyelektrolyten und/oder Oligoelektrolyten, und/oder mit mindestens einem Leitsalz, zum Beispiel Alkalimetall-Leitsalz, beispielsweise Lithium-Leitsalz und/oder Natrium-Leitsalz, insbesondere Lithium-Leitsalz, verwendet werden.
  • Insbesondere kann die ungeladene Gruppe Q für eine, insbesondere von einem Elektrolytlösungsmittel ableitbare Gruppe, beispielsweise für eine cyclische Carbonatgruppe oder eine, insbesondere cyclische, Lactongruppe oder eine cyclische Carbamatgruppe oder eine acyclische Carbonatgruppe oder eine acyclische Carbonsäureestergruppe oder eine acyclische Carbamatgruppe oder eine Alkylenoxidgruppe, insbesondere Oligo-Alkylenoxidgruppe, stehen. Eine cyclische Carbonatgruppe oder Lactongruppe oder cyclische Carbamatgruppe oder acyclische Carbonatgruppe oder acyclische Carbonsäureestergruppe oder acyclische Carbamatgruppe oder Alkylenoxidgruppe, beispielsweise Oligo-Alkylenoxidgruppe, kann dabei vorteilhaft sein, da hierdurch vorteilhafterweise die Mobilität von Alkaliionen, beispielsweise Lithiumionen, und damit die Ionenleitfähigkeit, insbesondere Lithiumionenleitfähigkeit, des Polymerelektrolyten und/oder Oligomerelektrolyten erhöht werden kann.
  • Im Rahmen einer Ausgestaltung steht Q für eine Alkylenoxidgruppe, insbesondere eine Oligo-Alkylenoxidgruppe. So kann vorteilhafterweise die Glastemperatur verringert und/oder die Lithiumionenleitfähigkeit erhöht werden.
  • Im Rahmen einer anderen Ausgestaltung steht die ungeladene Gruppe Q für eine cyclische Carbonatgruppe oder eine Lactongruppe oder eine cyclische Carbamatgruppe oder eine acyclische Carbonatgruppe oder eine acyclische Carbonsäureestergruppe oder eine acyclische Carbamatgruppe. Beispielsweise kann die ungeladene Gruppe Q für eine, insbesondere cyclische oder acyclische, Carbonsäureestergruppe, beispielsweise Carbonatgruppe und/oder Lactongruppe, stehen. Durch die hohe Polarität dieser Gruppen können diese Gruppen vorteilhafterweise die Ionendissoziation und die Dielektrizitätskonstante des Polymers beziehungsweise Polymerelektrolyten erhöhen und damit vorteilhafterweise die Polysulfidlöslichkeit reduzieren, was insbesondere bei Schwefel-Polyacrylnitril-Kompositen, wie SPAN, besonders vorteilhaft sein kann.
  • Zum Beispiel kann die, insbesondere ungeladene, Gruppe Q für eine cyclische Carbonatgruppe oder eine Lactongruppe oder eine Carbamatgruppe, insbesondere eine cyclische Carbamatgruppe oder eine acyclische Carbamatgruppe, stehen. Insbesondere kann Q dabei für eine cyclische Carbonatgruppe oder eine, insbesondere cyclische, Lactongruppe oder eine cyclische Carbamatgruppe stehen. Cyclische Carbonatgruppen, Lactongruppen und/oder cyclische Carbamatgruppe können zur Erhöhung der Ionenleitfähigkeit des Polymers insgesamt besonders vorteilhaft sein.
  • Im Rahmen einer speziellen Ausgestaltung steht Q für eine cyclische Carbonatgruppe, beispielsweise welche einen Fünfring oder einen Sechsring oder einen Siebenring, insbesondere einen Fünfring, bildet. Im Rahmen einer weiteren speziellen Ausgestaltung dieser Ausführungsform steht Q für eine Lactongruppe, beispielsweise welche einen Fünfring oder einen Sechsring oder einen Siebenring, insbesondere einen Fünfring, bildet. Im Rahmen einer weiteren speziellen Ausgestaltung dieser Ausführungsform steht Q für eine cyclische Carbamatgruppe, beispielsweise welche einen Fünfring oder einen Sechsring oder einen Siebenring, insbesondere einen Fünfring, bildet. Im Rahmen einer weiteren speziellen Ausgestaltung dieser Ausführungsform steht Q für eine acyclische Carbonatgruppe. Im Rahmen einer weiteren speziellen Ausgestaltung dieser Ausführungsform steht Q für eine acyclische Carbonsäureestergruppe. Im Rahmen einer weiteren speziellen Ausgestaltung dieser Ausführungsform steht Q für eine acyclische Carbamatgruppe.
  • Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung steht Q für Wasserstoff oder eine Alkylgruppe, insbesondere eine Methylgruppe oder eine Ethylgruppe.
  • Insofern Q eine neutrale Gruppe ist, können die Monomere und/oder Oligomere zur Ausbildung eines Polymerelektrolyten und/oder Oligomerelektrolyten und/oder der mindestens eine Festelektrolyt, insbesondere Polymerelektrolyt, beispielsweise eine Einheit der allgemeinen chemischen Formel:
    Figure DE102015224335A1_0005
    aufweisen oder zur Ausbildung davon ausgelegt sein.
  • Q kann – im Rahmen einer weiteren, insbesondere alternativen oder zusätzlichen, Ausführungsform – jedoch auch für eine positiv geladene Gruppe Q+, beispielsweise eine positiv geladene Seitengruppe Q+, und ein Gegenion Z– stehen. Insbesondere kann die positiv geladene Gruppe Q+ dabei über den Spacer X an die Polymerrücken beziehungsweise Oligomerrücken bildende Einheit -[A]- angebunden sein. Dabei kann die positiv geladene Gruppe Q+ beispielsweise für eine Gruppe auf der Basis eines Kations einer ionischen Flüssigkeit (Englisch: Ionic Liquid) stehen.
  • Insbesondere kann die positiv geladene Gruppe Q+ für eine Gruppe auf der Basis eines Kations einer ionischen Flüssigkeit (Englisch: Ionic Liquid), beispielsweise für eine Pyridiniumgruppe oder eine, insbesondere quartäre, Ammoniumgruppe oder eine Imidazoliumgruppe oder eine Piperidiniumgruppe oder eine Pyrrolidiniumgruppe oder eine, insbesondere quartäre, Phosphoniumgruppe oder eine Guanidiniumgruppe oder eine Morpholiniumgruppe oder eine Uroniumgruppe oder eine Thiouroniumgruppe stehen.
  • Unter einer Pyridiniumgruppe kann insbesondere eine von Pyridinium ableitbare, insbesondere substituierte oder unsubstituierte, Gruppe verstanden werden. Unter einer Ammoniumgruppe kann insbesondere eine von Ammonium ableitbare Gruppe, insbesondere eine quartäre Ammoniumgruppe, verstanden werden. Unter einer Imidazoliumgruppe kann insbesondere eine von Imidazolium ableitbare, insbesondere substituierte oder unsubstituierte, Gruppe verstanden werden. Unter einer Piperidiniumgruppe kann insbesondere eine von Piperidinium ableitbare, insbesondere substituierte oder unsubstituierte, Gruppe verstanden werden. Unter einer Pyrrolidiniumgruppe kann insbesondere eine von Pyrrolidinium ableitbare, insbesondere substituierte oder unsubstituierte, Gruppe verstanden werden. Unter einer Phosphoniumgruppe kann insbesondere eine von Phosphonium ableitbare Gruppe, insbesondere eine quartäre Phosphoniumgruppe, verstanden werden. Unter einer Guanidiniumgruppe kann insbesondere eine von Guanidinium ableitbare, insbesondere substituierte oder unsubstituierte, Gruppe verstanden werden. Unter einer Morpholiniumgruppe kann insbesondere eine von Morpholinium ableitbare, insbesondere substituierte oder unsubstituierte, Gruppe verstanden werden. Unter einer Uroniumgruppe kann insbesondere eine von Uronium ableitbare, insbesondere substituierte oder unsubstituierte, Gruppe verstanden werden. Unter einer Thiouroniumgruppe kann insbesondere eine von Thiouronium ableitbare, insbesondere substituierte oder unsubstituierte, Gruppe verstanden werden.
  • Als Gegenion zur positiven Ladung von Q+ kann dabei insbesondere ein Anion Z– enthalten sein. Das Gegenion Z– kann zum Beispiel ein, insbesondere gängiges, Leitsalzanion, beispielsweise Alkalimetall-Leitsalzanion, zum Beispiel Lithium-Leitsalzanion und/oder Natrium-Leitsalzanion, insbesondere Lithium-Leitsalzanion, sein.
  • Durch eine positiv geladene Gruppe Q+ können insbesondere Anionen von Leitsalzen koordiniert beziehungsweise solvatisiert und insbesondere die Dissoziation des Leitsalzes erhöht werden. Dadurch kann wiederum vorteilhafterweise ebenfalls die Mobilität der Ionen des Leitsalzes und damit die Ionenleitfähigkeit, insbesondere die Lithiumionenleitfähigkeit, des Polymerelektrolyten erhöht werden. Die Polymerrücken beziehungsweise Oligomerrücken bildende Einheit -[A]- und/oder der Spacer X können auch dabei gegebenenfalls hinsichtlich anderer Eigenschaften optimiert werden. Insbesondere können Polymere und/oder Oligomere, welche eine positiv geladene Gruppe Q+ aufweisen in Kombination, beispielsweise in Mischung, mit mindestens einem Leitsalz, beispielsweise Alkalimetall-Leitsalz, zum Beispiel Lithium-Leitsalz und/oder Natrium-Leitsalz, insbesondere Lithium-Leitsalz, verwendet werden.
  • Beispielsweise kann die positiv geladene Gruppe Q+ für eine Pyridiniumgruppe oder eine, insbesondere quartäre, Ammoniumgruppe oder eine Imidazoliumgruppe oder eine Piperidiniumgruppe oder eine Pyrrolidiniumgruppe oder eine, insbesondere quartäre, Phosphoniumgruppe oder eine Guanidiniumgruppe oder eine Morpholiniumgruppe oder eine Uroniumgruppe oder eine Thiouroniumgruppe stehen, deren Proton/en durch einen Substituenten substituiert sind. Insbesondere kann die positiv geladene Gruppe Q+ für eine Pyridiniumgruppe oder eine, insbesondere quartäre, Ammoniumgruppe oder eine Imidazoliumgruppe oder eine Piperidiniumgruppe oder eine Pyrrolidiniumgruppe oder eine, insbesondere quartäre, Phosphoniumgruppe stehen. Zum Beispiel kann Q+ für eine, insbesondere quartäre, Ammoniumgruppe oder eine Imidazoliumgruppe oder eine Pyridiniumgruppe stehen.
  • Als Gegenion Z– können zum Beispiel, beispielsweise alle gängigen, Gegenionen bekannter Lithiumsalze, insbesondere Lithium-Leitsalze eingesetzt werden. Insbesondere kann daher Z– für ein Anion, insbesondere ein Lithium-Leitsalzanion, stehen. Gruppen Q+, welche auf einem Kation einer ionischen Flüssigkeit basieren, insbesondere Pyridiniumgruppen, Ammoniumgruppen, Imidazoliumgruppen, Piperidiniumgruppe, Pyrrolidiniumgruppen, Phosphoniumgruppen, Guanidiniumgruppen, Morpholiniumgruppen, Uroniumgruppen und/oder Thiouroniumgruppen, kann vorteilhaft die Dissoziation von Alkaliionen, insbesondere Lithiumionen, beispielsweise des Leitsalzes und/oder anorganischen Ionenleiters, erhöht und dadurch wiederum vorteilhafterweise die Überführungszahl und gegebenenfalls die Mobilität der Alkaliionen, insbesondere Lithiumionen, und damit die Ionenleitfähigkeit, insbesondere die Lithiumionenleitfähigkeit, sowie die Dielektrizitätskonstante erhöht und damit die Polysulfidlöslichkeit reduziert werden.
  • Im Rahmen einer Ausgestaltung steht Z– für ein Lithium-Leitsalzanion. So kann vorteilhafterweise eine Dissoziation eines Lithium-Leitsalzes erhöht und auf diese Weise auch die Mobilität der Lithiumionen des Lithium-Leitsalzes und damit die Lithiumionenleitfähigkeit erhöht werden.
  • Beispielsweise kann Z– für Perchlorat (ClO4 –) und/oder Trifluormethansulfonat (Triflat–, F3CSO3 –) und/oder Tetrafluoroborat (BF4–) und/oder Bisoxalatoborat (BOB–,
    Figure DE102015224335A1_0006
    und/oder Hexafluorophosphat (PF6 –), und/oder Bis(trifluormethansulfonyl)imid (TFSI–: F3C-SO2-(N–)-SO2-CF3) und/oder Bis(perfluorethansulfonyl)imid und/oder Bis(fluorsulfonyl)imid, insbesondere Bis(trifluormethansulfonyl)imid, und/oder Difluorooxalatoborat (DFOB–:
    Figure DE102015224335A1_0007
    und/oder Bromid (Br–) und/oder Iodid (I–) und/oder Chlorid (Cl–) stehen. Diese Anionen werden häufig als Lithium-Leitsalzanion eingesetzt.
  • Daher können diese Anionen zur Solvatisierung von Lithium-Leitsalzen besonders vorteilhaft eingesetzt werden.
  • Insbesondere kann Z– für Bis(trifluormethansulfonyl)imid und/oder Bis(perfluorethansulfonyl)imid und/oder Bis(fluorsulfonyl)imid, insbesondere Bis(trifluormethansulfonyl)imid, Trifluormethansulfonat und/oder Tetrafluoroborat und/oder Bisoxalatoborat und/oder Difluorooxalatoborat und/oder Bromid und/oder Iodid und/oder Chlorid stehen. So kann vorteilhafterweise eine höhere thermische Stabilität erzielt werden.
  • Im Rahmen einer speziellen Ausgestaltung steht Z– für Bis(trifluormethansulfonyl)imid (TFSI–: F3C-SO2-(N–)-SO2-CF3) und/oder Bis(perfluorethansulfonyl)imid (BETI–: F5C2-SO2-(N–)-SO2-C2F5) und/oder Bis(fluorsulfonyl)imid (FSI: F-SO2-(N–)-SO2-F), insbesondere Bis(trifluormethansulfonyl)imid, und/oder Trifluormethansulfonat (Triflat, SO3-CF3). Durch große, weiche Anionen, wie Bis(trifluormethansulfonyl)imid und/oder Bis(perfluorethansulfonyl)imid und/oder Bis(fluorsulfonyl)imid und/oder Trifluormethansulfonat, insbesondere Bis(trifluormethansulfonyl)imid (TFSI–), kann vorteilhafterweise eine, vergleichsweise schwache und damit die Ionenmobilität, insbesondere Lithiumionenmobilität, und Ionenleitfähigkeit, insbesondere Lithiumionenleitfähigkeit, erhöhende Koordination von Kationen, insbesondere Lithiumionen, erzielt und beispielsweise die Löslichkeit von Leitsalzen in dem Polymer und/oder Oligomer sowie gegebenenfalls die thermische Stabilität verbessert werden.
  • Insofern Q eine positiv geladene Gruppe Q+ umfasst, können die Monomere und/oder Oligomere zur Ausbildung eines Polymerelektrolyten und/oder Oligomerelektrolyten und/oder der mindestens eine Festelektrolyt, insbesondere der mindestens eine Polymerelektrolyt des mindestens einen Festelektrolyten, beispielsweise eine Einheit der allgemeinen chemischen Formel:
    Figure DE102015224335A1_0008
    aufweisen oder zur Ausbildung davon ausgelegt sein.
  • Der Spacer X kann insbesondere mindestens eine, insbesondere substituierte oder unsubstituierte, gesättigte oder ungesättigte, lineare oder verzweigte, Alkylengruppe und/oder mindestens eine, insbesondere substituierte oder unsubstituierte, gesättigte oder ungesättigte, lineare oder verzweigte, Alkylenoxidgruppe und/oder mindestens eine, insbesondere substituierte oder unsubstituierte, Phenylenoxidgruppe, beispielsweise Oligo-Phenylenoxidgruppe, insbesondere mit ≥ 1 oder ≥ 2 bis ≤ 10 Wiederholungseinheiten, und/oder mindestens eine, insbesondere substituierte oder unsubstituierte, Phenylengruppe, beispielsweise Oligo-Phenylengruppe, insbesondere mit ≥ 1 oder ≥ 2 bis ≤ 10 Wiederholungseinheiten, und/oder mindestens eine, insbesondere substituierte oder unsubstituierte, Benzylengruppe, beispielsweise Oligo-Benzylengruppe, insbesondere mit ≥ 1 oder ≥ 2 bis ≤ 10 Wiederholungseinheiten, und/oder mindestens eine Carbonylgruppe, insbesondere Ketongruppe, zum Beispiel Alkylcarbonylgruppe, und/oder mindestens eine cyclische Carbonatgruppe und/oder mindestens eine Lactongruppe und/oder mindestens eine cyclische Carbamatgruppe und/oder mindestens eine acyclische Carbonatgruppe und/oder mindestens eine acyclische Carbonsäureestergruppe und/oder mindestens eine acyclische Carbamatgruppe und/oder mindestens einen Ethersauerstoff und/oder mindestens eine positiv geladene Gruppe, beispielsweise mindestens eine, insbesondere quartäre, Ammoniumiongruppe und/oder mindestens eine Pyridiniumgruppe und/oder mindestens eine Imidazoliumgruppe und/oder mindestens eine Piperidiniumgruppe und/oder mindestens eine Pyrrolidiniumgruppe und/oder mindestens eine, insbesondere quartäre, Phosphoniumgruppe und/oder mindestens eine Guanidiniumgruppe und/oder mindestens eine Morpholiniumgruppe und/oder mindestens eine Uroniumgruppe und/oder mindestens eine Thiouroniumgruppe, und/oder mindestens eine negativ geladene Gruppe, beispielsweise mindestens eine Sulfonatgruppe und/oder Trifluormethansulfonylimid-Gruppe, zum Beispiel mindestens eine Lithiumsulfonatgruppe und/oder Lithium-Trifluormethansulfonylimid-Gruppe, insbesondere Lithiumbenzolsulfonatgruppe und/oder Lithium-Trifluormethansulfonylimid-Benzol-Gruppe. Dabei kann der Spacer X auch eine Kombination dieser Gruppen aufweisen. Durch einen derartigen Spacer X kann vorteilhafterweise die Ionenleitfähigkeit des Polymers beziehungsweise Polymerelektrolyten insgesamt erhöht werden, beispielsweise wobei durch den Polymerrücken beziehungsweise Oligomerrücken hinsichtlich anderer Eigenschaften optimiert werden kann. Durch die Einführung mindestens einer – gegebenenfalls zusätzlichen – cyclischen Carbonatgruppe und/oder Lactongruppe und/oder cyclischen Carbamatgruppe und/oder acyclischen Carbonatgruppe und/oder acyclischen Carbonsäureestergruppe und/oder acyclischen Carbamatgruppe und/oder positiv geladenen Gruppe, insbesondere auf der Basis eines Kations einer ionischen Flüssigkeit, beispielsweise einer, insbesondere quartären, Ammoniumiongruppe und/oder einer Pyridiniumgruppe und/oder einer Imidazoliumgruppe und/oder einer Piperidiniumgruppe und/oder einer Pyrrolidiniumgruppe und/oder einer, insbesondere quartäre, Phosphoniumgruppe und/oder einer Guanidiniumgruppe und/oder einer Morpholiniumgruppe und/oder einer Uroniumgruppe und/oder einer Thiouroniumgruppe, und/oder einer negativ geladenen Gruppe, beispielsweise einer Sulfonylimidgruppe und/oder Sulfonatgruppe, in den Spacer X kann vorteilhafterweise die Ionenleitfähigkeit – insbesondere wie im Zusammenhang mit den korrespondierenden Gruppen Q, Q+ und Q– erläutert – weiter erhöht werden.
  • Beispielsweise kann der Spacer X mindestens eine, insbesondere substituierte oder unsubstituierte, gesättigte oder ungesättigte, lineare oder verzweigte, Alkylenoxidgruppe, insbesondere Oligo-Alkylenoxid-Gruppe umfassen. Dabei kann der Spacer X beispielsweise mindestens eine, beispielsweise substituierte oder unsubstituierte, gesättigte oder ungesättigte, lineare oder verzweigte, Ethylenoxid-Gruppe und/oder Propylenoxid-Gruppe, insbesondere Oligo-Ethylenoxid-Gruppe und/oder Oligo-Propylenoxid-Gruppe, umfassen. Insbesondere kann der Spacer X dabei mindestens eine, beispielsweise substituierte oder unsubstituierte, gesättigte oder ungesättigte, lineare oder verzweigte, Ethylenoxid-Gruppe, insbesondere Oligo-Ethylenoxid-Gruppe, umfassen. So kann vorteilhafterweise die Ionenmobilität erhöht werden. Dies kann im Fall einer positiv geladenen Gruppe Q+ und/oder im Fall einer negativ geladenen Gruppe Q– besonders vorteilhaft sein, insbesondere um dissoziierte Ionen zu mobilisieren und auf diese Weise die Ionenleitfähigkeit zu erhöhen.
  • Die mindestens eine Alkylenoxidgruppe des Spacers X kann insbesondere teilweise oder vollständig halogeniert, insbesondere fluoriert, beispielsweise perfluoriert, sein. Durch eine Halogenierung, insbesondere Fluorierung, beispielsweise Perfluorierung, kann vorteilhafterweise die Löslichkeit von Polysulfiden durch das Polymer beziehungsweise den Polymerelektrolyten, insbesondere durch Alkylenoxidgruppen, verringert werden, was bei einer Verwendung in Kombination mit einem Schwefel-Kohlenstoff-Komposit, beispielsweise Schwefel-Polymer- und/oder -Kohlenstoffmodifikation-Komposit, insbesondere Schwefel-Polymer-Komposit mit, beispielsweise kovalent und/oder ionisch, insbesondere kovalent, an das Polymer des Komposits gebundenem Schwefel, beispielsweise einem Schwefel-Polyacrylnitril-Komposit, zum Beispiel einem SPAN-Komposit, als Kathodenmaterial besonders vorteilhaft sein kann.
  • Der Spacer X kann zum Beispiel auch mindestens eine Carbonylgruppe, insbesondere mindestens eine cyclische Carbonatgruppe und/oder mindestens eine Lactongruppe und/oder mindestens eine cyclische Carbamatgruppe und/oder mindestens eine acyclische Carbonatgruppe und/oder mindestens eine acyclische Carbonsäureestergruppe und/oder mindestens eine acyclische Carbamatgruppe umfassen. So kann vorteilhafterweise ebenfalls die Ionenmobilität erhöht werden. Dies kann im Fall einer positiv geladenen Gruppe Q+ und/oder im Fall einer negativ geladenen Gruppe Q– besonders vorteilhaft sein, insbesondere um dissoziierte Ionen zu mobilisieren und auf diese Weise die Ionenleitfähigkeit zu erhöhen.
  • Der Spacer X kann zum Beispiel auch mindestens eine, gegebenenfalls weitere, negativ geladene Gruppe Q– und ein Gegenion Z+, beispielsweise ein Alkaliion, beispielsweise Lithiumion und/oder Natriumion, insbesondere ein Lithiumion, umfassen. Die mindestens eine, gegebenenfalls weitere, negativ geladene Gruppe Q– des Spacers kann insbesondere wie vorstehend, insbesondere im Rahmen der über den Spacer X angebundenen negativ geladenen Gruppen Q–, erläutert ausgestaltet sein. Zum Beispiel kann die mindestens eine, gegebenenfalls weitere, negativ geladene Gruppe Q– des Spacers X eine Gruppe auf der Basis eines Leitsalzanions, insbesondere eines Lithium-Leitsalzanions, und/oder eines Anions einer ionischen Flüssigkeit und/oder eine Sulfonatgruppe sein. Beispielsweise kann dabei der Spacer X mindestens eine Sulfonylimidgruppe, zu Beispiel mindestens eine Trifluormethansulfonylimid-Gruppe und/oder Perfluorethansulfonylimid-Gruppe und/oder Fluorsulfonylimid-Gruppe, insbesondere mindestens eine Trifluormethansulfonylimid-Gruppe, und/oder mindestens eine Sulfonatgruppe, umfassen. So kann vorteilhafterweise die Ionendissoziation erhöht werden. Dies kann im Fall einer negativ geladenen Gruppe Q–- und/oder im Fall einer ungeladenen Gruppe Q besonders vorteilhaft sein, insbesondere um die Ionenleitfähigkeit weiter zu erhöhen und die Polysulfidlöslichkeit weiter zu reduzieren.
  • Die mindestens eine Alkylengruppe des Spacers X kann beispielsweise eine Kettenlänge von ≥ 1 bis ≤ 16 Kohlenstoffatomen, insbesondere von ≥ 1 bis ≤ 13 Kohlenstoffatomen, zum Beispiel von ≥ 1 bis ≤ 4 Kohlenstoffatomen oder von ≥ 4 bis ≤ 8 Kohlenstoffatomen und/oder von ≥ 9 bis ≤ 13 Kohlenstoffatomen, aufweisen. Zum Beispiel kann dabei die Alkylengruppe des Spacers X eine gesättigte Alkylengruppe, beispielsweise der allgemeinen chemischen Formel: -(CH2)a1- mit 1 ≤ a1 ≤ 15, beispielsweise 1 ≤ a1 ≤ 12, zum Beispiel 1 ≤ a1 ≤ 3, stehen.
  • Die mindestens eine Alkylenoxidgruppe des Spacers X kann zum Beispiel eine Ethylenoxidgruppe und/oder eine Propylenoxidgruppe sein. Insbesondere kann die mindestens eine Alkylenoxidgruppe eine Oligo-Alkylenoxidgruppe, zum Beispiel eine Oligo-Ethylenoxidgruppe und/oder Oligo-Propylenoxidgruppe, sein. Insbesondere kann die Alkylenoxidgruppe beziehungsweise Oligo-Alkylenoxidgruppe ≥ 1 beziehungsweise ≥ 2 bis ≤ 10 Wiederholungseinheiten, beispielsweise ≥ 1 beziehungsweise ≥ 2 bis ≤ 4 Wiederholungseinheiten, aufweisen. Zum Beispiel kann dabei die mindestens eine Alkylenoxideinheit die allgemeine chemische Formel: -[CH2-CH2-O-]b mit 1 ≤ b ≤ 10, beispielsweise 1 ≤ oder 2 ≤ b ≤ 4, aufweisen.
  • Die Anbindung der mindestens eine Alkylenoxidgruppe des Spacers X an den Polymerrücken beziehungsweise Oligomerrücken -[A]- und die Gruppe Q kann zum Beispiel jeweils über eine, insbesondere gesättigte und/oder ungesättigte, lineare oder verzweigte, Alkylengruppe, zum Beispiel Methylengruppen, und/oder Alkoxygruppe erfolgen. Dabei kann der Spacer X beispielsweise eine Alkyl-Alkylenoxid-Alkyl-Gruppe, zum Beispiel eine Alkyl-Oligo-Alkylenoxid-Alkyl-Gruppe, beispielsweise der allgemeinen chemischen Formel: -(CH2)a1-[CH2-CH2-O-]b1-(CH2)a1’- mit 1 ≤ a1 ≤ 12, insbesondere 1 ≤ a1 ≤ 3, 1 ≤ b1 ≤ 10, insbesondere 1 ≤ oder 2 ≤ b1 ≤ 4, und 1 ≤ a1’ ≤ 12, insbesondere 1 ≤ a1’ ≤ 3, oder eine Alkoxy-Alkylenoxid-Alkyl-Gruppe, zum Beispiel Alkoxy-Oligo-Alkylenoxid-Alkylgruppe, beispielsweise der allgemeinen chemischen Formel: -(CH2)a2-O-[CH2-CH2-O-]b2-(CH2)a2’- mit 1 ≤ a2 ≤ 12, insbesondere 1 ≤ a2 ≤ 3, 1 ≤ b2 ≤ 10, insbesondere 1 ≤ oder 2 ≤ b2 ≤ 4, und 1 ≤ a2’ ≤ 12, insbesondere 1 ≤ a2’ ≤ 3, sein.
  • Die mindestens eine Phenylenoxidgruppe und/oder die mindestens eine Phenylengruppe und/oder die mindestens eine Benzylengruppe des Spacers X kann insbesondere mit einer oder mehreren Alkylseitenkette/n und/oder einer oder mehreren Alkylenoxidseitenkette/n, beispielsweise Oligo-Alkylenoxidseitenkette/n, zum Beispiel Oligo-Ethylenoxid-Seitenkette/n und/oder Oligo-Propylenoxid-Seitenkette/n, und/oder einer oder mehreren cyclischen Carbonatgruppe/n und/oder Lactongruppe/n und/oder cyclischen Carbamatgruppe/n und/oder acyclischen Carbonatgruppe/n und/oder acyclischen Carbonsäureestergruppe/n und/oder acyclischen Carbamatgruppe/n und/oder einer oder mehreren geladenen Gruppen, beispielsweise quartären Ammoniumiongruppe/n und/oder Pyridiniumgruppe/n und/oder Imidazoliumgruppe/n und/oder Piperidiniumgruppe/n und/oder Pyrrolidiniumgruppe/n und/oder, insbesondere quartären, Phosphoniumgruppe/n und/oder Guanidiniumgruppe/n und/oder Morpholiniumgruppe/n und/oder Uroniumgruppe/n und/oder Thiouroniumgruppe/n und/oder Sulfonylimidgruppe/n und/oder Sulfonatgruppe/n, beispielsweise Lithiumsulfonatfgruppen, substituiert sein. So kann die Ionenleitfähigkeit vorteilhafterweise – insbesondere wie im Zusammenhang mit den korrespondierenden Gruppen Q, Q+ und Q– erläutert – weiter erhöht werden. Beispielsweise kann der Spacer X eine oder mehrere Phenylenoxidgruppe/n und/oder Phenylengruppe/n und/oder Benzylengruppe/n umfassen. Zwischen Phenylenoxidgruppen und/oder Phenylengruppen und/oder Benzylengruppen des Spacers X kann dabei (jeweils) eine, insbesondere gesättigte und/oder ungesättigte, lineare oder verzweigte, beispielsweise teilweise oder vollständig halogenierte oder unhalogenierte, zum Beispiel teilweise fluorierte oder perfluorierte oder unfluorierte, Alkylengruppe und/oder Alkylenoxidgruppe, beispielsweise Oligo-Alkylenoxidgruppe, zum Beispiel Oligo-Ethylenoxidgruppe und/oder Oligo-Propylenoxidgruppe, eingefügt sein.
  • Die Anbindung der mindestens einen Carbonylgruppe des Spacers X an den Polymerrücken beziehungsweise Oligomerrücken -[A]- und die Gruppe Q kann beispielsweise jeweils über eine, insbesondere gesättigte und/oder ungesättigte, lineare oder verzweigte, beispielsweise teilweise oder vollständig halogenierte oder unhalogenierte, zum Beispiel teilweise fluorierte oder perfluorierte oder unfluorierte, Alkylengruppe und/oder Alkylenoxidgruppe, beispielsweise Oligo-Alkylenoxidgruppe, zum Beispiel Oligo-Ethylenoxidgruppe und/oder Oligo-Propylenoxidgruppe, erfolgen.
  • Beispielsweise kann der Spacer X eine oder mehrere zu Q analoge Gruppen Q* umfassen. Deren Anbindung an den Polymerrücken beziehungsweise Oligomerrücken -[A]- und die, insbesondere endständige, Gruppe Q kann dabei beispielsweise (jeweils) über eine, insbesondere gesättigte und/oder ungesättigte, lineare oder verzweigte, beispielsweise teilweise oder vollständig halogenierte oder unhalogenierte, zum Beispiel teilweise fluorierte oder perfluorierte oder unfluorierte, Alkylengruppe und/oder Alkylenoxidgruppe, beispielsweise Oligo-Alkylenoxidgruppe, zum Beispiel Oligo-Ethylenoxidgruppe und/oder Oligo-Propylenoxidgruppe, erfolgen.
  • Zum Beispiel kann der Spacer X ein, insbesondere gesättigter und/oder ungesättigter, linearer oder verzweigter, Alkylenspacer sein. Im Falle eines Alkylenspacers X, insbesondere im gesättigten Falle, kann die Anzahl der Kohlenstoffatome im Spacer insbesondere ≥ 1 bis ≤ 12, zum Beispiel von ≥ 1 bis ≤ 4, betragen. Beispielsweise kann der Alkylenspacer auf der allgemeinen chemischen Formel: -(CH2)a1- mit 1 ≤ a1 ≤ 12, insbesondere 1 ≤ a1 ≤ 3, basieren.
  • Oder der Spacer X kann zum Beispiel ein Alkylenoxidspacer, beispielsweise Oligo-Alkylenoxidspacer, zum Beispiel ein Oligo-Ethylenoxidspacer oder Oligo-Propylenoxidspacer, sein. Im Falle einer Ausführung als Oligo-Alkylenoxidspacer kann die Anzahl der Wiederholungseinheiten beispielsweise ≥ 2 bis ≤ 10 Wiederholungseinheiten, insbesondere ≥ 2 bis ≤ 4, betragen. Dabei kann die Anbindung der Alkylenoxideinheit, beispielsweise Oligo-Alkylenoxideinheit, zum Beispiel der Oligo-Ethylenoxideinheit oder Oligo-Propylenoxideinheit, an den Polymerrücken beziehungsweise Oligomerrücken -[A]- beziehungsweise die Gruppe Q, insbesondere jeweils über eine, insbesondere gesättigte und/oder ungesättigte, lineare oder verzweigte, Alkylengruppe, zum Beispiel Methylengruppen, erfolgen. Beispielsweise kann der Alkylenoxidspacer auf der allgemeinen chemischen Formel: -(CH2)a3-[CH2-CH2-O]b3-(CH2)a3- mit 1 ≤ b3 ≤ 10, insbesondere 1 ≤ b3 ≤ 4, und 1 oder 0 ≤ a3 ≤ 3, beispielsweise a3 = 1, basieren.
  • Oder der Spacer X kann zum Beispiel ein Spacer auf Basis von, insbesondere substituiertem oder unsubstituiertem, Phenylenoxid und/oder Phenylen und/oder Benzylen sein. Insbesondere kann dabei der Spacer mehrere Phenylenoxideinheiten und/oder Phenyleneinheiten und/oder Benzyleneinheiten umfassen. Zwischen Phenylenoxideinheiten und/oder Oligo-Phenylenoxideinheiten und/oder Phenyleneinheiten und/oder Oligo-Phenyleneinheiten und/oder Benzyleneinheiten und/oder Oligo-Benzyleneinheiten des Spacers X kann dabei (jeweils) eine, insbesondere gesättigte und/oder ungesättigte, lineare oder verzweigte, beispielsweise teilweise oder vollständig halogenierte oder unhalogenierte, zum Beispiel teilweise fluorierte oder perfluorierte oder unfluorierte, Alkylengruppe und/oder Alkylenoxidgruppe, beispielsweise Oligo-Alkylenoxidgruppe, zum Beispiel Oligo-Ethylenoxidgruppe und/oder Oligo-Propylenoxidgruppe, eingefügt sein. Eine Substitution kann dabei insbesondere mit einer oder mehreren Alkylseitenkette/n und/oder einer oder mehreren Alkylenoxidseitenkette/n, beispielsweise Oligo-Alkylenoxidseitenkette/n, zum Beispiel Oligo-Ethylenoxid-Seitenkette/n und/oder Oligo-Propylenoxid-Seitenkette/n, und/oder einer oder mehreren cyclischen Carbonatgruppe/n und/oder Lactongruppe/n und/oder cyclischen Carbamatgruppe/n und/oder acyclischen Carbonatgruppe/n und/oder acyclischen Carbonsäureestergruppe/n und/oder acyclischen Carbamatgruppe/n und/oder einer oder mehreren geladenen Gruppen, beispielsweise quartären Ammoniumgruppe/n und/oder Pyridiniumgruppe/n und/oder Imidazoliumgruppe/n und/oder Piperidiniumgruppe/n und/oder Pyrrolidiniumgruppe/n und/oder, beispielsweise quartären, Phosphoniumgruppe/n und/oder Guanidiniumgruppe/n und/oder Morpholiniumgruppe/n und/oder Uroniumgruppe/n und/oder Thiouroniumgruppe/n und/oder Sulfonylimidgruppe/n und/oder Sulfonatgruppe/n, beispielsweise Lithiumsulfonylimidgruppe/n und/oder Lithiumsulfonatgruppe/n, erfolgen.
  • Oder der Spacer X kann zum Beispiel ein Carbonylspacer, beispielsweise ein Alkylen/Alkylenoxid-Carbonyl-Alkylen/Alkylenoxid-Spacer sein.
  • Oder der Spacer X kann beispielsweise ein Ethersauerstoff (-O-) sein.
  • Im Rahmen einer speziellen Ausgestaltung ist der Spacer X ein Alkylen- und/oder Alkylenoxid-Spacer, beispielsweise ein Alkylen- und/oder Oligo-Alkylenoxid-Spacer, zum Beispiel ein Etyhlenoxid- und/oder Oligo-Ethylenoxid-Spacer.
  • -[A]- kann insbesondere für eine Polymerrücken beziehungsweise Oligomerrücken bildende Einheit stehen, welche (zumindest) eine Alkylenoxid-Einheit, insbesondere Ethylenoxid-Einheit und/oder Propylenoxid-Einheit, beispielsweise Oligo-Alkylenoxid-Einheit, zum Beispiel Oligo-Ethylenoxid-Einheit und/oder Oligo-Propylenoxid-Einheit, und/oder eine, eine Carbonatgruppe, insbesondere eine organische Carbonatgruppe, umfassende Einheit und/oder eine Siloxan-Einheit und/oder eine Phosphazen-Einheit und/oder eine Methylmethacrylat-Einheit und/oder eine Methacrylat-Einheit und/oder eine Phenylen-Einheit, beispielsweise para-Phenylen-Einheit, und/oder eine Phenylenoxid-Einheit und/oder eine Benzylen-Einheit und/oder eine Alkylen-Einheit umfasst.
  • Beispielsweise kann -[A]- für eine Polymerrücken bildende Einheit stehen, welche einen Polyether, insbesondere Polyethylenoxid und/oder Polypropylenoxid, und/oder polymerisierte, insbesondere organische, Carbonatgruppe/n umfassende Wiederholungseinheiten, beispielsweise ein Polycarbonat und/oder ein Polymer aus Polymerrücken bildenden Struktureinheiten mit Carbonatgruppen enthaltenden Seitengruppen, und/oder ein Polysiloxan und/oder ein Polyphosphazen und/oder ein Poly(methyl)methacrylat und/oder ein Polymethacrylat und/oder ein Polyphenylen, beispielsweise ein para-Polyphenylen, und/oder ein Polyphenylenoxid und/oder ein Polybenzylen und/oder ein Polyolefin, beispielsweise Polypropylen und/oder Polyethylen, umfasst und/oder bildet. Zum Beispiel kann -[A]- für eine Polymerrücken bildende Einheit stehen, welche auf einem Polyether, insbesondere Polyethylenoxid und/oder Polypropylenoxid, und/oder einer polymerisierten, insbesondere organische, Carbonatgruppe/n, umfassenden Wiederholungseinheiten und/oder einem Polysiloxan und/oder einem Polyphosphazen und/oder einem Poly(methyl)methacrylat und/oder einem Polymethacrylat und/oder einem Polyphenylen, beispielsweise eine para-Polyphenylen, und/oder einem Polyphenylenoxid und/oder einem Polybenzylen und/oder einem Polyolefin, beispielsweise Polypropylen und/oder Polyethylen, basiert.
  • Durch eine Alkylenoxid-Einheit, insbesondere Ethylenoxid-Einheit und/oder Propylenoxid-Einheit, beispielsweise Oligo-Alkylenoxid-Einheit, zum Beispiel Oligo-Ethylenoxid-Einheit und/oder Oligo-Propylenoxid-Einheit, insbesondere Oligo-Ethylenoxid-Einheit, kann vorteilhafterweise die Ionenmobilität und damit die Ionenleitfähigkeit erhöht werden. Durch eine Siloxan- und/oder Phosphazen-Einheit kann vorteilhafterweise eine geringe Glasübergangstemperatur des Polymers und damit eine hohe Ionenleitfähigkeit erzielt werden. Durch eine Methylmethacrylat-Einheit und/oder Methacrylat-Einheit kann vorteilhafterweise die Synthese vereinfacht werden. Durch Phenylen-Einheiten, insbesondere para-Phenylen-Einheiten, beziehungsweise Polyphenylene kann vorteilhafterweise zusätzlich eine elektrische Leitfähigkeit erzielt und zudem auf einfache Weise einfach oder mehrfach substituiert, beispielsweise sulfoniert, werden. Insbesondere sind auch Mehrfachsulfonierungen der Phenyleneinheit und/oder des daraus ausgebildeten Poly- beziehungsweise Oligophenyl-Rückens möglich.
  • Die Polymerrücken beziehungsweise Oligomerrücken bildende Einheit -[A]- kann sowohl monofunktionalisiert als auch polyfunktionalisiert, beispielsweise bifunktionalisiert, trifunktionalisiert oder tetrafunktionalisiert, mit der über den Spacer X angebundenen Gruppe Q sein. Dabei kann unter einer polyfunktionalisierten Polymerrücken beziehungsweise Oligomerrücken bildende Einheit -[A]- insbesondere eine Polymerrücken beziehungsweise Oligomerrücken bildende Einheit -[A]- verstanden werden, welche mit mindestens zwei Gruppen Q, beispielsweise Q und/oder Q– und/oder Q+, funktionalisiert ist, insbesondere wobei jeweils eine Gruppe Q, beispielsweise Q– beziehungsweise Q beziehungsweise Q+, – gegebenenfalls über einen Spacer X, insbesondere Xx, – an die Polymerrücken beziehungsweise Oligomerrücken bildende Einheit -[A]- angebunden ist.
  • Zum Beispiel – beispielsweise insofern Q für eine negativ geladene Gruppe Q– steht – kann der aus den Monomeren und/oder Oligomeren ausgebildete Polymerelektrolyt und/oder Oligomerelektrolyt und/oder der mindestens eine Polymerelektrolyt des mindestens einen Festelektrolyten ein Sulfonatgruppen, insbesondere Lithiumsulfonatgruppen, substituiertes Polyphenylen, beispielsweise para-Polyphenylen, beispielsweise welches mindestens eine Phenylen-Wiederholungseinheit umfasst, die mindestens einfach mit einer Sulfonatgruppe, insbesondere Lithiumsulfonatgruppe, beispielsweise mit mehreren Sulfonatgruppen, insbesondere Lithiumsulfonatgruppen, substituiert ist, umfassen oder sein. Dies hat sich als vorteilhaft erwiesen, da so die Anzahl der anionischen Einheiten und damit Lithiumionen-Ladungsträger pro Phenyleneinheit erhöht werden kann. Neben der Sulfonatgruppen substituierten Phenylen-Einheit kann die Polymerrücken beziehungsweise Oligomerrücken bildende Einheit -[A]-, beispielsweise in Form eines Polyphenylens, noch eine oder mehrere andere Phenylen-Einheiten, beispielsweise eine unsubstituierte Phenylen-Einheit und/oder eine einfach oder mehrfach mit jeweils einer Gruppe Q, beispielsweise Q+ beziehungsweise Q– beziehungsweise Q, und einem Spacer X, insbesondere Xx, substituierte Phenylen-Einheit, umfassen.
  • Zum Beispiel – beispielsweise insofern Q für eine ungeladene Gruppe Q steht – kann der aus den Monomeren und/oder Oligomeren ausgebildete Polymerelektrolyt und/oder Oligomerelektrolyt und/oder der mindestens eine Polymerelektrolyt des mindestens einen Festelektrolyten ein Alkylenoxid-funktionalisiertes, beispielsweise Ethylenoxid-funktionalisiertes und/oder Polyethylenglycol-funktionalisiertes, Polyacrylat beziehungsweise Polymethacrylat, zum Beispiel ein Poly(ethylenglycol)methyletheracrylat (PEGMA), umfassen oder sein.
  • Im Rahmen einer Ausgestaltung, insbesondere im Rahmen derer Q für eine negativ geladene Gruppe Q– und ein Gegenion Z+ steht, enthält die, insbesondere monomer- und/oder oligomerhaltige, ionenleitende Flüssigkeit und/oder die weitere Flüssigkeit, beispielsweise lediglich, Monomere und/oder Oligomere zur Ausbildung eines Polymerelektrolyten und/oder Oligomerelektrolyten und/oder einen Initiator, beispielsweise einen Polymerisationsinitiator und/oder Vernetzungsinitiator und/oder Verknüpfungsinitiator, und/oder mindestens ein, insbesondere gelbildendes und/oder ionenleitfähiges, Lösungsmittel, und/oder Monomere und/oder Oligomere zur Ausbildung eines, insbesondere ionenleitfähigen, Polymers, welches eine niedrigere Glasübergangstemperatur und/oder eine höhere Leitsalzlöslichkeit und/oder -Koordinationsfähigkeit aufweist als der aus den Monomeren und/oder Oligomeren zur Ausbildung eines Polymerelektrolyten und/oder Oligomerelektrolyten ausgebildete Polymerelektrolyt und/oder Oligomerelektrolyt, beispielsweise einzelionenleitende Polyelektrolyt und/oder Oligoelektrolyt, und/oder Leitzusatz-Nanopartikel und/oder ist frei von, insbesondere freien beziehungsweise mobilen, Leitsalzen und/oder Flüssigelektrolyten.
  • Im Rahmen einer zusätzlichen oder alternativen Ausgestaltung, insbesondere im Rahmen derer Q für eine negativ geladene Gruppe Q– und ein Gegenion Z+ steht, enthält der mindestens eine Festelektrolyt, beispielsweise lediglich, Polymerelektrolyte, insbesondere einzelionenleitende Polyelektrolyte und/oder ionenleitfähige, insbesondere lithiumionenleitfähige, Polymere, und/oder anorganische, zum Beispiel keramische und/oder glasartige, Ionenleiter und/oder weitere, gelbildende und/oder ionenleitfähige, insbesondere lithiumleitfähige, Lösungsmittel und/oder Polymere, welche eine niedrigere Glasübergangstemperatur und/oder eine höhere Leitsalzlöslichkeit und/oder -Koordinationsfähigkeit aufweisen als der aus den Monomeren und/oder Oligomeren zur Ausbildung eines Polymerelektrolyten und/oder Oligomerelektrolyten ausgebildete Polymerelektrolyt und/oder Oligomerelektrolyt, beispielsweise einzelionenleitende Polyelektrolyt und/oder Oligoelektrolyt, und/oder Leitzusatz-Nanopartikel und/oder ist frei von, insbesondere freien beziehungsweise mobilen, Leitsalzen und/oder Flüssigelektrolyten.
  • Durch eine Leitsalz- und/oder Flüssigelektrolyt-freie Ausgestaltung kann vorteilhafterweise eine möglichst hohe Überführungszahl, insbesondere nahe 1, erzielt werden. Insofern die ionenleitende Flüssigkeit Monomere und/oder Oligomere zur Ausbildung eines einzelionenleitenden Polyelektrolyten und/oder Oligoelektrolyten umfasst und/oder der mindestens eine Festelektrolyt mindestens einen einzelionenleitenden Polyelektrolyten umfasst, kann die Überführungszahl durch Zugabe von, insbesondere freien beziehungsweise mobilen, Leitsalzen und/oder Flüssigelektrolyten sinken. Dennoch kann auch bei einzelionenleitenden Polyelektrolyten und/oder Oligoelektrolyten die Zugabe von geringen Mengen an Leitsalz, insbesondere trotz einer Reduktion der Überführungszahl, auf die Gesamttransporteigenschaften des Elektrolyten innerhalb der Poren der porösen Aktivmaterialpartikel beziehungsweise zwischen den porösen Aktivmaterialpartikeln, beispielsweise bei einer gemeinsamen Berücksichtigung der Überführungszahl und der ionischen Leitfähigkeit und/oder der Ionenkonzentration, einen positiven Einfluss haben.
  • Im Rahmen einer anderen Ausgestaltung, insbesondere im Rahmen derer Q für eine ungeladene Gruppe Q oder für eine positiv geladene Gruppe Q+ und ein Gegenion Z– steht, enthält die, insbesondere monomer- und/oder oligomerhaltige, ionenleitende Flüssigkeit und/oder die weitere Flüssigkeit mindestens ein Leitsalz, insbesondere Lithium-Leitsalz, und/oder mindestens ein, insbesondere gelbildendes und/oder ionenleitfähiges, Lösungsmittel und/oder mindestens einen Flüssigelektrolyten, insbesondere aus mindestens einem ionenleitfähigen und/oder gelbildenden Lösungsmittel und mindestens einem Leitsalz, insbesondere Lithium-Leitsalz, und/oder Leitzusatz-Nanopartikel.
  • Im Rahmen einer zusätzlichen oder alternativen Ausgestaltung, insbesondere im Rahmen derer Q für eine ungeladene Gruppe Q oder für eine positiv geladene Gruppe Q+ und ein Gegenion Z– steht, enthält der mindestens eine Festelektrolyt mindestens ein Leitsalz, insbesondere Lithium-Leitsalz, und/oder mindestens ein, insbesondere gelbildendes und/oder ionenleitfähiges, Lösungsmittel und/oder mindestens einen Flüssigelektrolyten, insbesondere aus mindestens einem ionenleitfähigen und/oder gelbildenden Lösungsmittel und mindestens einem Leitsalz, insbesondere Lithium-Leitsalz, und/oder mindestens einen Leitzusatz.
  • Im Rahmen einer Ausgestaltung der vorstehenden Ausführungsformen enthält die, insbesondere monomer- und/oder oligomerhaltige, ionenleitende Flüssigkeit und/oder die weitere Flüssigkeit und/oder der mindestens eine Festelektrolyt mindestens ein Leitsalz, beispielsweise Alkalimetall-Leitsalz, zum Beispiel Lithium-Leitsalz und/oder Natrium-Leitsalz, insbesondere Lithium-Leitsalz.
  • Zum Beispiel kann das mindestens eine Lithium-Leitsalz, insbesondere der ionenleitende Flüssigkeit und/oder der weiteren Flüssigkeit und/oder des mindestens einen Festelektrolyten, Lithiumbis(trifluormethansulfonyl)imid (LiTFSI) und/oder Lithiumhexafluorophosphat (LiPF6) und/oder Lithiumbisoxalatoborat (LiBOB) und/oder Trifluormethansulfonat (LiTriflate) und/oder Lithiumperchlorat (LiClO4) und/oder Lithiumdifluorooxalatoborat (LiDFOB) und/oder Lithiumtetrafluoroborat (LiBF4) und/oder Lithiumbromid (LiBr) und/oder Lithiumiodid (LiI) und/oder Lithiumchlorid (LiCl) umfassen oder sein. Dabei können das Anion Z– und das Anion des mindestens einen Lithium-Leitsalzes unterschiedlich oder identisch sein.
  • Bei Elektrolyten, welche auf ionenleitfähigen, beispielsweise lithiumleitfähigen, Materialien, beispielsweise ionenleitfähigen Polymeren, zum Beispiel Polyethylenoxid, und/oder ionenleitfähigen Lösungsmitteln, zum Beispiel organischen Carbonaten, basieren, kann so das mindestens eine Leitsalz in das ionenleitfähige Material eingebracht, insbesondere darin gelöst, werden und auf diese Weise ein Elektrolyt mit ionenleitenden, beispielsweise lithiumionenleitenden, Eigenschaften bereitgestellt werden.
  • Bei einzelionenleitenden Polyelektrolyten und/oder Oligoelektrolyten und/oder Flüssigelektrolyten kann so gegebenenfalls die Ionenleitfähigkeit, insbesondere Lithiumionenleitfähigkeit, weiter erhöht werden. Auch bei einzelionenleitenden Polyelektrolyten und/oder Oligoelektrolyten mit einer hohen Überführungszahl kann dabei gegebenenfalls – obwohl dies auf Kosten einer Reduktion der Überführungszahl gehen kann – eine geringe Beimischung eines Leitsalzes, insbesondere Lithium-Leitsalzes, von Vorteil sein, beispielsweise um den Glaspunkt des Polymers zu verringern und damit die Gesamtmobilität der Lithiumionen im System zu erhöhen. Beispielsweise kann in diesem Fall ein Leitsalz, insbesondere Lithium-Leitsalz, verwendet werden, dessen Anion gut mit der negativ geladenen Gruppe Q– des einzelionenleitenden Polyelektrolyten und/oder Oligoelektrolyten wechselwirkt. Zum Beispiel kann Lithiumbis-(trifluormethansulfonyl)imid (LiTFSI) bei einer Sulfonylimidgruppe eingesetzt werden.
  • Im Rahmen einer speziellen Ausgestaltung sind das Anion des mindestens einen Leitsalzes, insbesondere Lithium-Leitsalzes, und Z– beziehungsweise Q– aus der gleichen Anionenklasse, beispielsweise der Sulfonylimide, zum Beispiel Trifluormethansulfonylimid und/oder Pentafluorethansulfonylimid und/oder Fluorsulfonylimid, insbesondere Trifluormethansulfonylimid, ausgewählt. So können vorteilhafterweise unerwünschte Nebenreaktionen vermieden werden und insbesondere zudem erzielt werden, dass das Anion des mindestens einen Leitsalzes und Z– beziehungsweise Q– Alkaliionen, insbesondere Lithiumionen, ähnlich, beispielsweise gleich, stark koordinieren, was sich vorteilhaft auf die Ionenmobilität auswirken kann.
  • Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform wird die Feststoffelektrode, insbesondere in Verfahrensschritt b), mittels eines Trockenbeschichtungsprozesses ausgebildet. In dem Trockenbeschichtungsprozess können beispielsweise die getränkten Aktivmaterialpartikel und mindestens ein Festelektrolyt, zum Beispiel ein Katholyt oder Anolyt, und optional mindestens ein Leitzusatz gemischt und mit der resultierenden Beschichtungsmasse ein Substrat, beispielsweise ein Stromableiter, zum Beispiel aus Aluminium beziehungsweise Kupfer, beschichtet werden. Das Beschichten kann dabei zum Beispiel durch einen, insbesondere trockenen, Rakelprozess, erfolgen. Durch einen, insbesondere lösungsmittelfreien, Trockenbeschichtungsprozess kann vorteilhafterweise ein Herauslösen des in den Poren aufgenommenen Elektrolyten aus den Poren der porösen Aktivmaterialpartikel durch Lösungsmittel vermieden werden. Nach dem Beschichten kann die Beschichtung weiterhin kalandriert werden. So kann vorteilhafterweise eine minimierte Restporosität der Feststoffelektrode, beispielsweise von ≤ 5 %, zum Beispiel von ≤ 2 %, erzielt werden. Da bei einem Trockenbeschichtungsprozess auf einen Trocknungsprozess verzichtet werden kann, können insbesondere in diesem Fall Flüssigelektrolyt und/oder Lösungsmittel in den Poren der porösen Aktivmaterialpartikel verbleiben.
  • Im Rahmen einer anderen Ausführungsform wird die Feststoffelektrode, insbesondere in Verfahrensschritt b), mittels eines Nassbeschichtungsprozesses, zum Beispiel mittels eines Gießprozesses, ausgebildet. In dem Nassbeschichtungsprozess können beispielsweise die getränkten Aktivmaterialpartikel und mindestens ein Festelektrolyt, beispielsweise ein Katholyt oder Anolyt, und optional mindestens ein Leitzusatz mit mindestens einem Beschichtungslösungsmittel gemischt, beispielsweise darin gelöst und/oder dispergiert, und mit der resultierenden Beschichtungsmasse ein Substrat, beispielsweise ein Stromableiter, zum Beispiel aus Aluminium beziehungsweise Kupfer, beschichtet, wobei das mindestens eine Beschichtungslösungsmittel nach dem Beschichten, beispielsweise durch einen Trocknungsprozess, wieder entfernt wird. Das Beschichten kann dabei zum Beispiel durch einen, insbesondere nassen, Rakelprozess, erfolgen. Beispielsweise kann der Nassbeschichtungsprozess ein klassischer Slurry-Prozess sein. Das mindestens eine Beschichtungslösungsmittel kann insbesondere derart ausgewählt, dass es über eine geringe Löslichkeit bezüglich des in den Poren des porösen Aktivmaterials aufgenommenen Elektrolyten aufweist. So kann vorteilhafterweise ein Herauslösen des in den Poren aufgenommenen Elektrolyten aus den Poren der porösen Aktivmaterialpartikel weiter unterdrückt werden. Nach dem Beschichten und insbesondere nach dem Entfernen des mindestens einen Beschichtungslösungsmittels kann die Beschichtung weiterhin kalandriert werden. So kann vorteilhafterweise eine minimierte Restporosität der Feststoffelektrode, beispielsweise von ≤ 5 %, zum Beispiel von ≤ 2 %, erzielt werden.
  • Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform ist das Verfahren zur Herstellung einer Feststoffkathode ausgelegt und/oder sind die porösen Aktivmaterialpartikel Kathodenaktivmaterialpartikel. Beispielsweise können die porösen Aktivmaterialpartikel beziehungsweise Kathodenaktivmaterialpartikel ein Lithiumkonversionsmaterial, also ein Material, welches eine Konversionsreaktion mit Lithium eingehen kann, zum Beispiel auf Schwefel-Basis, oder ein Lithium-Interkalationsmaterial, also ein Material, welches Lithium interkalieren kann, zum Beispiel auf Metalloxid-Basis, umfassen oder daraus ausgebildet sein.
  • Als Anode kann insbesondere eine Lithiummetall-Anode verwendet werden. So kann vorteilhafterweise eine besonders hohe spezifische Energiedichte erzielt werden. Es ist jedoch auch möglich dabei eine erfindungsgemäße, später erläuterte Feststoffanode zu verwenden. Durch Kombination einer Feststoffkathode, insbesondere mit Kathodenaktivmaterialpartikeln und Katholyt, und einer Feststoffanode, insbesondere mit Anodenaktivmaterialpartikeln und Anolyt, kann vorteilhafterweise eine besonders hohe Ratenfähigkeit erzielt werden.
  • Im Rahmen einer speziellen Ausführungsform umfassen die porösen Aktivmaterialpartikel beziehungsweise die Kathodenaktivmaterialpartikel einen Schwefel-Kohlenstoff-Komposit, insbesondere Schwefel-Polymer- und/oder -Kohlenstoffmodifikation-Komposit, oder sind daraus ausgebildet. Zum Beispiel können die porösen Aktivmaterialpartikel beziehungsweise die Kathodenaktivmaterialpartikel einen Schwefel-Polymer-Komposit, beispielsweise einen Komposit aus einem, insbesondere elektrisch leitfähigen, Polymer mit kovalent und/oder ionisch, insbesondere kovalent, gebundenem Schwefel, umfassen oder daraus ausgebildet sein. Schwefel-Kohlenstoff-Komposite können eine hohe Porosität aufweisen, weshalb das Verfahren hierfür besonders vorteilhaft eingesetzt werden kann.
  • Im Rahmen einer Ausgestaltung dieser Ausführungsform umfassen die porösen Aktivmaterialpartikel beziehungsweise die Kathodenaktivmaterialpartikel einen Schwefel-Polyacrylnitril-Komposit oder sind daraus ausgebildet. Insbesondere können die porösen Aktivmaterialpartikel beziehungsweise die Kathodenaktivmaterialpartikel SPAN umfassen oder daraus ausgebildet sein. Schwefel-Polyacrylnitril-Komposite, wie SPAN, können eine hohe Porosität aufweisen, weshalb das Verfahren hierfür besonders vorteilhaft eingesetzt werden kann.
  • Unter SPAN kann insbesondere ein auf Polyacrylnitril (PAN), insbesondere cyclisiertem Polyacrylnitril (cPAN), basierendes Komposit beziehungsweise Polymer mit, insbesondere kovalent, gebundenem Schwefel verstanden werden, insbesondere welches durch eine thermische Umsetzung und/oder chemische Reaktion von Polyacrylnitril in der Gegenwart von Schwefel erhältlich ist.
  • Insbesondere können dabei Nitrilgruppen zu einem Polymer, insbesondere mit konjugiertem π-System, reagieren, bei dem die Nitrilgruppen zu aneinander anhängenden, stickstoffhaltigen Ringen, insbesondere Sechsringen, insbesondere mit kovalent gebundenem Schwefel, umgesetzt werden. Zum Beispiel kann SPAN durch Erhitzen von Polyacrylnitril (PAN) mit einem Überschuss an elementarem Schwefel, insbesondere auf eine Temperatur von ≥ 300 °C, beispielsweise etwa ≥ 300 °C bis ≤ 600 °C, hergestellt werden. Dabei kann der Schwefel insbesondere zum einen das Polyacrylnitril (PAN) unter Ausbildung von Schwefelwasserstoff (H2S) cyclisieren und zum anderen – beispielsweise unter Ausbildung einer kovalenten S-C-Bindung – fein verteilt in der cyclisierten Matrix gebunden werden, beispielweise wobei eine cyclisierte Polyacrylnitril-Struktur mit kovalenten Schwefel-Ketten, ausgebildet wird. SPAN wird in Chem. Mater., 2011, 23, 5024 und J. Mater. Chem., 2012, 22, 23240, J. Elektrochem. Soc., 2013, 160 (8) A1170, und in der Druckschrift WO 2013/182360 A1 beschrieben.
  • Im Rahmen einer anderen Ausführungsform ist das Verfahren zur Herstellung einer Feststoffanode ausgelegt und/oder sind die porösen Aktivmaterialpartikel Anodenaktivmaterialpartikel. Beispielsweise können die porösen Aktivmaterialpartikel beziehungsweise die Anodenaktivmaterialpartikel ein Lithium-Interkalationsmaterial, zum Beispiel Graphit und/oder amorphen Kohlenstoff, und/oder ein Lithium-Legierungsmaterial, zum Beispiel Silicium und/oder Zinn, umfassen oder daraus ausgebildet sein.
  • Insbesondere kann das Verfahren auch zur Herstellung einer Feststoffzelle ausgelegt sein. Beispielsweise kann dabei die, insbesondere in Verfahrensschritt b), ausgebildete Elektrode, beispielsweise Feststoffkathode, zum Beispiel in einem Verfahrensschritt c), mit einem Separator und einer weiteren, insbesondere festen, Elektrode, zum Beispiel einer Lithiummetall-Anode oder einer, beispielsweise durch ein analoges erfindungsgemäßes Verfahren hergestellten, Feststoffanode, zu einer Feststoffzelle verbaut werden. Der Separator kann dabei mindestens einen (weiteren) Festelektrolyten umfassen oder daraus ausgebildet sein. Die Feststoffzelle können beispielsweise in Form eines Zellstapels ausgebildet werden.
  • Der aus den Monomeren und/oder Oligomeren ausgebildete Polymerelektrolyt und/oder Oligomerelektrolyt, der mindestens eine Festelektrolyt der Feststoffelektrode, insbesondere der Katholyt und der Anolyt, und der mindestens eine (weitere) Festelektrolyt des Separators müssen grundsätzlich nicht notwendigerweise identisch sein, sondern können beispielsweise voneinander unterschiedlich und/oder an die jeweiligen Bedürfnisse, beispielsweise bezüglich des Lösungsverhaltens, der Spannungsstabilität, der Volumenarbeit, der Porengröße, et cetera im jeweiligen Einsatzbereich der Zelle, angepasst und insbesondere optimiert sein. Es kann jedoch vorteilhaft sein, wenn der aus den Monomeren und/oder Oligomeren ausgebildete Polymerelektrolyt und/oder Oligomerelektrolyt, der mindestens eine Festelektrolyt der Feststoffelektrode, insbesondere der Katholyt und der Anolyt, und der mindestens eine (weitere) Festelektrolyt des Separators zumindest ähnlich oder gegebenenfalls sogar gleich sind.
  • Hinsichtlich weiterer technischer Merkmale und Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens wird hiermit explizit auf die Erläuterungen im Zusammenhang mit den erfindungsgemäßen Feststoffelektroden, der erfindungsgemäßen Feststoffzelle sowie auf die Figuren und die Figurenbeschreibung verwiesen.
  • Darüber hinaus betrifft die Erfindung eine Feststoffelektrode, insbesondere eine Feststoffkathode und/oder eine Feststoffanode, welche durch ein erfindungsgemäßes Verfahren hergestellt ist.
  • Zudem betrifft die Erfindung eine Feststoffelektrode, insbesondere eine Feststoffkathode und/oder eine Feststoffanode, welche poröse Aktivmaterialpartikel umfasst, wobei, bezogen auf das Gesamtporenvolumen der offenen Poren der porösen Aktivmaterialpartikel, ≥ 50 Vol.-%, beispielsweise ≥ 60 Vol.-% oder ≥ 70 Vol.-% oder ≥ 80 Vol.-% oder ≥ 90 Vol.-% oder ≥ 95 Vol.-%, der offenen Poren der porösen Aktivmaterialpartikel mit mindestens einem Elektrolyten, beispielsweise Polymerelektrolyten und/oder Oligomerelektrolyten und/oder Flüssigelektrolyten, zum Beispiel einzelionenleitenden Polyelektrolyten und/oder Oligoelektrolyten, gefüllt sind, wobei die elektrolytgefüllten, porösen Aktivmaterialpartikel in mindestens einen Festelektrolyten eingebettet sind. Eine derartige Feststoffelektrode, insbesondere bei der die offenen Poren der porösen Aktivmaterialpartikel im Wesentlich vollständig mit mindestens einem Elektrolyten gefüllt sind, kann beispielsweise durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellt werden und/oder wie im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erläutert ausgestaltet sein.
  • Im Rahmen einer Ausführungsform umfasst die Feststoffelektrode weiterhin mindestens einen Leitzusatz. Der mindestens eine Leitzusatz kann dabei ebenfalls in den mindestens einen Festelektrolyten eingebettet sein.
  • Im Rahmen einer speziellen Ausführungsform ist die Feststoffelektrode eine Feststoffkathode. Dabei können die porösen Aktivmaterialpartikel insbesondere einen Schwefel-Kohlenstoff-Komposit, beispielsweise einen Schwefel-Polymer- und/oder -Kohlenstoffmodifikation-Komposit, zum Beispiel einen Schwefel-Polyacrylnitril-Komposit, wie SPAN, umfassen oder daraus ausgebildet sein.
  • Eine erfindungsgemäße Herstellung beziehungsweise Feststoffelektrode ist beispielsweise in Elektrodenschliffen durch das Ausmaß der Ausfüllung der Poren des porösen Aktivmaterials ersichtlich und/oder durch Abgleich der mittleren Dichte der Elektrode mit der mittleren Dichte einer Zusammensetzung aus den Einzelkomponenten der Elektrode nachweisbar.
  • Hinsichtlich weiterer technischer Merkmale und Vorteile der erfindungsgemäßen Feststoffelektroden wird hiermit explizit auf die Erläuterungen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren, der erfindungsgemäßen Feststoffzelle sowie auf die Figuren und die Figurenbeschreibung verwiesen.
  • Ferner betrifft die Erfindung eine Feststoffzelle, welche eine Kathode, einen Separator und eine Anode umfasst. Beispielsweise kann die Feststoffzelle eine Feststoff-Alkalimetall-Schwefel-Zelle, beispielsweise eine Feststoff-Lithium-Schwefel-Zelle und/oder eine Feststoff-Natrium-Schwefel-Zelle, insbesondere eine Feststoff-Lithium-Schwefel-Zelle, sein.
  • Die Kathode kann dabei eine erfindungsgemäße Feststoffkathode sein. Die Anode kann dabei eine Lithiummetall-Anode oder eine erfindungsgemäße Feststoffanode sein. Insbesondere kann die Feststoffzelle eine erfindungsgemäße Feststoffkathode und eine Lithiummetall-Anode umfassen.
  • Der Separator kann beispielsweise auch – insbesondere neben der Funktion der elektronischen Isolation von Kathode und Anode – als Schutzschicht, insbesondere für die Anode, insbesondere für eine Lithiummetall-Anode, dienen. So kann vorteilhafterweise über die angestrebte Zyklenlebensdauer ein Dendritenwachstum von der Anode zur Kathode und damit einhergehende interne Kurzschlüsse vermieden werden.
  • Im Rahmen einer Ausführungsform umfasst der Separator ein Block-Copolymer, beispielsweise ein Polyethylenoxid-Polystyrol-Bock-Copolymer (PEO-b-PS), und/oder einen einzelionenleitenden Polyelektrolyten und/oder einen anorganischen, beispielsweise keramischen, Ionenleiter. Zum Beispiel kann der Separator eine Block-Copolymer-Schicht, beispielsweise aus einem Polyethylenoxid-Polystyrol-Bock-Copolymer (PEO-b-PS), und/oder eine, einen einzelionenleitenden Polymerelektrolyt enthaltende Schicht und/oder eine, einen anorganischen, beispielsweise keramischen, Ionenleiter enthaltende Schicht umfassen. Dies hat sich für die Übernahme einer Funktion als Schutzschicht gegen Dendritenwachstum als besonders vorteilhaft erwiesen.
  • Erfindungsgemäße Feststoffzellen können insbesondere in Batteriesystemen eingesetzt werden. Dabei können die Feststoffzellen vorteilhafterweise sogar Elektrodenbeladungen von insbesondere bis zu 3 mAh/cm2 und damit insbesondere in Kombination mit beispielsweise metallischen Lithiumanoden sehr hohe Energiedichten bei gleichzeitig hohen Konstantstrombelastungen von bis zu 3C oder höher insbesondere bei einer erhöhten Temperatur, insbesondere von ≥ 50 °C, beispielsweise von ≥ 70 °C, zum Beispiel von ≥ 80 °C, in Lade- und Entladerichtung zulassen. Daher sind die Feststoffzellen vorteilhafterweise auch für Fahrzeug-Batteriesysteme, zum Beispiel für Elektrofahrzeuge und Hybridelektrofahrzeuge, geeignet.
  • Hinsichtlich weiterer technischer Merkmale und Vorteile der erfindungsgemäßen Zelle wird hiermit explizit auf die Erläuterungen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren, den erfindungsgemäßen Feststoffelektroden sowie auf die Figuren und die Figurenbeschreibung verwiesen.
  • Zeichnungen
  • Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Gegenstände werden durch die Zeichnungen veranschaulicht und in der nachfolgenden Beschreibung erläutert. Dabei ist zu beachten, dass die Zeichnungen nur beschreibenden Charakter haben und nicht dazu gedacht sind, die Erfindung in irgendeiner Form einzuschränken. Es zeigen
  • 1 schematische Querschnitte zur Veranschaulichung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens;
  • 2 einen schematischen Querschnitt zur Veranschaulichung des Ausfüllungsgrades eines mittels eines herkömmlichen Verfahrens prozessierten porösen Aktivmaterialpartikels; und
  • 3 einen schematischen Querschnitt zur Veranschaulichung einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Feststoffelektrode.
  • 1 veranschaulicht, dass in der darin gezeigten Ausführungsform in einem Verfahrensschritt a) poröse Aktivmaterialpartikel 10 mit einer ionenleitenden, insbesondere lithiumionenleitenden, Flüssigkeit getränkt werden. Als ionenleitende Flüssigkeit kann dabei – wie in 1 veranschaulicht – eine monomer- und/oder oligomerhaltige, ionenleitende, insbesondere lithiumionenleitende, Flüssigkeit, welche Monomere 1 und/oder Oligomere zur Ausbildung eines Polymerelektrolyten 2 und/oder Oligomerelektrolyten enthält, und/oder ein Flüssigelektrolyt eingesetzt werden. Die Monomere 1 und/oder Oligomere zur Ausbildung eines Polymerelektrolyten 2 und/oder Oligomerelektrolyten können insbesondere zur Ausbildung eines einzelionenleitenden Polyelektrolyten 2 und/oder Oligomerelektrolyten und/oder zur Ausbildung eines ionenleitfähigen, insbesondere lithiumionenleitfähigen, Polymers ausgelegt sein.
  • Die mit Elektrolyt zu tränkenden, porösen Aktivmaterialmaterialpartikel 10 können beispielsweise in Verfahrensschritt a) zu der ionenleitenden Flüssigkeit zugegeben werden, wobei die ionenleitende Flüssigkeit in den Poren der porösen Aktivmaterialpartikel 10 aufgesaugt wird und die porösen Aktivmaterialpartikel 10 auf diese Weise getränkt werden. 1 veranschaulicht, dass dabei die offenen Poren der porösen Aktivmaterialpartikel 11, 12, bezogen auf das Gesamtporenvolumen der offenen Poren der porösen Aktivmaterialpartikel 11, 12, zu ≥ 50 Vol.-%, insbesondere im Wesentlichen vollständig, mit der, insbesondere Monomer- 1 und/oder Oligomer-haltigen, ionenleitend Flüssigkeit und dadurch mit einem Elektrolyten, beispielsweise einem einzelionenleitenden Polyelektrolyten und/oder Oligoelektrolyten, gefüllt werden. Aus derartigen getränkten Aktivmaterialpartikeln 11, 12 kann schließlich, beispielsweise in einem in den Figuren nicht dargestellten Verfahrensschritt b), unter Zugabe mindestens eines Festelektrolyten 20 eine, in 3 dargestellte Feststoffelektrode 100 ausgebildet werden.
  • In der monomer- und/oder oligomerhaltigen Flüssigkeit können die Monomere 1 und/oder Oligomere beispielsweise gemeinsam mit einem Polymerisationsinitiator und/oder Vernetzungsinitiator und/oder Verknüpfungsinitiator in mindestens einem Lösungsmittel gelöst sein. Insbesondere insofern die Monomere 1 und/oder Oligomere selbst keine Lithium-Leitsalzfunktionalisierung aufweisen, kann in der ionenleitenden Flüssigkeit insbesondere zusätzlich mindestens ein Leitsalz, beispielsweise Lithium-Leitsalz, gelöst sein. Insofern Oligomere eingesetzt werden, können diese insbesondere eine an die Porengröße der porösen Aktivmaterialpartikel 10 angepasste Größe beziehungsweise ein daran angepasstes Molekulargewicht aufweisen. Insofern die Oligomere selbst keine Lithium-Leitsalzfunktionalisierung aufweisen, können diese beispielsweise in Form eines Oligomer/Salzgemisches eingesetzt werden.
  • 1 veranschaulicht, dass im Rahmen einer Ausgestaltung in einem Verfahrensschritt a’) die Monomere 1 und/oder Oligomere polymerisiert und/oder vernetzt werden. 1 veranschaulicht, dass sich der aus den Monomeren 1 und/oder Oligomeren ausgebildete Polymerelektrolyt 2 und/oder Oligomerelektrolyt vorteilhafterweise von den Öffnungsflächen der äußersten Poren des porösen Aktivmaterialpartikels 10, 11, 12 bis hin zu tief innen liegenden Poren und durch den porösen Aktivmaterialpartikel 10, 11, 12 hindurch erstrecken kann.
  • 2 veranschaulicht, dass bei einem herkömmlichen Herstellungsverfahren, in dem poröse Aktivmaterialpartikel 10 zusammen mit einem Polymerelektrolyt 2, zum Beispiel in einem Pastenprozess mit einer die porösen Aktivmaterialpartikel 10 und den Polymerelektrolyten 2 umfassenden, lösungsmittelbasierten Paste oder in einem lösungsmittelfreien Trockenmischprozess, appliziert werden, der Polymerelektrolyt 2 nur einen sehr geringen Volumenanteil des Gesamtporenvolumens der offenen Poren der porösen Aktivmaterialpartikel 10 füllen kann. Dies kann unter anderem darauf beruhen, dass die Knäulgröße des Polymerelektrolyten 2 die Porengröße der offenen Poren der porösen Aktivmaterialpartikel 10 überschreitet, so dass der Polymerelektrolyt 2 lediglich teilweise in die äußersten, offenen Poren eingebracht werden kann. Im Fall eines Pastenprozesses kann zudem freies Porenvolumen beim Entfernen des Lösungsmittels entstehen. Im Fall eines Trockenmischprozesses kann dies zudem durch eine zu hohe Viskosität des Polymerelektrolyten 2 bedingt sein. Aufgrund der mechanischen Eigenschaften, insbesondere der hohen Viskosität, von reinen Polymerelektrolyten 2, kann der Polymerelektrolyt 2 auch durch nachträgliches Kalandrieren und Verdichten der Elektroden, selbst bei Temperaturen oberhalb der Erweichungstemperatur, nur bis zu einer geringen Tiefe in Richtung des Inneren der Partikel 10 gedrückt und – wie in 2 veranschaulicht – lediglich offene, weite Poren an der Oberfläche der Partikel 10 geschlossen werden.
  • 3 zeigt, dass die Feststoffelektrode 100 – im Rahmen der darin gezeigten Ausführungsform – getränkte Aktivmaterialpartikel 11, 12, welche wie im Zusammenhang mit 1 erläutert hergestellt sind, sowie einen Festelektrolyten 20 und einen Leitzusatz 30 umfasst.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • WO 2013/182360 A1 [0154]
  • Zitierte Nicht-Patentliteratur
    • Angew. Chem. Int. Ed., 2008, 47, 755–758 [0069]
    • Z. Anorg. Allg. Chem., 2010, 636, 1920–1924 [0069]
    • Chem. Eur. J., 2010, 16, 2198–2206 [0069]
    • Chem. Eur. J., 2010, 16, 5138–5147 [0069]
    • Chem. Eur. J., 2010, 16, 8347–8354 [0069]
    • Solid State Ionics, 2012, 221, 1–5 [0069]
    • Z. Anorg. Allg. Chem., 2011, 637, 1287–1294 [0069]
    • Solid State Ionics, 2013, 243, 45–48 [0069]
    • Chem. Mater., 2011, 23, 5024 [0154]
    • J. Mater. Chem., 2012, 22, 23240, J. Elektrochem. Soc., 2013, 160 (8) A1170 [0154]

Claims (20)

  1. Verfahren zur Herstellung einer Feststoffelektrode (100), insbesondere zur Herstellung einer Feststoffzelle, in dem – poröse Aktivmaterialpartikel (10) mit einer ionenleitenden, insbesondere lithiumionenleitenden, Flüssigkeit getränkt werden, und – aus den getränkten Aktivmaterialpartikeln (11, 12) unter Zugabe mindestens eines Festelektrolyten (20) eine Feststoffelektrode (100) ausgebildet wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei als ionenleitende Flüssigkeit eine monomer- und/oder oligomerhaltige, ionenleitende Flüssigkeit eingesetzt wird, welche Monomere (1) und/oder Oligomere zur Ausbildung eines Polymerelektrolyten (2) und/oder Oligomerelektrolyten enthält, und/oder wobei als ionenleitende Flüssigkeit ein Flüssigelektrolyt eingesetzt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Monomere (1) und/oder Oligomere unter Ausbildung eines Polymerelektrolyten (2) und/oder Oligomerelektrolyten polymerisiert und/oder vernetzt werden.
  4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, wobei die Monomere (1) und/oder Oligomere und/oder der daraus ausgebildete Polymerelektrolyt (2) und/oder Oligomerelektrolyt chemisch, insbesondere kovalent, an funktionelle Gruppen an der Oberfläche der porösen Aktivmaterialpartikel (10, 11, 12) angeknüpft werden.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die, insbesondere monomer- und/oder oligomerhaltige, ionenleitende Flüssigkeit weiterhin einen Polymerisationsinitiator und/oder einen Vernetzungsinitiator und/oder einen Verknüpfungsinitiator enthält und/oder wobei die Polymerisations- und/oder Vernetzungs- und/oder Verknüpfungsreaktion thermisch und/oder strahlungsinduziert, insbesondere UV-induziert, gestartet wird.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die getränkten Aktivmaterialpartikel (11, 12) vor dem Ausbilden der Feststoffelektrode (100) mit einer weiteren Flüssigkeit behandelt werden, welche mindestens ein gelbildendes und/oder ionenleitfähiges Lösungsmittel und/oder mindestens einen Flüssigelektrolyten enthält.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 6, wobei die Monomere (1) und/oder Oligomere zur Ausbildung eines Polymerelektrolyten (2) und/oder Oligomerelektrolyten zur Ausbildung eines einzelionenleitenden Polyelektrolyten (2) und/oder Oligoelektrolyten und/oder zur Ausbildung eines ionenleitfähigen Polymers und/oder Oligomers ausgelegt sind.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 7, wobei die, insbesondere monomer- und/oder oligomerhaltige, ionenleitende Flüssigkeit weiterhin Monomere und/oder Oligomere zur Ausbildung eines, insbesondere ionenleitfähigen, Polymers umfasst, welches eine niedrigere Glasübergangstemperatur und/oder eine höhere Leitsalzlöslichkeit und/oder -Koordinationsfähigkeit aufweist als der aus den Monomeren (1) und/oder Oligomeren zur Ausbildung eines Polymerelektrolyten (2) und/oder Oligomerelektrolyten ausgebildete Polymerelektrolyt (2) und/oder Oligomerelektrolyt.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die, insbesondere monomer- und/oder oligomerhaltige, ionenleitende Flüssigkeit weiterhin Leitzusatz-Nanopartikel, insbesondere Kohlenstoff-Nanopartikel, enthält.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei der mindestens eine Festelektrolyt (20) mindestens einen Polymerelektrolyten und/oder mindestens einen anorganischen, insbesondere keramischen und/oder glasartigen, Ionenleiter, insbesondere einen Lithium-Argyroditen und/oder ein sulfidisches Glas, umfasst.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Monomere und/oder Oligomere zur Ausbildung eines Polymerelektrolyten und/oder Oligomerelektrolyten und/oder der mindestens eine Festelektrolyt, insbesondere der mindestens eine Polymerelektrolyt des mindestens einen Festelektrolyten, mindestens eine Einheit der allgemeinen chemischen Formel:
    Figure DE102015224335A1_0009
    umfassen oder zur Ausbildung davon ausgelegt sind, wobei -[A]- für eine Polymerrücken beziehungsweise Oligomerrücken bildende Einheit steht, wobei X für einen Spacer steht, wobei x für die Anzahl des Spacers X steht und 1 oder 0 ist, und wobei Q für eine negativ geladene Gruppe Q– und ein Gegenion Z+ steht oder wobei Q für eine ungeladene Gruppe Q steht oder wobei Q für eine positiv geladene Gruppe Q+ und ein Gegenion Z– steht, insbesondere wobei Q für eine negativ geladene Gruppe Q– und ein Gegenion Z+ steht.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die Feststoffelektrode (100) mittels eines Trockenbeschichtungsprozesses ausgebildet wird, insbesondere in dem die getränkten Aktivmaterialpartikel (11, 12) und mindestens ein Festelektrolyt (20) und optional mindestens ein Leitzusatz (30) gemischt und mit der resultierenden Beschichtungsmasse ein Substrat, insbesondere ein Stromableiter, beschichtet wird, oder wobei die Feststoffelektrode (100) mittels eines Nassbeschichtungsprozesses ausgebildet wird, insbesondere in dem die getränkten Aktivmaterialpartikel (11, 12) und mindestens ein Festelektrolyt (20) und optional mindestens ein Leitzusatz (30) mit mindestens einem Beschichtungslösungsmittel gemischt und mit der resultierenden Beschichtungsmasse ein Substrat, insbesondere ein Stromableiter, beschichtet wird, wobei das mindestens eine Beschichtungslösungsmittel nach dem Beschichten, insbesondere durch einen Trocknungsprozess, wieder entfernt wird.
  13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei das Verfahren zur Herstellung einer Feststoffkathode ausgelegt ist, wobei die porösen Aktivmaterialpartikel (10, 11, 12) Kathodenaktivmaterialpartikel sind, oder wobei das Verfahren zur Herstellung einer Feststoffanode ausgelegt ist, wobei die porösen Aktivmaterialpartikel (10, 11, 12) Anodenaktivmaterialpartikel sind.
  14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei die porösen Aktivmaterialpartikel (10, 11, 12) beziehungsweise Kathodenaktivmaterialpartikel einen Schwefel-Kohlenstoff-Komposit, insbesondere einen Schwefel-Polymer- und/oder -Kohlenstoffmodifikation-Komposit, insbesondere einen Schwefel-Polyacrylnitril-Komposit, umfassen oder daraus ausgebildet sind.
  15. Feststoffelektrode (100), insbesondere Feststoffkathode oder Feststoffanode, hergestellt durch ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14.
  16. Feststoffelektrode (100), insbesondere Feststoffkathode oder Feststoffanode, umfassend poröse Aktivmaterialpartikel (11, 12), insbesondere hergestellt durch ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei ≥ 50 Vol.-% der offenen Poren der porösen Aktivmaterialpartikel (12), bezogen auf das Gesamtporenvolumen der offenen Poren der porösen Aktivmaterialpartikel (11, 12), mit mindestens einem Elektrolyten, insbesondere Polymerelektrolyten (2) und/oder Oligomerelektrolyten, beispielsweise einzelionenleitenden Polyelektrolyten (2) und/oder Oligoelektrolyten, gefüllt sind, wobei die elektrolytgefüllten, porösen Aktivmaterialpartikel (11, 12) in mindestens einen Festelektrolyten (20) eingebettet sind.
  17. Feststoffelektrode (100) nach Anspruch 16, wobei die Feststoffelektrode (100) weiterhin mindestens einen Leitzusatz (30) umfasst, insbesondere wobei der mindestens eine Leitzusatz (30) ebenfalls in den mindestens einen Festelektrolyten (20) eingebettet ist.
  18. Feststoffelektrode (100) nach Anspruch 16 oder 17, wobei die Feststoffelektrode eine Feststoffkathode ist, wobei die porösen Aktivmaterialpartikel (12) Schwefel-Kohlenstoff-Komposit, insbesondere einen Schwefel-Polymer- und/oder -Kohlenstoffmodifikation-Komposit, insbesondere einen Schwefel-Polyacrylnitril-Komposit, umfassen oder daraus ausgebildet sind.
  19. Feststoffzelle, insbesondere Feststoff-Alkalimetall-Schwefel-Zelle, umfassend – eine Kathode, – einen Separator und – eine Anode, wobei die Feststoffkathode eine Feststoffkathode nach einem der Ansprüche 15 bis 18 ist und/oder wobei die Anode eine Lithiummetall-Anode oder eine Feststoffanode nach einem der Ansprüche 15 bis 17 ist.
  20. Feststoffzelle nach Anspruch 19, wobei der Separator ein Block-Copolymer, insbesondere ein Polyethylenoxid-Polystyrol-Bock-Copolymer, und/oder einen einzelionenleitenden Polyelektrolyten und/oder einen anorganischen Ionenleiter umfasst.
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