DE102016224032A1 - Anode active material particles with artificial SEI layer by means of graft-from-polymerization - Google Patents
Anode active material particles with artificial SEI layer by means of graft-from-polymerization Download PDFInfo
- Publication number
- DE102016224032A1 DE102016224032A1 DE102016224032.3A DE102016224032A DE102016224032A1 DE 102016224032 A1 DE102016224032 A1 DE 102016224032A1 DE 102016224032 A DE102016224032 A DE 102016224032A DE 102016224032 A1 DE102016224032 A1 DE 102016224032A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- group
- polymerization
- polymerisable
- silane compound
- functional group
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- OAJNZFCPJVBYHB-UHFFFAOYSA-N C1OCCOc(cccc2)c2OCCOC1 Chemical compound C1OCCOc(cccc2)c2OCCOC1 OAJNZFCPJVBYHB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- SCRHCTUMYBSWTO-UHFFFAOYSA-N CC(C(COCCC[Si+](Cl)(Cl)Cl)=O)=C Chemical compound CC(C(COCCC[Si+](Cl)(Cl)Cl)=O)=C SCRHCTUMYBSWTO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- DDIIYHDLOCYKRL-UHFFFAOYSA-N CCSC(SCc(cc1)ccc1[SiH-](OC)(OC)OC)=S Chemical compound CCSC(SCc(cc1)ccc1[SiH-](OC)(OC)OC)=S DDIIYHDLOCYKRL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 0 O=*1OCC*1I Chemical compound O=*1OCC*1I 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
- H01M4/38—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of elements or alloys
- H01M4/386—Silicon or alloys based on silicon
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08F—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
- C08F292/00—Macromolecular compounds obtained by polymerising monomers on to inorganic materials
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
- H01M10/052—Li-accumulators
- H01M10/0525—Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
- H01M4/134—Electrodes based on metals, Si or alloys
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
- H01M4/139—Processes of manufacture
- H01M4/1395—Processes of manufacture of electrodes based on metals, Si or alloys
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
- H01M4/362—Composites
- H01M4/366—Composites as layered products
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
- H01M4/48—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides
- H01M4/485—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of mixed oxides or hydroxides for inserting or intercalating light metals, e.g. LiTi2O4 or LiTi2OxFy
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/62—Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
- H01M4/621—Binders
- H01M4/622—Binders being polymers
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/62—Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
- H01M4/628—Inhibitors, e.g. gassing inhibitors, corrosion inhibitors
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08F—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
- C08F2438/00—Living radical polymerisation
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
- H01M10/052—Li-accumulators
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
- H01M4/38—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of elements or alloys
- H01M4/387—Tin or alloys based on tin
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
- H01M4/58—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic compounds other than oxides or hydroxides, e.g. sulfides, selenides, tellurides, halogenides or LiCoFy; of polyanionic structures, e.g. phosphates, silicates or borates
- H01M4/583—Carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx
- H01M4/587—Carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx for inserting or intercalating light metals
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Anodenaktivmaterials und/oder einer Anode für eine Lithium-Zelle und/oder Lithium-Batterie, insbesondere für eine Lithium-Ionen-Zelle und/oder Lithium-Ionen-Batterie, und/oder zur Herstellung einer derartigen Lithium-Zelle und/oder Lithium-Batterie. Um die Zyklenstabilität der Lithium-Zelle und/oder Lithium-Batterie zu verbessern, wird in dem Verfahren mindestens eine Silanverbindung (2*) mit mindestens einer polymerisierbaren und/oder polymerisationsinitiierenden und/oder polymerisationskontrollierenden funktionellen Gruppe auf der Oberfläche von Anodenaktivmaterialpartikeln (1), insbesondere Siliciumpartikeln, immobilisiert und mindestens ein polymerisierbares Monomer (2) zugegeben. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Anodenaktivmaterial, eine Anode und eine Lithium-Zelle und/oder Lithium-Batterie.The present invention relates to a method for producing an anode active material and / or an anode for a lithium cell and / or lithium battery, in particular for a lithium-ion cell and / or lithium-ion battery, and / or for producing a such lithium cell and / or lithium battery. In order to improve the cycle stability of the lithium cell and / or lithium battery, in the process at least one silane compound (2 *) having at least one polymerizable and / or polymerization-initiating and / or polymerization-controlling functional group on the surface of anode active material particles (1), in particular silicon particles immobilized and at least one polymerizable monomer (2) added. Moreover, the invention relates to an anode active material, an anode and a lithium cell and / or lithium battery.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Anodenaktivmaterials und/oder einer Anode für eine Lithium-Zelle und/oder Lithium-Batterie, insbesondere für eine Lithium-Ionen-Zelle und/oder Lithium-Ionen-Batterie, und/oder zur Herstellung einer derartigen Lithium-Zelle und/oder Lithium-Batterie sowie ein Anodenaktivmaterial und eine Anode sowie eine derartige Lithium-Zelle und/oder Lithium-Batterie.The present invention relates to a method for producing an anode active material and / or an anode for a lithium cell and / or lithium battery, in particular for a lithium-ion cell and / or lithium-ion battery, and / or for producing a such lithium cell and / or lithium battery and an anode active material and an anode and such a lithium cell and / or lithium battery.
Stand der TechnikState of the art
Als Anodenaktivmaterial für Lithium-Ionen-Zellen und -Batterien kommt heutzutage hauptsächlich Graphit zum Einsatz. Graphit weist jedoch nur eine geringe Speicherkapazität auf.The anode active material used today for lithium-ion cells and batteries is mainly graphite. However, graphite has only a small storage capacity.
Silicium kann als Anodenaktivmaterial für Lithium-Ionen-Zellen und -Batterien eine deutlich höhere Speicherkapazität bieten. Silicium durchläuft beim Zyklisieren jedoch starke Volumenänderungen, was dazu führen kann, dass eine sich auf der Siliciumoberfläche aus Elektrolytzersetzungsprodukten ausbildende SEI-Schicht (SEI, Englisch: Solid Electrolyte Interphase; Festelektrolyt-Inter-/Zwischenphase) bei einer Volumenvergrößerung des Siliciums reißen und bei einer Volumenverkleinerung des Siliciums abplatzen kann, so dass mit jedem Zyklus erneut Elektrolyt mit der Siliciumoberfläche in Kontakt kommt und die SEI-Bildung und Elektrolytzersetzung kontinuierlich fortschreitet, was zu einem irreversiblen Verlust an Lithium (und Elektrolyt) und somit einer deutlich geringeren Zyklenstabilität und Kapazität führen kann.Silicon, as an anode active material for lithium-ion cells and batteries, can offer a significantly higher storage capacity. However, silicon undergoes large volume changes upon cycling, which may cause an SEI (Solid Electrolyte Interphase) layer formed on the silicon surface to segregate at an increase in the volume of silicon and at a solid electrolyte level Volume shrinkage of the silicon can flake off, so that again comes electrolyte with the silicon surface in contact with each cycle and the SEI formation and electrolyte decomposition proceeds continuously, which can lead to irreversible loss of lithium (and electrolyte) and thus a significantly lower cycle stability and capacity ,
Die Druckschrift
Die Druckschrift
Die Druckschrift
Die Druckschrift
Die Druckschrift
Die Druckschrift
Die Druckschrift
Die Druckschrift
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines Anodenaktivmaterials und/oder einer Anode für eine Lithium-Zelle und/oder Lithium-Batterie, insbesondere für eine Lithium-Ionen-Zelle und/oder Lithium-Ionen-Batterie, und/oder zur Herstellung einer Zelle und/oder Lithium-Batterie, insbesondere einer Lithium-Ionen-Zelle und/oder Lithium-Ionen-Batterie.The present invention relates to a method for producing an anode active material and / or an anode for a lithium cell and / or lithium battery, in particular for a lithium-ion battery. Cell and / or lithium-ion battery, and / or for producing a cell and / or lithium battery, in particular a lithium-ion cell and / or lithium-ion battery.
In dem Verfahren wird insbesondere mindestens eine Silanverbindung mit mindestens einer polymerisierbaren und/oder polymerisationsinitiierenden und/oder polymerisationskontrollierenden funktionellen Gruppe auf der Oberfläche von Anodenaktivmaterialpartikeln, insbesondere Siliciumpartikeln, immobilisiert und, insbesondere dann, mindestens ein polymerisierbares Monomer zugegeben - und insbesondere polymerisiert (graft-from-Polymerisation).In the process, in particular at least one silane compound having at least one polymerisable and / or polymerization-initiating and / or polymerization-controlling functional group is immobilized on the surface of anode active material particles, in particular silicon particles, and, in particular then, at least one polymerisable monomer is added - and in particular polymerized (graft-from polymerization).
Unter Anodenaktivmaterialpartikeln können insbesondere Partikel verstanden werden, welche mindestens ein Anodenaktivmaterial umfassen.By anode active material particles it is possible in particular to be understood as meaning particles which comprise at least one anode active material.
Die Anodenaktivmaterialpartikel können beispielsweise Siliciumpartikel und/oder Graphitpartikel und/oder Zinnpartikel umfassen oder sein.The anode active material particles may include or be, for example, silicon particles and / or graphite particles and / or tin particles.
Unter Siliciumpartikeln können insbesondere Partikel verstanden werden, welche Silicium umfassen. Beispielsweise können unter Siliciumpartikeln Partikel verstanden werden, welche Silicium enthalten. Unter Siliciumpartikeln können daher insbesondere auch siliciumbasierte Partikel verstanden werden. Beispielsweise können Siliciumpartikel, insbesondere reines beziehungsweise elementares, Silicium, beispielsweise poröses Silicium, zum Beispiel nanoporöses Silicium, beispielsweise mit einer Porengröße im Nanometerbereich, und/oder Nanosilicium, beispielsweise mit einer Partikelgröße im Nanometerbereich, und/oder eine Silicium-Legierungsmatrix beziehungsweise eine Silicium-Legierung, zum Beispiel bei der Silicium in einer aktiven und/oder inaktiven Matrix eingebettet ist, und/oder einen Silicium-Kohlenstoff-Komposit und/oder Siliciumoxid (SiOx) umfassen beziehungsweise daraus ausgebildet sein. Zum Beispiel können die Siliciumpartikel aus, insbesondere reinem beziehungsweise elementarem, Silicium ausgebildet sein.By silicon particles can be understood in particular particles comprising silicon. By way of example, silicon particles may be understood to mean particles which contain silicon. Silicon particles can therefore be understood as meaning, in particular, silicon-based particles. For example, silicon particles, in particular pure or elemental silicon, for example porous silicon, for example nanoporous silicon, for example having a pore size in the nanometer range, and / or nanosilicon, for example having a particle size in the nanometer range, and / or a silicon alloy matrix or a silicon alloy. Alloy, for example, in which silicon is embedded in an active and / or inactive matrix, and / or comprise a silicon-carbon composite and / or silicon oxide (SiOx) or be formed thereof. For example, the silicon particles may be formed of, in particular pure or elemental, silicon.
Unter Graphitpartikeln können insbesondere Partikel verstanden werden, welche Graphit umfassen.Under graphite particles can be understood in particular particles comprising graphite.
Unter Zinnpartikeln können insbesondere Partikel verstanden werden, welche Zinn umfassen.Tin particles can be understood as meaning, in particular, particles which comprise tin.
Insbesondere können die Anodenaktivmaterialpartikel Siliciumpartikel umfassen oder sein.In particular, the anode active material particles may include or be silicon particles.
Die Silanfunktion der mindestens einen Silanverbindung kann vorteilhafterweise auf der Oberfläche der Anodenaktivmaterialpartikel, insbesondere Siliciumpartikel, beispielsweise kovalent, anbinden.The silane function of the at least one silane compound can advantageously be attached to the surface of the anode active material particles, in particular silicon particles, for example covalently.
Dadurch, dass die mindestens eine Silanverbindung mit mindestens einer polymerisierbaren und/oder polymerisationsinitiierenden und/oder polymerisationskontrollierenden funktionellen Gruppe auf der Oberfläche der Anodenaktivmaterialpartikel, insbesondere Siliciumpartikel, immobilisiert wird, kann vorteilhafterweise ermöglicht werden, eine Polymerisation von der Oberfläche der Anodenaktivmaterialpartikel, insbesondere Siliciumpartikel, aus zu starten. So kann vorteilhafterweise eine oberflächeninitiierte Polymerisation (graft-from Polymerisation), beispielsweise eine oberflächeninitiierte lebende radikalische Polymerisation, wie eine oberflächeninitiierte, lebende radikalische Polymerisation unter Atomtransfer (oberflächeninitiierte ATRP; heterogene ATRP-Polymerisation) (ATRP, Englisch: Atom Transfer Radical Polymerization beziehungsweise Atomic Transfer Radical Polymerization) oder eine oberflächeninitiierte, stabile freie Radikale Polymerisation (oberflächeninitiierte SFRP, heterogene SFRP) (SFRP, Englisch: Stable Free Radical Polymerization), wie eine oberflächeninitiierte, Nitroxid-vermittelte Polymerisation (oberflächeninitiierte NMP; heterogene NMP-Polymerisation) (NMP, Englisch: Nitroxide-mediated Polymerization), oder eine oberflächeninitiierte, reversible Additions-Fragmentierungs-Kettenübertragungs-Polymerisation (oberflächeninitiierte RAFT; heterogene RAFT-Polymerisation) (RAFT, Englisch: Reversible Addition Fragmentation Chain Transfer Polymerization) oder eine oberflächeninitiierte Iod-Transfer-Polymerisation (oberflächeninitiierte ITP) (ITP, Englisch: Iodine-Transfer Polymerization), realisiert werden. Durch eine von der Oberfläche der Anodenaktivmaterialpartikel, insbesondere Siliciumpartikel, ausgehende Polymerisation kann vorteilhafterweise eine stabile, beispielsweise kovalente und/oder physikalische/mechanische, Verbindung und/oder Verhaftung zwischen den Anodenaktivmaterialpartikeln, insbesondere Siliciumpartikeln, und dem durch die Polymerisation ausgebildeten Polymer erzielt und so eine Polymerschicht mit einer verbesserten Haftung auf den Anodenaktivmaterialpartikeln, insbesondere Siliciumpartikeln, ausgebildet werden.By immobilizing the at least one silane compound having at least one polymerizable and / or polymerization-initiating and / or polymerization-controlling functional group on the surface of the anode active material particles, in particular silicon particles, it is advantageously possible to allow polymerization of the surface of the anode active material particles, in particular silicon particles to start. Thus, advantageously, a graft-from polymerization, for example, a surface-initiated living radical polymerization, such as a surface-initiated, living radical polymerization under atom transfer (ATRP heterogeneous ATRP polymerization) (ATRP, Atom Transfer Radical Polymerization or Atomic Transfer Radical Polymerization) or a surface-initiated, stable free-radical polymerization (surface-initiated SFRP, heterogeneous SFRP) (SFRP, Stable Free Radical Polymerization), such as surface-initiated nitroxide-mediated polymerization (NMP surface-initiated NMP polymerization) (NMP, English : Nitroxide-mediated Polymerization), or a surface-initiated, reversible addition-fragmentation chain transfer polymerization (surface-initiated RAFT, heterogeneous RAFT polymerization) (RAFT, Reversible Addition Fr agementation chain transfer polymerization) or a surface-initiated iodine transfer polymerization (ITP) (Iodine Transfer Polymerization). By a polymerization proceeding from the surface of the anode active material particles, in particular silicon particles, advantageously a stable, for example covalent and / or physical / mechanical, connection and / or adhesion between the anode active material particles, in particular silicon particles, and the polymer formed by the polymerization can be achieved Polymer layer with improved adhesion to the anode active material particles, in particular silicon particles, are formed.
Beispielsweise kann die mindestens eine polymerisierbare funktionelle Gruppe der mindestens einen Silanverbindung - insbesondere mit dem mindestens einen polymerisierbaren Monomer und/oder dem mindestens einen, aus dem mindestens einen polymerisierbaren Monomer ausgebildeten Polymer - polymerisieren, zum Beispiel copolymerisieren. Durch Copolymerisation der mindestens einen Silanverbindung mit mindestens einer polymerisierbaren funktionellen Gruppe und des mindestens einen polymerisierbaren Monomers kann dabei vorteilhafterweise ein Co-Polymer mit einer Silanfunktion ausgebildet werden, welches über die Silanfunktion, beispielsweise kovalent, auf der Oberfläche der Anodenaktivmaterialpartikel, insbesondere Siliciumpartikel, anbinden kann. Eine Silanverbindung mit mindestens einer polymerisierbaren funktionellen Gruppe kann daher vorteilhafterweise als Haftvermittler, insbesondere für die durch die Polymerisation auf den Anodenaktivmaterialpartikeln, insbesondere Siliciumpartikeln, ausgebildete Polymerschicht, dienen und eine Polymerschicht mit einer verbesserten Haftung auf den Anodenaktivmaterialpartikeln, insbesondere Siliciumpartikeln, ausbilden.For example, the at least one polymerisable functional group of the at least one silane compound-in particular with the at least one polymerizable monomer and / or the at least one polymer formed from the at least one polymerizable monomer- polymerize, for example, copolymerize. By copolymerization of the at least one silane compound having at least one polymerizable functional group and the at least one polymerizable monomer can advantageously be formed a co-polymer with a silane function, which can connect via the silane function, for example covalently, on the surface of the anode active material particles, in particular silicon particles , A silane compound having at least one polymerizable functional group can therefore advantageously serve as an adhesion promoter, in particular for the polymer layer formed by the polymerization on the anode active material particles, in particular silicon particles, and form a polymer layer having improved adhesion to the anode active material particles, in particular silicon particles.
Auf diese Weise kann vorteilhafterweise auf den Anodenaktivmaterialpartikeln, insbesondere Siliciumpartikeln, eine künstliche SEI-Schicht in Form einer flexiblen, polymeren Schutzschicht mit einer verbesserten Haftung, ausgebildet werden Durch diese künstliche SEI-Schicht in Form einer flexiblen, polymeren Schutzschicht kann dann vorteilhafterweise eine Elektrolytzersetzung und eine kontinuierliche SEI-Bildung unterdrückt werden, da die flexible, polymere Schutzschicht bei den Volumenänderungen der Anodenaktivmaterialpartikel, insbesondere Siliciumpartikel, während des Zyklisierens mitgehen, beispielsweise plastisch gedehnt und/oder gestaucht werden, kann ohne dabei zerstört zu werden und so die Partikel, insbesondere Siliciumpartikel, passivieren und vor einer Reaktion der Anodenaktivmaterialoberfläche, insbesondere Siliciumoberfläche, mit Elektrolyt schützen kann. So kann wiederum vorteilhafterweise die Zyklenstabilität (Englisch: Coulombic Efficiency) der mit dem Anodenaktivmaterial ausgestatten Lithium-Zelle und/oder -Batterie, beispielsweise in Form einer Lithium-Ionen-Zelle und/oder -Batterie, erhöht werden.In this way, advantageously on the anode active material particles, in particular silicon particles, an artificial SEI layer in the form of a flexible, polymeric protective layer with improved adhesion, formed by this artificial SEI layer in the form of a flexible, polymeric protective layer can then advantageously an electrolyte decomposition and a continuous SEI formation can be suppressed, since the flexible, polymeric protective layer with the volume changes of the anode active material particles, in particular silicon particles, go along during the Zyklisierens, for example plastically stretched and / or compressed without being destroyed and thus the particles, in particular silicon particles , passivate and protect against reaction of the anode active material surface, in particular silicon surface, with electrolyte. Thus, in turn, advantageously, the cycle stability (English: Coulombic Efficiency) of the equipped with the anode active material lithium cell and / or battery, for example in the form of a lithium-ion cell and / or battery can be increased.
Insgesamt kann so vorteilhafterweise ein Anodenaktivmaterial mit einer erhöhten Zyklenstabilität und Speicherkapazität bereitgestellt werden, zum Beispiel mit welchem unter anderem auch die Reichweite von Elektrofahrzeugen erhöht werden könnte.Overall, it is thus advantageously possible to provide an anode active material having increased cycle stability and storage capacity, for example by means of which, among other things, the range of electric vehicles could also be increased.
Im Rahmen einer Ausführungsform werden in dem Verfahren mindestens zwei polymerisierbare Monomere eingesetzt. Beispielsweise können in dem Verfahren mindestens drei polymerisierbare Monomere eingesetzt werden. Durch eine derartige Copolymerisation, insbesondere durch eine gezielte Copolymerisation, von zwei, drei oder mehr Monomeren können vorteilhafterweise die gewünschten Eigenschaften, insbesondere der künstlichen SEI-Schicht, gezielt eingestellt und beispielsweise eine Anpassung beziehungsweise ein Design der SEI-Schicht an deren Anforderung erzielt werden. Zum Beispiel können so Polymer-Segmente zur Binderverstärkung und/oder zur Anpassung der mechanischen, beispielsweise rheologischen, Eigenschaften, zum Beispiel der Festigkeit und/oder Dehnfähigkeit, eingebracht werden.In one embodiment, at least two polymerizable monomers are used in the process. For example, at least three polymerizable monomers can be used in the process. By such a copolymerization, in particular by a targeted copolymerization, of two, three or more monomers, advantageously the desired properties, in particular the artificial SEI layer, can be set in a targeted manner and, for example, an adaptation or a design of the SEI layer can be achieved at their request. For example, polymer segments for binder reinforcement and / or for adaptation of the mechanical, for example rheological, properties, for example the strength and / or elasticity, can thus be introduced.
Zum Beispiel kann die Polymerisation eine radikalische Polymerisation und/oder Polymerisation mittels Kondensationsreaktion und/oder eine ionische, beispielsweise eine anionische oder kationische, Polymerisation sein.For example, the polymerization may be free radical polymerization and / or condensation reaction polymerization and / or ionic, for example anionic or cationic, polymerization.
Beispielsweise kann die Polymerisation eine radikalische Polymerisation und/oder die mindestens eine polymerisierbare funktionelle Gruppe der mindestens einen Silanverbindung durch eine radikalische Polymerisation polymerisierbar und/oder das mindestens eine polymerisierbare Monomer, insbesondere die mindestens zwei polymerisierbaren Monomere, durch eine radikalische Polymerisation polymerisierbar und/oder die mindestens eine polymerisationsinitiierende funktionelle Gruppe der mindestens einen Silanverbindung zum Starten einer radikalischen Polymerisation ausgelegt sein.For example, the polymerization can polymerize a free-radical polymerization and / or the at least one polymerizable functional group of the at least one silane compound by a free-radical polymerization and / or the at least one polymerizable monomer, in particular the at least two polymerizable monomers, polymerizable by a free radical polymerization and / or at least one polymerization-initiating functional group of the at least one silane compound be designed to start a radical polymerization.
Insbesondere kann die Polymerisation eine lebende radikalische Polymerisation und/oder die mindestens eine polymerisierbare funktionelle Gruppe der mindestens einen Silanverbindung durch eine lebende radikalische Polymerisation polymerisierbar und/oder das mindestens eine polymerisierbare Monomer, insbesondere die mindestens zwei polymerisierbaren Monomere, durch eine lebende radikalische Polymerisation polymerisierbar und/oder die mindestens eine polymerisationsinitiierende funktionelle Gruppe der mindestens einen Silanverbindung zum Starten einer lebenden radikalischen Polymerisation ausgelegt und/oder die mindestens eine polymerisationskontrollierende funktionelle Gruppe der mindestens einen Silanverbindung zur Kontrolle einer lebenden radikalischen Polymerisation ausgelegt sein.In particular, the polymerization may be a living radical free-radical polymerization and / or at least one polymerizable functional group of the at least one silane compound by a living free-radical polymerization and / or the at least one polymerizable monomer, in particular the at least two polymerizable monomers, polymerizable by a living free-radical polymerization and or the at least one polymerization-initiating functional group of the at least one silane compound is designed to start a living radical polymerization and / or the at least one polymerization-controlling functional group of the at least one silane compound is designed to control a living radical polymerization.
Die lebende radikalische Polymerisation beruht auf dem Prinzip, dass ein dynamisches Gleichgewicht zwischen einer relativ kleinen Anzahl an aktiver Spezies, nämlich wachstumsfördernden freien Radikalen, und einer großen Anzahl an deaktivierter Spezies erzeugt wird. Dies kann insbesondere durch einen Radikal-Puffer, welcher in der Lage ist die aktive Spezies, nämlich freie Radikale, in Form einer deaktivierten Spezies aufzufangen und wieder frei zu setzen, erzielt werden. Insbesondere kann daher bei der Polymerisation mindestens ein Radikal-Puffer eingesetzt werden. So können irreversible Kettenübertragungs- und Kettenabbruchreaktionen, welche insbesondere zu einer Verringerung der Anzahl der aktiven Spezies und zu einer Verbreiterung der Molmassenverteilung führen können, stark zurückgedrängt werden. Die lebende radikalische Polymerisation kann insbesondere auch als lebende freie radikalische Polymerisation (LFRP; Englisch: Living Free Radical Polymerization) beziehungsweise kontrollierte (freie) radikalische Polymerisation (CFRP; Englisch: Controlled Free Radical Polymerization) beziehungsweise lebende kontrollierte radikalische Polymerisation bezeichnet werden.Living radical polymerization is based on the principle that a dynamic balance is created between a relatively small number of active species, namely growth promoting free radicals, and a large number of deactivated species. This can be achieved in particular by a radical buffer which is capable of capturing and releasing the active species, namely free radicals, in the form of a deactivated species. In particular, therefore, in the polymerization at least a radical buffer can be used. Thus, irreversible chain transfer and chain termination reactions, which in particular can lead to a reduction in the number of active species and to a broadening of the molecular weight distribution, can be strongly suppressed. In particular, living radical polymerization can also be referred to as Living Free Radical Polymerization (LFRP) or Controlled Free Radical Polymerization (CFRP) or Living Controlled Free Radical Polymerization.
Beispiele für eine lebende radikalische Polymerisation sind die lebende radikalische Polymerisation unter Atomtransfer (ATRP, Englisch: Atom Transfer Radical Polymerization beziehungsweise Atomic Transfer Radical Polymerization), zum Beispiel mit durch Elektronen-Transfer regenerierten Aktivatoren (ARGET-ATRP) (ARGET, Englisch: Activators regenerated by electron transfer), die reversible Additions-Fragmentierungs-Kettenübertragungs-Polymerisation (RAFT, Englisch: Reversible Addition Fragmentation Chain Transfer Polymerization), die stabile freie Radikale Polymerisation (SFRP, Englisch: Stable Free Radical Polymerization), insbesondere die Nitroxid-vermittelte Polymerisation (NMP, Englisch: Nitroxide-mediated Polymerization) und/oder die Verdazyl-vermittelte Polymerisation (VMP, Englisch: Verdazylmediated Polymerization), und die Iod-Transfer-Polymerisation (ITP, Englisch: Iodine-Transfer Polymerization).Examples of a living radical polymerization are the living atom transfer radical transfer (ATRP), for example, with electron transfer regenerated activators (ARGET-ATRP) (ARGET, English: Activators regenerated by electron transfer), Reversible Addition Fragmentation Chain Transfer Polymerization (RAFT), stable free radical polymerization (SFRP), in particular nitroxide-mediated polymerization (US Pat. NMP, Nitroxide mediated Polymerization) and / or Verdazyl Mediated Polymerization (VMP), and Iodine Transfer Polymerization (ITP).
Durch eine lebende radikalische Polymerisation, insbesondere durch eine lebende radikalische Polymerisation unter Atomtransfer und/oder eine stabile freie Radikale Polymerisation, beispielsweise eine Nitroxid-vermittelte Polymerisation und/oder Verdazyl-vermittelte Polymerisation, insbesondere eine Nitroxid-vermittelte Polymerisation, und/oder eine reversible Additions-Fragmentierungs-Kettenübertragungs-Polymerisation, kann vorteilhafterweise eine enge Molekulargewichtsverteilung beziehungsweise eine geringe Polydispersität (Breite der Molekulargewichtsverteilung) und/oder eine verbesserte Kontrolle über die Kettenlänge des Polymers und beispielsweise dadurch eine homogene Polymerbeschichtung erzielt werden. Dabei kann die Molekulargewichtsverteilung und/oder Polymerschichtdicke beispielsweise in Abhängigkeit von den Chemikalienkonzentrationen, zum Beispiel Monomerkonzentration, und/oder Reaktionszeit und/oder Temperatur eingestellt werden.By a living free-radical polymerization, in particular by a living radical polymerization with atom transfer and / or a stable free radical polymerization, for example a nitroxide-mediated polymerization and / or verdazyl-mediated polymerization, in particular a nitroxide-mediated polymerization, and / or a reversible addition Fragmentation chain transfer polymerization, advantageously a narrow molecular weight distribution or a low polydispersity (breadth of the molecular weight distribution) and / or improved control over the chain length of the polymer and, for example, a homogeneous polymer coating can be achieved. In this case, the molecular weight distribution and / or polymer layer thickness can be adjusted, for example, as a function of the chemical concentrations, for example monomer concentration, and / or reaction time and / or temperature.
Die Polymerisation des mindestens einen polymerisierbaren Monomers, insbesondere der mindestens zwei polymerisierbaren Monomere, kann beispielsweise mittels der mindestens einen polymerisationsinitiierenden funktionellen Gruppe der mindestens einen Silanverbindung und/oder mittels, beispielsweise durch Zugabe, mindestens eines Polymerisationsinitiators, insbesondere zum Starten einer radikalischen Polymerisation, beispielsweise zum Starten einer lebenden radikalischen Polymerisation, zum Beispiel zum Starten einer lebenden radikalischen Polymerisation unter Atomtransfer und/oder einer stabile freie Radikale Polymerisation, beispielsweise einer Nitroxid-vermittelte Polymerisation und/oder Verdazyl-vermittelte Polymerisation, und/oder einer reversiblen Additions-Fragmentierungs-Kettenübertragungs-Polymerisation, zum Beispiel mindestens eines Radikalstarters, gestartet werden. So kann vorteilhafterweise die Polymerisation gezielt gestartet und die Anodenaktivmaterialpartikel, insbesondere Siliciumpartikel, vorteilhafterweise gezielt mit dem, durch die Polymerisation ausgebildeten Polymer versehen, insbesondere beschichtet, werden. So kann vorteilhafterweise auf den Anodenaktivmaterialpartikeln, insbesondere Siliciumpartikeln, eine künstliche SEI-Schicht in Form einer flexiblen, polymeren Schutzschicht aus dem durch die Polymerisation ausgebildeten Polymer ausgebildet werden.The polymerization of the at least one polymerizable monomer, in particular of the at least two polymerizable monomers, can be carried out, for example, by means of the at least one polymerization-initiating functional group of the at least one silane compound and / or by means of, for example, addition of, at least one polymerization initiator, in particular for initiating a free-radical polymerization, for example Starting a living radical polymerization, for example, to initiate a living radical polymerization under atom transfer and / or a stable free radical polymerization, for example a nitroxide-mediated polymerization and / or verdazyl-mediated polymerization, and / or a reversible addition-fragmentation chain transfer Polymerization, for example, at least one radical initiator can be started. Thus, advantageously, the polymerization can be started in a targeted manner and the anode active material particles, in particular silicon particles, advantageously provided with the polymer formed by the polymerization, in particular coated. Thus, advantageously on the anode active material particles, in particular silicon particles, an artificial SEI layer in the form of a flexible, polymeric protective layer of the polymer formed by the polymerization can be formed.
Die Polymerisation des mindestens einen polymerisierbaren Monomers, insbesondere der mindestens zwei polymerisierbaren Monomere, kann beispielsweise mittels der mindestens einen polymerisationskontrollierenden funktionellen Gruppe der mindestens einen Silanverbindung und/oder mittels, beispielsweise durch Zugabe, mindestens eines polymerisationskontrollierenden Mittels, insbesondere zur Kontrolle einer lebenden radikalischen Polymerisation, beispielsweise zur Kontrolle einer stabile freie Radikale Polymerisation, beispielsweise zur Kontrolle einer Nitroxid-vermittelten Polymerisation und/oder zur Kontrolle einer Verdazyl-vermittelten Polymerisation, und/oder zur Kontrolle einer reversiblen Additions-Fragmentierungs-Kettenübertragungs-Polymerisation, kontrolliert werden.The polymerization of the at least one polymerizable monomer, in particular of the at least two polymerizable monomers, can be carried out, for example, by means of the at least one polymerization-controlling functional group of the at least one silane compound and / or by means, for example by addition, of at least one polymerization-controlling agent, in particular for controlling a living radical polymerization. For example, to control a stable free radical polymerization, for example, to control a nitroxide-mediated polymerization and / or to control a Verdazyl-mediated polymerization, and / or to control a reversible addition-fragmentation chain transfer polymerization, controlled.
Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform ist die Polymerisation eine lebende radikalische Polymerisation unter Atomtransfer (ATRP) und/oder die mindestens eine polymerisierbare funktionelle Gruppe der mindestens einen Silanverbindung durch eine lebende radikalische Polymerisation unter Atomtransfer (ATRP) polymerisierbar und/oder das mindestens eine polymerisierbare Monomer, insbesondere die mindestens zwei polymerisierbaren Monomere, durch eine lebende radikalische Polymerisation unter Atomtransfer (ATRP) polymerisierbar und/oder die mindestens eine polymerisationsinitiierende funktionelle Gruppe der mindestens einen Silanverbindung zum Starten einer lebenden radikalischen Polymerisation unter Atomtransfer (ATRP-Initiator) ausgelegt. Durch eine lebende radikalische Polymerisation unter Atomtransfer kann vorteilhafterweise eine enge Molekulargewichtsverteilung beziehungsweise eine geringe Polydispersität (Breite der Molekulargewichtsverteilung) und/oder eine verbesserte Kontrolle über die Kettenlänge des Polymers und beispielsweise dadurch eine homogene Polymerbeschichtung erzielt werden.In a further embodiment, the polymerization is a living radical atom transfer (ATRP) polymerization and / or the at least one polymerisable functional group of the at least one silane compound is polymerizable by living radical atom transfer (ATRP) polymerization and / or the at least one polymerizable monomer, in particular the at least two polymerizable monomers polymerizable by a living free-radical radical polymerization (ATRP) polymerization and / or the at least one polymerization-initiating functional group of the at least one silane compound for starting a living radical polymerization under atom transfer (ATRP) Initiator). By a living free-radical polymerization with atom transfer advantageously a narrow molecular weight distribution or a low polydispersity (width of the molecular weight distribution) and / or improved control over the chain length of the polymer and, for example, a homogeneous polymer coating can be achieved.
Die mindestens eine polymerisationsinitiierende funktionelle Gruppe, insbesondere zum Starten einer lebenden radikalischen Polymerisation unter Atomtransfer, der mindestens einen Silanverbindung kann insbesondere in Kombination mit mindestens einem Katalysator eingesetzt werden.The at least one polymerization-initiating functional group, in particular for starting a living radical polymerization with atom transfer, the at least one silane compound can be used in particular in combination with at least one catalyst.
Die mindestens eine polymerisationsinitiierende funktionelle Gruppe der mindestens einen Silanverbindung kann beispielsweise, insbesondere für eine lebende radikalische Polymerisation unter Atomtransfer (ATRP-Initiator), mindestens ein Halogenatom, beispielsweise Chlor (-Cl), Brom (-Br) oder lod (-I), vorzugsweise Chlor (-Cl) oder Brom (-Br), zum Beispiel eine mit mindestens einem Halogenatom, beispielsweise Chlor (-Cl), Brom (-Br) oder lod (-I), vorzugsweise Chlor (-Cl) oder Brom (-Br), substituierte Alkylgruppe, umfassen oder sein.The at least one polymerization-initiating functional group of the at least one silane compound may be, for example, in particular for a living free-radical radical polymerization (ATRP initiator), at least one halogen atom, for example chlorine (-Cl), bromine (-Br) or iodine (-I), preferably chlorine (-Cl) or bromine (-Br), for example one with at least one halogen atom, for example chlorine (-Cl), bromine (-Br) or iodine (-I), preferably chlorine (-Cl) or bromine (- Br), substituted alkyl group, include or be.
Alternativ oder zusätzlich kann dazu kann die lebende radikalische Polymerisation unter Atomtransfer auch mittels, beispielsweise durch Zugabe, mindestens eines Polymerisationsinitiators zum Starten einer lebenden radikalischen Polymerisation unter Atomtransfer (ATRP-Initiator), insbesondere in Kombination mit mindestens einem Katalysator, gestartet werden. Dabei kann der mindestens eine Polymerisationsinitiator insbesondere ein Alkylhalogenid umfassen oder daraus ausgebildet sein. Zum Beispiel kann der mindestens eine Polymerisationsinitiator Methylbromoisobutyrat und/oder Benzylbromid und/oder Ethyl-ɑ-bromophenylacetat umfassen oder sein.Alternatively or additionally, the living radical polymerization can be started by atom transfer also by means, for example by addition, of at least one polymerization initiator for starting a living radical polymerization with atom transfer (ATRP initiator), in particular in combination with at least one catalyst. In this case, the at least one polymerization initiator may in particular comprise or be formed from an alkyl halide. For example, the at least one polymerization initiator may comprise or be methyl bromoisobutyrate and / or benzyl bromide and / or ethyl ɑ-bromophenyl acetate.
Der mindestens eine Katalysator kann insbesondere ein Übergangsmetallhalogenid, insbesondere ein Kupferhalogenid, beispielsweise Kupferchlorid und/oder Kupferbromid, zum Beispiel Kupfer(I)bromid, und gegebenenfalls mindestens einen Liganden, beispielsweise mindestens einen, insbesondere mehrzähnigen, Stickstoffliganden (N-Typ Ligand, Englisch: N-type ligand), zum Beispiel mindestens ein Amin, wie Tris[2-(dimethylamino)ethyl]amin (Me6TREN) und/oder Tris(2-pyridylmethyl)amin (TPMA) und/oder 2,2' -Bipyridin und/oder N,N,N',N",N"-Pentamethyldiethylentriamin (PMDETA) und/oder 1,1,4,7,10,10-Hexamethyltriethylentetramin (HMTETA), umfassen beziehungsweise daraus ausgebildet werden. Zum Beispiel kann der mindestens eine Katalysator ein Übergangsmetall-Komplex, insbesondere ein Übergangsmetall-Stickstoff-Komplex, sein.The at least one catalyst may in particular be a transition metal halide, in particular a copper halide, for example copper chloride and / or copper bromide, for example copper (I) bromide, and optionally at least one ligand, for example at least one, in particular multidentate, nitrogen ligands (N-type ligand, English: N-type ligand), for example at least one amine, such as tris [2- (dimethylamino) ethyl] amine (Me6TREN) and / or tris (2-pyridylmethyl) amine (TPMA) and / or 2,2'-bipyridine and / or N, N, N ', N ", N" -pentamethyldiethylenetriamine (PMDETA) and / or 1,1,4,7,10,10-hexamethyltriethylenetetramine (HMTETA). For example, the at least one catalyst may be a transition metal complex, especially a transition metal-nitrogen complex.
Aus der mindestens einen polymerisationsinitiierenden funktionellen Gruppe der mindestens einen Silanverbindung und/oder dem Alkylhalogenid, dem Katalysator beziehungsweise Komplex und dem Monomer kann dabei der Radikal-Puffer beziehungsweise die deaktivierte Spezies ausgebildet werden.The radical buffer or the deactivated species can be formed from the at least one polymerization-initiating functional group of the at least one silane compound and / or the alkyl halide, the catalyst or complex and the monomer.
Im Rahmen einer weiteren, alternativen oder zusätzlichen Ausführungsform ist die Polymerisation eine stabile freie Radikale Polymerisation (SFRP), beispielsweise eine Nitroxid-vermittelte Polymerisation (NMP) und/oder eine Verdazyl-vermittelte Polymerisation (VMP), insbesondere eine Nitroxid-vermittelte Polymerisation (NMP), und/oder die mindestens eine polymerisierbare funktionelle Gruppe der mindestens einen Silanverbindung durch eine stabile freie Radikale Polymerisation, beispielsweise durch eine Nitroxid-vermittelte Polymerisation oder durch eine Verdazyl-vermittelte Polymerisation, insbesondere durch eine Nitroxid-vermittelte Polymerisation, polymerisierbar und/oder das mindestens eine polymerisierbare Monomer, insbesondere die mindestens zwei polymerisierbaren Monomere, durch eine stabile freie Radikale Polymerisation (SFRP), beispielsweise durch eine Nitroxid-vermittelte Polymerisation (NMP) und/oder eine Verdazyl-vermittelte Polymerisation (VMP), insbesondere durch eine Nitroxid-vermittelte Polymerisation (NMP), polymerisierbar und/oder wobei die mindestens eine polymerisationskontrollierende funktionelle Gruppe der mindestens einen Silanverbindung zur Kontrolle einer stabile freie Radikale Polymerisation (SFRP-Mediator), beispielsweise zur Kontrolle einer Nitroxid-vermittelten Polymerisation (NMP-Mediator) und/oder zur Kontrolle einer Verdazyl-vermittelten Polymerisation (VMP-Mediator), insbesondere zur Kontrolle einer Nitroxid-vermittelten Polymerisation (NMP-Mediator), ausgelegt.In a further, alternative or additional embodiment, the polymerization is a stable free-radical polymerization (SFRP), for example a nitroxide-mediated polymerization (NMP) and / or a Verdazyl-mediated polymerization (VMP), in particular a nitroxide-mediated polymerization (NMP ), and / or the at least one polymerisable functional group of the at least one silane compound by a stable free radical polymerization, for example by a nitroxide-mediated polymerization or by a Verdazyl-mediated polymerization, in particular by a nitroxide-mediated polymerization, polymerizable and / or at least one polymerizable monomer, in particular the at least two polymerizable monomers, by a stable free radical polymerization (SFRP), for example by a nitroxide-mediated polymerization (NMP) and / or a Verdazyl-mediated polymerization (VMP), in particular by a nitr oxide-mediated polymerization (NMP), polymerizable and / or wherein the at least one polymerization control functional group of the at least one silane compound for controlling a stable free radical polymerization (SFRP mediator), for example, to control a nitroxide-mediated polymerization (NMP mediator) and / or for controlling a Verdazyl-mediated polymerization (VMP mediator), in particular for controlling a nitroxide-mediated polymerization (NMP mediator) designed.
Die mindestens eine polymerisationskontrollierende funktionelle Gruppe, insbesondere zur Kontrolle einer stabile freie Radikale Polymerisation (SFRP-Mediator), beispielsweise zur Kontrolle einer Nitroxid-vermittelten Polymerisation (NMP-Mediator) und/oder zur Kontrolle einer Verdazyl-vermittelten Polymerisation (VMP-Mediator), zum Beispiel zur Kontrolle einer Nitroxid-vermittelten Polymerisation (NMP-Mediator), der mindestens einen Silanverbindung kann insbesondere in Kombination mit mindestens einer polymerisationsinitiierenden funktionellen Gruppe mindestens einer Silanverbindung und/oder mit einem/dem mindestens einen Polymerisationsinitiator eingesetzt werden. The at least one polymerization-controlling functional group, in particular for controlling a stable free-radical polymerization (SFRP mediator), for example for controlling a nitroxide-mediated polymerization (NMP mediator) and / or for controlling a verdazyl-mediated polymerization (VMP mediator), For example, for controlling a nitroxide-mediated polymerization (NMP mediator), the at least one silane compound can be used in particular in combination with at least one polymerization initiating functional group of at least one silane compound and / or with one / the at least one polymerization initiator.
Die mindestens eine polymerisationskontrollierende funktionelle Gruppe der mindestens einen Silanverbindung kann, insbesondere für eine Nitroxid-vermittelte Polymerisation (NMP-Mediator), zum Beispiel eine, insbesondere lineare oder cyclische, Nitroxidgruppe und/oder Alkoxyamingruppe, beispielsweise auf Basis von 2,2,6,6-Tetramethylpiperidinyloxyl (TEMPO):
Alternativ oder zusätzlich kann dazu kann die stabile freie Radikale Polymerisation, beispielsweise die Nitroxid-vermittelte Polymerisation und/oder die Verdazyl-vermittelte Polymerisation, auch mittels, beispielsweise durch Zugabe, mindestens eines polymerisationskontrollierenden Mittels zur Kontrolle einer stabile freie Radikale Polymerisation, beispielsweise zur Kontrolle einer Nitroxid-vermittelten Polymerisation und/oder zur Kontrolle einer Verdazyl-vermittelten Polymerisation, zum Beispiel von mindestens einem nitroxidbasierten Mediator und/oder mindestens einem verdazylbasierten Mediator, insbesondere in Kombination mit mindestens einer polymerisationsinitiierenden funktionellen Gruppe mindestens einer Silanverbindung und/oder mit einem/dem mindestens einen Polymerisationsinitiator, kontrolliert werden. Das mindestens eine polymerisationskontrollierende Mittel beziehungsweise der mindestens eine nitroxidbasierte Mediator kann beispielsweise ein, insbesondere lineares oder cyclisches, Nitroxid, umfassen oder sein. Der mindestens eine nitroxidbasierte Mediator beziehungsweise das Nitroxid kann zum Beispiel auf 2,2,6,6-Tetramethylpiperidinyloxyl (TEMPO):
Der mindestens eine Polymerisationsinitiator und/oder die mindestens eine polymerisationsinitiierende funktionelle Gruppe der mindestens einen Silanverbindung kann dabei insbesondere zum Starten einer stabile freie Radikale Polymerisation (SFRP-Initiator), beispielsweise zum Starten einer Nitroxid-vermittelte Polymerisation (NMP-Initiator) und/oder zum Starten einer Verdazyl-vermittelte Polymerisation (VMP-Initiator), insbesondere zum Starten einer Nitroxid-vermittelten Polymerisation (NMP-Initiator), ausgelegt sein. Dabei kann der mindestens eine Polymerisationsinitiator und/oder die mindestens eine polymerisationsinitiierende funktionelle Gruppe der mindestens einen Silanverbindung insbesondere ein Radikalstarter, zum Beispiel ein Azoisobutyronitril, beispielsweise Azobis(isobutyronitril) (AIBN), und/oder ein Benzoylperoxid, beispielsweise Dibenzolyperoxid (BPO), oder ein Derivat davon umfassen oder sein.The at least one polymerization initiator and / or the at least one polymerization-initiating functional group of the at least one silane compound can be used in particular for starting a stable free-radical polymerization (SFRP initiator), for example for initiating a nitroxide-mediated polymerization (NMP initiator) and / or Start a Verdazyl-mediated polymerization (VMP initiator), in particular for starting a nitroxide-mediated polymerization (NMP initiator) to be designed. In this case, the at least one polymerization initiator and / or the at least one polymerization initiating functional group of the at least one silane compound, in particular a radical initiator, for example an azoisobutyronitrile, for example azobis (isobutyronitrile) (AIBN), and / or a benzoyl peroxide, for example dibenzoyl peroxide (BPO), or include or be a derivative thereof.
Der Radikal-Puffer beziehungsweise die deaktivierte Spezies kann dabei insbesondere durch Reaktion der aktiven Spezies, nämlich freier Radikale, mit stabilen Radikalen auf Basis der Nitroxidgruppe und/oder Alkoxyamingruppe beziehungsweise des nitroxidbasierten Mediators ausgebildet werden.The radical buffer or the deactivated species can be formed in particular by reaction of the active species, namely free radicals, with stable radicals based on the nitroxide group and / or alkoxyamine group or of the nitroxide-based mediator.
Im Rahmen einer weiteren, alternativen oder zusätzlichen Ausführungsform ist die Polymerisation eine reversible Additions-Fragmentierungs-Kettenübertragungs-Polymerisation (RAFT) und/oder die mindestens eine polymerisierbare funktionelle Gruppe der mindestens einen Silanverbindung durch eine reversible Additions-Fragmentierungs-Kettenübertragungs-Polymerisation (RAFT) polymerisierbar und/oder das mindestens eine polymerisierbare Monomer, insbesondere die mindestens zwei polymerisierbaren Monomere, durch eine reversible Additions-Fragmentierungs-Kettenübertragungs-Polymerisation (RAFT) polymerisierbar und/oder die mindestens eine polymerisationskontrollierende funktionelle Gruppe der mindestens einen Silanverbindung zur Kontrolle einer reversiblen Additions-Fragmentierungs-Kettenübertragungs-Polymerisation (RAFT-Agens) ausgelegt.In a further, alternative or additional embodiment, the polymerization is a reversible addition-fragmentation chain transfer polymerization (RAFT) and / or the at least one polymerisable functional group of the at least one silane compound by reversible addition-fragmentation chain transfer polymerization (RAFT). polymerizable and / or the at least one polymerizable monomer, in particular the at least two polymerizable monomers, polymerizable by reversible addition-fragmentation chain transfer polymerization (RAFT) and / or the at least one polymerization-controlling functional group of the at least one silane compound for controlling a reversible addition Fragmentation chain transfer polymerization (RAFT agent) designed.
Die mindestens eine polymerisationskontrollierende funktionelle Gruppe, insbesondere zur Kontrolle einer reversiblen Additions-Fragmentierungs-Kettenübertragungs-Polymerisation (RAFT-Agens), der mindestens einen Silanverbindung kann insbesondere in Kombination mit mindestens einer polymerisationsinitiierenden funktionellen Gruppe mindestens einer Silanverbindung und/oder mit einem/dem mindestens einen Polymerisationsinitiator eingesetzt werden.The at least one polymerization-controlling functional group, in particular for controlling a reversible addition-fragmentation chain transfer polymerization (RAFT agent), the at least one silane compound, in particular in combination with at least one polymerization initiating functional group of at least one silane compound and / or with one / at least a polymerization initiator can be used.
Die mindestens eine polymerisationskontrollierende funktionelle Gruppe der mindestens einen Silanverbindung kann, insbesondere für eine reversible Additions-Fragmentierungs-Kettenübertragungs-Polymerisation (RAFT-Agens), zum Beispiel eine Thiogruppe, beispielsweise eine Trithiocarbonatgruppe (-S-C=S-S-) oder eine Dithioestergruppe (-C=S-S-) oder eine Dithiocarbamatgruppe (-N-C=S-S-) oder eine Xanthatgruppe (-C=S-S), umfassen oder sein.The at least one polymerization-controlling functional group of the at least one silane compound, in particular for a reversible addition-fragmentation chain transfer polymerization (RAFT agent), for example a thio group, for example a trithiocarbonate group (-SC = SS-) or a dithioester group (-C = SS-) or a dithiocarbamate group (-NC = SS-) or a xanthate group (-C = SS).
Alternativ oder zusätzlich kann dazu kann die reversible Additions-Fragmentierungs-Kettenübertragungs-Polymerisation auch mittels, beispielsweise durch Zugabe, mindestens eines polymerisationskontrollierenden Mittels zur Kontrolle einer reversiblen Additions-Fragmentierungs-Kettenübertragungs-Polymerisation (RAFT-Agens), zum Beispiel von mindestens einer Thioverbindung, insbesondere in Kombination mit mindestens einer polymerisationsinitiierenden funktionellen Gruppe mindestens einer Silanverbindung und/oder mit einem/dem mindestens einen Polymerisationsinitiator, kontrolliert werden. Das mindestens eine polymerisationskontrollierende Mittel beziehungsweise die mindestens eine Thioverbindung kann dabei beispielsweise ein Trithiocarbonat oder ein Dithioester oder ein Dithiocarbamat oder ein Xanthat sein.Alternatively or additionally, the reversible addition-fragmentation chain transfer polymerization may also be carried out by, for example, addition of at least one polymerization controlling agent for controlling a reversible addition-fragmentation chain transfer polymerization (RAFT agent), for example at least one thio compound. in particular in combination with at least one polymerization-initiating functional group of at least one silane compound and / or with one / the at least one polymerization initiator. The at least one polymerization-controlling agent or the at least one thio compound can be, for example, a trithiocarbonate or a dithioester or a dithiocarbamate or a xanthate.
Der mindestens eine Polymerisationsinitiator und/oder die mindestens eine polymerisationsinitiierende funktionelle Gruppe der mindestens einen Silanverbindung kann dabei insbesondere zum Starten einer reversiblen Additions-Fragmentierungs-Kettenübertragungs-Polymerisation (RAFT-Initiator) ausgelegt sein. Dabei kann der mindestens eine Polymerisationsinitiator und/oder die mindestens eine polymerisationsinitiierende funktionelle Gruppe der mindestens einen Silanverbindung insbesondere ein Radikalstarter, zum Beispiel ein Azoisobutyronitril, beispielsweise Azobis(isobutyronitril) (AIBN), und/oder ein Benzoylperoxid, beispielsweise Dibenzolyperoxid (BPO), oder ein Derivat davon umfassen oder sein.The at least one polymerization initiator and / or the at least one polymerization-initiating functional group of the at least one silane compound can be designed in particular for starting a reversible addition-fragmentation chain transfer polymerization (RAFT initiator). In this case, the at least one polymerization initiator and / or the at least one polymerization initiating functional group of the at least one silane compound, in particular a radical initiator, for example an azoisobutyronitrile, for example azobis (isobutyronitrile) (AIBN), and / or a benzoyl peroxide, for example dibenzoyl peroxide (BPO), or include or be a derivative thereof.
Der Radikal-Puffer beziehungsweise die deaktivierte Spezies kann dabei insbesondere durch Reaktion der aktiven Spezies, nämlich freier Radikale, mit stabilen Radikalen auf Basis der Thiogruppe beziehungsweise der Thioverbindung ausgebildet werden.The radical buffer or the deactivated species can be formed in particular by reaction of the active species, namely free radicals, with stable radicals based on the thio group or the thio compound.
Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform umfasst die mindestens eine Silanverbindung mindestens eine Silanverbindung der allgemeinen chemischen Formel:
R1, R2, R3 können insbesondere jeweils unabhängig voneinander für ein Halogenatom, insbesondere Chlor (-Cl), oder eine Alkoxygruppe, insbesondere eine Methoxygruppe (-OCH3) oder eine Ethoxygruppe (-OC2H5), oder eine Alkylgruppe, beispielsweise eine lineare Alkylgruppe (-(CH2)x-CH3) mit x ≥ 0, insbesondere eine Methylgruppe (-CH3), oder eine Aminogruppe (-NH2, -NH-) oder eine Silazangruppe (-NH-Si-) oder eine Hydroxygruppe (-OH) oder Wasserstoff (-H) stehen. Zum Beispiel können R1, R2 und R3 für Chlor stehen.
Y kann insbesondere für einen Linker, also eine verbrückende Einheit, stehen. Insbesondere kann Y mindestens eine Alkylengruppe (-CnH2n-) mit n ≥ 1 und/oder mindestens eine Alkylenoxidgruppe (-CnH2n-O-) mit n ≥ 1 und/oder mindestens eine Carbonsäureestergruppe (-C=O-O-) und/oder mindestens eine Phenylengruppe (-C6H4-) umfassen.In particular, Y can stand for a linker, ie a bridging unit. In particular, Y may have at least one alkylene group (-C n H 2n -) with n ≥ 1 and / or at least one alkylene oxide group (-C n H 2n -O-) with n ≥ 1 and / or at least one carboxylic acid ester group (-C = OO-). ) and / or at least one phenylene group (-C 6 H 4 -).
A kann insbesondere für eine polymerisierbare und/oder polymerisationsinitiierende und/oder polymerisationskontrollierende funktionelle Gruppe stehen.A may in particular be a polymerizable and / or polymerization-initiating and / or polymerization-controlling functional group.
Eine Silanverbindung mit mindestens einer polymerisierbaren funktionellen Gruppe kann vorteilhafterweise als Haftvermittler dienen.A silane compound having at least one polymerizable functional group may advantageously serve as a coupling agent.
Im Rahmen einer Ausgestaltung dieser Ausführungsform steht A für eine polymerisierbare funktionelle Gruppe. Insbesondere kann A für eine polymerisierbare funktionelle Gruppe mit mindestens einer polymerisierbaren Doppelbindung stehen. Beispielsweise kann A für eine polymerisierbare funktionelle Gruppe mit mindestens einer Kohlenstoff-Kohlenstoff-Doppelbindung stehen. Zum Beispiel kann A für eine Vinylgruppe oder eine Vinylidengruppe oder eine Vinylengruppe oder eine Acrylatgruppe oder eine Methacrylatgruppe stehen.In the context of one embodiment of this embodiment, A is a polymerizable functional group. In particular, A may be a polymerizable functional group having at least one polymerizable double bond. For example, A may be a polymerizable functional group having at least one carbon-carbon double bond. For example, A may represent a vinyl group or a vinylidene group or a vinylene group or an acrylate group or a methacrylate group.
Eine, insbesondere haftvermittelnde, Silanverbindung mit einer polymerisierbaren funktionellen Gruppe kann beispielsweise die allgemeine chemische Formel:
Ein Beispiel für eine, insbesondere haftvermittelnde, Silanverbindung mit einer polymerisierbaren funktionellen Gruppe ist 3-(Trichlorosilyl)propylmethacrylat:
Im Rahmen einer anderen Ausgestaltung dieser Ausführungsform steht A für eine polymerisationsinitiierende funktionelle Gruppe. Insbesondere kann dabei A für eine polymerisationsinitiierende funktionelle Gruppe zum Starten einer lebenden radikalischen Polymerisation unter Atomtransfer (ATRP-Initiator) stehen. A kann dabei insbesondere für ein Halogenatom, beispielsweise Chlor (-Cl) oder Brom (-Br) oder lod (-I), insbesondere Chlor (-Cl) oder Brom (-Br), stehen.In another embodiment of this embodiment, A is a polymerization-initiating functional group. In particular, A may represent a polymerization-initiating functional group for starting a living radical polymerization with atom transfer (ATRP initiator). A may be in particular a halogen atom, for example chlorine (-Cl) or bromine (-Br) or iodine (-I), in particular chlorine (-Cl) or bromine (-Br).
Eine Silanverbindung mit einer polymerisationsinitiierenden funktionellen Gruppe, insbesondere zum Starten einer lebenden radikalischen Polymerisation unter Atomtransfer (ATRP-Initiator), kann beispielsweise die allgemeine chemische Formel:
Ein Beispiel für eine Silanverbindung mit einer polymerisationsinitiierenden funktionellen Gruppe, insbesondere zum Starten einer lebenden radikalischen Polymerisation unter Atomtransfer (ATRP-Initiator), ist Trichlor[4-(chlormethyl)phenyl]silan beziehungsweise 4-(Chloromethyl)phenyltrichlorosilan (CMPS):
Im Rahmen einer anderen Ausgestaltung dieser Ausführungsform steht A für eine polymerisationskontrollierende funktionelle Gruppe.In another embodiment of this embodiment, A is a polymerization-controlling functional group.
Im Rahmen einer Ausgestaltung steht dabei A für eine polymerisationskontrollierende funktionelle Gruppe für eine Nitroxid-vermittelte Polymerisation (NMP-Mediator). Die polymerisationskontrollierende funktionelle Gruppe A kann dabei insbesondere ein nitroxidbasierter Mediator sein. Zum Beispiel kann dabei A für ein Nitroxidgruppe und/oder Alkoxyamingruppe, beispielsweise auf der Basis von 2,2,6,6-Tetramethylpiperidinyloxyl (TEMPO) und/oder 2,2,5-Trimethyl-4-phenyl-3-azahexane-3-oxyl (TIPNO) und/oder N-tertButyl-N-[1-diethylphosphono-(2-2-dimethylpropyl)nitroxide] (SG1*), stehen.In one embodiment, A is a polymerization-controlling functional group for a nitroxide-mediated polymerization (NMP mediator). The polymerization-controlling functional group A can be in particular a nitroxide-based mediator. For example, it is possible for A to represent a nitroxide group and / or alkoxyamine group, for example based on 2,2,6,6-tetramethylpiperidinyloxy (TEMPO) and / or 2,2,5-trimethyl-4-phenyl-3-azahexane-3 -oxyl (TIPNO) and / or N-tert-butyl-N- [1-diethylphosphono- (2-2-dimethylpropyl) nitroxides] (SG1 *).
Beispiele für Silanverbindungen mit einer polymerisationskontrollierenden funktionellen Gruppe, insbesondere für eine Nitroxid-vermittelte Polymerisation (NMP-Mediator), sind die 2,2,6,6-Tetramethylpiperidinyloxyl-(TEMPO)-basierte Alkoxyamin-Silanverbindung:
Anstelle durch eine direkte Immobilisierung mindestens einer Silanverbindung mit mindestens einer polymerisationskontrollierenden funktionellen Gruppe für eine Nitroxid-vermittelte Polymerisation (NMP-Mediator) können Anodenaktivmaterialpartikel, insbesondere Siliciumpartikel, dadurch für eine Nitroxid-vermittelte Polymerisation funktionalisiert werden, dass (zunächst) mindestens eine Silanverbindung mit mindestens einer polymerisierbaren funktionellen Gruppe, beispielsweise 3-(Trimethoxysilyl)propylmethacrylat, auf der Oberfläche der Anodenaktivmaterialpartikel, insbesondere Siliciumpartikel, immobilisiert wird und die mindestens eine Silanverbindung (dann) mit mindestens einem nitroxidbasierten Mediator, beispielsweise mit mindestens einer Nitroxid- beziehungsweise Alkoxyaminverbindung, wie TEMPO, und beispielsweise mit mindestens einem Polymerisationsinitiator, insbesondere Radikalstarter, wie AIBN, umgesetzt wird.Instead of directly immobilizing at least one silane compound having at least one polymerization controlling functional group for nitroxide-mediated polymerization (NMP mediator), anode active material particles, particularly silicon particles, may be functionalized for nitroxide-mediated polymerization by (at least) containing at least one silane compound having at least a polymerisable functional group, for example 3- (trimethoxysilyl) propyl methacrylate, is immobilized on the surface of the anode active material particles, in particular silicon particles, and the at least one silane compound is then reacted with at least one nitroxide-based mediator, for example with at least one nitroxide or alkoxyamine compound, such as TEMPO, and reacted, for example, with at least one polymerization initiator, in particular radical initiator, such as AIBN.
Im Rahmen einer anderen Ausgestaltung steht A für eine polymerisationskontrollierende funktionelle Gruppe für eine reversible Additions-Fragmentierungs-Kettenübertragungs-Polymerisation (RAFT-Agens). Die polymerisationskontrollierende funktionelle Gruppe kann dabei insbesondere eine Thiogruppe sein. Zum Beispiel kann A dabei für eine Trithiocarbonatgruppe (-S-C=S-S-) oder eine Dithioestergruppe (-C=S-S-) oder eine Dithiocarbamatgruppe (-N-C=S-S-) oder eine Xanthatgruppe (-C=S-S) stehen.In another embodiment, A is a polymerization-controlling functional group for reversible addition-fragmentation chain transfer polymerization (RAFT agent). The polymerization-controlling functional group may in particular be a thio group. For example, A may be a trithiocarbonate group (-S-C = S-S-) or a dithioester group (-C = S-S-) or a dithiocarbamate group (-N-C = S-S-) or a xanthate group (-C = S-S).
Bei Silanverbindung mit einer polymerisationskontrollierenden funktionellen Gruppe, insbesondere für eine reversible Additions-Fragmentierungs-Kettenübertragungs-Polymerisation (RAFT-Agens), kann beispielsweise SiR1R2R3 für ein Chlorsilan, ein Methoxysilan, ein Ethoxysilan oder ein Silazan und A für einen Dithioester oder ein Dithiocarbamat oder ein Trithiocarbonat oder ein Xanthat stehen.For example, in the silane compound having a polymerization controlling functional group, in particular, for reversible addition-fragmentation chain transfer polymerization (RAFT agent), SiR 1 R 2 R 3 may be a chlorosilane, a methoxysilane, an ethoxysilane or a silazane and A is a dithioester or a dithiocarbamate or a Trithiocarbonate or a xanthate.
Beispiele für Silanverbindungen mit einer polymerisationskontrollierenden funktionellen Gruppe, insbesondere für eine reversible Additions-Fragmentierungs-Kettenübertragungs-Polymerisation (RAFT-Agens), sind die Trithiocarbonat- beziehungsweise Dithioesterverbindung:
Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform umfasst die mindestens eine Silanverbindung mindestens eine, insbesondere kronetherbasierte, Silanverbindung der allgemeinen chemischen Formel:
Dabei können Q1, Q2, Q3 und Qk insbesondere jeweils unabhängig voneinander für Sauerstoff (O) oder Stickstoff (N) oder ein Amin, beispielsweise ein sekundäres Amin (NH) und/oder ein tertiäres Amin, zum Beispiel ein Alkyl- oder Arylamin, (NR), stehen.In particular, Q1, Q2, Q3 and Qk may each independently of one another denote oxygen (O) or nitrogen (N) or an amine, for example a secondary amine (NH) and / or a tertiary amine, for example an alkyl- or arylamine, ( NR), stand.
G kann insbesondere für mindestens eine polymerisierbare funktionelle Gruppe stehen, beispielsweise mit welcher eines der Kohlenstoffatome und/oder Q1 und/oder Q2 und/oder Q3 und/oder Qk substituiert ist.G may in particular be at least one polymerisable functional group, for example with which one of the carbon atoms and / or Q1 and / or Q2 and / or Q3 and / or Qk is substituted.
Insbesondere kann G mindestens eine polymerisierbare Doppelbindung, beispielsweise mindestens eine Kohlenstoff-Kohlenstoff-Doppelbindung, zum Beispiel mindestens eine Vinylgruppe und/oder Vinylidengruppe und/oder Vinylengruppe und/oder Allylgruppe, beispielsweise Allyloxyalkylgruppe, zum Beispiel Allyloxymethylgruppe, und/oder mindestens eine Hydroxygruppe, beispielsweise Alkylenhydroxygruppe, zum Beispiel Methylenhydroxygruppe, umfassen.In particular, G may have at least one polymerisable double bond, for example at least one carbon-carbon double bond, for example at least one vinyl group and / or vinylidene group and / or vinylene group and / or allyl group, for example allyloxyalkyl group, for example allyloxymethyl group, and / or at least one hydroxy group, for example Alkylene hydroxy group, for example methylene hydroxy group.
Weiterhin kann G beispielsweise eine oder mehr weitere Gruppen, beispielsweise welche als Linker - also eine verbrückende Einheit beziehungsweise als Brückensegment - dienen, umfassen. Zum Beispiel kann G weiterhin mindestens eine Benzogruppe und/oder Cyclohexanogruppe umfassen.Furthermore, G may, for example, one or more other groups, for example, which serve as a linker - ie a bridging unit or as a bridge segment - include. For example, G may further include at least one benzo group and / or cyclohexano group.
g kann insbesondere für die Anzahl an polymerisierbaren funktionellen Gruppen G stehen und insbesondere 1 ≤ g, beispielsweise 1 ≤ g ≤ 5, zum Beispiel 1 ≤ g ≤ 2, sein.g may be in particular for the number of polymerisable functional groups G and in particular 1 ≦ g, for example 1 ≦ g ≦ 5, for example 1 ≦ g ≦ 2.
k kann insbesondere für die Anzahl der in Klammern stehenden Einheit stehen und insbesondere 1 ≤ k, beispielsweise 1 ≤ k ≤ 3, zum Beispiel 1 ≤ k ≤ 2, sein. In particular, k can stand for the number of units in parentheses, and in particular 1 ≦ k, for example 1 ≦ k ≦ 3, for example 1 ≦ k ≦ 2.
Y' kann insbesondere für einen Linker, also eine verbrückende Einheit, stehen. Beispielsweise kann Y' mindestens eine Alkylengruppe (-CnH2n-) mit n ≥ 0, insbesondere n ≥ 1, und/oder mindestens eine Alkylenoxidgruppe (-CnH2n-O-) mit n ≥ 1 und/oder mindestens eine Carbonsäureestergruppe (-C=O-O-) und/oder mindestens eine Phenylengruppe (-C6H4-) umfassen. Zum Beispiel kann Y' hierbei für eine Alkylengruppe -CnH2n- mit 0 ≤ n ≤ 5, beispielsweise n = 1 oder 2 oder 3, stehen.Y 'can in particular stand for a linker, ie a bridging unit. For example, Y 'can be at least one alkylene group (-C n H 2n -) with n ≥ 0, in particular n ≥ 1, and / or at least one alkylene oxide group (-C n H 2n -O-) with n ≥ 1 and / or at least one Carboxylic ester group (-C = OO-) and / or at least one phenylene group (-C 6 H 4 -) include. For example, Y 'may here stand for an alkylene group -C n H 2n - where 0 ≦ n ≦ 5, for example n = 1 or 2 or 3.
s kann insbesondere für die Anzahl an, insbesondere über Linker Y' angebundene, Silangruppen (-SiR1R2R3) stehen und insbesondere 1 ≤ s, beispielsweise 1 ≤ s ≤ 5, zum Beispiel 1 ≤ s ≤ 2, sein.s may be in particular for the number of silane groups (-SiR1R2R3), in particular via linker Y ', and in particular 1≤s, for example 1≤S≤5, for example 1≤S≤2.
R1, R2, R3 können insbesondere jeweils unabhängig voneinander für ein Halogenatom, insbesondere Chlor (-Cl), oder eine Alkoxygruppe, insbesondere eine Methoxygruppe (-OCH3) oder eine Ethoxygruppe (-OC2H5), oder eine Alkylgruppe, beispielsweise eine lineare Alkylgruppe (-(CH2)x-CH3) mit x ≥ 0, insbesondere eine Methylgruppe (-CH3), oder eine Aminogruppe (-NH2, -NH-) oder eine Silazangruppe (-NH-Si-) oder eine Hydroxygruppe (-OH) oder Wasserstoff (-H) stehen. Zum Beispiel können R1, R2 und R3 für Chlor stehen.
Insbesondere können Q1, Q2, Q3 und Qk für Sauerstoff stehen. Beispielsweise kann dabei die mindestens eine Silanverbindung mindestens eine, insbesondere kronetherbasierte, Silanverbindung der allgemeinen chemischen Formel:
Beispiele für derartige, insbesondere kronetherbasierte, Silanverbindungen sind:
Derartige, insbesondere kronetherbasierte, Silanverbindungen können vorteilhafterweise über die Silangruppe, insbesondere kovalent, und beispielsweise zusätzlich über van-der-Waals- und/oder Wasserstoffbrücken-Bindungen, an der Oberfläche der Anodenaktivmaterialpartikel, insbesondere Siliciumpartikel, anbinden und zum Beispiel als silanbasierter Haftvermittler dienen.Such, in particular kronetherbasierte, silane compounds can advantageously via the silane group, in particular covalently, and for example additionally via van der Waals and / or hydrogen bonds, on the surface of the anode active material particles, in particular silicon particles, tie and serve, for example, as a silane-based adhesion promoter.
Die mindestens eine Silanverbindung mit der mindestens einen polymerisierbaren funktionellen Gruppe und/oder das mindestens eine polymerisierbare Monomer kann insbesondere mindestens ein ionenleitfähiges oder ionenleitendes, insbesondere lithiumionenleitfähiges oder lithiumionenleitendes, polymerisierbares Monomer und/oder mindestens ein fluoriertes, polymerisierbares Monomer, beispielsweise mit mindestens einer fluorierten Alkylgruppe und/oder mindestens einer fluorierten Alkoxygruppe und/oder mindestens einer fluorierten Alkylenoxidgruppe und/oder mindestens einer fluorierten Phenylgruppe, und/oder mindestens ein polymerisierbares Monomer zur Ausbildung eines Gel-Polymers umfassen beziehungsweise ionenleitfähig oder ionenleitend, insbesondere lithiumionenleitfähig oder lithiumionenleitend, sein und/oder fluoriert sein und/oder zur Ausbildung eines Gel-Polymers ausgelegt sein. The at least one silane compound having at least one polymerisable functional group and / or the at least one polymerizable monomer may in particular be at least one ionically conductive or ionically conductive, in particular lithium ion conductive or lithium ion conductive, polymerizable monomer and / or at least one fluorinated, polymerizable monomer, for example with at least one fluorinated alkyl group and / or at least one fluorinated alkoxy group and / or at least one fluorinated alkylene oxide group and / or at least one fluorinated phenyl group, and / or at least one polymerizable monomer to form a gel polymer or be ion-conductive or ion-conducting, in particular lithium-ion conductive or lithium ion-conducting, and / or be fluorinated and / or designed to form a gel polymer.
Unter einem ionenleitfähigen, beispielsweise lithiumionenleitfähigen, Material, beispielsweise Monomer oder Polymer, kann insbesondere ein Material, beispielsweise Monomer oder Polymer, verstanden werden, welches selbst frei von den zu leitenden Ionen, beispielsweise Lithiumionen, sein kann, jedoch geeignet ist, die zu leitenden Ionen, beispielsweise Lithiumionen, und/oder Gegenionen der zu leitenden Ionen, zum Beispiel Lithium-Leitsalz-Anionen, zu koordinieren und/oder solvatisieren und beispielsweise unter Zugabe der zu leitenden Ionen, zum Beispiel Lithiumionen, lithiumionenleitend wird.An ion-conductive, for example lithium ion-conductive, material, for example monomer or polymer, may in particular be understood as meaning a material, for example monomer or polymer, which itself may be free of the ions to be conducted, for example lithium ions, but is suitable for the ions to be conducted For example, to coordinate and / or solvate lithium ions, and / or counterions of the ions to be conducted, for example, lithium-lead salt anions and, for example, lithium ion conducting with the addition of the conductive ions, for example lithium ions.
Durch Polymerisation von ionenleitfähigen oder ionenleitenden und/oder fluorierten und/oder Gel-Polymer bildenden Monomeren kann vorteilhafterweise eine künstliche Polymer-SEI-Schutzschicht auf den Anodenaktivmaterialpartikeln, insbesondere Siliciumpartikeln, ausgebildet werden, welche ionenleitfähig oder ionenleitend und/oder fluoriert und/oder zur Ausbildung eines Gel-Polymers ausgelegt ist. Durch ionenleitfähige oder ionenleitende Polymer und/oder Gel-Polymere, kann vorteilhafterweise eine hohe Effizienz der mit dem Anodenaktivmaterial ausgestatteten Zelle beziehungsweise Batterie erzielt und beispielsweise eine Elektrolytbeschichtung beziehungsweise eine Gelelektrolytbeschichtung direkt auf den Anodenaktivmaterialpartikeln, insbesondere Siliciumpartikeln, ausgebildet werden. Fluorbasierte Polymere können eine hohe thermodynamische und insbesondere auch elektrochemische Stabilität aufweisen und vorteilhafterweise in einem bei Lithium-Ionen-Zellen und/oder -Batterien verwendeten Potentialfenster besonders stabil sein.By polymerizing ion-conductive or ion-conducting and / or fluorinated and / or gel-polymer-forming monomers, an artificial polymer-SEI protective layer can advantageously be formed on the anode active material particles, in particular silicon particles, which are ion-conductive or ion-conducting and / or fluorinated and / or for formation a gel polymer is designed. By ion-conducting or ion-conducting polymer and / or gel polymers, advantageously, a high efficiency of the cell or battery equipped with the anode active material can be achieved and, for example, an electrolyte coating or a gel electrolyte coating can be formed directly on the anode active material particles, in particular silicon particles. Fluorine-based polymers can have a high thermodynamic and in particular also electrochemical stability and advantageously be particularly stable in a potential window used in lithium-ion cells and / or batteries.
Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform umfasst oder ist die mindestens eine polymerisierbare funktionelle Gruppe der mindestens einen Silanverbindung und/oder das mindestens eine polymerisierbare Monomer beziehungsweise umfassen die mindestens zwei, beispielsweise drei, polymerisierbaren Monomere (jeweils) mindestens eine polymerisierbare Doppelbindung, beispielsweise mindestens eine Kohlenstoff-Kohlenstoff-Doppelbindung, insbesondere mindestens eine Vinylgruppe und/oder mindestens eine Vinylengruppe und/oder mindestens eine Vinylidengruppe und/oder mindestens eine Allylgruppe, beispielsweise eine Allyloxyalkylgruppe, zum Beispiel eine Allyloxymethylgruppe, und/oder mindestens eine Acrylatgruppe und/oder mindestens eine Methacrylatgruppe und/oder mindestens eine Phenylethengruppe (Styrolgruppe), und/oder mindestens eine Hydroxygruppe. Mittels dieser funktioneller Gruppen kann vorteilhafterweise eine Polymerisation erzielt werden. Insbesondere kann die mindestens eine polymerisierbare funktionelle Gruppe der mindestens einen Silanverbindung und/oder das mindestens eine polymerisierbare Monomer beziehungsweise können die mindestens zwei, beispielsweise drei, polymerisierbaren Monomere (jeweils) mindestens eine polymerisierbare Doppelbindung, beispielsweise mindestens eine Kohlenstoff-Kohlenstoff-Doppelbindung, insbesondere mindestens eine Vinylgruppe und/oder mindestens eine Vinylengruppe und/oder mindestens eine Vinylidengruppe und/oder mindestens eine Allylgruppe, beispielsweise Allyloxyalkylgruppe, zum Beispiel Allyloxymethylgruppe, und/oder mindestens eine Acrylatgruppe und/oder mindestens eine Methacrylatgruppe und/oder mindestens eine Phenylethengruppe (Styrolgruppe), umfassen oder sein. Dies hat sich zur Polymerisation, insbesondere mittels einer lebenden radikalischen Polymerisation, wie ATRP, NMP beziehungsweise RAFT, als besonders vorteilhaft erwiesen. Durch mindestens eine Hydroxygruppe kann die mindestens eine polymerisierbare funktionelle Gruppe der mindestens einen Silanverbindung und/oder das mindestens eine polymerisierbare Monomer beziehungsweise die mindestens zwei polymerisierbaren Monomere mittels Kondensationsreaktion beziehungsweise mittels anionischer Polymerisation polymerisiert beziehungsweise copolymerisiert werden.Within the scope of a further embodiment, the at least one polymerisable functional group of the at least one silane compound and / or the at least one polymerisable monomer or comprise at least two, for example three, polymerizable monomers (each) at least one polymerizable double bond, for example at least one carbon atom Carbon double bond, in particular at least one vinyl group and / or at least one vinylene group and / or at least one vinylidene group and / or at least one allyl group, for example an allyloxyalkyl group, for example an allyloxymethyl group, and / or at least one acrylate group and / or at least one methacrylate group and / or at least one phenylethene group (styrene group), and / or at least one hydroxy group. By means of these functional groups, advantageously a polymerization can be achieved. In particular, the at least one polymerisable functional group of the at least one silane compound and / or the at least one polymerizable monomer or the at least two, for example three, polymerizable monomers (each) at least one polymerizable double bond, for example at least one carbon-carbon double bond, in particular at least a vinyl group and / or at least one vinylene group and / or at least one vinylidene group and / or at least one allyl group, for example allyloxyalkyl group, for example allyloxymethyl group, and / or at least one acrylate group and / or at least one methacrylate group and / or at least one phenylethene group (styrene group), include or be. This has proved to be particularly advantageous for the polymerization, in particular by means of a living radical polymerization, such as ATRP, NMP or RAFT. By means of at least one hydroxyl group, the at least one polymerisable functional group of the at least one silane compound and / or the at least one polymerisable monomer or the at least two polymerisable monomers can be polymerized or copolymerized by condensation reaction or by anionic polymerization.
Zum Beispiel kann die mindestens eine polymerisierbare funktionelle Gruppe der mindestens einen Silanverbindung mindestens eine polymerisierbare Doppelbindung, beispielsweise mindestens eine Kohlenstoff-Kohlenstoff-Doppelbindung, zum Beispiel eine Vinylgruppe und/oder eine Vinylidengruppe und/oder eine Vinylengruppe und/oder eine Acrylatgruppe und/oder eine Methacrylatgruppe, umfassen oder sein.For example, the at least one polymerizable functional group of the at least one silane compound may have at least one polymerizable double bond, for example at least one carbon-carbon double bond, for example a vinyl group and / or a vinylidene group and / or a vinylene group and / or an acrylate group and / or a Methacrylate group, include or.
Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform umfasst das mindestens eine polymerisierbare Monomer (weiterhin) mindestens eine, insbesondere unfluorierte, Alkylenoxidgruppe, beispielsweise Ethylenoxidgruppe, beispielsweise Polyalkylenoxidgruppe, zum Beispiel Polyethylenoxidgruppe beziehungsweise Polyethylenglykolgruppe, und/oder mindestens eine fluorierte Alkylenoxidgruppe und/oder mindestens eine fluorierte Alkoxygruppe und/oder mindestens eine fluorierte Alkylgruppe und/oder mindestens eine fluorierte Phenylgruppe.In a further embodiment, the at least one polymerizable monomer (further) comprises at least one, in particular unfluorinated, alkylene oxide group, for example ethylene oxide group, for example polyalkylene oxide group, for example polyethylene oxide group or Polyethylene glycol group, and / or at least one fluorinated alkylene oxide group and / or at least one fluorinated alkoxy group and / or at least one fluorinated alkyl group and / or at least one fluorinated phenyl group.
Polymere, welche Alkylenoxidgruppen umfassen beziehungsweise aus Alkylenoxid-Monomeren ausgebildet werden beziehungsweise auf einem Polyalkylenoxids, wie Polyethylenoxid (PEO) beziehungsweise Polyethylenglykol (PEG), basieren, können vorteilhafterweise ionenleitfähig, beispielsweise lithiumionenleitfähig, sein. So kann vorteilhafterweise eine ionenleitfähige, beispielsweise lithiumionenleitfähige, künstliche SEI-Schutzschicht, beispielsweise aus einem auf Polyethylenoxid (PEO) beziehungsweise Polyethylenglykol (PEG) basierenden Polymer, auf den Partikeln ausgebildet werden. In Gegenwart mindestens eines Leitsalzes, beispielsweise Lithium-Leitsalzes, können Polymere mit Alkylenoxidgruppen beziehungsweise auf der Basis eines Polyalkylenoxids, wie Polyethylenoxid (PEO) beziehungsweise Polyethylenglykol (PEG), ionenleitend, beispielsweise lithiumionenleitend, werden. Mit derartigen Polymeren versehene, insbesondere beschichtete, Anodenaktivmaterialpartikel, insbesondere Siliciumpartikel, können bei einer Zellbeziehungsweise Batterieassemblierung mit mindestens einem Leitsalz, beispielsweise Lithium-Leitsalz, in Kontakt kommen und auf diese Weise ionenleitend, beispielsweise lithiumionenleitend, werden. Um eine hohe Effizienz der mit dem Anodenaktivmaterial ausgestatteten Zelle beziehungsweise Batterie und insbesondere eine hohe ionische Leitfähigkeit zu erzielen, können derartig versehene, insbesondere beschichtete, Anodenaktivmaterialpartikel, insbesondere Siliciumpartikel, jedoch insbesondere, beispielsweise vor der Zell- und/oder Batterieassemblierung, mit mindestens einem Leitsalz, beispielsweise Lithium-Leitsalz, zum Beispiel Lithiumhexafluorophosphat (LiPF6), Bis(trifluormethan)sulfonimid (LiTFSI) und/oder Lithiumperchlorat (LiClO4), behandelt werden. Zudem können derartige Polymere in Gegenwart mindestens eines Elektrolytlösungsmittels beziehungsweise mindestens eines Flüssigelektrolyten, beispielsweise auf der Basis einer Lösung mindestens eines Leitsalzes in mindestens einem Elektrolytlösungsmittel, zum Beispiel vor oder bei der Zell- und/oder Batterieassemblierung, ein Gel bilden und beispielsweise als Gelelektrolyt genutzt werden. Zum Beispiel können daher derartig versehene, insbesondere beschichtete, Partikel, beispielsweise vor der Zell- und/oder Batterieassemblierung, mit mindestens einem Elektrolytlösungsmittel und/oder mit mindestens einem Flüssigelektrolyten, insbesondere aus mindestens einem Leitsalz, beispielsweise Lithium-Leitsalz, zum Beispiel Lithiumhexafluorophosphat (LiPF6), Bis(trifluormethan)sulfonimid (LiTFSI) und/oder Lithiumperchlorat (LiClO4), und mindestens einem Elektrolytlösungsmittel, behandelt werden. So kann vorteilhafterweise zusätzlich zu einer künstlichen SEI-Schutzschicht zur Passivierung der Anodenaktivmaterialpartikel, insbesondere Siliciumpartikel, eine Elektrolytbeschichtung beziehungsweise eine Gelelektrolytbeschichtung direkt auf den Anodenaktivmaterialpartikeln, insbesondere Siliciumpartikeln, ausgebildet werden. Insbesondere insofern jedoch lediglich die Anodenaktivmaterialpartikel, insbesondere Siliciumpartikel, mit einer Elektrolytbeschichtung beziehungsweise Gelelektrolytbeschichtung beschichtet sind, kann die Anode weiterhin mindestens einen Elektrolyten, beispielsweise Flüssigelektrolyten, zum Beispiel auf Carbonat-Basis, umfassen.Polymers which comprise alkylene oxide groups or are formed from alkylene oxide monomers or are based on a polyalkylene oxide, such as polyethylene oxide (PEO) or polyethylene glycol (PEG), may advantageously be ion-conductive, for example lithium ion conductive. Thus, advantageously, an ionic conductive, for example, lithium ion conductive, artificial SEI protective layer, for example, from a polyethylene oxide (PEO) or polyethylene glycol (PEG) based polymer, are formed on the particles. In the presence of at least one conducting salt, for example lithium conducting salt, polymers having alkylene oxide groups or based on a polyalkylene oxide, such as polyethylene oxide (PEO) or polyethylene glycol (PEG), can be ion-conducting, for example lithium ion-conducting. With such polymers provided, in particular coated, anode active material particles, in particular silicon particles, in a Zellbeziehungsweise battery assembly with at least one conductive salt, such as lithium conductive salt, come into contact and in this way ion-conducting, for example, lithium ion-conducting. In order to achieve a high efficiency of the cell or battery equipped with the anode active material and in particular a high ionic conductivity, coated, in particular coated, anode active material particles, in particular silicon particles, but in particular, for example, before the cell and / or battery assembly, with at least one conductive salt For example, lithium-conducting salt, for example, lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ), bis (trifluoromethane) sulfonimide (LiTFSI) and / or lithium perchlorate (LiClO 4 ), are treated. In addition, such polymers in the presence of at least one electrolyte solvent or at least one liquid electrolyte, for example based on a solution of at least one conductive salt in at least one electrolyte solvent, for example before or during cell and / or battery assembly, form a gel and be used, for example, as a gel electrolyte , For example, therefore, provided, in particular coated, particles, for example, before the cell and / or battery assembly, with at least one electrolyte solvent and / or at least one liquid electrolyte, in particular from at least one conductive salt, for example lithium conductive salt, for example lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ), bis (trifluoromethane) sulfonimide (LiTFSI) and / or lithium perchlorate (LiClO 4 ), and at least one electrolyte solvent. Thus, advantageously in addition to an artificial SEI protective layer for passivating the anode active material particles, in particular silicon particles, an electrolyte coating or a gel electrolyte coating can be formed directly on the anode active material particles, in particular silicon particles. In particular, however, insofar as only the anode active material particles, in particular silicon particles, are coated with an electrolyte coating or gel electrolyte coating, the anode can furthermore comprise at least one electrolyte, for example liquid electrolytes, for example based on carbonate.
Im Rahmen einer alternativen oder zusätzlichen Ausgestaltung umfasst oder ist das mindestens eine polymerisierbare Monomer beziehungsweise sind die mindestens zwei, insbesondere drei, polymerisierbaren Monomere ausgewählt aus der Gruppe umfassend:
- - mindestens eine polymerisierbare Carbonsäure, beispielsweise Acrylsäure und/oder Methacrylsäure, und/oder
- - mindestens ein polymerisierbares Carbonsäure-Derivat, insbesondere
- - mindestens polymerisierbares organische Carbonat, beispielsweise Vinylencarbonat und/oder Vinylethylencarbonat, und/oder Anhydrid, insbesondere mindestens ein Carbonsäureanhydrid, beispielsweise Maleinsäureanhydrid, und/oder
- - mindestens einen Carbonsäureester, beispielsweise mindestens ein Acrylat, zum Beispiel mindestens ein Etheracrylat, beispielsweise Poly(ethylenglykol)methyletheracrylat, und/oder mindestens ein Methacrylat, beispielsweise Methylmethacrylat, und/oder mindestens ein Acetat, zum Beispiel Vinylacetat, und/oder
- - mindestens ein Carbonsäurenitril, beispielsweise Acrylnitril, und/oder
- - mindestens einen, beispielsweise unfluorierten oder fluorierten, Ether, insbesondere mindestens einen Kronether und/oder mindestens ein Kronether-Derivat und/oder mindestens einen Vinylether, zum Beispiel Trifluorvinylether, und/oder
- - mindestens ein, beispielsweise unfluoriertes oder fluoriertes, Alkylenoxid, beispielsweise Ethylenoxid, und/oder
- - mindestens einen, beispielsweise aliphatischen oder aromatischen, zum Beispiel unfluorierten oder fluorierten, ungesättigten Kohlenwasserstoff, beispielsweise mindestens ein Alken, zum Beispiel Ethen,
wie 1,1-Difluorethen (1,1-Difluoroethylen, Vinylidenfluorid) und/oder Tetrafluorethylen (TFE), und/oder Propen, wie Hexafluorpropen, und/oder Hexen,wie wie
- at least one polymerisable carboxylic acid, for example acrylic acid and / or methacrylic acid, and / or
- - At least one polymerizable carboxylic acid derivative, in particular
- at least polymerizable organic carbonate, for example vinylene carbonate and / or vinyl ethylene carbonate, and / or anhydride, in particular at least one carboxylic anhydride, for example maleic anhydride, and / or
- at least one carboxylic acid ester, for example at least one acrylate, for example at least one ether acrylate, for example poly (ethylene glycol) methyl ether acrylate, and / or at least one methacrylate, for example methyl methacrylate, and / or at least one acetate, for example vinyl acetate, and / or
- at least one carbonitrile, for example acrylonitrile, and / or
- at least one, for example, unfluorinated or fluorinated, ether, in particular at least one crown ether and / or at least one crown ether derivative and / or at least one vinyl ether, for example trifluorovinyl ether, and / or
- at least one, for example unfluorinated or fluorinated, alkylene oxide, for example ethylene oxide, and / or
- - at least one, for example aliphatic or aromatic, for example, unfluorinated or fluorinated, unsaturated hydrocarbon, for example at least one alkene, for example ethene, such as 1,1-difluoroethene (1,1-difluoroethylene, vinylidene fluoride) and / or tetrafluoroethylene (TFE), and / or propene, such as hexafluoropropene, and / or hexene, such as 3,3,4,4,5,5,6,6,6-nonafluorohexene, and / or phenylethene, such as 2,3,4,5,6-pentafluorophenylethene (2,3,4,5,6-pentafluorostyrene) and / or 4- (trifluoromethyl) phenylethene (4- (trifluoromethyl) styrene) and / or styrene, or include.
Im Rahmen einer Ausführungsform umfasst oder ist das mindestens eine polymerisierbare Monomer beziehungsweise umfassen die mindestens zwei, insbesondere drei, polymerisierbaren Monomere mindestens eine polymerisierbare Carbonsäure.In one embodiment, the at least one polymerizable monomer or comprise the at least two, in particular three, polymerizable monomers at least one polymerizable carboxylic acid.
Im Rahmen einer Ausgestaltung dieser Ausführungsform umfasst oder ist das mindestens eine polymerisierbare Monomer beziehungsweise umfassen die mindestens zwei, insbesondere drei, polymerisierbaren Monomere Acrylsäure:
Im Rahmen einer anderen, alternativen oder zusätzlichen Ausgestaltung dieser Ausführungsform umfasst oder ist das mindestens eine polymerisierbare Monomer beziehungsweise umfassen die mindestens zwei, insbesondere drei, polymerisierbaren Monomere Methacrylsäure und/oder ein Derivat davon.In the context of another, alternative or additional embodiment of this embodiment, the at least one polymerizable monomer or comprise the at least two, in particular three, polymerizable monomers methacrylic acid and / or a derivative thereof.
Durch Polymerisation von Acrylsäure beziehungsweise Methacrylsäure kann eine künstliche SEI-Schutzschicht aus einem auf Polyacrylsäure beziehungsweise Polymethacrylsäure basierenden Polymer auf den Partikeln ausgebildet werden. Dabei kann das Polyacrylsäure beziehungsweise Polymethacrylsäure basierte Polymer über Carbonsäuregruppen (-COOH) an Hydroxygruppen, beispielsweise Siliciumhydroxidgruppen beziehungsweise Silanolgruppen (Si-OH), an der Oberfläche der Anodenaktivmaterialpartikel, insbesondere Siliciumpartikel, beispielsweise kovalent über eine Kondensationsreaktion und/oder über Wasserstoffbrückenbindungen, anbinden. Zusätzlich zu einer Passivierung der Partikel durch eine Schutzschicht aus dem Polyacrylsäure beziehungsweise Polymethacrylsäure basierten Polymer, kann das Polyacrylsäure beziehungsweise Polymethacrylsäure basierte Polymer vorteilhafterweise als Binderverstärkung und/oder Binder dienen und auf diese Weise die Bindeeigenschaft des Anodenaktivmaterials verbessert werden. Dadurch, dass das Polyacrylsäure beziehungsweise Polymethacrylsäure basierte Polymer in Gegenwart der Anodenaktivmaterialpartikel, insbesondere Siliciumpartikel, hergestellt wird, kann zudem vorteilhafterweise eine homogenere Mischung ausgebildet werden als dies durch ein Zumischen von ex-situ hergestellter Polyacrylsäure beziehungsweise Polymethacrylsäure zu Anodenaktivmaterialpartikeln, insbesondere Siliciumpartikeln, möglich ist.By polymerization of acrylic acid or methacrylic acid, an artificial SEI protective layer can be formed from a polymer based on polyacrylic acid or polymethacrylic acid on the particles. In this case, the polyacrylic acid or polymethacrylic acid-based polymer via carboxylic acid groups (-COOH) to hydroxy groups, for example silicon hydroxide groups or silanol groups (Si-OH), on the surface of the anode active material particles, in particular silicon particles, for example, covalently via a condensation reaction and / or via hydrogen bonds connect. In addition to a passivation of the particles by a protective layer of the polyacrylic acid or polymethacrylic acid-based polymer, the polyacrylic acid or polymethacrylic acid-based polymer can advantageously serve as a binder reinforcement and / or binder and in this way the binding property of the anode active material can be improved. By virtue of the fact that the polymer based on polyacrylic acid or polymethacrylic acid is prepared in the presence of the anode active material particles, in particular silicon particles, a more homogeneous mixture can advantageously be formed than is possible by admixing ex situ-produced polyacrylic acid or polymethacrylic acid to anode active material particles, in particular silicon particles.
Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung wird das aus dem mindestens einen polymerisierbaren Monomers ausgebildete Polymers, insbesondere dessen Carbonsäuregruppen, zumindest teilweise mit mindestens einem Alkalimetallhydroxid, beispielsweise Lithiumhydroxid (LiOH) und/oder Natriumhydroxid (NaOH) und/oder Kaliumhydroxid (KOH), insbesondere unter Ausbildung eines Alkalimetall-Carboxylats, beispielsweise Lithium-Carboxylats beziehungsweise Natrium-Carboxylats beziehungsweise Kalium-Carboxylats, neutralisiert. So können die rheologischen Eigenschaften verbessert und/oder ein irreversibler Kapazitätsverlust, insbesondere im ersten Zyklus einer mit dem Anodenaktivmaterial ausgestatteten Zelle beziehungsweise Batterie, minimiert werden.Within the scope of a further embodiment, the polymer formed from the at least one polymerizable monomer, in particular its carboxylic acid groups, is at least partially mixed with at least one alkali metal hydroxide, for example lithium hydroxide (LiOH) and / or sodium hydroxide (NaOH) and / or potassium hydroxide (KOH), in particular with formation an alkali metal carboxylate, for example, lithium carboxylate or sodium carboxylate or potassium carboxylate neutralized. Thus, the rheological properties can be improved and / or an irreversible loss of capacity, in particular in the first cycle of a cell or battery equipped with the anode active material, can be minimized.
Im Rahmen einer alternativen oder zusätzlichen, weiteren Ausführungsform umfasst oder ist das mindestens eine polymerisierbare Monomer beziehungsweise umfassen die mindestens zwei, insbesondere drei, polymerisierbaren Monomere mindestens ein polymerisierbares Carbonsäure-Derivat.In the context of an alternative or additional, further embodiment, the at least one polymerisable monomer or comprise the at least two, in particular three, polymerizable monomers comprises or is at least one polymerisable carboxylic acid derivative.
Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform umfasst oder ist das mindestens eine polymerisierbare Monomer beziehungsweise umfassen die mindestens zwei, insbesondere drei, polymerisierbaren Monomere mindestens ein polymerisierbares, organisches Carbonat und/oder Anhydrid, insbesondere mindestens ein Carbonsäureanhydrid. Insbesondere kann das mindestens eine polymerisierbare Monomer mindestens ein polymerisierbares, organisches Carbonat umfassen oder sein. Organische Carbonate haben sich zur Ausbildung einer künstlichen SEI-Schicht als besonders vorteilhaft erwiesen. Organische Carbonate können zudem vorteilhafterweise ionenleitfähig, insbesondere lithiumionenleitfähig, sein.In the context of a further embodiment, the at least one polymerisable monomer or comprise the at least two, in particular three, polymerizable monomers at least one polymerizable, organic carbonate and / or anhydride, in particular at least one carboxylic acid anhydride. In particular, the at least one polymerisable monomer may comprise or be at least one polymerisable organic carbonate. Organic carbonates have become the Training an artificial SEI layer proved to be particularly advantageous. In addition, organic carbonates can advantageously be ion-conductive, in particular lithium-ion-conductive.
Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform umfasst oder ist das mindestens eine polymerisierbare Monomer Vinylencarbonat und/oder Vinylethylencarbonat und/oder Maleinsäureanhydrid und/oder ein Derivat davon. Dies hat sich zum Ausbilden einer, insbesondere ionenleitfähigen, beispielsweise lithiumionenleitfähigen, künstlichen SEI-Schicht als vorteilhaft erwiesen.Within the scope of a further embodiment, the at least one polymerisable monomer comprises or is vinylene carbonate and / or vinylethylene carbonate and / or maleic anhydride and / or a derivative thereof. This has proved to be advantageous for forming an artificial SEI layer, in particular ion-conductive, for example lithium ion-conductive, artificial SEI layer.
Im Rahmen einer speziellen Ausgestaltung dieser Ausführungsform umfasst oder ist das mindestens eine polymerisierbare Monomer Vinylencarbonat. Durch Polymerisation von Vinylencarbonat kann insbesondere Polyvinylencarbonat ausgebildet werden, welches sich als Polymer für eine künstliche SEI-Schicht als besonders vorteilhaft erwiesen hat.In a specific embodiment of this embodiment, the at least one polymerizable monomer comprises or is vinylene carbonate. By polymerizing vinylene carbonate, in particular polyvinylene carbonate can be formed, which has proved to be particularly advantageous as a polymer for an artificial SEI layer.
Im Rahmen einer alternativen oder zusätzlichen, weiteren Ausführungsform umfasst oder ist das mindestens eine polymerisierbare Monomer beziehungsweise umfassen die mindestens zwei, insbesondere drei, polymerisierbaren Monomere mindestens einen Carbonsäureester.In the context of an alternative or additional, further embodiment, the at least one polymerisable monomer or comprise the at least two, in particular three, polymerizable monomers comprises or is at least one carboxylic acid ester.
Beispielsweise kann das mindestens eine polymerisierbare Monomer beziehungsweise können die mindestens zwei, insbesondere drei, polymerisierbaren Monomere mindestens ein Acrylat, zum Beispiel mindestens ein Etheracrylat, wie Poly(ethylenglykol)methyletheracrylat, beispielsweise:
Durch Polymerisation von Acrylaten, zum Beispiel Etheracrylaten, wie Poly(ethylenglykol)methyletheracrylat, und/oder Methacrylaten, wie Methylmethacrylat (MMA), kann eine künstliche SEI-Schutzschicht aus einem auf Polyacrylat beziehungsweise Polymethylmethacrylat (PMMA) basierenden Polymer auf den Partikeln ausgebildet werden. Polymere auf der Basis von Polyacrylat, zum Beispiel Etheracrylat basierte Polymere beziehungsweise Polymethylmethacrylate, können vorteilhafterweise in Gegenwart mindestens eines Elektrolytlösungsmittels, beispielsweise mindestens eines flüssigen, organischen Carbonats, wie Ethylencarbonat (EC) und/oder Ethylmethylcarbonat (EMC) und/oder Dimethylcarbonat (DMC) und/oder Diethylcarbonat (DEC), beziehungsweise mindestens eines Flüssigelektrolyten, beispielsweise auf der Basis einer, zum Beispiel 1 M, Lösung mindestens eines Leitsalzes, zum Beispiel von Lithiumhexafluorophosphat (LiPF6) und/oder Bis(trifluormethan)sulfonimid (LiTFSI) und/oder Lithiumperchlorat (LiClO4), in mindestens einem Elektrolytlösungsmittel, beispielsweise mindestens einem flüssigen, organischen Carbonat, wie Ethylencarbonat (EC) und/oder Ethylmethylcarbonat (EMC) und/oder Dimethylcarbonat (DMC) und/oder Diethylcarbonat (DEC), zum Beispiel bei der Zell- und/oder Batterieassemblierung, ein Gel bilden und beispielsweise als Gelelektrolyt genutzt werden. So kann vorteilhafterweise zusätzlich zu einer künstlichen SEI-Schutzschicht zur Passivierung der Anodenaktivmaterialpartikel, insbesondere Siliciumpartikel, eine Gelelektrolytbeschichtung direkt auf den Anodenaktivmaterialpartikeln, insbesondere Siliciumpartikeln, ausgebildet werden. Bei einem ersten Zyklus einer damit ausgestatteten Zelle beziehungsweise Batterie, kann sich der Elektrolyt in der Polymergelmatrix der Gelelektrolytbeschichtung zersetzen und die, insbesondere künstliche beziehungsweise natürlich entstehende, SEI-Schutzschicht mechanisch stabilisieren. Dies ermöglicht vorteilhafterweise bei der Zell- und/oder Batterieassemblierung auf einen Zusatz von SEI-stabilisierende Additiven, wie Vinylencarbonat (VC) oder Fluorethylencarbonat (FEC), insbesondere zum Flüssigelektrolyten, zu verzichten. Polymere auf Basis von Etheracrylaten, wie Poly(ethylenglykol)methyletheracrylat, können zudem ionenleitfähig, beispielsweise lithiumionenleitfähig, sein und in Gegenwart mindestens eines Leitsalzes, beispielsweise Lithium-Leitsalzes, beispielsweise durch in Kontakt bringen mit mindestens einem Leitsalz, beispielsweise Lithium-Leitsalz, bei einer Zell- beziehungsweise Batterieassemblierung, ionenleitend, beispielsweise lithiumionenleitend, werden. Um eine hohe Effizienz der mit dem Anodenaktivmaterial ausgestatteten Zelle beziehungsweise Batterie und insbesondere eine hohe ionische Leitfähigkeit zu erzielen, können hiermit versehene, insbesondere beschichtete, Anodenaktivmaterialpartikel, insbesondere Siliciumpartikel, jedoch insbesondere, beispielsweise vor der Zell- und/oder Batterieassemblierung, mit mindestens einem Leitsalz, beispielsweise Lithium-Leitsalz, zum Beispiel Lithiumhexafluorophosphat (LiPF6), Bis(trifluoromethane)sulfonimide (LiTFSI) und/oder Lithiumperchlorat (LiClO4) behandelt werden.By polymerizing acrylates, for example, ether acrylates, such as poly (ethylene glycol) methyl ether acrylate, and / or methacrylates, such as methyl methacrylate (MMA), an artificial SEI protective layer of polyacrylate or polymethyl methacrylate (PMMA) based polymer can be formed on the particles. Polymers based on polyacrylate, for example ether acrylate-based polymers or polymethyl methacrylates, can advantageously be prepared in the presence of at least one electrolyte solvent, for example at least one liquid, organic carbonate, such as ethylene carbonate (EC) and / or ethyl methyl carbonate (EMC) and / or dimethyl carbonate (DMC). and / or diethyl carbonate (DEC), or at least one liquid electrolyte, for example based on one, for example 1 M, solution of at least one conducting salt, for example lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) and / or bis (trifluoromethane) sulfonimide (LiTFSI) and / or lithium perchlorate (LiClO 4 ), in at least one electrolyte solvent, for example, at least one liquid organic carbonate, such as ethylene carbonate (EC) and / or ethyl methyl carbonate (EMC) and / or dimethyl carbonate (DMC) and / or diethyl carbonate (DEC), for example cell and / or battery assembly, form a gel and b For example, be used as a gel electrolyte. Thus, advantageously, in addition to an artificial SEI protective layer for passivating the anode active material particles, in particular silicon particles, a gel electrolyte coating can be formed directly on the anode active material particles, in particular silicon particles. In a first cycle of a cell or battery equipped therewith, the electrolyte in the polymer gel matrix of the gel electrolyte coating may decompose and mechanically stabilize the, especially artificial or naturally occurring, SEI protective layer. This advantageously makes it possible to dispense with the addition of SEI-stabilizing additives, such as vinylene carbonate (VC) or fluoroethylene carbonate (FEC), in particular to the liquid electrolyte, in cell and / or battery assembly. Polymers based on ether acrylates, such as poly (ethylene glycol) methyl ether acrylate, may additionally be ion-conductive, for example lithium ion conductive, and in the presence of at least one conducting salt, for example lithium conducting salt, for example by bringing it into contact with at least one conducting salt, for example lithium conducting salt Cell or battery assembly, ion-conducting, for example, lithium ion-conducting, are. In order to achieve a high efficiency of the cell or battery equipped with the anode active material and, in particular, a high ionic conductivity, coated, in particular coated, anode active material particles, in particular silicon particles, but in particular, for example prior to cell and / or battery assembly, may contain at least one conductive salt For example, lithium-conducting salt, for example Lithium hexafluorophosphate (LiPF6), bis (trifluoromethane) sulfonimide (LiTFSI) and / or lithium perchlorate (LiClO 4 ) are treated.
Durch Polymerisation von Vinylacetat kann eine künstliche SEI-Schutzschicht aus einem auf Polyvinylacetat (PVAC) basierenden Polymer auf den Partikeln ausgebildet werden. Das auf Polyvinylacetat basierende Polymer kann dann beispielsweise zu Polyvinylalkohol (PVAL) verseift werden. Um Nebenreaktionen mit anderen Elektrodenkomponenten zu vermeiden, können hierbei beispielsweise die Polymerisation des mindestens einen polymerisierbaren Monomers und insbesondere die Verseifung des dabei ausgebildeten Polymers getrennt von weiteren Elektrodenkomponenten durchgeführt werden. Das Polyvinylalkohol basierte Polymer kann vorteilhafterweise über Hydroxygruppen (-OH), beispielsweise an Siliciumhydroxidgruppen beziehungsweise Silanolgruppen (Si-OH), an der Oberfläche der Anodenaktivmaterialpartikel, insbesondere Siliciumpartikel, beispielsweise kovalent über eine Kondensationsreaktion und/oder über Wasserstoffbrückenbindungen, anbinden. Zusätzlich zu einer Passivierung der Partikel durch eine Schutzschicht aus dem Polyvinylalkohol basierten Polymer, kann das Polyvinylalkohol basierte Polymer vorteilhafterweise als Binderverstärkung beziehungsweise Binder dienen und auf diese Weise die Bindeeigenschaft des Anodenaktivmaterials verbessert werden. Dadurch, dass das Polyvinylalkohol basierte Polymer in Gegenwart der Anodenaktivmaterialpartikel, insbesondere Siliciumpartikel, hergestellt wird, kann zudem vorteilhafterweise eine homogenere Mischung ausgebildet werden als dies durch ein Zumischen von ex-situ hergestelltem Polyvinylalkohol zu Anodenaktivmaterialpartikeln, insbesondere Siliciumpartikeln, möglich ist.By polymerizing vinyl acetate, an artificial SEI protective layer of a polyvinyl acetate (PVAC) based polymer can be formed on the particles. The polyvinyl acetate-based polymer can then be saponified, for example, to polyvinyl alcohol (PVAL). In order to avoid side reactions with other electrode components, in this case, for example, the polymerization of the at least one polymerizable monomer and, in particular, the saponification of the polymer formed thereby can be carried out separately from further electrode components. The polyvinyl alcohol-based polymer may advantageously via hydroxy groups (-OH), for example, to silicon hydroxide groups or silanol groups (Si-OH), at the surface of the anode active material particles, in particular silicon particles, for example covalently via a condensation reaction and / or via hydrogen bonds connect. In addition to passivating the particles through a protective layer of the polyvinyl alcohol-based polymer, the polyvinyl alcohol-based polymer may advantageously serve as a binder reinforcement and thus improve the binding property of the anode active material. In addition, because the polyvinyl alcohol-based polymer is produced in the presence of the anode active material particles, in particular silicon particles, a more homogeneous mixture can advantageously be formed than is possible by admixing ex situ-produced polyvinyl alcohol to anode active material particles, in particular silicon particles.
Im Rahmen einer alternativen oder zusätzlichen, weiteren Ausführungsform umfasst oder ist das mindestens eine polymerisierbare Monomer beziehungsweise umfassen die mindestens zwei, insbesondere drei, polymerisierbaren Monomere mindestens ein Carbonsäurenitril. Beispielsweise kann das mindestens eine polymerisierbare Monomer beziehungsweise können die mindestens zwei, insbesondere drei, polymerisierbaren Monomere Acrylnitril und/oder ein Derivat davon umfassen oder sein. Durch Polymerisation von Acrylnitril kann eine künstliche SEI-Schutzschicht aus einem auf Polyacrylnitril (PAN) basierenden Polymer auf den Partikeln ausgebildet werden. Polymere auf der Basis von Polyacrylnitril (PAN) können vorteilhafterweise in Gegenwart mindestens eines Elektrolytlösungsmittels, beispielsweise mindestens eines flüssigen, organischen Carbonats, wie Ethylencarbonat (EC) und/oder Ethylmethylcarbonat (EMC) und/oder Dimethylcarbonat (DMC) und/oder Diethylcarbonat (DEC), beziehungsweise mindestens eines Flüssigelektrolyten, beispielsweise auf der Basis einer, zum Beispiel 1 M, Lösung mindestens eines Leitsalzes, zum Beispiel von Lithiumhexafluorophosphat (LiPF6) und/oder Bis(trifluormethan)sulfonimid (LiTFSI) und/oder Lithiumperchlorat (LiClO4), in mindestens einem Elektrolytlösungsmittel, beispielsweise mindestens einem flüssigen, organischen Carbonat, wie Ethylencarbonat (EC) und/oder Ethylmethylcarbonat (EMC) und/oder Dimethylcarbonat (DMC) und/oder Diethylcarbonat (DEC), zum Beispiel bei der Zell- und/oder Batterieassemblierung, ein Gel bilden und beispielsweise als Gelelektrolyt genutzt werden. So kann vorteilhafterweise zusätzlich zu einer künstlichen SEI-Schutzschicht zur Passivierung der Anodenaktivmaterialpartikel, insbesondere Siliciumpartikel, eine Gelelektrolytbeschichtung direkt auf den Anodenaktivmaterialpartikeln, insbesondere Siliciumpartikeln, ausgebildet werden. Bei einem ersten Zyklus einer damit ausgestatteten Zelle beziehungsweise Batterie, kann sich der Elektrolyt in der Polymergelmatrix der Gelelektrolytbeschichtung zersetzen und die SEI-Schutzschicht mechanisch stabilisieren. Dies ermöglicht vorteilhafterweise bei der Zell- und/oder Batterieassemblierung auf einen Zusatz von SEI-stabilisierende Additiven, wie Vinylencarbonat (VC) oder Fluorethylencarbonat (FEC), insbesondere zum Flüssigelektrolyten, zu verzichten.In the context of an alternative or additional, further embodiment, the at least one polymerisable monomer or comprise the at least two, in particular three, polymerizable monomers comprises or is at least one carbonitrile. For example, the at least one polymerizable monomer or the at least two, in particular three, polymerizable monomers may comprise or be acrylonitrile and / or a derivative thereof. By polymerizing acrylonitrile, an artificial SEI protective layer of polyacrylonitrile (PAN) based polymer can be formed on the particles. Polymers based on polyacrylonitrile (PAN) can advantageously be prepared in the presence of at least one electrolyte solvent, for example at least one liquid, organic carbonate, such as ethylene carbonate (EC) and / or ethylmethyl carbonate (EMC) and / or dimethyl carbonate (DMC) and / or diethyl carbonate (DEC ), or at least one liquid electrolyte, for example based on one, for example 1 M, solution of at least one conducting salt, for example of lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) and / or bis (trifluoromethane) sulfonimide (LiTFSI) and / or lithium perchlorate (LiClO 4 ) , in at least one electrolyte solvent, for example at least one liquid, organic carbonate, such as ethylene carbonate (EC) and / or ethyl methyl carbonate (EMC) and / or dimethyl carbonate (DMC) and / or diethyl carbonate (DEC), for example in the cell and / or Battery assembly, form a gel and be used for example as a gel electrolyte. Thus, advantageously, in addition to an artificial SEI protective layer for passivating the anode active material particles, in particular silicon particles, a gel electrolyte coating can be formed directly on the anode active material particles, in particular silicon particles. In a first cycle of a cell or battery equipped therewith, the electrolyte in the polymer gel matrix of the gel electrolyte coating may decompose and mechanically stabilize the SEI protective layer. This advantageously makes it possible to dispense with the addition of SEI-stabilizing additives, such as vinylene carbonate (VC) or fluoroethylene carbonate (FEC), in particular to the liquid electrolyte, in cell and / or battery assembly.
Im Rahmen einer alternativen oder zusätzlichen, weiteren Ausführungsform umfasst oder ist das mindestens eine polymerisierbare Monomer beziehungsweise umfassen die mindestens zwei, insbesondere drei, polymerisierbaren Monomere mindestens einen, beispielsweise unfluorierten oder fluorierten, Ether. Insbesondere kann das mindestens eine polymerisierbare Monomer beziehungsweise können die mindestens zwei, insbesondere drei, polymerisierbaren Monomere mindestens einen, beispielsweise unfluorierten oder fluorierten, Ether mit mindestens einer polymerisierbaren funktionellen Gruppe, insbesondere mit mindestens einer polymerisierbaren Doppelbindung, beispielsweise mit mindestens einer Kohlenstoff-Kohlenstoff-Doppelbindung, zum Beispiel mit mindestens einer Vinylgruppe und/oder Allylgruppe und/oder Allyloxyalkylgruppe, beispielsweise Allyloxymethylgruppe, und/oder mit mindestens einer Hydroxygruppe, beispielsweise Alkylenhydroxygruppe, zum Beispiel Methylenhydroxygruppe, umfassen oder seinIn the context of an alternative or additional, further embodiment, the at least one polymerisable monomer or comprise the at least two, in particular three, polymerizable monomers at least one, for example, unfluorinated or fluorinated, ethers. In particular, the at least one polymerizable monomer or the at least two, in particular three, polymerizable monomers can be at least one, for example unfluorinated or fluorinated, ether having at least one polymerizable functional group, in particular having at least one polymerizable double bond, for example having at least one carbon-carbon double bond , for example with at least one vinyl group and / or allyl group and / or allyloxyalkyl group, for example allyloxymethyl group, and / or with at least one hydroxy group, for example alkylene hydroxy group, for example methylene hydroxy group, include or be
Beispielsweise kann das mindestens eine polymerisierbare Monomer beziehungsweise können die mindestens zwei, insbesondere drei, polymerisierbaren Monomere mindestens einen Kronether und/oder mindestens ein Kronether-Derivat und/oder mindestens einen Vinylether, zum Beispiel Trifluorvinylether, umfassen oder sein.For example, the at least one polymerizable monomer or the at least two, in particular three, polymerizable monomers may comprise or be at least one crown ether and / or at least one crown ether derivative and / or at least one vinyl ether, for example trifluorovinyl ether.
Insbesondere kann das mindestens eine polymerisierbare Monomer beziehungsweise können die mindestens zwei, insbesondere drei, polymerisierbaren Monomere mindestens einen Kronether und/oder mindestens ein Kronether-Derivat umfassen oder sein. In particular, the at least one polymerizable monomer or the at least two, in particular three, polymerizable monomers may comprise or be at least one crown ether and / or at least one crown ether derivative.
Beispielsweise kann das mindestens eine polymerisierbare Monomer beziehungsweise können die mindestens zwei, insbesondere drei, polymerisierbaren Monomere mindestens einen Kronether und/oder mindestens ein Kronether-Derivat mit mindestens einer polymerisierbaren funktionellen Gruppe, insbesondere mit mindestens einer polymerisierbaren Doppelbindung, beispielsweise mit mindestens einer Kohlenstoff-Kohlenstoff-Doppelbindung, zum Beispiel mit mindestens einer Vinylgruppe und/oder mindestens einer Vinylidengruppe und/oder mindestens einer Vinylengruppe und/oder mindestens einer Allylgruppe. beispielsweise Allyloxyalkylgruppe, und/oder mindestens eine Acrylatgruppe und/oder mindestens eine Methacrylatgruppe, beispielsweise mit mindestens einer Kohlenstoff-Kohlenstoff-Doppelbindung, zum Beispiel mit mindestens einer Vinylgruppe und/oder mindestens einer Vinylidengruppe und/oder mindestens einer Vinylengruppe und/oder mindestens einer Allylgruppe, beispielsweise Allyloxyalkylgruppe, zum Beispiel Allyloxymethylgruppe, und/oder mit mindestens einer Hydroxygruppe, beispielsweise Alkylenhydroxygruppe, zum Beispiel Methylenhydroxygruppe, umfassen oder sein.For example, the at least one polymerizable monomer or the at least two, in particular three, polymerizable monomers at least one crown ethers and / or at least one Kronether derivative having at least one polymerizable functional group, in particular having at least one polymerizable double bond, for example with at least one carbon-carbon Double bond, for example with at least one vinyl group and / or at least one vinylidene group and / or at least one vinylene group and / or at least one allyl group. For example, allyloxyalkyl, and / or at least one acrylate group and / or at least one methacrylate group, for example having at least one carbon-carbon double bond, for example with at least one vinyl group and / or at least one vinylidene group and / or at least one vinylene group and / or at least one allyl group For example, allyloxyalkyl group, for example, allyloxymethyl group, and / or having at least one hydroxy group, for example, alkylene hydroxy group, for example, methylene hydroxy group include or be.
Die mindestens eine polymerisierbare funktionelle Gruppe des mindestens einen Kronethers und/oder Kronether-Derivats kann beispielsweise direkt am Kronether beziehungsweise Kronether-Derivat angebunden sein. Insbesondere aus sterischen Gründen kann es jedoch auch eventuell vorteilhaft sein, zwischen dem Kronether beziehungsweise Kronether-Derivat und der mindestens einen polymerisierbaren funktionellen Gruppe, beispielsweise zusätzlich, einen Linker beziehungsweise ein Brückensegment, wie einen Benzolring beziehungsweise Cyclohexanring, vorzusehen. Durch Polymerisation der mindestens einen polymerisierbaren Doppelbindung, insbesondere Kohlenstoff-Kohlenstoff-Doppelbindung, kann insbesondere ein Polymerrücken, beispielsweise ein C-C-Polymerrücken (C-C Backbone), ausgebildet werden, zum Beispiel welcher an jedem zweiten Kohlenstoffatom eine Kronenether-basierte Funktionalität aufweist.The at least one polymerisable functional group of the at least one crown ether and / or crown ether derivative can for example be attached directly to the crown ether or crown ether derivative. However, for steric reasons in particular, it may also be advantageous to provide a linker or a bridge segment, such as a benzene ring or cyclohexane ring, between the crown ether or crown ether derivative and the at least one polymerizable functional group, for example additionally. By polymerizing the at least one polymerizable double bond, in particular carbon-carbon double bond, it is possible in particular to form a polymer back, for example a C-C polymer backbone (C-C backbone), for example which has a crown ether-based functionality on every other carbon atom.
Durch Polymerisation von Kronethern und/oder Kronether-Derivaten mit polymerisierbaren funktionellen Gruppen kann eine künstliche SEI-Schutzschicht aus einem Polymer auf den Partikeln ausgebildet werden, welche/s auf Grundbausteinen von Kronenethern basiert. Polymere auf der Basis von Kronethern können, insbesondere selektiv, ionenleitfähig, insbesondere lithiumionenleitfähig, sein und vorteilhafterweise optimale Diffusionspfade für die Alkalimetallionen, insbesondere Lithiumionen, bieten.By polymerizing crown ethers and / or crown ether derivatives having polymerizable functional groups, an artificial SEI protective layer of a polymer can be formed on the particles, which is based on basic building blocks of crown ethers. Kroneth-based polymers may be, in particular selectively, ion-conductive, in particular lithium-ion-conductive, and advantageously provide optimum diffusion paths for the alkali metal ions, in particular lithium ions.
Kronether und/oder Kronether-Derivate können vorteilhafterweise zudem zumindest über van-der-Waals- und/oder Wasserstoffbrücken-Bindungen an der Oberfläche der Anodenaktivmaterialpartikel, insbesondere Siliciumpartikel, anbinden und so die Haftung der daraus ausgebildeten Polymerschicht auf den Anodenaktivmaterialpartikeln, insbesondere Siliciumpartikeln, verbessern.In addition, crown ethers and / or crown-ether derivatives may advantageously bind to the surface of the anode active material particles, in particular silicon particles, at least via van der Waals and / or hydrogen bonds, thus improving the adhesion of the polymer layer formed therefrom to the anode active material particles, in particular silicon particles ,
Der mindestens eine Kronether und/oder das mindestens eine Kronether-Derivat kann beispielsweise durch radikalische Polymerisation, zum Beispiel lebende radikalische Polymerisation, wie lebende radikalische Polymerisation unter Atomtransfer (ATRP) und/oder stabile freie Radikale Polymerisation (SFRP), beispielsweise eine Nitroxid-vermittelte Polymerisation (NMP) und/oder Verdazyl-vermittelte Polymerisation (VMP), und/oder reversible Additions-Fragmentierungs-Kettenübertragungs-Polymerisation (RAFT), und/oder Polymerisation mittels Kondensationsreaktion und/oder mittels ionischer, beispielsweise anionischer oder kationischer, Polymerisation, polymerisierbar sein und/oder polymerisiert beziehungsweise copolymerisiert werden.The at least one crown ether and / or the at least one crown ether derivative may be, for example, by radical polymerization, for example, living radical polymerization, such as living radical atom transfer (ATRP) and / or stable free radical polymerization (SFRP), for example nitroxide-mediated Polymerization (NMP) and / or Verdazyl-mediated Polymerization (VMP), and / or Reversible Addition Fragmentation Chain Transfer Polymerization (RAFT), and / or condensation reaction polymerization and / or ionic, eg anionic or cationic polymerization, polymerizable be and / or polymerized or copolymerized.
Zum Beispiel kann die mindestens eine polymerisierbare funktionelle Gruppe des mindestens einen Kronethers und/oder Kronether-Derivats mindestens eine polymerisierbare Doppelbindung, beispielsweise mindestens eine Kohlenstoff-Kohlenstoff-Doppelbindung, insbesondere mindestens eine Vinylgruppe und/oder mindestens eine Vinylengruppe und/oder mindestens eine Vinylidengruppe und/oder mindestens eine Allylgruppe, beispielsweise eine Allyloxyalkylgruppe, zum Beispiel eine Allyloxymethylgruppe, und/oder mindestens eine Acrylatgruppe und/oder mindestens eine Methacrylatgruppe und/oder mindestens eine Phenylethengruppe (Styrolgruppe), und/oder mindestens eine Hydroxygruppe umfassen oder sein. Mittels dieser funktioneller Gruppen kann vorteilhafterweise eine Polymerisation erzielt werden. Beispielsweise kann die mindestens eine polymerisierbare funktionelle Gruppe des mindestens einen Kronethers und/oder Kronether-Derivats mindestens eine Vinylgruppe und/oder mindestens eine Vinylengruppe und/oder mindestens eine Vinylidengruppe und/oder mindestens eine Allylgruppe, beispielsweise Allyloxyalkylgruppe, zum Beispiel Allyloxymethylgruppe, und/oder mindestens eine Acrylatgruppe und/oder mindestens eine Methacrylatgruppe und/oder mindestens eine Hydroxygruppe, insbesondere Alkylenhydroxygruppe, umfassen oder sein. Durch mindestens eine Hydroxygruppe kann die mindestens eine polymerisierbare funktionelle Gruppe des mindestens einen Kronethers und/oder Kronether-Derivats mittels Kondensationsreaktion beziehungsweise mittels anionischer Polymerisation polymerisiert beziehungsweise copolymerisiert werden. Zum Beispiel kann die mindestens eine polymerisierbare funktionelle Gruppe des mindestens einen Kronethers und/oder Kronether-Derivats mindestens eine polymerisierbare Doppelbindung, beispielsweise mindestens eine Kohlenstoff-Kohlenstoff-Doppelbindung, insbesondere mindestens eine Vinylgruppe und/oder mindestens eine Vinylengruppe und/oder mindestens eine Vinylidengruppe und/oder mindestens eine Allylgruppe, beispielsweise Allyloxyalkylgruppe, zum Beispiel Allyloxymethylgruppe, und/oder mindestens eine Acrylatgruppe und/oder mindestens eine Methacrylatgruppe und/oder mindestens eine Phenylethengruppe (Styrolgruppe), umfassen oder sein. Dies hat sich zur Polymerisation, insbesondere mittels einer lebenden radikalischen Polymerisation, wie ATRP, NMP beziehungsweise RAFT, als besonders vorteilhaft erwiesen.For example, the at least one polymerisable functional group of the at least one crown ether and / or crown ether derivative may have at least one polymerizable double bond, for example at least one carbon-carbon double bond, in particular at least one vinyl group and / or at least one vinylene group and / or at least one vinylidene group and or at least one allyl group, for example an allyloxyalkyl group, for example an allyloxymethyl group, and / or at least one acrylate group and / or at least one methacrylate group and / or at least one phenylethene group (styrene group), and / or at least one hydroxy group. By means of these functional groups, advantageously a polymerization can be achieved. For example, the at least one polymerisable functional group of the at least one crown ether and / or crown ether derivative can have at least one vinyl group and / or at least one vinylidene group and / or at least one vinylidene group and / or at least one allyl group, for example allyloxyalkyl group, for example allyloxymethyl group, and / or at least one acrylate group and / or at least one methacrylate group and / or at least one hydroxy group, in particular alkylene hydroxy group, include or be. By at least a hydroxy group, the at least one polymerizable functional group of the at least one crown ether and / or crown ether derivative can be polymerized or copolymerized by condensation reaction or by anionic polymerization. For example, the at least one polymerisable functional group of the at least one crown ether and / or crown ether derivative may have at least one polymerizable double bond, for example at least one carbon-carbon double bond, in particular at least one vinyl group and / or at least one vinylene group and / or at least one vinylidene group and or at least one allyl group, for example allyloxyalkyl group, for example allyloxymethyl group, and / or at least one acrylate group and / or at least one methacrylate group and / or at least one phenylethene group (styrene group) comprise or be. This has proved to be particularly advantageous for the polymerization, in particular by means of a living radical polymerization, such as ATRP, NMP or RAFT.
Der mindestens eine Kronether und/oder das mindestens eine Kronether-Derivat und/oder das mindestens eine Kronether und/oder Kronether-Derivat umfassende Polymer kann weiterhin, insbesondere zusätzlich zu der mindestens einen polymerisierbaren funktionellen Gruppe, mindestens eine Silangruppe aufweisen. Durch die mindestens eine Silangruppe kann der mindestens eine Kronether und/oder das mindestens eine Kronether-Derivat und/oder das mindestens eine Kronether und/oder Kronether-Derivat umfassende Polymer vorteilhafterweise auf der Oberfläche der Anodenaktivmaterialpartikel, insbesondere Siliciumpartikel, beispielsweise kovalent, anbinden. So kann vorteilhafterweise eine Polymerschicht mit einer verbesserten Haftung ausgebildeten werden.The polymer comprising at least one crown ether and / or the at least one crown ether derivative and / or the at least one crown ether and / or crown ether derivative may furthermore have at least one silane group, in particular in addition to the at least one polymerizable functional group. By virtue of the at least one silane group, the at least one crown ether and / or the at least one crown ether derivative and / or the polymer comprising at least one crown ether and / or crown ether derivative can advantageously be attached to the surface of the anode active material particles, in particular silicon particles, for example covalently. Thus, advantageously, a polymer layer can be formed with improved adhesion.
Insbesondere kann der mindestens ein Kronether und/oder das mindestens eine Kronether-Derivat
einen Kronether, insbesondere einen
12-4-Kronether:
a crown ether, especially one
12-4-crown ether:
Im Rahmen einer Ausgestaltung dieser Ausführungsform umfasst der mindestens ein Kronether und/oder das mindestens eine Kronether-Derivat einen Kronether beziehungsweise ein Kronether-Derivat der allgemeinen chemischen Formel:
Dabei können Q1, Q2, Q3 und Qk insbesondere jeweils unabhängig voneinander für Sauerstoff (O) oder Stickstoff (N) oder ein Amin, beispielsweise ein sekundäres Amin (NH) und/oder ein tertiäres Amin, zum Beispiel ein Alkyl- oder Arylamin, (NR), stehen.In particular, Q1, Q2, Q3 and Qk may each independently of one another denote oxygen (O) or nitrogen (N) or an amine, for example a secondary amine (NH) and / or a tertiary amine, for example an alkyl- or arylamine, ( NR), stand.
G kann insbesondere für mindestens eine polymerisierbare funktionelle Gruppe stehen, beispielsweise mit welcher eines der Kohlenstoffatome und/oder Q1 und/oder Q2 und/oder Q3 und/oder Qk substituiert ist.G may in particular be at least one polymerisable functional group, for example with which one of the carbon atoms and / or Q1 and / or Q2 and / or Q3 and / or Qk is substituted.
g kann insbesondere für die Anzahl an polymerisierbaren funktionellen Gruppen G stehen und insbesondere 1 ≤ g, beispielsweise 1 ≤ g ≤ 5, zum Beispiel 1 ≤ g ≤ 2, sein.g may be in particular for the number of polymerisable functional groups G and in particular 1 ≦ g, for example 1 ≦ g ≦ 5, for example 1 ≦ g ≦ 2.
k kann insbesondere für die Anzahl der in Klammern stehenden Einheit stehen und insbesondere 1 ≤ k, beispielsweise 1 ≤ k ≤ 3, zum Beispiel 1 ≤ k ≤ 2, sein.In particular, k can stand for the number of units in parentheses, and in particular 1 ≦ k, for example 1 ≦ k ≦ 3, for example 1 ≦ k ≦ 2.
Insbesondere kann G mindestens eine polymerisierbare Doppelbindung, beispielsweise mindestens eine Kohlenstoff-Kohlenstoff-Doppelbindung, zum Beispiel mindestens eine Vinylgruppe und/oder mindestens eine Vinylidengruppe und/oder mindestens eine Vinylengruppe und/oder mindestens eine Allylgruppe, beispielsweise Allyloxyalkylgruppe, zum Beispiel Allyloxymethylgruppe, und/oder mindestens eine Hydroxygruppe, beispielsweise Alkylenhydroxygruppe, zum Beispiel Methylenhydroxygruppe, umfassen.In particular, G may have at least one polymerisable double bond, for example at least one carbon-carbon double bond, for example at least one vinyl group and / or at least one vinylidene group and / or at least one vinylene group and / or at least one allyl group, for example allyloxyalkyl group, for example allyloxymethyl group, and / or at least one hydroxy group, for example alkylene hydroxy group, for example methylene hydroxy group.
Weiterhin kann G beispielsweise eine oder mehr weitere Gruppen, beispielsweise welche als Linker - also eine verbrückende Einheit beziehungsweise als Brückensegment - dienen, umfassen. Zum Beispiel kann G weiterhin mindestens eine Benzogruppe und/oder Cyclohexanogruppe umfassen.Furthermore, G may, for example, one or more other groups, for example, which serve as a linker - ie a bridging unit or as a bridge segment - include. For example, G may further include at least one benzo group and / or cyclohexano group.
Insbesondere können Q1, Q2, Q3 und Qk für Sauerstoff stehen. Beispielsweise kann der mindestens ein Kronether und/oder das mindestens eine Kronether-Derivat einen Kronether beziehungsweise ein Kronether-Derivat der allgemeinen chemischen Formel:
Zum Beispiel kann der mindestens ein Kronether und/oder das mindestens eine Kronether-Derivat einen Kronether beziehungsweise ein Kronether-Derivat der allgemeinen chemischen Formel:
Durch Polymerisation, beispielsweise lebende radikalische Polymerisation, der Doppelbindungen können Polymere mit einem Kohlenstoff-Kohlenstoff-Polymerrücken (C-C Backbone) und Kronether- beziehungsweise Kronether-Derivat-Seitengruppen ausgebildet werden, zum Beispiel:
Alternativ oder zusätzlich dazu ist es beispielsweise auch möglich, Polymere mit Kronether- beziehungsweise Kronether-Derivat-Gruppen, insbesondere direkt, im Polymerrücken beziehungsweise in der Polymerkette auszubilden. Dies kann beispielsweise durch Polymerisation, beispielsweise mittels Kondensationsreaktion, zum Beispiel Veretherung, von (Di-)Benzo- und/ (Di-)Cyclohexano-Kronethern und/oder -Kronetherderivaten, beispielsweise mit mindestens zwei, gegebenenfalls vier, Hydroxygruppen, zum Beispiel an den Benzo- und/oder Cyclohexano-Ringen, möglich.Alternatively or additionally, it is also possible, for example, to form polymers with crown ether or crown ether derivative groups, in particular directly, in the polymer backbone or in the polymer chain. This can be achieved, for example, by polymerization, for example by condensation reaction, for example etherification, of (di) benzoic and / (di) cyclohexano-crown ethers and / or crown ether derivatives, for example having at least two, optionally four, hydroxyl groups, for example to the Benzo and / or cyclohexano rings, possible.
Beispielsweise kann der mindestens ein Kronether und/oder das mindestens eine Kronether-Derivat einen Kronether beziehungsweise ein Kronether-Derivat der allgemeinen chemischen Formel:
G' kann insbesondere für mindestens eine polymerisierbare funktionelle Gruppe stehen. Insbesondere kann G' mindestens eine polymerisierbare Doppelbindung, beispielsweise mindestens eine Kohlenstoff-Kohlenstoff-Doppelbindung, zum Beispiel mindestens eine Vinylgruppe und/oder mindestens eine Vinylidengruppe und/oder mindestens eine Vinylengruppe und/oder mindestens eine Allylgruppe, beispielsweise Allyloxyalkylgruppe, zum Beispiel Allyloxymethylgruppe, und/oder mindestens eine Hydroxygruppe, beispielsweise Alkylenhydroxygruppe, zum Beispiel Methylenhydroxygruppe, umfassen.G 'may in particular stand for at least one polymerisable functional group. In particular, G 'may have at least one polymerizable double bond, for example at least one carbon-carbon double bond, for example at least one vinyl group and / or at least one vinylidene group and / or at least one vinylene group and / or at least one allyl group, for example allyloxyalkyl, for example allyloxymethyl, and or at least one hydroxy group, for example alkylene hydroxy group, for example methylene hydroxy group.
Weiterhin kann G' beispielsweise eine oder mehr weitere Gruppen, beispielsweise welche als Linker - also eine verbrückende Einheit beziehungsweise als Brückensegment - dienen, umfassen. Zum Beispiel kann G' weiterhin mindestens eine Benzogruppe und/oder Cyclohexanogruppe umfassen. Furthermore, G 'may comprise, for example, one or more further groups, for example which serve as linkers - ie a bridging unit or bridge segment. For example, G 'may further comprise at least one benzo group and / or cyclohexano group.
g' kann insbesondere für die Anzahl an polymerisierbaren funktionellen Gruppen G' stehen und insbesondere 1 ≤ g', beispielsweise 1 ≤ g' ≤ 4, zum Beispiel 1 ≤ g' ≤ 2, sein.g 'may in particular be the number of polymerisable functional groups G' and in particular 1 ≦ g ', for example 1 ≦ g' ≦ 4, for example 1 ≦ g '≦ 2.
Zum Beispiel kann der mindestens ein Kronether und/oder das mindestens eine Kronether-Derivat einen Kronether beziehungsweise ein Kronether-Derivat der allgemeinen chemischen Formel:
Durch Polymerisation, beispielsweise mittels Kondensationsreaktion, insbesondere Veretherung, der Hydroxygruppem können Polymere, insbesondere auf der Basis von veretherten Benzo-Kronenethern, mit Kronetherbeziehungsweise Kronether-Derivat-Gruppen im Polymerrücken ausgebildet werden, zum Beispiel:
Derartige Kronether und/oder Kronether-Derivate können vorteilhafterweise durch Umsetzen mit mindestens einer Silanverbindung mit mindestens einer polymerisierbaren funktionellen Gruppe, beispielsweise mittels Kondensationsreaktion, beispielsweise kovalent, mit den Anodenaktivmaterialpartikeln, insbesondere Siliciumpartikeln, verbunden werden.Such crown ethers and / or crown ether derivatives can advantageously be combined by reaction with at least one silane compound having at least one polymerisable functional group, for example by condensation reaction, for example covalently, with the anode active material particles, in particular silicon particles.
Zum Beispiel können ein Kronether und eine Silanverbindung der allgemeinen chemischen Formeln:
Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung weist der mindestens eine Kronether und/oder das mindestens eine Kronether-Derivat weiterhin, insbesondere zusätzlich zu der mindestens einen polymerisierbaren funktionellen Gruppe, mindestens eine Silangruppe auf. Zum Beispiel kann der mindestens eine Kronether und/oder das mindestens eine Kronether-Derivat einen Kronether beziehungsweise ein Kronether-Derivat der allgemeinen chemischen Formel:
Dabei können Q1, Q2, Q3 und Qk insbesondere jeweils unabhängig voneinander für Sauerstoff (O) oder Stickstoff (N) oder ein Amin, beispielsweise ein sekundäres Amin (NH) und/oder ein tertiäres Amin, zum Beispiel ein Alkyl- oder Arylamin, (NR), stehen.In particular, Q1, Q2, Q3 and Qk may each independently of one another denote oxygen (O) or nitrogen (N) or an amine, for example a secondary amine (NH) and / or a tertiary amine, for example an alkyl- or arylamine, ( NR), stand.
G kann insbesondere für mindestens eine polymerisierbare funktionelle Gruppe stehen, beispielsweise mit welcher eines der Kohlenstoffatome und/oder Q1 und/oder Q2 und/oder Q3 und/oder Qk substituiert ist. Insbesondere kann G mindestens eine polymerisierbare Doppelbindung, beispielsweise mindestens eine Kohlenstoff-Kohlenstoff-Doppelbindung, zum Beispiel mindestens eine Vinylgruppe und/oder Vinylidengruppe und/oder Vinylengruppe und/oder Allylgruppe, beispielsweise Allyloxyalkylgruppe, zum Beispiel Allyloxymethylgruppe, und/oder mindestens eine Hydroxygruppe, beispielsweise Alkylenhydroxygruppe, zum Beispiel Methylenhydroxygruppe, umfassen.G may in particular be at least one polymerisable functional group, for example with which one of the carbon atoms and / or Q1 and / or Q2 and / or Q3 and / or Qk is substituted. In particular, G may have at least one polymerisable double bond, for example at least one carbon-carbon double bond, for example at least one vinyl group and / or vinylidene group and / or vinylene group and / or allyl group, for example allyloxyalkyl group, for example allyloxymethyl group, and / or at least one hydroxy group, for example Alkylene hydroxy group, for example methylene hydroxy group.
Weiterhin kann G beispielsweise eine oder mehr weitere Gruppen, beispielsweise welche als Linker - also eine verbrückende Einheit beziehungsweise als Brückensegment - dienen, umfassen. Zum Beispiel kann G weiterhin mindestens eine Benzogruppe und/oder Cyclohexanogruppe umfassen.Furthermore, G may, for example, one or more other groups, for example, which serve as a linker - ie a bridging unit or as a bridge segment - include. For example, G may further include at least one benzo group and / or cyclohexano group.
g kann insbesondere für die Anzahl an polymerisierbaren funktionellen Gruppen G stehen und insbesondere 1 ≤ g, beispielsweise 1 ≤ g ≤ 5, zum Beispiel 1 ≤ g ≤ 2, sein.g may be in particular for the number of polymerisable functional groups G and in particular 1 ≦ g, for example 1 ≦ g ≦ 5, for example 1 ≦ g ≦ 2.
k kann insbesondere für die Anzahl der in Klammern stehenden Einheit stehen und insbesondere 1 ≤ k, beispielsweise 1 ≤ k ≤ 3, zum Beispiel 1 ≤ k ≤ 2, sein. In particular, k can stand for the number of units in parentheses, and in particular 1 ≦ k, for example 1 ≦ k ≦ 3, for example 1 ≦ k ≦ 2.
Y' kann insbesondere für einen Linker, also eine verbrückende Einheit, stehen. Beispielsweise kann Y' mindestens eine Alkylengruppe (-CnH2n-) mit n ≥ 0, insbesondere n ≥ 1, und/oder mindestens eine Alkylenoxidgruppe (-CnH2n-O-) mit n ≥ 1 und/oder mindestens eine Carbonsäureestergruppe (-C=O-O-) und/oder mindestens eine Phenylengruppe (-C6H4-) umfassen. Zum Beispiel kann Y' hierbei für eine Alkylengruppe -CnH2n- mit 0 ≤ n ≤ 5, beispielsweise n = 1 oder 2 oder 3, stehen.Y 'can in particular stand for a linker, ie a bridging unit. For example, Y 'can be at least one alkylene group (-C n H 2n -) with n ≥ 0, in particular n ≥ 1, and / or at least one alkylene oxide group (-C n H 2n -O-) with n ≥ 1 and / or at least one Carboxylic ester group (-C = OO-) and / or at least one phenylene group (-C 6 H 4 -) include. For example, Y 'may here stand for an alkylene group -C n H 2n - where 0 ≦ n ≦ 5, for example n = 1 or 2 or 3.
s kann insbesondere für die Anzahl an, insbesondere über Linker Y' angebundene, Silangruppen (-SiR1R2R3) stehen und insbesondere 1 ≤ s, beispielsweise 1 ≤ s ≤ 5, zum Beispiel 1 ≤ s ≤ 2, sein.s may be in particular for the number of silane groups (-SiR1R2R3), in particular via linker Y ', and in particular 1≤s, for example 1≤S≤5, for example 1≤S≤2.
R1, R2, R3 können insbesondere jeweils unabhängig voneinander für ein Halogenatom, insbesondere Chlor (-Cl), oder eine Alkoxygruppe, insbesondere eine Methoxygruppe (-OCH3) oder eine Ethoxygruppe (-OC2H5), oder eine Alkylgruppe, beispielsweise eine lineare Alkylgruppe (-(CH2)x-CH3) mit x ≥ 0, insbesondere eine Methylgruppe (-CH3), oder eine Aminogruppe (-NH2, -NH-) oder eine Silazangruppe (-NH-Si-) oder eine Hydroxygruppe (-OH) oder Wasserstoff (-H) stehen. Zum Beispiel können R1, R2 und R3 für Chlor stehen.
Insbesondere können Q1, Q2, Q3 und Qk für Sauerstoff stehen. Beispielsweise kann dabei der mindestens eine Kronether und/oder das mindestens eine Kronether-Derivat einen Kronether beziehungsweise ein Kronether-Derivat der allgemeinen chemischen Formel:
Beispiele für Kronether beziehungsweise ein Kronether-Derivat sind:
Derartige Kronether beziehungsweise ein Kronether-Derivat können vorteilhafterweise über die Silangruppe auf den Anodenaktivmaterialpartikeln, insbesondere Siliciumpartikeln, anbinden und zusätzlich als silanbasierter Haftvermittler dienen.Such crown ethers or a crown-ether derivative can advantageously bind via the silane group to the anode active material particles, in particular silicon particles, and additionally serve as silane-based adhesion promoters.
Insofern das mindestens eine polymerisierbare Monomer ein (Di-)Aza-Kronether-Derivat, zum Beispiel mit Vinylfunktionalität, umfasst können NH-Gruppe/n vor der Polymerisation substituiert beziehungsweise mit einer Schutzgruppe versehen, beispielsweise alkyliert, vorzugsweise methyliert, werden. So kann verhindert werden, dass die NH-Gruppe/n die Polymerisation, beispielsweise eine radikalische (Co-)Polymerisation und/oder eine anionische (Co-)Polymerisation, stören. Zudem können substituierte beziehungsweise tertiäre Amin-Gruppen beziehungsweise N-R-Bindungen beständiger gegen Alkalimetalle sein. Insofar as the at least one polymerizable monomer comprises a (di) aza-crown ether derivative, for example with vinyl functionality, NH group (s) can be substituted before the polymerization or provided with a protective group, for example alkylated, preferably methylated. Thus, it can be prevented that the NH group (s) interfere with the polymerization, for example, a radical (co) polymerization and / or an anionic (co) polymerization. In addition, substituted or tertiary amine groups or NR bonds can be more resistant to alkali metals.
Alternativ oder zusätzlich dazu, ist es jedoch beispielsweise auch möglich, eine Reaktion der NH-Gruppe/n von (Di-)Aza-Kronether-Derivaten gezielt bei der Polymerisation zu nutzen, zum Beispiel um Stickstoff-substituierte (Di-)Aza-Kronether-Derivat-Polymere und/oder Block-Co-Polymere, beispielsweise durch Reaktion mindestens einer, insbesondere endständigen, polymerisierbaren Doppelbindung, beispielsweise Vinyl- und/oder Allylgruppe, des mindestens einen (Di-)Aza-Kronether-Derivats mit mindestens einer polymerisierbaren Doppelbindung mindestens eines weiteren polymerisierbaren Monomers beziehungsweise daraus ausgebildeten Polymeres, zum Beispiel mit Styrol, auszubilden. Zum Beispiel können hierzu die NH-Gruppe/n von (Di-)Aza-Kronether-Derivaten über (CH2)n- Brücken insbesondere durch Umsetzung mit mindestens einer alpha-omega-Alkylenverbindung gekoppelt und/oder alpha-omega-Diamine, zum Beispiel Hexamethylendiamin, zur Synthese eines (Di-)Aza-Kronether-Derivat-Polymers, beispielsweise eines Poly-n-Alkylen-Di-Aza-Kronenethers, zum Beispiel der allgemeinen chemischen Formel:
Im Rahmen einer alternativen oder zusätzlichen, weiteren Ausführungsform umfasst oder ist das mindestens eine polymerisierbare Monomer beziehungsweise umfassen die mindestens zwei, insbesondere drei, polymerisierbaren Monomere mindestens ein, beispielsweise unfluoriertes oder fluoriertes, Alkylenoxid, beispielsweise Ethylenoxid.In the context of an alternative or additional, further embodiment, the at least one polymerisable monomer or comprise the at least two, in particular three, polymerizable monomers at least one, for example, unfluorinated or fluorinated, alkylene oxide, for example ethylene oxide.
Im Rahmen einer alternativen oder zusätzlichen, weiteren Ausführungsform umfasst oder ist das mindestens eine polymerisierbare Monomer beziehungsweise umfassen die mindestens zwei, insbesondere drei, polymerisierbaren Monomere mindestens einen, beispielsweise aliphatischen oder aromatischen, zum Beispiel unfluorierten oder fluorierten, ungesättigten Kohlenwasserstoff.In the context of an alternative or additional, further embodiment, the at least one polymerisable monomer or comprise the at least two, in particular three, polymerizable monomers at least one, for example aliphatic or aromatic, for example, unfluorinated or fluorinated, unsaturated hydrocarbon.
Beispielsweise kann das mindestens eine polymerisierbare Monomer beziehungsweise können die mindestens zwei, insbesondere drei, polymerisierbaren Monomere mindestens ein Alken, zum Beispiel Ethen, wie 1,1-Difluorethen (1,1-Difluoroethylen, Vinylidenfluorid) und/oder Tetrafluorethylen (TFE), und/oder Propen, wie Hexafluorpropen, und/oder Hexen, wie 3,3,4,4,5,5,6,6,6-Nonafluorhexen, und/oder Phenylethen, wie 2,3,4,5,6-Pentafluorphenylethen (2,3,4,5,6-Pentafluorstyrol) und/oder 4-(Trifluormethyl)phenylethen (4-(Trifluoromethyl)styrol) und/oder Styrol, umfassen oder sein.For example, the at least one polymerizable monomer or the at least two, in particular three, polymerizable monomers at least one alkene, for example ethene, such as 1,1-difluoroethene (1,1-difluoroethylene, vinylidene fluoride) and / or tetrafluoroethylene (TFE), and / or propene, such as hexafluoropropene, and / or hexene, such as 3,3,4,4,5,5,6,6,6-nonafluorohexene, and / or phenylethene, such as 2,3,4,5,6-pentafluorophenylethene (2,3,4,5,6-pentafluorostyrene) and / or 4- (trifluoromethyl) phenylethene (4- (trifluoromethyl) styrene) and / or styrene, or include.
Zum Beispiel kann das mindestens eine polymerisierbare Monomer beziehungsweise können die mindestens zwei, insbesondere drei, polymerisierbaren Monomere mindestens ein fluoriertes Alken, beispielsweise mindestens ein fluoriertes Ethen, wie 1,1-Difluorethen (1,1-Difluoroethylen, Vinylidenfluorid) und/oder Tetrafluorethylen (TFE), und/oder mindestens ein fluoriertes Propen, wie Hexafluorpropen:
Durch Polymerisation von fluorierten Alkenen, wie 1,1-Difluoroethylen, kann vorteilhafterweise eine künstliche SEI-Schutzschicht aus einem fluorierten, beispielsweise auf Polyvinylidenfluorid (PVdF) basierenden, Polymer auf den Partikeln ausgebildet werden. Derartige Polymere können vorteilhafterweise in Gegenwart mindestens eines Elektrolytlösungsmittels, beispielsweise mindestens eines flüssigen, organischen Carbonats, wie Ethylencarbonat (EC) und/oder Ethylmethylcarbonat (EMC) und/oder Dimethylcarbonat (DMC) und/oder Diethylcarbonat (DEC), beziehungsweise mindestens eines Flüssigelektrolyten, beispielsweise auf der Basis einer, zum Beispiel 1 M, Lösung mindestens eines Leitsalzes, zum Beispiel von Lithiumhexafluorophosphat (LiPF6) und/oder Bis(trifluormethan)sulfonimid (LiTFSI) und/oder Lithiumperchlorat (LiClO4), in mindestens einem Elektrolytlösungsmittel, beispielsweise mindestens einem flüssigen, organischen Carbonat, wie Ethylencarbonat (EC) und/oder Ethylmethylcarbonat (EMC) und/oder Dimethylcarbonat (DMC) und/oder Diethylcarbonat (DEC), zum Beispiel bei der Zell- und/oder Batterieassemblierung, ein Gel bilden und beispielsweise als Gelelektrolyt genutzt werden. So kann vorteilhafterweise zusätzlich zu einer künstlichen SEI-Schutzschicht zur Passivierung der Anodenaktivmaterialpartikel, insbesondere Siliciumpartikel, eine Gelelektrolytbeschichtung direkt auf den Anodenaktivmaterialpartikeln, insbesondere Siliciumpartikeln, ausgebildet werden. Bei einem ersten Zyklus einer damit ausgestatteten Zelle beziehungsweise Batterie, kann sich der Elektrolyt in der Polymergelmatrix der Gelelektrolytbeschichtung zersetzen und die SEI-Schutzschicht mechanisch stabilisieren. Dies ermöglicht vorteilhafterweise bei der Zell- und/oder Batterieassemblierung auf einen Zusatz von SEI-stabilisierende Additiven, wie Vinylencarbonat (VC) oder Fluorethylencarbonat (FEC), insbesondere zum Flüssigelektrolyten, zu verzichten.By the polymerization of fluorinated alkenes, such as 1,1-difluoroethylene, advantageously an artificial SEI protective layer of a fluorinated, for example polyvinylidene fluoride (PVdF) based, polymer be formed on the particles. Such polymers can advantageously be prepared in the presence of at least one electrolyte solvent, for example at least one liquid, organic carbonate, such as ethylene carbonate (EC) and / or ethylmethylcarbonate (EMC) and / or dimethylcarbonate (DMC) and / or diethylcarbonate (DEC), or at least one liquid electrolyte, for example, based on, for example 1 M, solution of at least one conductive salt, for example of lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) and / or bis (trifluoromethane) sulfonimide (LiTFSI) and / or lithium perchlorate (LiClO 4 ), in at least one electrolyte solvent, for example at least one liquid, organic carbonate, such as ethylene carbonate (EC) and / or ethyl methyl carbonate (EMC) and / or dimethyl carbonate (DMC) and / or diethyl carbonate (DEC), for example in the cell and / or battery assembly, form a gel and, for example be used as a gel electrolyte. Thus, advantageously, in addition to an artificial SEI protective layer for passivating the anode active material particles, in particular silicon particles, a gel electrolyte coating can be formed directly on the anode active material particles, in particular silicon particles. In a first cycle of a cell or battery equipped therewith, the electrolyte in the polymer gel matrix of the gel electrolyte coating may decompose and mechanically stabilize the SEI protective layer. This advantageously makes it possible to dispense with the addition of SEI-stabilizing additives, such as vinylene carbonate (VC) or fluoroethylene carbonate (FEC), in particular to the liquid electrolyte, in cell and / or battery assembly.
Alternativ oder zusätzlich kann das mindestens eine polymerisierbare Monomer beziehungsweise können die mindestens zwei, insbesondere drei, polymerisierbaren Monomere, beispielsweise zusätzlich, mindestens ein unfluoriertes Alken, zum Beispiel mindestens ein unfluoriertes Phenylethen, wie Styrol, umfassen oder sein.Alternatively or additionally, the at least one polymerizable monomer or the at least two, in particular three, polymerizable monomers, for example, additionally, comprise or be at least one unfluorinated alkene, for example at least one unfluorinated phenylethene, such as styrene.
Durch den Einsatz mindestens eines, beispielsweise unfluorierten oder fluorierten, Phenylethens, beispielsweise von Styrol, insbesondere durch eine Copolymerisation hiermit, können vorteilhafterweise, insbesondere zusätzlich, Hartsegmentblöcke, beispielsweise auf der Basis von Polystyrol, eingebracht werden, zum Beispiel um die Beständigkeit gegen Alkali und/oder Lösungsmittel zu erhöhen und/oder die mechanischen Eigenschaften, wie die Festigkeit, zu verbessern. Dabei kann das Copolymer als statistisches Copolymer oder als Block-Co-Polymer, zum Beispiel aus Polystyrol-Hartsegmenten und andersartig basierten Weichsegmenten, beispielsweise Polykronenether-Weichsegmenten, aufgebaut werden. Polykronether-Polystyrol-Block-Co-Polymere können vorteilhafterweise thermoplastische Elastomere darstellen und eine hohe Dehnfähigkeit aufweisen.By the use of at least one, for example, unfluorinated or fluorinated, phenylethene, for example of styrene, in particular by a copolymerization herewith, advantageously, in particular, hard segment blocks, for example based on polystyrene, introduced, for example, the resistance to alkali and / or to increase solvent and / or to improve the mechanical properties, such as the strength. In this case, the copolymer as a random copolymer or as a block co-polymer, for example, from polystyrene hard segments and differently based soft segments, such as polycrown ether soft segments, are constructed. Polyether-polystyrene block co-polymers may advantageously be thermoplastic elastomers and have high stretchability.
Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform erfolgt die Polymerisation beziehungsweise Umsetzung des mindestens einen polymerisierbaren Monomers in mindestens einem Lösungsmittel. Durch eine Lösungsmittelpolymerisation beziehungsweise Lösungspolymerisation kann vorteilhafterweise das Molekulargewicht des auszubildenden Polymers besser kontrolliert werden. Nach der Polymerisation beziehungsweise Umsetzung des mindestens einen polymerisierbaren Monomers kann das mindestens eine Lösungsmittel insbesondere wieder entfernt werden.In a further embodiment, the polymerization or reaction of the at least one polymerizable monomer takes place in at least one solvent. By solvent polymerization or solution polymerization, advantageously, the molecular weight of the polymer to be formed can be better controlled. After the polymerization or reaction of the at least one polymerizable monomer, the at least one solvent can be removed, in particular again.
Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform ist das Verfahren zur Herstellung einer Anode für eine Lithium-Zelle und/oder Lithium-Batterie, insbesondere für eine Lithium-Ionen-Zelle und/oder Lithium-Ionen-Batterie, ausgelegt.In a further embodiment, the method for producing an anode for a lithium cell and / or lithium battery, in particular for a lithium-ion cell and / or lithium-ion battery, designed.
Im Rahmen einer, insbesondere so genannten graft-from, Ausgestaltung kann die mindestens eine Silanverbindung mit mindestens einer polymerisierbaren und/oder polymerisationsinitiierenden und/oder polymerisationskontrollierenden funktionellen Gruppe, insbesondere vor der Zugabe des mindestens einen Monomers beziehungsweise der mindestens zwei Monomere, auf der Oberfläche der Anodenaktivmaterialpartikel, insbesondere Siliciumpartikel, immobilisiert werden. Zum Beispiel kann die mindestens eine Silanverbindung durch Ausbildung einer, insbesondere kovalenten, chemischen Bindung mit Oberflächenmaterial der Anodenaktivmaterialpartikel, insbesondere Siliciumpartikel, immobilisiert werden. Dann kann das mindestens eine polymerisierbare Monomer beziehungsweise können die mindestens zwei polymerisierbaren Monomere, zugegeben werden. Das Immobilisieren kann in Abhängigkeit von der mindestens einen Silanverbindung in Gegenwart oder in Abwesenheit mindestens eines Lösungsmittels erfolgen.In the context of a so-called graft-from design, the at least one silane compound can have at least one polymerizable and / or polymerization-initiating and / or polymerization-controlling functional group, in particular before the addition of the at least one monomer or of the at least two monomers on the surface of the Anodenaktivmaterialpartikel, in particular silicon particles, are immobilized. For example, the at least one silane compound can be immobilized by forming a, in particular covalent, chemical bond with surface material of the anode active material particles, in particular silicon particles. Then, the at least one polymerizable monomer or the at least two polymerizable monomers can be added. The immobilization can be carried out depending on the at least one silane compound in the presence or absence of at least one solvent.
Das mindestens eine polymerisierbare Monomer beziehungsweise die mindestens zwei polymerisierbaren Monomere können dabei insbesondere mittels einer radikalischen Polymerisation mit der mindestens einen immobilisierten Silanverbindung reagieren. Die radikalische Polymerisation kann dabei eine, insbesondere einfache, radikalischen Polymerisation, zum Beispiel in Gegenwart lediglich mindestens eines Radikalstarters, wie AIBN und/oder BPO, oder insbesondere eine lebende radikalische Polymerisation, beispielsweise eine ATRP, SFRP, beispielsweise NMP, oder RAFT, sein. Insofern mindestens zwei polymerisierbare Monomere eingesetzt werden und/oder das mindestens eine polymerisierbare Monomer in Kombination mit mindestens einer Silanverbindung mit mindestens einer polymerisierbaren funktionellen Gruppe eingesetzt wird, kann es sich um eine Copolymerisation, insbesondere der mindestens zwei polymerisierbaren Monomere und/oder des mindestens einen Monomers und der mindestens einen polymerisierbaren funktionellen Gruppe der mindestens einen Silanverbindung handeln.The at least one polymerizable monomer or the at least two polymerizable monomers can react in particular by means of a free-radical polymerization with the at least one immobilized silane compound. The radical polymerization can be a, in particular simple, radical polymerization, for example in the presence of only at least one radical initiator, such as AIBN and / or BPO, or in particular a living free-radical polymerization, for example a ATRP, SFRP, for example NMP, or RAFT. Insofar as at least two polymerizable monomers are used and / or the at least one polymerizable monomer is used in combination with at least one silane compound having at least one polymerisable functional group, this may be a copolymerization, in particular of the at least two polymerizable monomers and / or the at least one monomer and the at least one polymerisable functional group of the at least one silane compound.
Insofern die mindestens eine, insbesondere haftvermittelnde, Silanverbindung eine polymerisierbare funktionelle Gruppe aufweist, kann insbesondere weiterhin, gegebenenfalls zusammen mit dem mindestens einen polymerisierbaren Monomer beziehungsweise mit den mindestens zwei polymerisierbaren Monomeren, beispielsweise einer Carbonsäure und/oder einem Carbonsäure-Derivat, wie Vinylencarbonat, und/oder einem Ether, wie einem Kronether und/oder Kronether-Derivat, mindestens ein Polymerisationsinitiator, beispielsweise Radikalstarter, zum Beispiel AIBN oder BPO, - und/oder eventuell mindestens ein Lösungsmittel - zugegeben werden. So kann vorteilhafterweise die Polymerisation gestartet werden.Insofar as the at least one, in particular adhesion-promoting, silane compound has a polymerizable functional group may, in particular further, optionally together with the at least one polymerizable monomer or with the at least two polymerizable monomers, for example a carboxylic acid and / or a carboxylic acid derivative such as vinylene carbonate, and / or an ether, such as a crown ether and / or crown ether derivative, at least one polymerization initiator, for example free-radical initiators, for example AIBN or BPO, - and / or possibly at least one solvent - are added. Thus, advantageously, the polymerization can be started.
Insofern die mindestens eine Silanverbindung eine polymerisationsinitiierende funktionelle Gruppe, insbesondere zum Starten einer lebenden radikalischen Polymerisation unter Atomtransfer (ATRP-Initiator), aufweist, kann insbesondere weiterhin, gegebenenfalls zusammen mit dem mindestens einen polymerisierbaren Monomer beziehungsweise mit den mindestens zwei polymerisierbaren Monomeren, beispielsweise einer Carbonsäure und/oder einem Carbonsäure-Derivat, wie Vinylencarbonat, und/oder einem Ether, wie einem Kronether und/oder Kronether-Derivat, mindestens ein Katalysator, beispielsweise mindestens ein Übergangsmetallhalogenid, zum Beispiel ein Kupferhalogenid, und gegebenenfalls mindestens ein Ligand, zum Beispiel ein Stickstoffligand (N-Typ-Ligand), wie Tris[2-(dimethylamino)ethyl]amin), zugegeben werden. So kann vorteilhafterweise die Polymerisation gestartet werden.Insofar as the at least one silane compound has a polymerization-initiating functional group, in particular for initiating a living radical polymerization with atom transfer (ATRP initiator), it is furthermore possible, if appropriate together with the at least one polymerisable monomer or with the at least two polymerisable monomers, for example a carboxylic acid and / or a carboxylic acid derivative, such as vinylene carbonate, and / or an ether, such as a crown ether and / or crown ether derivative, at least one catalyst, for example at least one transition metal halide, for example a copper halide, and optionally at least one ligand, for example Nitrogen ligand (N-type ligand) such as tris [2- (dimethylamino) ethyl] amine). Thus, advantageously, the polymerization can be started.
Insofern die mindestens eine Silanverbindung eine polymerisationskontrollierende funktionelle Gruppe, insbesondere für eine stabile freie Radikale Polymerisation (SFRP), beispielsweise für eine Nitroxid-vermittelte Polymerisation (NMP-Mediator) und/oder für eine Verdazyl-vermittelte Polymerisation (VMP-Mediator), oder für eine reversible Additions-Fragmentierungs-Kettenübertragungs-Polymerisation (RAFT-Agens), aufweist, kann insbesondere weiterhin, gegebenenfalls zusammen mit dem mindestens einen polymerisierbaren Monomer beziehungsweise mit den mindestens zwei polymerisierbaren Monomeren, beispielsweise einer Carbonsäure und/oder einem Carbonsäure-Derivat, wie Vinylencarbonat, und/oder einem Ether, wie einem Kronether und/oder Kronether-Derivat, mindestens ein Polymerisationsinitiator, beispielsweise Radikalstarter, zum Beispiel AIBN oder BPO, zugegeben werden. So kann vorteilhafterweise die Polymerisation gestartet werden. Um die Polymerisationskontrolle weiter zu verbessern, kann gegebenenfalls weiterhin mindestens ein polymerisationskontrollierendes Mittel, insbesondere für eine stabile freie Radikale Polymerisation (SFRP), beispielsweise für eine Nitroxid-vermittelte Polymerisation (NMP-Mediator) und/oder für eine Verdazyl-vermittelte Polymerisation (VMP-Mediator), und/oder für eine reversible Additions-Fragmentierungs-Kettenübertragungs-Polymerisation (RAFT-Agens), beispielsweise mindestens ein nitroxidbasierter Mediator, zum Beispiel ein Opferinitiator in Form eines Alkoxyamins, beziehungsweise mindestens eine Thioverbindung, zugegeben werden.In this respect, the at least one silane compound is a polymerization-controlling functional group, in particular for a stable free-radical polymerization (SFRP), for example for a nitroxide-mediated polymerization (NMP mediator) and / or for a Verdazyl-mediated polymerization (VMP mediator), or for a reversible addition-fragmentation chain transfer polymerization (RAFT agent), in particular may further, optionally together with the at least one polymerizable monomer or with the at least two polymerizable monomers, for example a carboxylic acid and / or a carboxylic acid derivative such as vinylene carbonate , and / or an ether, such as a crown ether and / or crown ether derivative, at least one polymerization initiator, for example free-radical initiators, for example AIBN or BPO, are added. Thus, advantageously, the polymerization can be started. In order to further improve the polymerization control, it is optionally also possible to use at least one polymerization-controlling agent, in particular for a stable free radical polymerization (SFRP), for example for a nitroxide-mediated polymerization (NMP mediator) and / or for a verdazyl-mediated polymerization (VMP polymerization). Mediator), and / or for a reversible addition-fragmentation chain transfer polymerization (RAFT agent), for example at least one nitroxide-based mediator, for example a sacrificial initiator in the form of an alkoxyamine, or at least one thio compound.
Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform - insbesondere im Rahmen derer die Polymerisation des mindestens einen polymerisierbaren Monomers homogen mit den Anodenaktivmaterialpartikel, insbesondere Siliciumpartikel, jedoch getrennt von weiteren Elektrodenkomponenten erfolgt (Methode 1) - werden die, mit dem durch die Polymerisation beziehungsweise Umsetzung ausgebildeten Polymer versehenen, insbesondere beschichteten, Anodenaktivmaterialpartikel, insbesondere Siliciumpartikel, mit mindestens einer weiteren Elektrodenkomponente gemischt und, beispielsweise durch Rakeln, zu einer Anode verarbeitet. So kann vorteilhafterweise die künstliche SEI-Schicht gezielt auf den Anodenaktivmaterialpartikeln, insbesondere Siliciumpartikeln, ausgebildet und beispielsweise die zur Beschichtung der Anodenaktivmaterialpartikel, insbesondere Siliciumpartikel, erforderliche Menge an dem mindestens einen polymerisierbaren Monomer minimiert werden.Within the scope of a further embodiment, in particular in the context of which the polymerization of the at least one polymerisable monomer takes place homogeneously with the anode active material particles, in particular silicon particles, but separately from further electrode components (method 1), the polymers provided with the polymer formed by the polymerization or reaction are in particular coated, anode active material particles, in particular silicon particles, mixed with at least one further electrode component and, for example by doctoring, processed into an anode. Thus, advantageously, the artificial SEI layer can be specifically formed on the anode active material particles, in particular silicon particles, and, for example, the amount of the at least one polymerizable monomer required for coating the anode active material particles, in particular silicon particles, minimized.
Im Rahmen einer Ausgestaltung dieser Ausführungsform umfasst das Verfahren die Verfahrensschritte:
- a) Mischen von Anodenaktivmaterialpartikeln, insbesondere Siliciumpartikeln, und mindestens einem polymerisierbaren Monomer, insbesondere Mischen der Anodenaktivmaterialpartikel, insbesondere Siliciumpartikel, und des mindestens einen polymerisierbaren Monomers,
- b) Starten der Polymerisation des mindestens einen polymerisierbaren Monomers mittels, beispielsweise durch Zugabe, mindestens eines Polymerisationsinitiators, insbesondere des mindestens einen Polymerisationsinitiators,
- c) Mischen der, mit dem durch die Polymerisation ausgebildeten Polymer versehenen, insbesondere beschichteten, Anodenaktivmaterialpartikel, insbesondere Siliciumpartikel, mit mindestens einer weiteren Elektrodenkomponente, und
- d) Verarbeiten, beispielsweise durch Rakeln, der Mischung zu einer Anode.
- a) mixing anode active material particles, in particular silicon particles, and at least one polymerisable monomer, in particular mixing the anode active material particles, in particular silicon particles, and the at least one polymerisable monomer,
- b) starting the polymerization of the at least one polymerisable monomer by means, for example by addition, of at least one polymerization initiator, in particular of the at least one polymerization initiator,
- c) mixing the, provided with the polymerization formed by the polymer, in particular coated, anode active material particles, in particular silicon particles, with at least one further electrode component, and
- d) processing, for example by knife coating, the mixture to an anode.
Das Mischen in Verfahrensschritt a) und die Polymerisation in Verfahrensschritt b) können gegebenenfalls in mindestens einem Lösungsmittel durchgeführt werden. Nach der Polymerisation beziehungsweise nach Verfahrensschritt b), beispielsweise vor Verfahrensschritt c) oder während beziehungsweise nach Verfahrensschritt d), kann dann das mindestens eine Lösungsmittel wieder entfernt werden.The mixing in process step a) and the polymerization in process step b) can optionally be carried out in at least one solvent. After the polymerization or after process step b), for example before process step c) or during or after process step d), the at least one solvent can then be removed again.
Im Rahmen einer anderen Ausführungsform - insbesondere im Rahmen derer die Polymerisation des mindestens einen polymerisierbaren Monomers homogen mit den Anodenaktivmaterialpartikeln, insbesondere Siliciumpartikeln, und auch weiteren Elektrodenkomponenten erfolgt (Methode 2) - werden die Anodenaktivmaterialpartikel, insbesondere Siliciumpartikel, mit mindestens einer weiteren Elektrodenkomponente und mit dem mindestens einen polymerisierbaren Monomer gemischt. Auf diese Weise kann die Polymerisation in-situ, insbesondere direkt während des Mischens, beispielsweise eines Schlickers, zur Ausbildung einer Anode durchgeführt werden. Dabei können die Anodenaktivmaterialpartikel, insbesondere Siliciumpartikel, die mindestens eine weitere Elektrodenkomponente und das mindestens eine polymerisierbare Monomer gleichzeitig miteinander gemischt werden. Gegebenenfalls können jedoch auch zunächst die Anodenaktivmaterialpartikel, insbesondere Siliciumpartikel, und die mindestens eine Elektrodenkomponente miteinander gemischt werden und dann das mindestens eine polymerisierbare Monomer zu der Mischung zugegeben werden.In another embodiment - especially in the context of which the polymerization of the at least one polymerizable monomer takes place homogeneously with the anode active material particles, in particular silicon particles, and also further electrode components (method 2) - the anode active material particles, in particular silicon particles, with at least one further electrode component and with the at least one polymerizable monomer mixed. In this way, the polymerization can be carried out in situ, in particular directly during the mixing, for example of a slurry, to form an anode. In this case, the anode active material particles, in particular silicon particles, the at least one further electrode component and the at least one polymerizable monomer can be mixed together at the same time. Optionally, however, first the anode active material particles, in particular silicon particles, and the at least one electrode component may be mixed together and then the at least one polymerizable monomer may be added to the mixture.
Im Rahmen einer Ausgestaltung dieser Ausführungsform wird nach dem Mischen die Polymerisation mittels, beispielsweise durch Zugabe, des mindestens einen Polymerisationsinitiators gestartet. Insbesondere kann die Polymerisation dabei mittels, beispielsweise durch Zugabe, des mindestens einen Polymerisationsinitiators und des mindestens einen Katalysators und/oder des mindestens einen polymerisationskontrollierenden Mittels, beispielsweise des mindestens einen nitroxidbasierten Mediators und/oder der mindestens einen Thioverbindung, gestartet werden. Nach der Polymerisation des mindestens einen polymerisierbaren Monomers kann dann die Mischung, beispielsweise durch Rakeln, zu einer Anode verarbeitet werden. So kann vorteilhafterweise die Zahl der Prozessschritte verringert und auf diese Weise das Verfahren vereinfacht werden. Zudem kann hierbei das aus dem mindestens einen polymerisierbaren Monomer ausgebildete Polymer auch als Binder für die herzustellende Anode dienen. Gegebenenfalls kann hierbei auf die Zugabe eines zusätzlichen Binders als weitere Elektrodenkomponente verzichtet werden.Within the scope of one embodiment of this embodiment, after the mixing, the polymerization is started by means of, for example, addition of, the at least one polymerization initiator. In particular, the polymerization can be started by means of, for example, adding, the at least one polymerization initiator and the at least one catalyst and / or the at least one polymerization-controlling agent, for example the at least one nitroxide-based mediator and / or the at least one thio compound. After the polymerization of the at least one polymerizable monomer, the mixture can then be processed to an anode, for example by doctoring. Thus, advantageously, the number of process steps can be reduced and in this way the process can be simplified. In addition, in this case, the polymer formed from the at least one polymerizable monomer can also serve as a binder for the anode to be produced. Optionally, this can be dispensed with the addition of an additional binder as a further electrode component.
Zum Beispiel kann das Verfahren dabei die Verfahrensschritte:
- a') Mischen von Anodenaktivmaterialpartikeln, insbesondere Siliciumpartikeln, und mindestens einer weiteren Elektrodenkomponente und mindestens einem polymerisierbaren Monomer, insbesondere Mischen der Anodenaktivmaterialpartikel, insbesondere Siliciumpartikel, und mindestens einer weiteren Elektrodenkomponente und des mindestens einen polymerisierbaren Monomers,
- b') Starten der Polymerisation des mindestens einen polymerisierbaren Monomers mittels, beispielsweise durch Zugabe, mindestens eines Polymerisationsinitiators, insbesondere des mindestens einen Polymerisationsinitiators, zum Beispiel mittels, beispielsweise durch Zugabe, des mindestens einen Polymerisationsinitiators und des mindestens einen Katalysators und/oder des mindestens einen polymerisationskontrollierenden Mittels, beispielsweise des mindestens einen nitroxidbasierten Mediators und/oder der mindestens einen Thioverbindung, und
- c') Verarbeiten, beispielsweise durch Rakeln, der Mischung zu einer Anode, umfassen. Gegebenenfalls kann in Verfahrensschritt a') das mindestens eine polymerisierbare Monomer zu der Mischung aus Anodenaktivmaterialpartikeln, insbesondere Siliciumpartikeln, und der mindestens einen weiteren Elektrodenkomponente zugegeben werden.
- a ') mixing anode active material particles, in particular silicon particles, and at least one further electrode component and at least one polymerizable monomer, in particular mixing the anode active material particles, in particular silicon particles, and at least one further electrode component and the at least one polymerizable monomer,
- b ') starting the polymerization of the at least one polymerizable monomer by means, for example by addition, of at least one polymerization initiator, in particular of the at least one polymerization initiator, for example by means of, for example, addition of the at least one polymerization initiator and the at least one catalyst and / or the at least one polymerization controlling agent, for example, the at least one nitroxide-based mediator and / or the at least one thio compound, and
- c ') processing, for example by knife coating, mixing to an anode. Optionally, in process step a '), the at least one polymerizable monomer may be added to the mixture of anode active material particles, in particular silicon particles, and the at least one further electrode component.
Das Mischen in Verfahrensschritt a') und die Polymerisation in Verfahrensschritt b') können insbesondere in mindestens einem Lösungsmittel durchgeführt werden. Nach der Polymerisation beziehungsweise nach Verfahrensschritt b'), beispielsweise vor oder während oder nach Verfahrensschritt c'), kann dann das mindestens eine Lösungsmittel wieder entfernt werden. The mixing in process step a ') and the polymerization in process step b') can be carried out in particular in at least one solvent. After the polymerization or after process step b '), for example before or during or after process step c'), then the at least one solvent can be removed again.
Im Rahmen einer anderen Ausgestaltung werden die Anodenaktivmaterialpartikel, insbesondere Siliciumpartikel, mit mindestens einer weiteren Elektrodenkomponente und mit dem mindestens einen polymerisierbaren Monomer und dem mindestens einen Polymerisationsinitiator gemischt und die Mischung, beispielsweise durch Rakeln, zu einer Anode verarbeitet. Das Mischen und Verarbeiten erfolgt dabei vorzugsweise unter Bedingungen, beispielsweise bei einer, insbesondere geringen, Temperatur und/oder unter Lichtausschluss, bei welchen der mindestens eine Polymerisationsinitiator die Polymerisationsreaktion, insbesondere zumindest im Wesentlichen, nicht startet. Nach dem Verarbeiten der Mischung zu einer Anode wird dann die Polymerisation, insbesondere durch Bestrahlen, beispielsweise mit Ultravioletterstrahlung, zum Beispiel einer UV-Lampe, und/oder durch Erwärmen beziehungsweise Erhitzen der Mischung, gestartet.In the context of another embodiment, the anode active material particles, in particular silicon particles, are mixed with at least one further electrode component and with the at least one polymerizable monomer and the at least one polymerization initiator and the mixture is processed to an anode, for example by doctoring. The mixing and processing is preferably carried out under conditions such as at one, in particular low, temperature and / or in the absence of light, in which the at least one polymerization initiator does not start the polymerization reaction, in particular at least substantially. After the mixture has been processed into an anode, the polymerization is then started, in particular by irradiation, for example with ultraviolet radiation, for example a UV lamp, and / or by heating or heating the mixture.
So kann vorteilhafterweise die Zahl der Prozessschritte weiter verringert und das Verfahren weiter vereinfacht werden. Zudem kann hierbei das aus dem mindestens einen polymerisierbaren Monomer ausgebildet Polymere ebenfalls als Binder für die herzustellende Anode dienen. Gegebenenfalls kann daher auch hierbei auf die Zugabe eines zusätzlichen Binders als weitere Elektrodenkomponente verzichtet werden. Zudem kann so das Polymer in der bereits verarbeiteten Form gebildet werden und vorteilhafterweise eine Aushärtung in der bereits verarbeiteten Form erzielt werden.Thus, advantageously, the number of process steps can be further reduced and the process further simplified. In addition, the polymer formed from the at least one polymerizable monomer can also serve as a binder for the anode to be produced. If appropriate, it is therefore also possible to dispense with the addition of an additional binder as further electrode component. In addition, the polymer can thus be formed in the already processed form and advantageously a curing in the already processed form can be achieved.
Zum Beispiel kann dabei das Verfahren die Verfahrensschritte:
- a") Mischen von Anodenaktivmaterialpartikeln, insbesondere Siliciumpartikeln, mindestens einer weiteren Elektrodenkomponente, mindestens einem polymerisierbaren Monomer und mindestens einem Polymerisationsinitiator, insbesondere Mischen der Anodenaktivmaterialpartikel, insbesondere Siliciumpartikel, mindestens einer weiteren Elektrodenkomponente, des mindestens einen polymerisierbaren Monomers und des mindestens einen Polymerisationsinitiators und beispielsweise des mindestens einen Katalysators und/oder des mindestens einen polymerisationskontrollierenden Mittels, beispielsweise des mindestens einen nitroxidbasierten Mediators und/oder der mindestens einen Thioverbindung;
- b") Verarbeiten, beispielsweise Rakeln, der Mischung zu einer Anode; und
- c") Starten der Polymerisation des mindestens einen polymerisierbaren Monomers durch Bestrahlen, insbesondere mit Ultravioletterstrahlung und/oder durch Erwärmen beziehungsweise Erhitzen der Mischung.
- a ") Mixing of anode active material particles, in particular silicon particles, at least one further electrode component, at least one polymerizable monomer and at least one polymerization initiator, in particular mixing the anode active material particles, in particular silicon particles, at least one further electrode component, the at least one polymerizable monomer and the at least one polymerization initiator and, for example, the at least one catalyst and / or the at least one polymerization-controlling agent, for example the at least one nitroxide-based mediator and / or the at least one thio compound;
- b ") processing, for example doctoring, mixing to an anode;
- c ") starting the polymerization of the at least one polymerizable monomer by irradiation, in particular with ultraviolet radiation and / or by heating or heating the mixture.
Das Mischen in Verfahrensschritt a"), die Verarbeitung in Verfahrensschritt b") und die Polymerisation in Verfahrensschritt c") können insbesondere in mindestens einem Lösungsmittel durchgeführt werden. Nach der Polymerisation beziehungsweise nach Verfahrensschritt c") kann dann das mindestens eine Lösungsmittel wieder entfernt werden.The mixing in process step a "), the processing in process step b") and the polymerization in process step c ") can be carried out in particular in at least one solvent After polymerization or after process step c") then the at least one solvent can be removed again ,
Im Rahmen der vorstehenden Ausführungsformen kann die mindestens eine weitere Elektrodenkomponente mindestens eine Kohlenstoffkomponente, beispielsweise Graphit und/oder Leitruß, und/oder mindestens einen, gegebenenfalls zusätzlichen, beispielsweise kompatiblen, Binder, zum Beispiel Carboxymethylcellulose (CMC) und/oder Carboxymethylcellulose-Salze, wie Lithium-Carboxymethylcellulose (LiCMC) und/oder NatriumCarboxymethylcellulose (NaCMC) und/oder Kalium-Carboxymethylcellulose (KCMC), und/oder Polyacrylsäure (PAA) und/oder Polyacrylsäure-Salze, wie Lithium-Polyacrylsäure (LiPAA) und/oder Natrium-Polyacrylsäure (NaPAA) und/oder Kalium-Polyacrylsäure (KPAA), und/oder Polyvinylalkohol (PVAL) und/oder Styrol-Butadien-Kautschuk (SBR), und/oder mindestens ein Lösungsmittel umfassen.In the context of the above embodiments, the at least one further electrode component may comprise at least one carbon component, for example graphite and / or conductive carbon black, and / or at least one, optionally additional, for example compatible, binder, for example carboxymethylcellulose (CMC) and / or carboxymethylcellulose salts, such as Lithium carboxymethyl cellulose (LiCMC) and / or sodium carboxymethyl cellulose (NaCMC) and / or potassium carboxymethyl cellulose (KCMC), and / or polyacrylic acid (PAA) and / or polyacrylic acid salts, such as lithium polyacrylic acid (LiPAA) and / or sodium polyacrylic acid (NaPAA) and / or potassium polyacrylic acid (KPAA), and / or polyvinyl alcohol (PVAL) and / or styrene-butadiene rubber (SBR), and / or at least one solvent.
Insbesondere kann der mindestens eine, gegebenenfalls zusätzliche, Binder Carbonsäuregruppen (-COOH) und/oder Hydroxygruppen (-OH) aufweisen. Zum Beispiel kann der mindestens eine, gegebenenfalls zusätzliche, Binder Polyacrylsäure (PAA) und/oder Carboxymethylcellulose (CMC) und/oder Polyvinylalkohol (PVAL) umfassen oder sein.In particular, the at least one, optionally additional, binder may have carboxylic acid groups (-COOH) and / or hydroxyl groups (-OH). For example, the at least one, optionally additional, binder may comprise or be polyacrylic acid (PAA) and / or carboxymethyl cellulose (CMC) and / or polyvinyl alcohol (PVAL).
Insbesondere kann dabei das mindestens eine polymerisierbare Monomer und/oder das aus dem mindestens einen polymerisierbaren Monomer ausgebildete Polymer Carbonsäuregruppen (-COOH) und/oder Hydroxygruppen (-OH) aufweisen. Zum Beispiel kann das mindestens eine polymerisierbare Monomer Acrylsäure und/oder Vinylacetat umfassen oder sein und/oder das aus dem mindestens einen polymerisierbaren Monomer ausgebildete Polymer ein durch Polymerisation von Acrylsäure erhältliches Polyacrylsäure (PAA) basiertes Polymer und/oder ein durch Polymerisation von Vinylacetat mit anschließender Verseifung erhältlicher Polyvinylalkohol (PVAL) umfassen oder sein. In particular, the at least one polymerisable monomer and / or the polymer formed from the at least one polymerisable monomer may have carboxylic acid groups (-COOH) and / or hydroxyl groups (-OH). For example, the at least one polymerizable monomer may include or be acrylic acid and / or vinyl acetate, and / or the polymer formed from the at least one polymerizable monomer may be a polyacrylic acid (PAA) -based polymer obtained by polymerization of acrylic acid and / or vinyl acetate followed by polymerization Include or be saponification polyvinyl alcohol (PVAL) available.
Insofern sowohl der mindestens eine, gegebenenfalls zusätzliche, Binder und das mindestens eine polymerisierbare Monomer und/oder das aus dem mindestens einen Monomer ausgebildete Polymer Carbonsäuregruppen (-COOH) und/oder Hydroxygruppen (-OH) umfasst, können vorteilhafterweise mit dem Polymer versehene, beispielsweise beschichtete, Anodenaktivmaterialpartikel, insbesondere Siliciumpartikel, über eine Kondensationsreaktion kovalent mit dem mindestens einen Binder verbunden werden. Durch eine Kondensationsreaktion zwischen zwei Carbonsäuregruppen kann dabei eine Anhydrid-Verbindung erzielt werden. Durch eine Kondensationsreaktion zwischen einer Carbonsäuregruppe und einer Hydroxygruppe kann dabei eine Ester-Verbindung erzielt werden. Durch eine Kondensationsreaktion zwischen zwei Hydroxygruppen kann dabei eine Ether-Verbindung erzielt werden.Insofar as both the at least one, if appropriate additional, binder and the at least one polymerizable monomer and / or the polymer formed from the at least one monomer comprises carboxylic acid groups (-COOH) and / or hydroxyl groups (-OH), may advantageously be provided with the polymer, for example coated, anode active material particles, in particular silicon particles, are covalently connected via a condensation reaction with the at least one binder. In this case, an anhydride compound can be achieved by a condensation reaction between two carboxylic acid groups. In this case, an ester compound can be achieved by a condensation reaction between a carboxylic acid group and a hydroxy group. By a condensation reaction between two hydroxy groups while an ether compound can be achieved.
Zum Beispiel können mit einem auf Polyacrylsäure basierendem Polymer versehene Siliciumpartikel (Si-PAA) gemäß der folgenden Schemata mit Polyacrylsäure (PAA) und/oder Carboxymethylcellulose (CMC) und/oder Polyvinylalkohol (PVAL) als Binder über eine Kondensationsreaktion kovalent verbunden werden:
Gegebenenfalls - insbesondere im Rahmen der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen, im Rahmen derer das aus dem polymerisierbaren Monomer ausgebildete Polymer auch als Binder dienen kann - kann auf den Zusatz mindestens eines, insbesondere zusätzlichen, Binders als weitere Elektrodenkomponente verzichtet beziehungsweise die mindestens eine weitere Elektrodenkomponente gegebenenfalls auch binderfrei ausgestaltet werden.Optionally - in particular in the context of the above-described embodiments, in which the polymer formed from the polymerizable monomer can also serve as a binder - can be added to the addition of at least one, in particular additional, binder as a further electrode component or the at least one further electrode component optionally also binder-free be designed.
Dennoch ist es möglich - beispielsweise um die mechanische Stabilität und/oder Leitfähigkeit der auszubildenden Anode zu verbessern - mindestens einen, beispielsweise zusätzlichen, insbesondere von dem aus dem polymerisierbaren Monomer ausgebildeten Polymer unterschiedlichen, Binder als weitere Elektrodenkomponente einzusetzen.Nevertheless, it is possible-for example in order to improve the mechanical stability and / or conductivity of the anode to be formed-to use at least one binder, for example additional binder, in particular different from the polymer formed from the polymerizable monomer, as a further electrode component.
Gegebenenfalls kann das bei der Polymerisation eingesetzte mindestens eine Lösungsmittel auch als Elektrodenkomponente, beispielsweise zur Ausbildung eines Elektroden-Schlickers, dienen. So kann gegebenenfalls auf den Zusatz eines zusätzlichen Lösungsmittels als weitere Elektrodenkomponente verzichtet werden.Optionally, the at least one solvent used in the polymerization can also serve as an electrode component, for example for the formation of an electrode slip. Thus, it may be possible to dispense with the addition of an additional solvent as a further electrode component.
Insbesondere - beispielsweise insofern das mindestens eine Lösungsmittel nach der Polymerisation wieder entfernt wird - kann jedoch mindestens ein, insbesondere von dem Lösungsmittel der Polymerisation unterschiedliches, Lösungsmittel als weitere Elektrodenkomponente eingesetzt werden.In particular, for example insofar as the at least one solvent is removed again after the polymerization, at least one solvent, in particular different from the solvent of the polymerization, can be used as further electrode component.
Hinsichtlich weiterer technischer Merkmale und Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens wird hiermit explizit auf die Erläuterungen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Anodenaktivmaterial, der erfindungsgemäßen Anode und der erfindungsgemäßen Zelle und/oder Batterie sowie auf die Figuren und die Figurenbeschreibung verwiesen.With regard to further technical features and advantages of the method according to the invention, reference is hereby explicitly made to the explanations in connection with the anode active material according to the invention, the anode according to the invention and the cell and / or battery according to the invention and to the figures and the description of the figures.
Weitere Gegenstände der vorliegenden Erfindung sind ein Anodenaktivmaterial und/oder eine Anode für eine Lithium-Zelle und/oder Lithium-Batterie, insbesondere für eine Lithium-Ionen-Zelle und/oder Lithium-Ionen-Batterie, welches/welche durch ein erfindungsgemäßes Verfahren hergestellt ist.Further objects of the present invention are an anode active material and / or an anode for a lithium cell and / or lithium battery, in particular for a lithium ion cell and / or lithium ion battery, which is produced by a method according to the invention is.
Ein erfindungsgemäßes beziehungsweise erfindungsgemäß hergestelltes Anodenaktivmaterial, beispielsweise das aus dem mindestens einen polymerisierbaren Monomer ausgebildete Polymer, zum Beispiel Polyvinylencarbonat, und/oder eine erfindungsgemäße beziehungsweise erfindungsgemäß hergestellte Anode kann beispielsweise mittels Kernresonanzspektroskopie (NMR) und/oder Infrarotspektroskopie (IR) und/oder Ramanspektroskopie (Raman) nachgewiesen werden. Zudem kann ein erfindungsgemäßes beziehungsweise erfindungsgemäß hergestelltes Anodenaktivmaterial und/oder eine erfindungsgemäße beziehungsweise erfindungsgemäß hergestellte Anode beispielsweise mittels Oberflächenanalyseverfahren, wie Augerelektronenspektroskopie (AES) und/oder Röntgenphotoelektronenspektroskopie (XPS, Englisch: X-ray Photoelectron Spectroscopy) und/oder Flugzeit-Sekundärionen-Massenspektrometrie (TOF-SIMS, Englisch: Time-of-Flight Secondary Ion Mass Spectrometry) und/oder Energiedispersive Röntgenspektroskopie (EDX, Englisch: Energy Dispersive X-ray Spectroscopy) und/oder wellenlängendispersive Röntgenspektroskopie (WDX), zum Beispiel EDX/WDX, und/oder mittels strukturellen Untersuchungsmethoden, wie Transmissionselektronenmikroskopie (TEM), und/oder mittels Querschnittsuntersuchungen, wie Rasterelektronenmikroskopie (REM) (SEM; Englisch: Scanning Electron Microscope) und/oder Energiedispersive Röntgenspektroskopie (EDX, Englisch: Energy Dispersive X-ray Spectroscopy), zum Beispiel REM-EDX, und/oder Transmissionselektronenmikroskopie (TEM) und/oder Elektronenenergieverlustspektroskopie (EELS; Englisch: Electron Energy Loss Spectroscopy), zum Beispiel TEM-EELS, nachgewiesen werden. So können unter anderem zum Beispiel in einem ATRP-Katalysator enthaltene Übergangsmetalle und/oder nitroxidbasierte Mediatoren, wie TEMPO, und/oder RAFT-Chemikalien nachweisbar sein.An anode active material according to the invention or produced according to the invention, for example the polymer formed from the at least one polymerizable monomer, for example polyvinylene carbonate, and / or an inventive or inventively prepared Anode can be detected for example by nuclear magnetic resonance (NMR) and / or infrared spectroscopy (IR) and / or Raman spectroscopy (Raman). In addition, an anode active material according to the invention or produced according to the invention and / or an anode produced according to the invention can be prepared, for example, by surface analysis methods such as Auger electron spectroscopy (AES) and / or X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and / or time-of-flight secondary ion mass spectrometry ( TOF-SIMS, Time-of-Flight Secondary Ion Mass Spectrometry) and / or Energy Dispersive X-Ray Spectroscopy (EDX) and / or Wavelength Dispersive X-Ray Spectroscopy (WDX), for example EDX / WDX, and / or by means of structural investigation methods, such as transmission electron microscopy (TEM), and / or cross-sectional investigations, such as Scanning Electron Microscopy (SEM) and / or Energy Dispersive X-ray Spectroscopy (EDX, English: Energy Dispersive X-ray). ray spectroscopy), for example, SEM-EDX, and / or transmission electron microscopy (TEM) and / or electron energy loss spectroscopy (EELS; Electron Energy Loss Spectroscopy), for example TEM-EELS. For example, transition metals contained in an ATRP catalyst and / or nitroxide-based mediators such as TEMPO, and / or RAFT chemicals may be detectable, among others.
Hinsichtlich weiterer technischer Merkmale und Vorteile des erfindungsgemäßen Anodenaktivmaterial und der erfindungsgemäßen Anode wird hiermit explizit auf die Erläuterungen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und der erfindungsgemäßen Zelle und/oder Batterie sowie auf die Figuren und die Figurenbeschreibung verwiesen.With regard to further technical features and advantages of the anode active material according to the invention and the anode according to the invention, reference is hereby explicitly made to the explanations in connection with the method according to the invention and the cell and / or battery according to the invention and to the figures and the description of the figures.
Ferner betrifft die Erfindung eine Lithium-Zelle und/oder Lithium-Batterie, insbesondere eine Lithium-Ionen-Zelle und/oder Lithium-Ionen-Batterie, welche durch ein erfindungsgemäßes Verfahren hergestellt ist und/oder ein erfindungsgemäßes Anodenaktivmaterial und/oder eine erfindungsgemäße Anode umfasst.Furthermore, the invention relates to a lithium cell and / or lithium battery, in particular a lithium-ion cell and / or lithium-ion battery, which is produced by a method according to the invention and / or an anode active material according to the invention and / or an anode according to the invention includes.
Hinsichtlich weiterer technischer Merkmale und Vorteile der erfindungsgemäßen Zelle und/oder Batterie wird hiermit explizit auf die Erläuterungen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren, dem erfindungsgemäßen Anodenaktivmaterial und der erfindungsgemäßen Anode sowie auf die Figuren und die Figurenbeschreibung verwiesen.With regard to further technical features and advantages of the cell and / or battery according to the invention, reference is hereby explicitly made to the explanations in connection with the method according to the invention, the anode active material according to the invention and the anode according to the invention and to the figures and the description of the figures.
Figurenlistelist of figures
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
-
1a ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens; -
1b ein Reaktionsschema zur Veranschaulichung der in1a gezeigten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens; und -
1c einen schematischen Querschnitt durch eine Anode, welche gemäß der in1a gezeigten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellt ist.
-
1a a flow diagram illustrating an embodiment of the manufacturing method according to the invention; -
1b a reaction scheme illustrating the in1a shown embodiment of the manufacturing method according to the invention; and -
1c a schematic cross section through an anode, which according to the in1a shown embodiment of the method according to the invention is made.
Zu dem Reaktionsprodukt 12* wird dann, beispielsweise in einem Verfahrensschritt B), mindestens ein polymerisierbares Monomer
Die Polymerisation kann dabei insbesondere eine radikalische Polymerisation sein. Zum Beispiel kann ein Vinylsilan und/oder Vinylencarbonat (VC) mittels eines silanbasierten ATRP-Initiators und/oder durch Zugabe eines Polymerisationsinitiators, beispielsweise eines Radikalstarters, zum Beispiel von Azoisobutyronitril (AIBN) und/oder Benzoylperoxid (BPO), mittels radikalischer Polymerisation, beispielsweise zu Polyvinylencarbonat, polymerisiert werden, wobei im Spezialfall einer lebenden radikalischen Polymerisation, zum Beispiel einer ATRP, ein silanbasierter ATRP-Initiator und/oder ein Alkylhalogenid (RX) in Kombination mit einem aus einem Übergangsmetallhalogenid (MX) und Liganden (L) ausgebildeten Katalysator, oder, zum Beispiel einer NMP, ein silanbasierter NMP-Mediator und/oder nitroxidbasierter Mediator (TEMPO) in Kombination mit einem Radikalstarter, wie AIBN, oder, zum Beispiel einer RAFT, eine silanbasierte RAFT-Agens und/oder Thioverbindung (Thio) in Kombination mit einem Radikalstarter, wie AIBN, eingesetzt werden kann:
Die beschichteten Anodenaktivmaterialpartikel, insbesondere Siliciumpartikel, 12*2 können dann, beispielsweise in einem Verfahrensschritt C), mit einer oder mehreren, weiteren Elektrodenkomponenten, wie Graphit und/oder Leitruß
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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.This list of the documents listed by the applicant has been generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.
Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- US 2014/0248543 A1 [0004, 0005]US 2014/0248543 A1 [0004, 0005]
- US 2015/0072246 A1 [0006]US 2015/0072246 A1 [0006]
- US 2010/0273066 A1 [0007]US 2010/0273066 A1 [0007]
- US 2012/0007028 A1 [0008]US 2012/0007028 A1 [0008]
- CN 104362300 [0009]CN 104362300 [0009]
- US 2014/0342222 A1 [0010]US 2014/0342222 Al [0010]
- WO 2015/107581 [0013]WO 2015/107581 [0013]
Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature
- H. Zhao et al beschreibt in J. Power Sources, 263, 2014, S. 288-295 [0011]H. Zhao et al., J. Power Sources, 263, 2014, pp. 288-295 [0011]
- J.-H. Min et al beschreibt in Bull. Korean. Chem. Soc., 2013, Vol. 34, No. 4., S. 1296-1299 [0012]J.-H. Min et al. In Bull. Korean. Chem. Soc., 2013, Vol. 34, no. 4th, p. 1296-1299 [0012]
Claims (23)
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE102016224032.3A DE102016224032A1 (en) | 2016-12-02 | 2016-12-02 | Anode active material particles with artificial SEI layer by means of graft-from-polymerization |
| CN201711248916.9A CN108155354B (en) | 2016-12-02 | 2017-12-01 | Polymerization of anode active material particles having a synthetic SEI layer by grafting from a main chain |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE102016224032.3A DE102016224032A1 (en) | 2016-12-02 | 2016-12-02 | Anode active material particles with artificial SEI layer by means of graft-from-polymerization |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE102016224032A1 true DE102016224032A1 (en) | 2018-06-07 |
Family
ID=62163971
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE102016224032.3A Pending DE102016224032A1 (en) | 2016-12-02 | 2016-12-02 | Anode active material particles with artificial SEI layer by means of graft-from-polymerization |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN108155354B (en) |
| DE (1) | DE102016224032A1 (en) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114207894A (en) * | 2019-06-06 | 2022-03-18 | 赢创运营有限公司 | Polymer electrolytes for in situ polymerization of lithium ion batteries |
| EP4047684A4 (en) * | 2019-10-18 | 2024-01-03 | Murata Manufacturing Co | Negative electrode active material, negative electrode, and secondary battery |
Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20100273066A1 (en) | 2007-08-23 | 2010-10-28 | Excellatron Solid State Llc | Rechargeable Lithium Air Battery Cell Having Electrolyte with Alkylene Additive |
| DE102010054778A1 (en) * | 2009-12-18 | 2011-07-14 | GM Global Technology Operations LLC, Mich. | Lithium Ion Battery |
| US20120007028A1 (en) | 2010-03-11 | 2012-01-12 | Lg Chem, Ltd. | Polymer-silicon composite particles, method of making the same, and anode and lithium secondary battery including the same |
| US20140248543A1 (en) | 2011-10-05 | 2014-09-04 | Oned Material Llc | Silicon Nanostructure Active Materials for Lithium Ion Batteries and Processes, Compositions, Components and Devices Related Thereto |
| US20140342222A1 (en) | 2013-05-14 | 2014-11-20 | Oci Company Ltd. | Si-BLOCK COPOLYMER CORE-SHELL NANOPARTICLES TO BUFFER VOLUMETRIC CHANGE AND ANODE ACTIVE MATERIAL FOR LITHIUM SECONDARY BATTERY USING THE SAME |
| CN104362300A (en) | 2014-12-02 | 2015-02-18 | 南京工业大学 | Preparation method of silicon-carbon composite negative electrode material of lithium ion battery and application of silicon-carbon composite negative electrode material |
| US20150072246A1 (en) | 2012-05-18 | 2015-03-12 | Fujifilm Corporation | Non-aqueous liquid electrolyte for secondary battery and non-aqueous secondary battery |
| WO2015107581A1 (en) | 2014-01-16 | 2015-07-23 | 信越化学工業株式会社 | Negative electrode material for nonaqueous electrolyte secondary batteries and method for producing negative electrode active material particles |
| US20160164081A1 (en) * | 2013-07-23 | 2016-06-09 | Jiangsu Huadong Institute Of Li-Ion Battery Co. Ltd. | Method for making lithium ion battery anode active material |
-
2016
- 2016-12-02 DE DE102016224032.3A patent/DE102016224032A1/en active Pending
-
2017
- 2017-12-01 CN CN201711248916.9A patent/CN108155354B/en active Active
Patent Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20100273066A1 (en) | 2007-08-23 | 2010-10-28 | Excellatron Solid State Llc | Rechargeable Lithium Air Battery Cell Having Electrolyte with Alkylene Additive |
| DE102010054778A1 (en) * | 2009-12-18 | 2011-07-14 | GM Global Technology Operations LLC, Mich. | Lithium Ion Battery |
| US20120007028A1 (en) | 2010-03-11 | 2012-01-12 | Lg Chem, Ltd. | Polymer-silicon composite particles, method of making the same, and anode and lithium secondary battery including the same |
| US20140248543A1 (en) | 2011-10-05 | 2014-09-04 | Oned Material Llc | Silicon Nanostructure Active Materials for Lithium Ion Batteries and Processes, Compositions, Components and Devices Related Thereto |
| US20150072246A1 (en) | 2012-05-18 | 2015-03-12 | Fujifilm Corporation | Non-aqueous liquid electrolyte for secondary battery and non-aqueous secondary battery |
| US20140342222A1 (en) | 2013-05-14 | 2014-11-20 | Oci Company Ltd. | Si-BLOCK COPOLYMER CORE-SHELL NANOPARTICLES TO BUFFER VOLUMETRIC CHANGE AND ANODE ACTIVE MATERIAL FOR LITHIUM SECONDARY BATTERY USING THE SAME |
| US20160164081A1 (en) * | 2013-07-23 | 2016-06-09 | Jiangsu Huadong Institute Of Li-Ion Battery Co. Ltd. | Method for making lithium ion battery anode active material |
| WO2015107581A1 (en) | 2014-01-16 | 2015-07-23 | 信越化学工業株式会社 | Negative electrode material for nonaqueous electrolyte secondary batteries and method for producing negative electrode active material particles |
| CN104362300A (en) | 2014-12-02 | 2015-02-18 | 南京工业大学 | Preparation method of silicon-carbon composite negative electrode material of lithium ion battery and application of silicon-carbon composite negative electrode material |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| H. Zhao et al beschreibt in J. Power Sources, 263, 2014, S. 288-295 |
| J.-H. Min et al beschreibt in Bull. Korean. Chem. Soc., 2013, Vol. 34, No. 4., S. 1296-1299 |
| PYUN, Jeffrey; MATYJASZEWSKI, Krzysztof: Synthesis of nanocomposite organic/inorganic hybrid materials using controlled/"living" radical polymerization. In: Chemistry of Materials, 13. Jg., 2001, Nr. 10, 3436-3448. * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN108155354B (en) | 2024-03-22 |
| CN108155354A (en) | 2018-06-12 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| WO2017093460A1 (en) | Anode-active material particles having an artificial sei layer | |
| DE102016224039A1 (en) | Anode active material particles with artificial SEI layer by means of graft-to-polymerization | |
| KR101148564B1 (en) | Binder composition for cathode | |
| KR102374874B1 (en) | Binder for non-aqueous electrolyte secondary battery electrode, manufacturing method thereof, and use thereof | |
| KR101888854B1 (en) | Binder composition for secondary battery electrode, conductive paste composition for secondary battery electrode, slurry composition for secondary battery electrode, secondary battery electrode and secondary battery | |
| JP6628399B2 (en) | Electrolyte, method for producing the same, and lithium secondary battery including the same | |
| KR20170055923A (en) | Conductive paste and mixture paste for lithium ion battery positive electrode | |
| CN107652390B (en) | Polymerization emulsion, preparation method, prepared water-based adhesive, method and application | |
| KR20150032943A (en) | Slurry for lithium ion secondary battery negative electrodes, electrode for lithium ion secondary batteries, method for producing electrode for lithium ion secondary batteries, and lithium ion secondary battery | |
| KR102260940B1 (en) | Dispersant of conductive carbon material for lithium ion battery, slurry for electrode of lithium ion battery, electrode for lithium ion battery and lithium ion battery | |
| KR20150040250A (en) | Slurry composition for lithium ion secondary battery electrodes, electrode for lithium ion secondary batteries, and lithium ion secondary battery | |
| KR20210104095A (en) | Binder for secondary battery electrode and its use | |
| KR20180075436A (en) | Binder for negative electrode of lithium ion secondary battery, slurry composition for negative electrode, negative electrode and lithium ion secondary battery | |
| US9786917B2 (en) | Method for producing binder composition for storage battery device | |
| Zheng et al. | Employing gradient copolymer to achieve gel polymer electrolytes with high ionic conductivity | |
| CN117638075A (en) | Binder for electrode, and electricity storage device | |
| KR20180118638A (en) | A binder composition for a non-aqueous secondary battery electrode, a conductive paste composition for a non-aqueous secondary battery electrode, a non-aqueous secondary battery electrode slurry composition, a non-aqueous secondary battery electrode, | |
| JP2002246029A (en) | Binder composition | |
| KR102616369B1 (en) | Polymers containing imidazole derivatives and their use in electrochemical cells | |
| CN114341304A (en) | Binder composition for secondary battery | |
| DE102016224032A1 (en) | Anode active material particles with artificial SEI layer by means of graft-from-polymerization | |
| DE102016224044A1 (en) | Anode Active Material Particles with Artificial Kronether SEI Layer | |
| JP7062476B2 (en) | Binder composition, electrode mixture raw material, electrode mixture, electrode, non-aqueous electrolyte secondary battery and method for manufacturing electrode mixture | |
| JP7060405B2 (en) | Binder composition, electrode mixture and non-aqueous electrolyte secondary battery | |
| US20200411871A1 (en) | Binder composition for non-aqueous secondary battery electrode, conductive material paste composition for non-aqueous secondary battery electrode, slurry composition for non-aqueous secondary battery electrode, electrode for non-aqueous secondary battery, and non-aqueous secondary battery |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| R163 | Identified publications notified | ||
| R012 | Request for examination validly filed |