DE102016224044A1

DE102016224044A1 - Anodenaktivmaterialpartikel mit künstlicher Kronether-SEI-Schicht

Info

Publication number: DE102016224044A1
Application number: DE102016224044.7A
Authority: DE
Inventors: Andreas Gonser; Wilfried Aichele
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2016-12-02
Filing date: 2016-12-02
Publication date: 2018-06-07

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Anodenaktivmaterials und/oder einer Anode (100) und/oder eines Elektrolyten 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, werden in dem Verfahren Anodenaktivmaterialpartikel (1), insbesondere Siliciumpartikel, und/oder ein Elektrolyt mit mindestens einem Kronether und/oder Kronether-Derivat mit mindestens einer polymerisierbaren funktionellen Gruppe und/oder mit mindestens einem Kronether und/oder Kronether-Derivat umfassenden Polymer versehen. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Anodenaktivmaterial, eine Anode (100), einen Elektrolyten, ein Elektrolytadditiv und eine Lithium-Zelle und/oder Lithium-Batterie.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Anodenaktivmaterials und/oder einer Anode und/oder eines Elektrolyten 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, eine Anode, einen Elektrolyten und ein Elektrolytadditiv sowie eine derartige Lithium-Zelle und/oder Lithium-Batterie.
Stand der Technik
Als Anodenaktivmaterial für Lithium-Ionen-Zellen und -Batterien kommt heutzutage hauptsächlich Graphit zum Einsatz. Graphit weist jedoch nur eine geringe Speicherkapazität auf.
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.
Die Druckschrift US 2014/0248543 A1 betrifft nanostrukturierte Silicium-Aktivmaterialien für Lithium-Ionen-Batterien.
Die Druckschrift US 2014/0248543 A1 betrifft eine Lithium-Ionen-Batterie mit einer Anode mit mindestens einem Aktivmaterial und mit einem Elektrolyten, welcher mindestens ein flüssiges Polymerlösungsmittel und mindestens ein Polymeradditiv umfasst.
Die Druckschrift US 2015/0072246 A1 betrifft einen nicht-wässrigen Flüssigelektrolyten für eine Batterie, welcher ein polymerisierbares Monomer als Additiv umfassen kann.
Die Druckschrift US 2010/0273066 A1 beschreibt eine Lithium-Luft-Batterie mit einem nicht-wässrigen Elektrolyten auf der Basis eines organischen Lösungsmittels, welcher ein Lithiumsalz und ein Additiv mit einer Alkylengruppe umfasst.
Die Druckschrift US 2012/0007028 A1 betrifft eine Verfahren zur Herstellung von Polymer-Silicium-Komposit-Partikeln, in dem ein Monomer zur Ausbildung einer Polymermatrix und Siliciumpartikel gemischt und die Mischung polymerisiert wird.
Die Druckschrift CN 104 362 300 betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Silicium-Kohlenstoff-Komposit-Anodenmaterials für eine Lithium-Ionen-Batterie.
Die Druckschrift US 2014/0342222 A1 betrifft Partikel mit einem Silicium-Kern und einer Block-Co-Polymer-Schale mit einem Block mit einer relativ hohen Affinität zu Silicium und mit einem Block mit einer relativ geringen Affinität zu Silicium.
H. Zhao et al beschreibt in J. Power Sources, 263, 2014, S. 288-295 die Verwendung von polymerisiertem Vinylencarbonat als Anodenbinder für Lithium-Ionen-Batterien.
J.-H. Min et al beschreibt in Bull. Korean. Chem. Soc., 2013, Vol. 34, No. 4., S. 1296-1299 die Bildung einer künstlichen SEI auf Siliciumpartikeln.
Die Druckschrift WO 2015/107581 betrifft ein Anodenmaterial für Batterien mit nicht-wässrigen Elektrolyten.
Offenbarung der Erfindung
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines Anodenaktivmaterials und/oder einer Anode und/oder eines Elektrolyten 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.
In dem Verfahren werden Anodenaktivmaterialpartikel, beispielsweise Siliciumpartikel und/oder Graphitpartikel und/oder Zinnpartikel, insbesondere Siliciumpartikel, und/oder ein Elektrolyt mit mindestens einem Kronether und/oder Kronether-Derivat mit mindestens einer polymerisierbaren funktionellen Gruppe und/oder mit mindestens einem Kronether und/oder Kronether-Derivat umfassenden Polymer versehen, insbesondere umgesetzt beziehungsweise versetzt.
Unter Anodenaktivmaterialpartikeln können insbesondere Partikel verstanden werden, welche mindestens ein Anodenaktivmaterial umfassen.
Die Anodenaktivmaterialpartikel können beispielsweise Siliciumpartikel und/oder Graphitpartikel und/oder Zinnpartikel umfassen oder sein.
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.
Unter Graphitpartikeln können insbesondere Partikel verstanden werden, welche Graphit umfassen.
Unter Zinnpartikeln können insbesondere Partikel verstanden werden, welche Zinn umfassen.
Dadurch, dass die Anodenaktivmaterialpartikel, insbesondere Siliciumpartikel, und/oder der Elektrolyt mit mindestens einem Kronether und/oder Kronether-Derivat mit mindestens einer polymerisierbaren funktionellen Gruppe und/oder mit mindestens einem Kronether und/oder Kronether-Derivat umfassenden Polymer versehen werden, kann vorteilhafterweise eine künstliche SEI-Schutzschicht aus einem Polymer auf den Partikeln ausgebildet werden, welche/s auf Grundbausteinen von Kronenethern basiert (Kronether-Polymerisation). Als Elektrolytadditiv verwendete Kronether und/oder Kronether-Derivate mit mindestens einer polymerisierbaren funktionellen Gruppe, beispielsweise mit mindestens einer Doppelbindung, können - zum Beispiel analog zu anderen Elektrolytadditiven - während des ersten Zyklus auf der Anodenoberfläche reagieren, beispielsweise reduziert, werden und so vorteilhafterweise eine polymere SEI-Schicht auf Grundbausteinen von Kronenethern bilden. Polymere auf der Basis von Kronethern können vorteilhafterweise, insbesondere selektiv, ionenleitfähig, insbesondere lithiumionenleitfähig, sein und insbesondere optimale Diffusionspfade für die Alkalimetallionen, insbesondere Lithiumionen, bieten. Zudem können Polymere auf der Basis von Kronethern 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.
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.
Auf diese Weisen kann vorteilhafterweise auf den Anodenaktivmaterialpartikel, insbesondere Siliciumpartikeln, eine künstliche SEI-Schicht in Form einer flexiblen, polymeren Schutzschicht, insbesondere mit einer, insbesondere selektiven, lonenleitfähigkeit, beispielsweise Lithiumionenleitfähigkeit, und/oder mit einer verbesserten Haftung, ausgebildet werden Durch diese künstliche SEI-Schicht in Form einer flexiblen, polymeren Schutzschicht kann 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 Anodenaktivmaterialpartikel, insbesondere Siliciumpartikel, passivieren und vor einer Reaktion der Partikeloberfläche, 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.
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.
Insbesondere können die Anodenaktivmaterialpartikel Siliciumpartikel umfassen oder sein.
Der Elektrolyt kann insbesondere ein Anolyt sein.
Unter einem Anolyten kann insbesondere ein Elektrolyt für eine Anode verstanden werden.
Insbesondere kann der mindestens eine Kronether und/oder das mindestens eine Kronether-Derivat polymerisiert werden und/oder das mindestens eine Kronether und/oder Kronether-Derivat umfassende Polymer durch Polymerisation des mindestens einen Kronethers und/oder Kronether-Derivats ausgebildet werden oder sein.
Im Rahmen einer Ausführungsform werden die Anodenaktivmaterialpartikel und/oder der Elektrolyt (weiterhin) mit mindestens einem weiteren polymerisierbaren Monomer, beispielsweise mit mindestens zwei oder drei weiteren polymerisierbaren Monomeren, und/oder mit mindestens einem, durch Polymerisation des mindestens einen Kronethers und/oder Kronether-Derivats und mindestens eines weiteren polymerisierbaren Monomers, beispielsweise mindestens zwei oder drei weiteren polymerisierbaren Monomeren, ausgebildeten Polymer versehen, insbesondere umgesetzt beziehungsweise versetzt. Dabei kann der mindestens eine Kronether und/oder das mindestens eine Kronether-Derivat und das mindestens eine weitere polymerisierbare Monomer insbesondere (co-)polymerisiert werden und/oder das mindestens eine Kronether und/oder Kronether-Derivat umfassende (Co-)Polymer durch (Co-)Polymerisation des mindestens einen Kronethers und/oder Kronether-Derivats und des mindestens einen weiteren polymerisierbaren Monomers ausgebildet werden oder sein. 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.
Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform werden die Anodenaktivmaterialpartikel mit mindestens einem Polymer versehen, insbesondere beschichtet, welches aus mindestens einem Kronether und/oder Kronether-Derivat mit mindestens einer polymerisierbaren funktionellen Gruppe, insbesondere durch Polymerisation des mindestens einen Kronether und/oder Kronether-Derivats, ausgebildeten und/oder wird der Elektrolyt mit mindestens einem Kronether und/oder Kronether-Derivat mit mindestens einer polymerisierbaren funktionellen Gruppe, insbesondere mit dem mindestens einen Kronether und/oder Kronether-Derivat, versetzt, insbesondere gemischt. Beispielsweise können dabei die Anodenaktivmaterialpartikel mit mindestens einem, durch (Co-)Polymerisation des mindestens einen Kronether und/oder Kronether-Derivats und des mindestens einen weiteren polymerisierbaren Monomers ausgebildeten (Co-)Polymer beschichtet und/oder der Elektrolyt mit dem mindestens einen Kronether und/oder Kronether-Derivat und mit dem mindestens einen weiteren polymerisierbaren Monomer versetzt, insbesondere gemischt, werden.
Der mindestens eine Kronether und/oder das mindestens eine Kronether-Derivat kann beispielsweise durch radikalische Polymerisation und/oder Polymerisation mittels Kondensationsreaktion und/oder mittels ionischer, beispielsweise anionischer oder kationischer, Polymerisation polymerisiert beziehungsweise copolymerisiert werden. Zum Beispiel kann die Polymerisation daher eine radikalische Polymerisation und/oder eine Polymerisation mittels Kondensationsreaktion und/oder eine ionische, beispielsweise eine anionische oder kationische, Polymerisation sein.
Beispielsweise kann die Polymerisation eine radikalische Polymerisation und/oder der mindestens eine Kronether und/oder das mindestens eine Kronether-Derivat und/oder das mindestens eine weitere polymerisierbare Monomer durch eine radikalische Polymerisation polymerisierbar sein und/oder polymerisiert werden.
Insbesondere kann die Polymerisation eine lebende radikalische Polymerisation und/oder der mindestens eine Kronether und/oder das mindestens eine Kronether-Derivat und/oder das mindestens eine weitere polymerisierbare Monomer durch eine lebende radikalische Polymerisation polymerisierbar sein und/oder polymerisiert werden.
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.
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 lod-Transfer-Polymerisation (ITP, Englisch: Iodine-Transfer Polymerization).
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.
Im Rahmen einer Ausführungsform ist die Polymerisation eine lebende radikalische Polymerisation unter Atomtransfer (ATRP) und/oder ist der mindestens eine Kronether und/oder das mindestens eine Kronether-Derivat und/oder das mindestens eine weitere polymerisierbare Monomer durch eine lebende radikalische Polymerisation unter Atomtransfer (ATRP) polymerisierbar und/oder wird der mindestens eine Kronether und/oder das mindestens eine Kronether-Derivat und/oder das mindestens eine weitere polymerisierbare Monomer durch eine lebende radikalische Polymerisation unter Atomtransfer (ATRP) polymerisiert.
Im Rahmen einer weiteren 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 ist der mindestens eine Kronether und/oder das mindestens eine Kronether-Derivat und/oder das mindestens eine weitere polymerisierbare Monomer 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 wird der mindestens eine Kronether und/oder das mindestens eine Kronether-Derivat und/oder das mindestens eine weitere polymerisierbare Monomer 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), polymerisiert.
Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform ist die Polymerisation eine reversible Additions-Fragmentierungs-Kettenübertragungs-Polymerisation (RAFT) und/oder ist der mindestens eine Kronether und/oder das mindestens eine Kronether-Derivat das mindestens eine weitere polymerisierbare Monomer durch eine reversible Additions-Fragmentierungs-Kettenübertragungs-Polymerisation (RAFT) polymerisierbar und/oder wird der mindestens eine Kronether und/oder das mindestens eine Kronether-Derivat das mindestens eine weitere polymerisierbare Monomer durch eine reversible Additions-Fragmentierungs-Kettenübertragungs-Polymerisation (RAFT) polymerisiert.
Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform umfasst oder ist 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. 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.
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.
Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform weist der mindestens eine Kronether und/oder das mindestens eine Kronether-Derivat und/oder das mindestens eine Kronether und/oder Kronether-Derivat umfassende Polymer weiterhin, insbesondere zusätzlich zu der mindestens einen polymerisierbaren funktionellen Gruppe, mindestens eine Silangruppe auf. 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.
Das Versehen der Anodenaktivmaterialpartikel, insbesondere Siliciumpartikel, mit dem mindestens einen Kronether und/oder Kronether-Derivat umfassenden Polymer kann beispielsweise durch Polymerisation, gegebenenfalls Copolymerisation, des mindestens einen Kronethers und/oder Kronether-Derivats in Gegenwart der Anodenaktivmaterialpartikel, insbesondere Siliciumpartikel, und/oder des Elektrolyten erfolgen (in-situ-Polymerisation) und/oder - beispielsweise mittels der mindestens einen Silangruppe und/oder mittels, insbesondere durch Zugabe, mindestens einer Silanverbindung mit mindestens einer polymerisierbaren und/oder polymerisationsinitiierenden und/oder polymerisationskontrollierenden funktionellen Gruppe - oberflächeninitiiert (graft-from-Polymerisation) sein. Durch die mindestens eine Silangruppe und/oder Copolymerisation des mindestens einen Kronethers und/oder Kronether-Derivats mit der mindestens einen Silanverbindung mit mindestens einer polymerisierbaren und/oder polymerisationsinitiierenden und/oder polymerisationskontrollierenden funktionellen Gruppe kann zum Beispiel vorteilhafterweise eine, insbesondere kovalente, Bindung zwischen den Aktivmaterialpartikeln, insbesondere Siliciumpartikeln, und dem mindestens einen Kronether und/oder Kronether-Derivat beziehungsweise dem mindestens einen Kronether und/oder Kronether-Derivat umfassenden (Co-)Polymer, insbesondere mittels der Silanfunktion, erzielt werden.
Es ist jedoch ebenso möglich, das mindestens eine Kronether und/oder Kronether-Derivat umfassenden Polymer in Abwesenheit der Anodenaktivmaterialpartikel, insbesondere Siliciumpartikel, und/oder des Elektrolyten zu polymerisieren beziehungsweise herzustellen (ex-situ-Polymerisation). Dabei können die Anodenaktivmaterialpartikel, insbesondere Siliciumpartikel, beispielsweise dabei derart mit dem mindestens einen Kronether und/oder Kronether-Derivat umfassenden Polymer versehen werden, dass das mindestens eine Kronether und/oder Kronether-Derivat umfassende Polymer in mindestens einem Lösungsmittel hergestellt und/oder gelöst wird, die Anodenaktivmaterialpartikel, insbesondere Siliciumpartikel, zu der Lösung zugegeben werden und das mindestens eine Lösungsmittel, beispielsweise durch Verdampfung, wieder entfernt wird. So kann ein Aktivmaterial-Kronether-Polymer-Komposit erhalten werden, bei dem die Aktivmaterialpartikel zumindest über van-der-Waals- und/oder Wasserstoffbrücken-Bindungen mit dem Kronether-Polymer verbunden sind. Durch die mindestens eine Silangruppe und/oder durch Copolymerisation des mindestens einen Kronethers und/oder Kronether-Derivats mit mindestens einer Silanverbindung mit mindestens einer polymerisierbaren und/oder polymerisationsinitiierenden und/oder polymerisationskontrollierenden funktionellen Gruppe kann jedoch zum Beispiel auch hierbei vorteilhafterweise eine, insbesondere kovalente, Bindung zwischen den Aktivmaterialpartikeln, insbesondere Siliciumpartikeln, und dem mindestens einen Kronether und/oder Kronether-Derivat umfassenden Co-Polymer, insbesondere mittels der Silanfunktion, erzielt werden (graft-to-Polymerisation).
Im Rahmen einer Ausführungsform werden die Anodenaktivmaterialpartikel, insbesondere Siliciumpartikel, mit dem mindestens einem Kronether und/oder Kronether-Derivat mit mindestens einer polymerisierbaren funktionellen Gruppe gemischt und polymerisiert (in-situ-Polymerisation). Dabei kann die Polymerisation der mindestens einen polymerisierbaren funktionellen Gruppe des mindestens einen Kronethers und/oder Kronether-Derivates mittels, beispielsweise durch Zugabe, mindestens eines Polymerisationsinitiators gestartet werden. Mittels des mindestens einen Polymerisationsinitiators kann dabei vorteilhafterweise die Polymerisation gezielt gestartet und die Anodenaktivmaterialpartikel, insbesondere Siliciumpartikel, vorteilhafterweise gezielt mit dem, durch die Polymerisation ausgebildeten Polymer versehen, insbesondere beschichtet, werden. Durch diese in-situ Polymerisation kann vorteilhafterweise auf den Anodenaktivmaterialpartikeln eine künstliche SEI-Schicht in Form einer flexiblen, polymeren Schutzschicht aus dem durch die Polymerisation ausgebildeten Polymer ausgebildet werden.
Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform wird die mindestens eine Silangruppe des mindestens einen Kronethers und/oder Kronether-Derivats auf der Oberfläche der Anodenaktivmaterialpartikel, insbesondere Siliciumpartikel, immobilisiert und die mindestens eine polymerisierbare funktionelle Gruppe des mindestens einen Kronethers und/oder Kronether-Derivats polymerisiert (graft-from-Polymerisation). Das mindestens eine weitere polymerisierbare Monomer kann dabei, beispielsweise zusammen mit dem mindestens einen Kronether und/oder Kronether-Derivat oder nach der Immobilisierung der mindestens einen Silangruppe des mindestens einen Kronethers und/oder Kronether-Derivats, zugegeben und insbesondere (co-)polymerisiert werden. Dadurch, dass die mindestens eine Silangruppe des mindestens einen Kronethers und/oder Kronether-Derivats auf der Oberfläche der Anodenaktivmaterialpartikel, insbesondere Siliciumpartikel, immobilisiert wird, kann vorteilhafterweise eine stabile, beispielsweise kovalente, Anbindung des durch die Polymerisation der mindestens einen polymerisierbaren funktionellen Gruppe des mindestens einen Kronethers und/oder Kronether-Derivats ausgebildeten Polymers an die Anodenaktivmaterialpartikel, insbesondere Siliciumpartikeln, erzielt und so eine Polymerschicht mit einer verbesserten Haftung auf den Anodenaktivmaterialpartikeln, insbesondere Siliciumpartikeln, ausgebildet werden.
Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform wird mindestens eine Silanverbindung mit mindestens einer polymerisierbaren und/oder polymerisationsinitiierenden und/oder polymerisationskontrollierenden funktionellen Gruppe auf der Oberfläche der Anodenaktivmaterialpartikel, insbesondere Siliciumpartikel, immobilisiert und der mindestens eine Kronether und/oder das mindestens eine Kronether-Derivat zugegeben und insbesondere polymerisiert (graft-from-Polymerisation). Das mindestens eine weitere polymerisierbare Monomer kann dabei, beispielsweise zusammen mit dem mindestens einen Kronether und/oder Kronether-Derivat, zugegeben und insbesondere (co-)polymerisiert werden. 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.
Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform (ex-situ-Polymerisation) wird der mindestens eine Kronether und/oder das mindestens eine Kronether-Derivat, gegebenenfalls in mindestens einem Lösungsmittel, polymerisiert und werden, insbesondere dann, Anodenaktivmaterialpartikel, insbesondere Siliciumpartikel, beispielsweise zu der Lösung, zugegeben und/oder wird das mindestens eine Kronether und/oder Kronether-Derivat umfassende Polymer in mindestens einem Lösungsmittel gelöst und werden zu der Lösung Anodenaktivmaterialpartikel, insbesondere Siliciumpartikel, zugegeben. Das mindestens eine Lösungsmittel kann, insbesondere dann, beispielsweise durch Verdampfung, wieder entfernt werden. Im Rahmen einer Ausgestaltung hiervon weist das mindestens eine Kronether und/oder das mindestens eine Kronether-Derivat und/oder das mindestens eine Kronether und/oder Kronether-Derivat umfassende Polymer mindestens eine Silangruppe auf und/oder wird mit mindestens einer Silanverbindung mit mindestens einer polymerisierbaren und/oder polymerisationsinitiierenden und/oder polymerisationskontrollierenden funktionellen Gruppe umgesetzt, beispielsweise polymerisiert (graft-to-Polymerisation). So kann vorteilhafterweise ein Polymer beziehungsweise Co-Polymer mit einer Silanfunktion ausgebildet beziehungsweise verwendet werden, welches bei der Zugabe von Anodenaktivmaterialpartikeln, insbesondere Siliciumpartikeln, zusätzlich über die Silanfunktion eine, insbesondere kovalente, Verbindung mit den Anodenaktivmaterialpartikeln, insbesondere Siliciumpartikel, eingehen kann (graft-to-Polymerisation). Auf diese Weise kann die Haftung der auf den Anodenaktivmaterialpartikeln, insbesondere Siliciumpartikeln, ausgebildeten Polymerschicht - insbesondere zusätzlich zu van-der-Waals- und/oder Wasserstoffbrücken-Bindungen - durch eine, insbesondere kovalente, Anbindung über die Silanfunktion weiter verbessert werden.
Insbesondere kann der mindestens ein Kronether und/oder das mindestens eine Kronether-Derivat
einen Kronether, insbesondere einen
12-4-Kronether:
und/oder einen 15-5-Kroneether:
und/oder einen Aza-Kronether, beispielsweise einen (Di-)Aza-Kronether, beispielsweise einen Aza-12-4-Kronether, zum Beispiel einen 1-Aza-12-4-Kronether, zum Beispiel:
und/oder einen Aza-15-5-Kroneether, beispielsweise einen Di-Aza-Kronenether, zum Beispiel einen Di-Aza-12-4-Kronether und/oder einen Di-Aza-15-5-Kroneether, zum Beispiel:
und/oder einen, insbesondere N-substituierten, (Di-)Aza-Kronether, beispielsweise einen N-Alkyl-(Di-)Aza-12-4-Kronether und/oder N-Alkyl-(Di-)Aza-15-5-Kronether, und/oder
einen Benzo-Kronether, insbesondere einen Benzo-12-4-Kronether und/oder Benzo-15-5-Kroneether, zum Beispiel:
beispielsweise einen Di-Benzo-Kronether, zum Beispiel einen Di-Benzo-12-4-Kronether, zum Beispiel:
und/oder einen Di-Benzo-15-5-Kroneether, und/oder einen Cyclohexano-Kronether, insbesondere einen Cyclohexano-12-4-Kronether und/oder Cyclohexano-15-5-Kroneether, beispielsweise einen Di-Cyclohexano-Kronenether, zum Beispiel einen Di-Cyclohexano-12-4-Kronether, zum Beispiel:
und/oder einen Di-Cyclohexano-15-5-Kroneether, umfassen oder darauf basieren.
Im Rahmen einer weiteren 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.
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 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.
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.
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.
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.
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:
umfassen.
Zum Beispiel kann der mindestens ein Kronether und/oder das mindestens eine Kronether-Derivat einen Kronether beziehungsweise ein Kronether-Derivat der allgemeinen chemischen Formel:
und/oder
und/oder
und/oder
und/oder
umfassen, insbesondere wobei 0 ≤ k', beispielsweise 0 ≤ k' ≤ 2, zum Beispiel 0 ≤ k' ≤ 1, ist.
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.
Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform umfasst 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.
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.
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.
Zum Beispiel kann der mindestens ein Kronether und/oder das mindestens eine Kronether-Derivat einen Kronether beziehungsweise ein Kronether-Derivat der allgemeinen chemischen Formel:
und/oder
umfassen.
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:
beziehungsweise
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.
Zum Beispiel können ein Kronether und eine Silanverbindung der allgemeinen chemischen Formeln:
wobei R1, R2, R3 insbesondere jeweils unabhängig voneinander für ein Halogenatom, insbesondere Chlor (-CI), 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, mittels Kondensationsreaktion, insbesondere durch Reaktion der Hydroxygruppe des Kronethers mit dem Chloratom der Silanverbindung, miteinander und, insbesondere durch Reaktion von R1, R2 und/oder R3 der Silanverbindung mit Hydroxygruppen, insbesondere Siliciumhydroxidgruppen beziehungsweise Silanolgruppen (Si-OH), auf der Oberfläche der Anodenaktivmaterialpartikel, insbesondere Siliciumpartikel, mit den Anodenaktivmaterialpartikeln, insbesondere Siliciumpartikeln, beispielsweise kovalent, verbunden werden.
Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform umfasst 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.
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.
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.
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.
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.
Y' kann insbesondere für einen Linker, also eine verbrückende Einheit, stehen. Beispielsweise kann Y' mindestens eine Alkylengruppe (-C_nH_2n-) mit n ≥ 0, insbesondere n ≥ 1, und/oder mindestens eine Alkylenoxidgruppe (-C_nH_2n-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 -C_nH_2n- mit 0 ≤ n ≤ 5, beispielsweise n = 1 oder 2 oder 3, stehen.
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.
R1, R2, R3 können insbesondere jeweils unabhängig voneinander für ein Halogenatom, insbesondere Chlor (-CI), 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:
umfassen.
Beispiele für Kronether beziehungsweise ein Kronether-Derivat sind:
und/oder
Derartige Kronether beziehungsweise ein Kronether-Derivat können vorteilhafterweise über die Silangruppe auf den Anodenaktivmaterialpartikeln, insbesondere Siliciumpartikeln, anbinden und zusätzlich als silanbasierter Haftvermittler dienen.
Insofern der mindestens eine Kronether und/oder das mindestens eine Kronether-Derivat 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.
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:
zum Beispiel
, beispielsweise wobei 0 ≤ i ≤ 4 ist, verwendet werden.
Der mindestens eine Kronether und/oder das mindestens eine Kronether-Derivat und/oder das mindestens eine weitere polymerisierbare Monomer kann insbesondere ionenleitfähig oder ionenleitend, insbesondere lithiumionenleitfähig oder lithiumionenleitend, sein und/oder fluoriert sein und/oder zur Ausbildung eines Gel-Polymers ausgelegt sein beziehungsweise 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 oder sein.
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.
Im Rahmen einer Ausführungsform umfasst das mindestens eine weitere polymerisierbare Monomer beziehungsweise umfassen die mindestens zwei, beispielsweise drei, weiteren 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 das mindestens eine weitere polymerisierbare Monomer beziehungsweise können die mindestens zwei, beispielsweise drei, weiteren 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. 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 das mindestens eine weitere polymerisierbare Monomer beziehungsweise die mindestens zwei weiteren polymerisierbaren Monomere mittels Kondensationsreaktion beziehungsweise mittels anionischer Polymerisation polymerisiert beziehungsweise copolymerisiert werden.
Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform umfasst der mindestens eine Kronether und/oder das mindestens eine Kronether-Derivat und/oder das mindestens eine weitere 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.
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.
Im Rahmen einer alternativen oder zusätzlichen Ausgestaltung umfasst oder ist das mindestens eine weitere polymerisierbare Monomer beziehungsweise sind die mindestens zwei, insbesondere drei, weiteren 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 weiteren Kronether und/oder mindestens ein weiteres 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 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.

Im Rahmen einer Ausführungsform umfasst oder ist das mindestens eine weitere polymerisierbare Monomer beziehungsweise umfassen die mindestens zwei, insbesondere drei, weiteren polymerisierbaren Monomere mindestens eine polymerisierbare Carbonsäure.
Im Rahmen einer Ausgestaltung dieser Ausführungsform umfasst oder ist das mindestens eine weitere polymerisierbare Monomer beziehungsweise umfassen die mindestens zwei, insbesondere drei, weiteren polymerisierbaren Monomere Acrylsäure:
und/oder ein Derivat davon.
Im Rahmen einer anderen, alternativen oder zusätzlichen Ausgestaltung dieser Ausführungsform umfasst oder ist das mindestens eine weitere polymerisierbare Monomer beziehungsweise umfassen die mindestens zwei, insbesondere drei, weiteren polymerisierbaren Monomere Methacrylsäure und/oder ein Derivat davon.
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, insbesondere 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.
Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung wird das aus dem mindestens einen weiteren 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.
Im Rahmen einer alternativen oder zusätzlichen, weiteren Ausführungsform umfasst oder ist das mindestens eine weitere polymerisierbare Monomer beziehungsweise umfassen die mindestens zwei, insbesondere drei, weiteren polymerisierbaren Monomere mindestens ein polymerisierbares Carbonsäure-Derivat.
Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform umfasst oder ist das mindestens eine weitere polymerisierbare Monomer beziehungsweise umfassen die mindestens zwei, insbesondere drei, weiteren polymerisierbaren Monomere mindestens ein polymerisierbares, organisches Carbonat und/oder Anhydrid, insbesondere mindestens ein Carbonsäureanhydrid. Insbesondere kann das mindestens eine weitere 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.
Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform umfasst oder ist das mindestens eine weitere 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.
Im Rahmen einer speziellen Ausgestaltung dieser Ausführungsform umfasst oder ist das mindestens eine weitere 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.
Im Rahmen einer alternativen oder zusätzlichen, weiteren Ausführungsform umfasst oder ist das mindestens eine weitere polymerisierbare Monomer beziehungsweise umfassen die mindestens zwei, insbesondere drei, weiteren polymerisierbaren Monomere mindestens einen Carbonsäureester.
Beispielsweise kann das mindestens eine weitere polymerisierbare Monomer beziehungsweise können die mindestens zwei, insbesondere drei, weiteren polymerisierbaren Monomere mindestens ein Acrylat, zum Beispiel mindestens ein Etheracrylat, wie Poly(ethylenglykol)methyletheracrylat, beispielsweise:
und/oder mindestens ein Methacrylat, beispielsweise Methylmethacrylat, und/oder mindestens ein Acetat, zum Beispiel Vinylacetat, und/oder ein Derivat davon umfassen oder sein.
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.
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 weiteren 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), insbesondere 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.
Im Rahmen einer alternativen oder zusätzlichen, weiteren Ausführungsform umfasst oder ist das mindestens eine weitere polymerisierbare Monomer beziehungsweise umfassen die mindestens zwei, insbesondere drei, polymerisierbaren Monomere mindestens ein Carbonsäurenitril. Beispielsweise kann das mindestens eine weitere 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.
Im Rahmen einer alternativen oder zusätzlichen, weiteren Ausführungsform umfasst oder ist das mindestens eine weitere polymerisierbare Monomer beziehungsweise umfassen die mindestens zwei, insbesondere drei, weiteren polymerisierbaren Monomere mindestens einen, beispielsweise unfluorierten oder fluorierten, Ether. Insbesondere kann das mindestens eine weitere polymerisierbare Monomer beziehungsweise können die mindestens zwei, insbesondere drei, weiteren 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 sein
Beispielsweise kann das mindestens eine weitere polymerisierbare Monomer beziehungsweise können die mindestens zwei, insbesondere drei, weiteren polymerisierbaren Monomere mindestens einen weiteren Kronether und/oder mindestens ein weiteres Kronether-Derivat und/oder mindestens einen Vinylether, zum Beispiel Trifluorvinylether, umfassen oder sein.
Beispielsweise kann das mindestens eine weitere polymerisierbare Monomer beziehungsweise können die mindestens zwei, insbesondere drei, weiteren polymerisierbaren Monomere mindestens einen weiteren Kronether und/oder mindestens ein weiteres Kronether-Derivat mit mindestens einer polymerisierbaren funktionellen Gruppe, insbesondere mit mindestens einer polymerisierbaren 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. Beispielsweise kann auch der mindestens eine weitere Kronether und/oder das mindestens eine weitere Kronether-Derivat durch radikalische Polymerisation, zum Beispiel lebende radikalische Polymerisation, wie ATRP und/oder SFRP, beispielsweise NMP, und/oder RAFT, und/oder Polymerisation mittels Kondensationsreaktion und/oder mittels ionischer, beispielsweise anionischer oder kationischer, Polymerisation, polymerisierbar sein beziehungsweise (co-)polymerisiert werden. Der mindestens eine weitere Kronether und/oder das mindestens eine weitere Kronether-Derivat kann beispielsweise wie im Zusammenhang mit dem mindestens einen Kronether und/oder Kronether-Derivat erläutert, zum Beispiel jedoch zu diesem verschieden, ausgestaltet werden.
Im Rahmen einer alternativen oder zusätzlichen, weiteren Ausführungsform umfasst oder ist das mindestens eine weitere polymerisierbare Monomer beziehungsweise umfassen die mindestens zwei, insbesondere drei, weiteren polymerisierbaren Monomere mindestens ein, beispielsweise unfluoriertes oder fluoriertes, Alkylenoxid, beispielsweise Ethylenoxid.
Im Rahmen einer alternativen oder zusätzlichen, weiteren Ausführungsform umfasst oder ist das mindestens eine weitere polymerisierbare Monomer beziehungsweise umfassen die mindestens zwei, insbesondere drei, weiteren polymerisierbaren Monomere mindestens einen, beispielsweise aliphatischen oder aromatischen, zum Beispiel unfluorierten oder fluorierten, ungesättigten Kohlenwasserstoff.
Beispielsweise kann das mindestens eine weitere 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.
Zum Beispiel kann das mindestens eine weitere polymerisierbare Monomer beziehungsweise können die mindestens zwei, insbesondere drei, weiteren 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:
und/oder mindestens ein fluoriertes Hexen, wie 3,3,4,4,5,5,6,6,6-Nonafluorhexen:
beispielsweise erhältlich unter dem Handelsnamen Zonyl PFBE Fluorotelomer Intermediate, und/oder mindestens ein fluoriertes Phenylethen, wie
2,3,4,5,6-Pentafluorstyrol:
und/oder 4-(Trifluormethyl)styrol:
und/oder mindestens einen fluorierten Vinylether, wie 2-(Perfluorpropoxy)perfluorpropyltrifluorvinylether:
umfassen oder sein.
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.
Alternativ oder zusätzlich kann das mindestens eine weitere polymerisierbare Monomer beziehungsweise können die mindestens zwei, insbesondere drei, weiteren polymerisierbaren Monomere, beispielsweise zusätzlich, mindestens ein unfluoriertes Alken, zum Beispiel mindestens ein unfluoriertes Phenylethen, wie Styrol, umfassen oder sein.
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.
Die Polymerisation des mindestens einen Kronethers und/oder Kronether-Derivats und/oder des mindestens einen weiteren Monomers kann beispielsweise mittels, beispielsweise durch Zugabe, mindestens eines Polymerisationsinitiators und/oder mittels, beispielsweise durch Zugabe, mindestens einer polymerisationsinitiierenden funktionellen Gruppe mindestens einen Silanverbindung 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.
Der mindestens eine Polymerisationsinitiator kann beispielsweise zum Starten einer radikalischen Polymerisation, insbesondere zum Starten einer lebenden radikalischen Polymerisation, zum Beispiel zum Starten einer lebenden radikalischen Polymerisation unter Atomtransfer (ATRP-Initiator) und/oder 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), und/oder zum Starten einer reversiblen Additions-Fragmentierungs-Kettenübertragungs-Polymerisation (RAFT-Initiator), ausgelegt sein.
Die Polymerisation des mindestens einen Kronethers und/oder Kronether-Derivats und/oder des mindestens einen weiteren Monomers kann beispielsweise mittels, beispielsweise durch Zugabe, mindestens eines polymerisationskontrollierenden Mittels und/oder mittels, beispielsweise durch Zugabe, der mindestens einen polymerisationskontrollierenden funktionellen Gruppe der mindestens einen Silanverbindung kontrolliert werden.
Das mindestens eine polymerisationskontrollierende Mittel kann insbesondere zur Kontrolle einer lebenden radikalischen Polymerisation , beispielsweise zur Kontrolle einer stabile freie Radikale Polymerisation (SFRP-Mediator), zum Beispiel zur Kontrolle einer Nitroxid-vermittelten Polymerisation (NMP-Mediator) und/oder zur Kontrolle einer Verdazyl-vermittelten Polymerisation (VMP-Mediator), und/oder zur Kontrolle einer reversiblen Additions-Fragmentierungs-Kettenübertragungs-Polymerisation (RAFT-Agens), ausgelegt sein.
Zum Starten einer lebenden radikalischen Polymerisation unter Atomtransfer (ATRP-Initiator) kann der mindestens eine Polymerisationsinitiator insbesondere ein Alkylhalogenid umfassen oder daraus ausgebildet sein. Zum Beispiel kann der mindestens eine Polymerisationsinitiator dabei Methylbromoisobutyrat und/oder Benzylbromid und/oder Ethyl-α-bromophenylacetat umfassen oder sein. Der mindestens eine Polymerisationsinitiator kann dabei insbesondere in Kombination mit mindestens einem Katalysator eingesetzt werden. Der mindestens eine Katalysator kann dabei 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. Der Radikal-Puffer beziehungsweise die deaktivierte Spezies kann dabei insbesondere aus dem Alkylhalogenid, dem Katalysator beziehungsweise Komplex und dem Monomer ausgebildet werden.
Zum Starten einer stabile freie Radikale Polymerisation, beispielsweise zum Starten einer Nitroxid-vermittelte Polymerisation und/oder zum Starten einer Verdazyl-vermittelte Polymerisation, insbesondere zum Starten einer Nitroxid-vermittelten Polymerisation, und/oder zum Starten einer reversible Additions-Fragmentierungs-Kettenübertragungs-Polymerisation, kann der mindestens eine Polymerisationsinitiator insbesondere ein Radikalstarter, zum Beispiel ein Azoisobutyronitril, beispielsweise Azobis(isobutyronitril) (AIBN), und/oder ein Benzoylperoxid, beispielsweise Dibenzolyperoxid (BPO), umfassen oder sein. Dabei kann der mindestens eine Polymerisationsinitiator insbesondere in Kombination mit mindestens einem polymerisationskontrollierenden Mittel, insbesondere für eine stabile freie Radikale Polymerisation (SFRP-Mediator), zum Beispiel für eine Nitroxid-vermittelte Polymerisation (NMP-Mediator), beispielsweise mindestens einem nitroxidbasierten Mediator, und/oder für eine Verdazyl-vermittelte Polymerisation (VMP-Mediator), beispielsweise mindestens einem verdazylbasierten Mediator, und/oder für eine reversible Additions-Fragmentierungs-Kettenübertragungs-Polymerisation (RAFT-Agens), beispielsweise mit mindestens einer Thioverbindung, eingesetzt werden.
Für eine Nitroxid-vermittelte Polymerisation kann das mindestens eine polymerisationskontrollierende Mittel, der NMP-Mediator beziehungsweise der mindestens eine nitroxidbasierte Mediator 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):
beziehungsweise eines Opferinitiators hiervon, wie:
und/oder auf 2,2,5-Trimethyl-4-phenyl-3-azahexan-3-oxyl (TIPNO):
beziehungsweise eines Opferinitiators hiervon, wie:
und/oder auf N-tertButyl-N-[1-diethylphosphono-(2-2-dimethylpropyl)nitroxid] (SG1*):
beziehungsweise eines Opferinitiators hiervon basieren.
Für eine reversible Additions-Fragmentierungs-Kettenübertragungs-Polymerisation kann das mindestens eine polymerisationskontrollierende Mittel, das RAFT-Agens beziehungsweise die mindestens eine Thioverbindung beispielsweise ein Trithiocarbonat oder ein Dithioester oder ein Dithiocarbamat oder ein Xanthat sein.
Der Radikal-Puffer beziehungsweise die deaktivierte Spezies kann dabei insbesondere durch Reaktion der aktiven Spezies, nämlich freier Radikale, mit stabilen Radikalen auf Basis des nitroxidbasierten Mediators beziehungsweise der Thioverbindung ausgebildet werden.
Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform wird, insbesondere zusätzlich zu dem mindestens einen Kronether und/oder Kronether-Derivat, mindestens eine Silanverbindung mit mindestens einer polymerisierbaren und/oder polymerisationsinitiierenden und/oder polymerisationskontrollierenden funktionellen Gruppe eingesetzt. Wie bereits erläutert, kann die mindestens eine Silanverbindung mit mindestens einer polymerisierbaren und/oder polymerisationsinitiierenden und/oder polymerisationskontrollierenden funktionellen Gruppe zum Beispiel zunächst mit den Anodenaktivmaterialpartikeln, insbesondere Siliciumpartikeln, umgesetzt werden oder zusammen mit dem mindestens einen Kronether und/oder Kronether-Derivat und/oder dem mindestens einen weiteren polymerisierbaren Monomer beziehungsweise den mindestens zwei weiteren polymerisierbaren Monomeren zu den Anodenaktivmaterialpartikeln, insbesondere Siliciumpartikeln, gemischt oder auch nach der Umsetzung mit dem mindestens einen Kronether und/oder Kronether-Derivat und/oder dem mindestens einen weiteren polymerisierbaren Monomer beziehungsweise den mindestens zwei weiteren polymerisierbaren Monomeren zu den Anodenaktivmaterialpartikeln, insbesondere Siliciumpartikeln, zugegeben werden.
Dabei kann die Silanfunktion der mindestens einen Silanverbindung vorteilhafterweise auf der Oberfläche der Anodenaktivmaterialpartikel, insbesondere Siliciumpartikel, beispielsweise kovalent, anbinden.
Die mindestens eine polymerisierbare funktionelle Gruppe der mindestens einen Silanverbindung kann dabei - insbesondere mit dem mindestens einen Kronether und/oder Kronether-Derivat und/oder dem mindestens einen weiteren polymerisierbaren Monomer beziehungsweise den mindestens zwei weiteren polymerisierbaren Monomeren - polymerisieren insbesondere copolymerisieren. Durch Copolymerisation der mindestens einen Silanverbindung mit mindestens einer polymerisierbaren funktionellen Gruppe und des mindestens einen Kronethers und/oder Kronether-Derivats kann dabei vorteilhafterweise, beispielsweise mittels der Silanfunktion der mindestens einen Silanverbindung, eine Bindung zwischen den Aktivmaterialpartikeln, insbesondere Siliciumpartikeln, und dem daraus ausgebildeten Co-Polymer, erzielt werden. Eine Silanverbindung mit mindestens einer polymerisierbaren funktionellen Gruppe kann daher vorteilhafterweise als Haftvermittler, insbesondere für die durch die Polymerisation auf den Partikeln ausgebildete Polymerschicht, dienen.
Die mindestens eine polymerisierbare funktionelle Gruppe der mindestens einen Silanverbindung kann beispielsweise durch eine radikalische Polymerisation, insbesondere durch eine lebende radikalische Polymerisation, zum Beispiel durch eine lebende radikalische Polymerisation unter Atomtransfer oder durch eine stabile freie Radikale Polymerisation, beispielsweise durch eine Nitroxid-vermittelte Polymerisation oder durch eine Verdazyl-vermittelte Polymerisation, insbesondere durch eine Nitroxid-vermittelte Polymerisation, oder durch eine reversible Additions-Fragmentierungs-Kettenübertragungs-Polymerisation, polymerisierbar sein.
Die mindestens eine polymerisierbare funktionelle Gruppe der mindestens einen Silanverbindung kann beispielsweise 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. Insbesondere kann die mindestens eine polymerisierbare funktionelle Gruppe der mindestens einen Silanverbindung 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), 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 mittels Kondensationsreaktion beziehungsweise mittels anionischer Polymerisation polymerisiert beziehungsweise copolymerisiert werden. 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.
Die mindestens eine polymerisationsinitiierende funktionelle Gruppe der mindestens einen Silanverbindung kann beispielsweise zum Starten einer radikalischen Polymerisation, insbesondere zum Starten einer lebenden radikalischen Polymerisation, ausgelegt sein.
Zum Beispiel kann die mindestens eine polymerisationsinitiierende funktionelle Gruppe der mindestens einen Silanverbindung zum Starten einer lebenden radikalischen Polymerisation unter Atomtransfer (ATRP-Initiator) ausgelegt sein. 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 (-CI), Brom (-Br) oder lod (-I), vorzugsweise Chlor (-CI) oder Brom (-Br), substituierte Alkylgruppe, umfassen oder sein.
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. Der mindestens eine Katalysator kann dabei 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.
Aus der mindestens einen polymerisationsinitiierenden funktionellen Gruppe der mindestens einen Silanverbindung, dem Katalysator beziehungsweise Komplex und dem Monomer kann dabei der Radikal-Puffer beziehungsweise die deaktivierte Spezies ausgebildet werden.
Die mindestens eine polymerisationskontrollierende funktionelle Gruppe der mindestens einen Silanverbindung kann beispielsweise zur Kontrolle einer lebenden radikalischen Polymerisation, zum Beispiel 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), und/oder zur Kontrolle einer reversiblen Additions-Fragmentierungs-Kettenübertragungs-Polymerisation (RAFT-Agens), ausgelegt sein.
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), und/oder zur Kontrolle einer reversiblen Additions-Fragmentierungs-Kettenübertragungs-Polymerisation (RAFT-Agens), der mindestens einen Silanverbindung kann dabei insbesondere in Kombination mit einem/dem mindestens einen Polymerisationsinitiator und/oder mit mindestens einer polymerisationsinitiierenden funktionellen Gruppe mindestens einer Silanverbindung, insbesondere welcher beziehungsweise welche zum Starten einer stabile freie Radikale Polymerisation (SFRP), beispielsweise zum Starten einer Nitroxid-vermittelte Polymerisation (NMP) und/oder zum Starten einer Verdazyl-vermittelte Polymerisation (VMP), insbesondere zum Starten einer Nitroxid-vermittelten Polymerisation (NMP), und/oder zum Starten einer reversiblen Additions-Fragmentierungs-Kettenübertragungs-Polymerisation (RAFT) ausgelegt ist, zum Beispiel einem Radikalstarter, beispielsweise einem Azoisobutyronitril, wie Azobis(isobutyronitril) (AIBN), und/oder einem Benzoylperoxid, wie Dibenzolyperoxid (BPO), oder einem Derivat davon, eingesetzt werden.
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):
beziehungsweise eines Opferinitiators hiervon, wie:
und/oder auf 2,2,5-Trimethyl-4-phenyl-3-azahexan-3-oxyl (TIPNO):
beziehungsweise eines Opferinitiators hiervon, wie:
und/oder auf N-tertButyl-N-[1-diethylphosphono-(2-2-dimethylpropyl)nitroxid] (SG1*):
beziehungsweise eines Opferinitiators hiervon, und/oder, 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.
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 der Thiogruppe ausgebildet werden.
Im Rahmen einer, insbesondere so genannten graft-from, Ausgestaltung kann beispielsweise die mindestens eine Silanverbindung mit mindestens einer polymerisierbaren und/oder polymerisationsinitiierenden und/oder polymerisationskontrollierenden funktionellen Gruppe, insbesondere vor der Zugabe des mindestens einen Kronethers und/oder Kronether-Derivates und/oder des mindestens einen weiteren Monomers, 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 der mindestens eine Kronether und/oder das mindestens eine Kronether-Derivat und/oder das mindestens eine weitere polymerisierbare Monomer, zugegeben werden. Das Immobilisieren kann beispielsweise in Abhängigkeit von der mindestens einen Silanverbindung in Gegenwart oder in Abwesenheit mindestens eines Lösungsmittels erfolgen.
Der mindestens eine Kronether und/oder das mindestens eine Kronether-Derivat und/oder das mindestens eine weitere polymerisierbare Monomer kann dabei gegebenenfalls 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. Dabei kann es sich insbesondere um eine Copolymerisation, insbesondere des mindestens einen Kronethers und/oder Kronether-Derivates und der mindestens einen polymerisierbaren funktionellen Gruppe der mindestens einen Silanverbindung, handeln.
Insofern die mindestens eine, insbesondere haftvermittelnde, Silanverbindung eine polymerisierbare funktionelle Gruppe aufweist, kann insbesondere weiterhin, gegebenenfalls zusammen mit dem mindestens einen 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.
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 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.
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 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.
Im Rahmen einer, insbesondere so genannten graft-to, Ausgestaltung kann beispielsweise der mindestens eine Kronether und/oder das mindestens eine Kronether-Derivat und/oder das mindestens eine Kronether und/oder Kronether-Derivat umfassende Polymer mit der mindestens einen Silanverbindung mit mindestens einer polymerisierbaren und/oder polymerisationsinitiierenden und/oder polymerisationskontrollierenden funktionellen Gruppe umgesetzt werden. Dann können beispielsweise Anodenaktivmaterialpartikel, insbesondere Siliciumpartikel, zugegeben werden.
Das Umsetzen kann dabei beispielsweise mittels einer radikalischen Polymerisation erfolgen. 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, NMP oder RAFT, sein. Dabei kann es sich um eine Copolymerisation, insbesondere des mindestens einen Kronethers und/oder Kronether-Derivates und der mindestens einen polymerisierbaren funktionellen Gruppe der mindestens einen Silanverbindung, handeln.
Das Umsetzen des mindestens einen Kronethers und/oder Kronether-Derivates und/oder des mindestens eine Kronether und/oder Kronether-Derivat umfassenden Polymers mit der mindestens einen Silanverbindung mit mindestens einer polymerisierbaren und/oder polymerisationsinitiierenden und/oder polymerisationskontrollierenden funktionellen Gruppe kann beispielsweise in Lösung beziehungsweise in mindestens einem Lösungsmittel durchgeführt und/oder - insbesondere insofern das bei der Umsetzung ausgebildete Reaktionsprodukt, beispielsweise (Co-)Polymer, nicht gelöst sein sollte - das bei der Umsetzung ausgebildete Reaktionsprodukt, beispielsweise (Co-)Polymer, in mindestens einem Lösungsmittel gelöst und/oder in Lösung gebracht werden. Nach Zugabe der Anodenaktivmaterialpartikel, insbesondere Siliciumpartikel, insbesondere zu der Lösung, kann das mindestens eine Lösungsmittel dann, beispielsweise mittels Verdampfung, wieder entfernt werden. So können die Anodenaktivmaterialpartikel, insbesondere Siliciumpartikel, vorteilhafterweise polymerbeschichtet werden.
Die Silanfunktion der mindestens einen Silanverbindung beziehungsweise des daraus ausgebildeten Copolymers kann vorteilhafterweise auf der Oberfläche der Anodenaktivmaterialpartikel, insbesondere Siliciumpartikel, beispielsweise kovalent, anbinden. So kann beispielsweise das Copolymer auf der Oberfläche der Anodenaktivmaterialpartikel, insbesondere Siliciumpartikel, aufgepfropft werden.
Zum Beispiel kann - insbesondere insofern die mindestens eine, insbesondere haftvermittelnde, Silanverbindung eine polymerisierbare funktionelle Gruppe aufweist - der mindestens eine Kronether und/oder das mindestens eine Kronether-Derivat und/oder das mindestens eine Kronether und/oder Kronether-Derivat umfassende Polymer mit der mindestens einen Silanverbindung mit mindestens einer polymerisierbaren und/oder polymerisationsinitiierenden und/oder polymerisationskontrollierenden funktionellen Gruppe, zum Beispiel mit mindestens einer, insbesondere haftvermittelnden, Silanverbindung mit mindestens einer polymerisierbaren funktionellen Gruppe, beispielsweise einem Vinylsilan, wie Trichlorvinylsilan, beispielsweise mittels Zugabe mindestens eines Polymerisationsinitiators, zum Beispiel mittels Zugabe mindestens eines Radikalstarters, eventuell in Lösung beziehungsweise in mindestens einem Lösungsmittel, zu einem Co-Polymer umgesetzt, insbesondere copolymerisiert, werden. So kann vorteilhafterweise eine Verknüpfung, beispielsweise radikalische Anbindung, der Silanfunktion an das Polymer sichergestellt werden. Insofern das Co-Polymer nicht gelöst sein sollte, kann es in Lösung gebracht werden. Dann können beispielsweise die Anodenaktivmaterialpartikel, insbesondere Siliciumpartikel, zugegeben werden. Dabei kann vorteilhafterweise die Silanfunktion, zum Beispiel Trichlorsilan, der mindestens einen Silanverbindung beziehungsweise des daraus ausgebildeten Copolymers auf der Oberfläche der Anodenaktivmaterialpartikel, insbesondere Siliciumpartikel, beispielsweise kovalent, anbinden.
Oder zum Beispiel - insbesondere insofern die mindestens eine, insbesondere haftvermittelnde, Silanverbindung eine polymerisierbare funktionelle Gruppe aufweist - kann der mindestens eine Kronether und/oder das mindestens eine Kronether-Derivat und/oder das mindestens eine Kronether und/oder Kronether-Derivat umfassende Polymer, beispielsweise mittels Zugabe mindestens eines Polymerisationsinitiators, zum Beispiel mittels Zugabe mindestens eines Radikalstarters, eventuell in Lösung beziehungsweise in mindestens einem Lösungsmittel, zu einem Polymer umgesetzt werden. Insofern das Polymer nicht gelöst sein sollte, kann es in Lösung gebracht werden. Dann kann das aus dem mindestens einen Kronether und/oder Kronether-Derivat ausgebildete Polymer und/oder das mindestens eine Kronether und/oder Kronether-Derivat umfassende Polymer mit der mindestens einen Silanverbindung mit mindestens einer polymerisierbaren und/oder polymerisationsinitiierenden und/oder polymerisationskontrollierenden funktionellen Gruppe, zum Beispiel mit mindestens einer, insbesondere haftvermittelnden, Silanverbindung mit mindestens einer polymerisierbaren funktionellen Gruppe, beispielsweise einem Vinylsilan, wie Trichlorvinylsilan, beispielsweise mittels erneuter Zugabe des mindestens einen Polymerisationsinitiators, zum Beispiel Radikalstarters, umgesetzt werden. So kann vorteilhafterweise die mindestens ein Silanverbindung mit mindestens einer polymerisierbaren und/oder polymerisationsinitiierenden und/oder polymerisationskontrollierenden funktionellen Gruppe mit dem aus dem mindestens einen Kronether und/oder Kronether-Derivat ausgebildeten Polymer und/oder dem mindestens einen Kronether und/oder Kronether-Derivat umfassenden Polymer verknüpft werden. So kann vorteilhafterweise eine Verknüpfung, beispielsweise radikalische Anbindung, der Silanfunktion an das Polymer sichergestellt werden. Dann können beispielsweise die Anodenaktivmaterialpartikel, insbesondere Siliciumpartikel, zugegeben werden. Dabei kann vorteilhafterweise die Silanfunktion, zum Beispiel Trichlorsilan, der mindestens einen Silanverbindung beziehungsweise des daraus ausgebildeten Copolymers auf der Oberfläche der Anodenaktivmaterialpartikel, insbesondere Siliciumpartikel, beispielsweise kovalent, anbinden.
Insofern die mindestens eine Silanverbindung eine polymerisationsinitiierende funktionelle Gruppe, insbesondere zum Starten einer lebenden radikalischen Polymerisation unter Atomtransfer (ATRP-Initiator), aufweist, kann das Umsetzen des mindestens einen Kronethers und/oder Kronether-Derivates und/oder des mindestens eine Kronether und/oder Kronether-Derivat umfassenden Polymers mit der mindestens einen Silanverbindung mit der polymerisationsinitiierenden funktionellen Gruppe insbesondere in Gegenwart mindestens eines Katalysators, beispielsweise mindestens eines Übergangsmetallhalogenids, zum Beispiel eines Kupferhalogenids, und gegebenenfalls mindestens eines Liganden, zum Beispiel eines Stickstoffligand (N-Typ-Ligand), wie Tris[2-(dimethylamino)ethyl]amin), durchgeführt werden. So kann vorteilhafterweise die Polymerisation gestartet werden.
Insofern die mindestens eine Silanverbindung eine polymerisationskontrollierende funktionelle Gruppe, insbesondere für eine Nitroxid-vermittelte Polymerisation (NMP-Mediator) oder für eine reversible Additions-Fragmentierungs-Kettenübertragungs-Polymerisation (RAFT-Agens), aufweist, kann das Umsetzen des mindestens einen Kronethers und/oder Kronether-Derivates und/oder des mindestens eine Kronether und/oder Kronether-Derivat umfassenden Polymers mit der mindestens einen Silanverbindung mit der polymerisationskontrollierenden funktionellen Gruppe insbesondere in Gegenwart mindestens eines Polymerisationsinitiator, beispielsweise Radikalstarters, zum Beispiel AIBN oder BPO, durchgeführt werden. Um die Polymerisationskontrolle weiter zu verbessern, kann gegebenenfalls weiterhin mindestens ein polymerisationskontrollierendes Mittel, insbesondere für eine Nitroxid-vermittelte Polymerisation (NMP-Mediator), und/oder für eine reversible Additions-Fragmentierungs-Kettenübertragungs-Polymerisation (RAFT-Agens), beispielsweise mindestens ein nitroxidbasierter Mediator, zum Beispiel ein Opferinitiatore in Form eines Alkoxyamins, beziehungsweise mindestens eine Thioverbindung, zugegeben werden.
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 (-CI), 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 (-C_nH_2n-) mit n ≥ 1 und/oder mindestens eine Alkylenoxidgruppe (-C_nH_2n-O-) mit n ≥ 1 und/oder mindestens eine Carbonsäureestergruppe (-C=O-O-) und/oder mindestens eine Phenylengruppe (-C₆H₄-) umfassen.
A kann insbesondere für eine polymerisierbare und/oder polymerisationsinitiierende und/oder polymerisationskontrollierende funktionelle Gruppe stehen.
Eine Silanverbindung mit mindestens einer polymerisierbaren funktionellen Gruppe kann vorteilhafterweise als Haftvermittler dienen.
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.
Eine, insbesondere haftvermittelnde, Silanverbindung mit einer polymerisierbaren funktionellen Gruppe kann beispielsweise die allgemeine chemische Formel:
aufweisen. Dabei können R1, R2, R3 insbesondere jeweils unabhängig voneinander für ein Halogenatom, insbesondere Chlor (-CI), 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 Wasserstoff (-H) stehen. Beispielsweise kann SiR1R2R3 dabei für ein Mono-, Di- oder Trichlorsilan stehen. A kann dabei insbesondere für eine funktionelle Gruppe mit mindestens einer Kohlenstoff-Kohlenstoff-Doppelbindung, insbesondere für eine Vinylgruppe oder eine Acrylatgruppe oder eine Methacrylatgruppe, stehen. Dabei kann 1 ≤ n ≤ 20, vorzugsweise 1 ≤ n ≤ 5, insbesondere n = 2 oder 3, sein.
Ein Beispiel für eine, insbesondere haftvermittelnde, Silanverbindung mit einer polymerisierbaren funktionellen Gruppe ist 3-(Trichlorosilyl)propylmethacrylat:
insbesondere wobei R1, R2 und R3 für Chlor, A für Methacrylat stehen und n = 3 ist.
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 Iod (-I), insbesondere Chlor (-CI) oder Brom (-Br), stehen.
Eine Silanverbindung mit einer polymerisationsinitiierenden funktionellen Gruppe, insbesondere zum Starten einer lebenden radikalischen Polymerisation unter Atomtransfer (ATRP-Initiator), kann beispielsweise die allgemeine chemische Formel:
aufweisen. Dabei können R1, R2, R3 insbesondere jeweils unabhängig voneinander für ein Halogenatom, insbesondere Chlor (-CI), oder eine Alkoxygruppe, insbesondere eine Methoxygruppe (-OCH₃) oder eine Ethoxygruppe (-OC₂H₅), oder Wasserstoff (-H) stehen. Beispielsweise kann SiR1R2R3 dabei für ein Mono-, Di- oder Trichlorsilan stehen. A kann dabei insbesondere für ein Halogenatom, beispielsweise Chlor (-CI), Brom (-Br) oder Iod (-I), vorzugsweise Chlor (-CI) oder Brom (-Br), stehen. Dabei kann 1 ≤ n ≤ 20, vorzugsweise 1 ≤ n ≤ 5, insbesondere n = 1 oder 2, und/oder 0 ≤ m ≤ 20, vorzugsweise 0 ≤ m ≤ 5, insbesondere m = 0 oder 1 oder 2, sein.
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):
insbesondere wobei R1, R2 und R3 sowie A für Chlor stehen und n = 1 und m = 0 ist.
Im Rahmen einer anderen Ausgestaltung dieser Ausführungsform steht A für eine polymerisationskontrollierende funktionelle Gruppe.
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.
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:
und/oder
die 2,2,5-Trimethyl-4-phenyl-3-azahexane-3-oxyl-(TIPNO)-basierte Alkoxyamin-Silanverbindung der Formel:
und/oder die N-tertButyl-N-[1-diethylphosphono-(2-2-dimethylpropyl)nitroxid]-(SGl)-basierte Alkoxyamin-Silanverbindung der Formel:
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.
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.
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.
Beispiele für Silanverbindungen mit einer polymerisationskontrollierenden funktionellen Gruppe, insbesondere für eine reversible Additions-Fragmentierungs-Kettenübertragungs-Polymerisation (RAFT-Agens), sind die Trithiocarbonat- beziehungsweise Dithioesterverbindung:
und/oder
und/oder
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.
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.
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.
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.
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.
Y' kann insbesondere für einen Linker, also eine verbrückende Einheit, stehen. Beispielsweise kann Y' mindestens eine Alkylengruppe (-C_nH_2n-) mit n ≥ 0, insbesondere n ≥ 1, und/oder mindestens eine Alkylenoxidgruppe (-C_nH_2n-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 -C_nH_2n- mit 0 ≤ n ≤ 5, beispielsweise n = 1 oder 2 oder 3, stehen.
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.
R1, R2, R3 können insbesondere jeweils unabhängig voneinander für ein Halogenatom, insbesondere Chlor (-CI), 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:
umfassen.
Beispiele für derartige, insbesondere kronetherbasierte, Silanverbindungen sind:
und/oder
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.
Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform erfolgt die Polymerisation beziehungsweise Umsetzung des mindestens einen Kronethers und/oder Kronether-Derivates 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 Kronethers und/oder Kronether-Derivates kann das mindestens eine Lösungsmittel insbesondere wieder entfernt werden.
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.
Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform - insbesondere im Rahmen derer die Polymerisation des mindestens einen Kronethers und/oder Kronether-Derivats 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 Anodenaktivmaterialpartikel, insbesondere Siliciumpartikeln, ausgebildet und beispielsweise die zur Beschichtung der Anodenaktivmaterialpartikel, insbesondere Siliciumpartikel, erforderliche Menge an dem mindestens einen Kronether und/oder Kronether-Derivat minimiert werden.
Im Rahmen einer Ausgestaltung dieser Ausführungsform umfasst das Verfahren die Verfahrensschritte:

a) Mischen der Anodenaktivmaterialpartikel, insbesondere Siliciumpartikel, und des mindestens einen Kronethers und/oder Kronether-Derivates,
b) Starten der Polymerisation des mindestens einen Kronethers und/oder Kronether-Derivates mittels, beispielsweise durch Zugabe, des mindestens eines 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.

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.
Im Rahmen einer anderen Ausführungsform - insbesondere im Rahmen derer die Polymerisation des mindestens einen Kronethers und/oder Kronether-Derivates 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 Kronether und/oder Kronether-Derivat 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 Anodenaktivmaterialpartikeln, insbesondere Siliciumpartikel, die mindestens eine weitere Elektrodenkomponente und der mindestens eine Kronether und/oder das mindestens eine Kronether-Derivat gleichzeitig miteinander gemischt werden. Gegebenenfalls können jedoch auch zunächst die Anodenaktivmaterialpartikeln, insbesondere Siliciumpartikel, und die mindestens eine Elektrodenkomponente miteinander gemischt werden und dann der mindestens eine Kronether und/oder das mindestens eine Kronether-Derivat zu der Mischung zugegeben werden.
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 Kronethers und/oder Kronether-Derivates 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 Kronether und/oder Kronether-Derivat ausgebildete Polymer auch als Binder für die herzustellende Anode dienen. Gegebenenfalls kann hierbei auf die Zugabe eines zusätzlichen Binders als weitere Elektrodenkomponente verzichtet werden.
Zum Beispiel kann das Verfahren dabei die Verfahrensschritte:

a') Mischen der Anodenaktivmaterialpartikel, insbesondere Siliciumpartikel, und mindestens einer weiteren Elektrodenkomponente und des mindestens einen Kronethers und/oder Kronether-Derivates,
b') Starten der Polymerisation des mindestens einen Kronethers und/oder Kronether-Derivates mittels, beispielsweise durch Zugabe, des mindestens eines Polymerisationsinitiators, zum Beispiel mittels, beispielsweise durch Zugabe, des mindestens einen Polymerisationsinitiators und/oder 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') der mindestens eine Kronether und/oder das mindestens eine Kronether-Derivat zu der Mischung aus Anodenaktivmaterialpartikeln, insbesondere Siliciumpartikeln, und der mindestens einen weiteren Elektrodenkomponente zugegeben werden.

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.
Im Rahmen einer anderen Ausgestaltung werden die Anodenaktivmaterialpartikel, insbesondere Siliciumpartikel, mit mindestens einer weiteren Elektrodenkomponente und mit dem mindestens Kronether und/oder Kronether-Derivat 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.
So kann vorteilhafterweise die Zahl der Prozessschritte weiter verringert und das Verfahren weiter vereinfacht werden. Zudem kann hierbei das aus dem mindestens einen Kronether und/oder Kronether-Derivat ausgebildet Polymer 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.
Zum Beispiel kann dabei das Verfahren die Verfahrensschritte:

a") Mischen der Anodenaktivmaterialpartikel, insbesondere Siliciumpartikel, mindestens einer weiteren Elektrodenkomponente, des mindestens einen Kronethers und/oder Kronether-Derivates und des mindestens einen Polymerisationsinitiators, insbesondere Mischen der Anodenaktivmaterialpartikel, insbesondere Siliciumpartikel, mindestens einer weiteren Elektrodenkomponente, des mindestens einen Kronethers und/oder Kronether-Derivates 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 Kronethers und/oder Kronether-Derivates durch Bestrahlen, insbesondere mit Ultravioletterstrahlung und/oder durch Erwärmen beziehungsweise Erhitzen der Mischung.

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.
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.
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.
Insbesondere kann dabei der mindestens eine Kronether und/oder das mindestens eine Kronether-Derivat und/oder das mindestens einen Kronether und/oder Kronether-Derivat umfassende Polymer Carbonsäuregruppen (-COOH) und/oder Hydroxygruppen (-OH) aufweisen.
Insofern sowohl der mindestens eine, gegebenenfalls zusätzliche, Binder und der mindestens eine Kronether und/oder das mindestens eine Kronether-Derivat und/oder das mindestens einen Kronether und/oder Kronether-Derivat umfassende 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.
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: Si-PAA + PAA: -COOH + -COOH → Anhydrid-Verbindung Si-PAA + CMC: -COOH + -COOH → Anhydrid-Verbindung Si-PAA + PVAL: -COOH + -OH → Ester-Verbindung
Gegebenenfalls - insbesondere im Rahmen der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen, im Rahmen derer das aus dem mindestens einen Kronether und/oder Kronether-Derivat 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.
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.
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.
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.
Hinsichtlich weiterer technischer Merkmale und Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens wird hiermit explizit auf die Erläuterungen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Anodenaktivmaterial, der erfindungsgemäßen Anode, dem erfindungsgemäßen Elektrolyten, dem erfindungsgemäßen Elektrolytadditv und der erfindungsgemäßen Zelle und/oder Batterie sowie auf die Figuren und die Figurenbeschreibung verwiesen.
Weitere Gegenstände der vorliegenden Erfindung sind ein Anodenaktivmaterial und/oder eine Anode und/oder ein Elektrolyt, insbesondere Anolyt, für eine Lithium-Zelle und/oder Lithium-Batterie, insbesondere für eine Lithium-Ionen-Zelle und/oder Lithium-Ionen-Batterie, welches/welche/welcher durch ein erfindungsgemäßes Verfahren hergestellt ist und/oder wobei das Anodenaktivmaterial und/oder die Anode Anodenaktivmaterialpartikel, beispielsweise Siliciumpartikel und/oder Graphitpartikel und/oder Zinnpartikel, insbesondere Siliciumpartikel, umfasst, welche mit mindestens einem Polymer versehen, insbesondere beschichtet, sind, welches beispielsweise aus mindestens einem Kronether und/oder Kronether-Derivat mit mindestens einer polymerisierbaren funktionellen Gruppe ausgebildet ist, und/oder wobei der Elektrolyt, insbesondere Anolyt, mindestens einen Kronether und/oder mindestens ein Kronether-Derivat mit mindestens einer polymerisierbaren funktionellen Gruppe, beispielsweise als Elektrolytadditiv, zum Beispiel Anolytadditiv, umfasst, insbesondere enthält.
Ein erfindungsgemäßes beziehungsweise erfindungsgemäß hergestelltes Anodenaktivmaterial, beispielsweise das mindestens eine Kronether und/oder Kronether-Derivat umfassende Polymer, und/oder eine erfindungsgemäße beziehungsweise erfindungsgemäß hergestellte Anode und/oder ein erfindungsgemäßer beziehungsweise erfindungsgemäß hergestellter Elektrolyt und/oder ein erfindungsgemäßes Elektrolytadditiv 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.
Hinsichtlich weiterer technischer Merkmale und Vorteile des erfindungsgemäßen Anodenaktivmaterial, des erfindungsgemäßen Elektrolyten und der erfindungsgemäßen Anode wird hiermit explizit auf die Erläuterungen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren, dem erfindungsgemäßen Elektrolytadditv und der erfindungsgemäßen Zelle und/oder Batterie sowie auf die Figuren und die Figurenbeschreibung verwiesen.
Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Elektrolytadditiv, insbesondere Anolytadditiv, für eine Lithium-Zelle und/oder Lithium-Batterie, insbesondere für eine Lithium-Ionen-Zelle und/oder Lithium-Ionen-Batterie, welches mindestens einen Kronether und/oder mindestens ein Kronether-Derivat mit mindestens einer polymerisierbaren funktionellen Gruppe umfasst beziehungsweise die Verwendung eines Kronethers und/oder Kronether-Derivats mit mindestens einer polymerisierbaren funktionellen Gruppe als Elektrolytadditiv, insbesondere Anolytadditiv.
Hinsichtlich weiterer technischer Merkmale und Vorteile des erfindungsgemäßen Elektrolytadditivs wird hiermit explizit auf die Erläuterungen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren, dem erfindungsgemäßen Anodenaktivmaterial, dem erfindungsgemäßen Elektrolyten, der erfindungsgemäßen Anode und der erfindungsgemäßen Zelle und/oder Batterie sowie auf die Figuren und die Figurenbeschreibung verwiesen.
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 und/oder einen erfindungsgemäßen Elektrolyten und/oder ein erfindungsgemäßes Elektrolytadditiv umfasst.
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, der erfindungsgemäßen Anode, dem erfindungsgemäßen Elektrolyten, dem erfindungsgemäßen Elektrolytadditv sowie auf die Figuren und die Figurenbeschreibung verwiesen.
Figurenliste
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Gegenstände werden durch die Zeichnungen und Ausführungsbeispiele veranschaulicht und in der nachfolgenden Beschreibung erläutert. Dabei ist zu beachten, dass die Zeichnungen und Ausführungsbeispiele 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 einen schematischen Querschnitt durch eine Anode, welche gemäß der in 1a gezeigten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellt ist;
2a ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung einer weiteren
Ausführungsform des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens; und 2b einen schematischen Querschnitt durch eine Anode, welche gemäß der in 2a gezeigten, weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellt ist,
3a ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens;
3b ein Reaktionsschema zur Veranschaulichung der in 3a gezeigten weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens; und
4 ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens.

Die 1a und 2a veranschaulichen, dass in dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines Anodenaktivmaterials beziehungsweise einer Anode 100,100' für eine Lithium-Zelle und/oder Lithium-Batterie, insbesondere für eine Lithium-Ionen-Zelle und/oder Lithium-Ionen-Batterie, Anodenaktivmaterialpartikel, insbesondere Siliciumpartikel, 1 und mindestens ein Kronether und/oder Kronether-Derivat 2 mit mindestens einer polymerisierbaren funktionellen Gruppe gemischt werden und die Polymerisation der mindestens einen polymerisierbaren funktionellen Gruppe des mindestens einen Kronethers und/oder Kronether-Derivats 2, gegebenenfalls mittels mindestens eines Polymerisationsinitiators 3, gestartet wird. Die Polymerisation kann dabei beispielsweise eine lebende radikalische Polymerisation, zum Beispiel eine lebende radikalische Polymerisation unter Atomtransfer (ATRP) oder eine stabile freie Radikale Polymerisation (SFRP), beispielsweise eine Nitroxid-vermittelte Polymerisation (NMP), oder eine reversible Additions-Fragmentierungs-Kettenübertragungs-Polymerisation (RAFT), sein.
Im Rahmen der in 1a veranschaulichten Ausführungsform werden in einem Verfahrensschritt a) Anodenaktivmaterialpartikel, insbesondere Siliciumpartikel, 1 und mindestens ein Kronether und/oder Kronether-Derivat 2 gemischt. Die Polymerisation der mindestens einen polymerisierbaren funktionellen Gruppe des mindestens einen Kronethers und/oder Kronether-Derivats 2 kann dabei, beispielsweise durch Zugabe eines Polymerisationsinitiators 3, in einem Verfahrensschritt b) gestartet werden. Um das Molekulargewicht des entstehenden Polymers 20 besser zu kontrollieren, kann die Polymerisation in einem Lösungsmittel durchgeführt werden (Lösungspolymerisation), zum Beispiel welches nach der Polymerisation wieder entfernt wird. Dabei werden - wie auch in 1b veranschaulicht - die Anodenaktivmaterialpartikel, insbesondere Siliciumpartikel, 1 mit dem, durch die Polymerisation ausgebildeten Polymer 20 beschichtet. Die beschichteten Anodenaktivmaterialpartikel, insbesondere Siliciumpartikel, 1,20 werden dann in einem Verfahrensschritt c) mit einer oder mehreren, weiteren Elektrodenkomponenten, wie Graphit und/oder Leitruß 4 und Binder 5 und/oder Lösungsmittel, gemischt. Wie in 1b veranschaulicht, kann dabei der als weitere Elektrodenkomponente dienende Binder 5 insbesondere unterschiedlich zu dem aus dem mindestens einen Kronether und/oder Kronether-Derivat 2 ausgebildeten Polymer 20 sein. In einem Verfahrensschritt d) wird dann die Mischung 1,20,4,5 zu einer Anode 100 verarbeitet, beispielsweise gerakelt.
1b veranschaulicht, dass eine entsprechend hergestellte Anode 100 mit Polymer 20 beschichtete Anodenaktivmaterialpartikel, insbesondere Siliciumpartikel, 1 sowie Graphit- und/oder Leitruß-Partikel 4 umfassen kann, welche in einen zusätzlichen Binder 5 eingebettet sind.
Im Rahmen der in 2a veranschaulichten Ausführungsform werden - im Zuge eines Mischens eines Schlickers zur Ausbildung einer Anode 100' - in einem Verfahrensschritt a') Anodenaktivmaterialpartikel, insbesondere Siliciumpartikel, 1 und mindestens eine weitere Elektrodenkomponente, wie Graphit und/oder Leitruß 4 und gegebenenfalls Binder, in einem Lösungsmittel gemischt. Zu der Mischung aus den Anodenaktivmaterialpartikeln, insbesondere Siliciumpartikeln, 1 und der mindestens einen weiteren Elektrodenkomponente 4 wird dann mindestens ein Kronether und/oder Kronether-Derivat 2 mit mindestens einer polymerisierbaren funktionellen Gruppe zugegeben. Anschließend wird in einem Verfahrensschritt b') die Polymerisation der mindestens einen polymerisierbaren funktionellen Gruppe des mindestens einen Kronethers und/oder Kronether-Derivats 2 zu einem Polymer 20, beispielsweise mittels mindestens eines Polymerisationsinitiators 3, direkt während des Schlickermischens gestartet (in-situ Polymerisation) und der resultierende Schlicker 1,4,20 anschließend in einem Verfahrensschritt c'), beispielsweise gerakelt, und direkt und zu einer Anode 100' verarbeitet.
2b veranschaulicht, dass das aus dem mindestens einen Kronether und/oder Kronether-Derivat 2 ausgebildete Polymer 20 im Rahmen dieser Ausführungsform auch als Binder 20 dienen kann, in welchen 20 bei einer entsprechend hergestellten Anode 100' Anodenaktivmaterialpartikel, insbesondere Siliciumpartikel, 1 sowie Graphit- und/oder Leitruß-Partikel 4 eingebettet sind.
3a veranschaulicht, dass im Rahmen einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, beispielsweise in einem Verfahrensschritt A), mindestens eine Silanverbindung 2* mit mindestens einer polymerisierbaren und/oder polymerisationsinitiierenden und/oder polymerisationskontrollierenden funktionellen Gruppe auf der Oberfläche von Anodenaktivmaterialpartikeln, insbesondere Siliciumpartikeln, 1 immobilisiert wird. Bei der mindestens einen Silanverbindung 2* kann es sich beispielsweise um ein Vinylsilan oder einen silanbasierten ATRP-Initiator oder einen silanbasierten NMP-Mediator oder eine silanbasierte RAFT-Agens handeln.
Zu dem Reaktionsprodukt 12* wird dann, beispielsweise in einem Verfahrensschritt B), mindestens ein Kronether und/oder Kronether-Derivat 2 mit mindestens einer polymerisierbaren funktionellen Gruppe zugegeben. Dabei wird ausgehend von der Oberfläche der Anodenaktivmaterialpartikel, insbesondere Siliciumpartikel, ein (Co-)Polymer 12*2 gebildet und die Anodenaktivmaterialpartikel, insbesondere Siliciumpartikel, 1 auf diese Weise beschichtet.
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 4 und Binder 5 und/oder Lösungsmittel, gemischt und die Mischung 12*2,4,5, beispielsweise in einem Verfahrensschritt D), zu einer Anode 100" verarbeitet, beispielsweise gerakelt, werden. Eine entsprechend hergestellte Anode 100" kann einen zu dem in 1a dargestellten, ähnlichen schematischen Querschnitt aufweisen und mit Polymer 2*2(20) beschichtete Anodenaktivmaterialpartikel, insbesondere Siliciumpartikel, 1 sowie Graphit- und/oder Leitruß-Partikel 4 umfassen kann, welche in einen zusätzlichen Binder 5 eingebettet sind.
3b veranschaulicht, dass dabei die mindestens eine Silanverbindung 2*, zum Beispiel 4-(Chloromethyl)phenyltrichlorosilan, beispielsweise mittels Kondensationsreaktion mit Hydroxygruppen, insbesondere Siliciumhydroxidgruppen beziehungsweise Silanolgruppen (Si-OH), auf der Oberfläche der Anodenaktivmaterialpartikel, insbesondere Siliciumpartikel,1 eine, insbesondere kovalente, Bindung mit den Anodenaktivmaterialpartikeln, insbesondere Siliciumpartikeln, 1 eingehen und eine von der Oberfläche der Anodenaktivmaterialpartikel, insbesondere Siliciumpartikel, 1 ausgehende Polymerisation der mindestens einen polymerisierbaren funktionellen Gruppe des mindestens einen Kronethers und/oder Kronether-Derivats 2 starten kann.
4 veranschaulicht, dass im Rahmen einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, beispielsweise in einem Verfahrensschritt A'), mindestens ein Kronether und/oder Kronether-Derivat 2 mit mindestens einer polymerisierbaren funktionellen Gruppe und/oder mindestens ein, aus dem mindestens einen Kronether und/oder Kronether-Derivat 2 ausgebildetes Polymer mit mindestens einer Silanverbindung 2* mit mindestens einer polymerisierbaren und/oder polymerisationsinitiierenden und/oder polymerisationskontrollierenden funktionellen Gruppe umgesetzt wird. Bei der mindestens einen Silanverbindung 2* kann es sich beispielsweise um ein Vinylsilan oder einen silanbasierten ATRP-Initiator oder einen silanbasierten NMP-Mediator oder eine silanbasierte RAFT-Agens handeln.
Dabei wird ein (Co-)Polymer 22* gebildet, zu dem 22* dann, beispielsweise in einem Verfahrensschritt B'), Anodenaktivmaterialpartikeln, insbesondere Siliciumpartikel, 1 zugegeben werden. Dabei geht die Silanfunktion des bei der Umsetzung ausgebildeten (Co-)Polymers 22*, beispielsweise mittels Kondensationsreaktion, zum Beispiel mit Hydroxygruppen, insbesondere Siliciumhydroxidgruppen beziehungsweise Silanolgruppen (Si-OH), auf der Oberfläche der Anodenaktivmaterialpartikel, insbesondere Siliciumpartikel, 1 eine, insbesondere kovalente, Bindung mit den Anodenaktivmaterialpartikeln, insbesondere Siliciumpartikeln, 1 ein und die Anodenaktivmaterialpartikeln, insbesondere Siliciumpartikel, 1 werden auf diese Weise beschichtet.
Die beschichteten Anodenaktivmaterialpartikel, insbesondere Siliciumpartikel, 122* können dann, beispielsweise in einem Verfahrensschritt C'), mit einer oder mehreren, weiteren Elektrodenkomponenten, wie Graphit und/oder Leitruß 4 und Binder 5 und/oder Lösungsmittel, gemischt und die Mischung 122*,4,5, beispielsweise in einem Verfahrensschritt D'), zu einer Anode 100''' verarbeitet, beispielsweise gerakelt, werden. Eine entsprechend hergestellte Anode 100''' kann einen zu dem in 1a dargestellten, ähnlichen schematischen Querschnitt aufweisen und mit Polymer 22*(20) beschichtete Anodenaktivmaterialpartikel, insbesondere Siliciumpartikel, 1 sowie Graphit- und/oder Leitruß-Partikel 4 umfassen kann, welche in einen zusätzlichen Binder 5 eingebettet sind.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

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US 2015/0072246 A1 [0006]
US 2010/0273066 A1 [0007]
US 2012/0007028 A1 [0008]
CN 104362300 [0009]
US 2014/0342222 A1 [0010]
WO 2015/107581 [0013]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

H. Zhao et al beschreibt in J. Power Sources, 263, 2014, S. 288-295 [0011]
J.-H. Min et al beschreibt in Bull. Korean. Chem. Soc., 2013, Vol. 34, No. 4., S. 1296-1299 [0012]

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Anodenaktivmaterials und/oder einer Anode (100,100',100",100''') und/oder eines Elektrolyten für eine Lithium-Zelle und/oder Lithium-Batterie, insbesondere für eine Lithium-Ionen-Zelle und/oder Lithium-Ionen-Batterie, und/oder zur Herstellung einer Lithium-Zelle und/oder Lithium-Batterie, insbesondere einer Lithium-Ionen-Zelle und/oder Lithium-Ionen-Batterie, in dem Anodenaktivmaterialpartikel (1) und/oder ein Elektrolyt mit mindestens einem Kronether und/oder Kronether-Derivat (2) mit mindestens einer polymerisierbaren funktionellen Gruppe und/oder mit mindestens einem Kronether und/oder Kronether-Derivat umfassenden Polymer versehen werden.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der mindestens eine Kronether und/oder das mindestens eine Kronether-Derivat (2) polymerisiert wird und/oder das mindestens eine Kronether und/oder Kronether-Derivat umfassende Polymer durch Polymerisation des mindestens einen Kronethers und/oder Kronether-Derivats (2) ausgebildet ist oder wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Anodenaktivmaterialpartikel (1) und/oder der Elektrolyt weiterhin mit mindestens einem weiteren polymerisierbaren Monomer und/oder mit mindestens einem, durch Polymerisation des mindestens einen Kronethers und/oder Kronether-Derivats (2) und mindestens eines weiteren polymerisierbaren Monomers ausgebildeten Polymer versehen werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Anodenaktivmaterialpartikel (1) mit mindestens einem, durch Polymerisation des mindestens einen Kronether und/oder Kronether-Derivats (2) ausgebildeten Polymer beschichtet werden und/oder der Elektrolyt mit dem mindestens einen Kronether und/oder Kronether-Derivat (2) versetzt wird, insbesondere wobei Anodenaktivmaterialpartikel (1) mit mindestens einem, durch Polymerisation des mindestens einen Kronether und/oder Kronether-Derivats (2) und des mindestens einen weiteren polymerisierbaren Monomers ausgebildeten Polymer beschichtet werden und/oder der Elektrolyt mit dem mindestens einen Kronether und/oder Kronether-Derivat (2) und mit dem mindestens einen weiteren polymerisierbaren Monomer versetzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der mindestens eine Kronether und/oder das mindestens eine Kronether-Derivat (2) und/oder das mindestens eine weitere polymerisierbare Monomer durch eine lebende radikalische Polymerisation, insbesondere durch eine lebende radikalische Polymerisation unter Atomtransfer oder durch eine stabile freie Radikale Polymerisation, beispielsweise durch eine Nitroxid-vermittelte Polymerisation, oder durch eine reversible Additions-Fragmentierungs-Kettenübertragungs-Polymerisation, polymerisierbar ist und/oder polymerisiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Anodenaktivmaterialpartikel (1) Siliciumpartikel und/oder Graphitpartikel und/oder Zinnpartikel, insbesondere Siliciumpartikel, umfassen oder sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die mindestens eine polymerisierbare funktionelle Gruppe des mindestens einen Kronethers und/oder Kronether-Derivats (2) mindestens eine polymerisierbare Doppelbindung und/oder mindestens eine Hydroxygruppe umfasst oder ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die mindestens eine polymerisierbare funktionelle Gruppe des mindestens einen Kronethers und/oder Kronether-Derivats (2) und/oder das mindestens eine weitere polymerisierbare Monomer mindestens eine Vinylgruppe und/oder mindestens eine Vinylidengruppe und/oder mindestens eine Vinylengruppe und/oder mindestens eine Allylgruppe, insbesondere Allyloxyalkylgruppe, und/oder mindestens eine Acrylatgruppe und/oder mindestens eine Methacrylatgruppe und/oder mindestens eine Hydroxygruppe, insbesondere Alkylenhydroxygruppe, umfasst oder ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die mindestens eine polymerisierbare funktionelle Gruppe des mindestens einen Kronethers und/oder Kronether-Derivats (2) und/oder das mindestens eine weitere polymerisierbare Monomer mindestens eine Kohlenstoff-Kohlenstoff-Doppelbindung umfasst oder ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei der mindestens ein Kronether und/oder das mindestens eine Kronether-Derivat (2) einen Kronether beziehungsweise ein Kronether-Derivat der allgemeinen chemischen Formel:
umfasst, wobei Q1, Q2, Q3 und Qk jeweils unabhängig voneinander für Sauerstoff oder Stickstoff oder ein Amin, insbesondere Sauerstoff, stehen, wobei k für die Anzahl der in Klammern stehenden Einheit steht, wobei G für mindestens eine polymerisierbare funktionelle Gruppe steht und wobei g für die Anzahl an polymerisierbaren funktionellen Gruppen G steht.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei G mindestens eine Vinylgruppe und/oder mindestens eine Vinylidengruppe und/oder mindestens eine Vinylengruppe und/oder mindestens eine Allylgruppe, insbesondere Allyloxyalkylgruppe, und/oder mindestens eine Hydroxygruppe, insbesondere Alkylenhydroxygruppe, umfasst.
Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, wobei G weiterhin mindestens eine Benzogruppe und/oder Cyclohexanogruppe umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei der mindestens eine Kronether und/oder das mindestens eine Kronether-Derivat (2) einen Kronether beziehungsweise ein Kronether-Derivat der allgemeinen chemischen Formel:
umfasst, wobei G' für mindestens eine polymerisierbare funktionelle Gruppe, insbesondere für mindestens eine Vinylgruppe und/oder mindestens eine Vinylidengruppe und/oder mindestens eine Vinylengruppe und/oder mindestens eine Allylgruppe und/oder mindestens eine Hydroxygruppe, steht und wobei 1 ≤ g' ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei der mindestens eine Kronether und/oder das mindestens eine Kronether-Derivat (2) und/oder das mindestens eine Kronether und/oder Kronether-Derivat umfassende Polymer weiterhin mindestens eine Silangruppe aufweist und/oder wobei mindestens eine Silanverbindung (2*) mit mindestens einer polymerisierbaren und/oder polymerisationsinitiierenden und/oder polymerisationskontrollierenden funktionellen Gruppe eingesetzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei der mindestens ein Kronether und/oder das mindestens eine Kronether-Derivat (2) einen Kronether beziehungsweise ein Kronether-Derivat der allgemeinen chemischen Formel:
umfasst, wobei R1, R2, R3 jeweils unabhängig voneinander für ein Halogenatom oder eine Alkoxygruppe oder eine Alkylgruppe oder eine Aminogruppe oder eine Silazangruppe oder eine Hydroxygruppe oder Wasserstoff stehen, Q1, Q2, Q3 und Qk jeweils unabhängig voneinander für Sauerstoff oder Stickstoff oder ein Amin, insbesondere Sauerstoff, stehen, k für die Anzahl der in Klammern stehenden Einheit steht, G für mindestens eine polymerisierbare funktionelle Gruppe steht, g für die Anzahl an polymerisierbaren funktionellen Gruppen G steht, Y' für einen Linker, insbesondere für -C_nH_2n- mit n = 1 oder 2 oder 3, steht, und s für die Anzahl an, insbesondere über den Linker Y' angebundenen, Silangruppen steht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 15, wobei das mindestens eine weitere polymerisierbare Monomer (2): - mindestens eine polymerisierbare Carbonsäure und/oder - mindestens ein polymerisierbares Carbonsäure-Derivat, insbesondere - mindestens polymerisierbares organische Carbonat und/oder Anhydrid, und/oder - mindestens einen Carbonsäureester, und/oder - mindestens ein Carbonsäurenitril, und/oder - mindestens einen Ether, insbesondere mindestens einen weiteren Kronether und/oder mindestens ein weiteres Kronether-Derivat und/oder mindestens einen Vinylether, und/oder - mindestens einen, insbesondere aliphatischen oder aromatischen, ungesättigten Kohlenwasserstoff, umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 16, wobei das mindestens eine weitere polymerisierbare Monomer (2) Acrylsäure und/oder Methacrylsäure und/oder Vinylencarbonat und/oder Vinylethylencarbonat und/oder Maleinsäureanhydrid und/oder Poly(ethylenglykol)methyletheracrylat und/oder Methylmethacrylat und/oder Vinylacetat und/oder Acrylnitril und/oder mindestens einen weiteren Kronether und/oder mindestens ein weiteren Kronether-Derivat mit mindestens einer polymerisierbaren funktionellen Gruppe, insbesondere mit mindestens einer polymerisierbaren Doppelbindung, und/oder mit mindestens einer Hydroxygruppe, und/oder einen Trifluorvinylether und/oder 1,1-Difluorethen und/oder Hexafluorpropen und/oder 3,3,4,4,5,5,6,6,6-Nonafluorhexen und/oder 2,3,4,5,6-Pentafluorphenylethen und/oder 4-(Trifluormethyl)phenylethen und/oder Styrol und/oder ein Derivat davon umfasst oder ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17, wobei die Anodenaktivmaterialpartikel (1) mit mindestens einem Kronether und/oder Kronether-Derivat mit mindestens einer polymerisierbaren funktionellen Gruppe gemischt und polymerisiert werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18, - wobei die mindestens eine Silangruppe des mindestens einen Kronethers und/oder Kronether-Derivats auf der Oberfläche der Anodenaktivmaterialpartikel (1), insbesondere Siliciumpartikel, immobilisiert wird und die mindestens eine polymerisierbare funktionelle Gruppe des mindestens einen Kronethers und/oder Kronether-Derivats polymerisiert, oder - wobei mindestens eine Silanverbindung (2*) mit mindestens einer polymerisierbaren und/oder polymerisationsinitiierenden und/oder polymerisationskontrollierenden funktionellen Gruppe auf der Oberfläche der Anodenaktivmaterialpartikel (1), insbesondere Siliciumpartikel, immobilisiert und der mindestens eine Kronether und/oder das mindestens eine Kronether-Derivat (2) zugegeben und polymerisiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 19, - wobei der mindestens eine Kronether und/oder das mindestens eine Kronether-Derivat (2), insbesondere in mindestens einem Lösungsmittel, polymerisiert wird und Anodenaktivmaterialpartikel, insbesondere Siliciumpartikel, insbesondere zu der Lösung, zugegeben werden, und/oder - wobei das mindestens eine Kronether und/oder Kronether-Derivat umfassende Polymer in mindestens einem Lösungsmittel gelöst wird und zu der Lösung Anodenaktivmaterialpartikel, insbesondere Siliciumpartikel, zugegeben werden, wobei das mindestens eine Lösungsmittel wieder entfernt wird.
Verfahren nach Anspruch 20, wobei der mindestens eine Kronether und/oder das mindestens eine Kronether-Derivat (2) und/oder das mindestens eine Kronether und/oder Kronether-Derivat umfassende Polymer mindestens eine Silangruppe aufweist und/oder mit mindestens einer Silanverbindung (2*) mit mindestens einer polymerisierbaren und/oder polymerisationsinitiierenden und/oder polymerisationskontrollierenden funktionellen Gruppe umgesetzt, insbesondere polymerisiert, wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 21, wobei die mindestens eine Silanverbindung mindestens eine Silanverbindung der allgemeinen chemischen Formel:
umfasst, wobei R1, R2, R3 jeweils unabhängig voneinander für ein Halogenatom oder eine Alkoxygruppe oder eine Alkylgruppe oder eine Aminogruppe oder eine Silazangruppe oder eine Hydroxygruppe oder Wasserstoff stehen, Y für einen Linker steht, insbesondere wobei Y mindestens eine Alkylengruppe und/oder mindestens eine Alkylenoxidgruppe und/oder mindestens eine Carbonsäureestergruppe und/oder mindestens eine Phenylengruppe umfasst, und A für eine polymerisierbare und/oder polymerisationsinitiierende und/oder polymerisationskontrollierende funktionelle Gruppe steht, insbesondere wobei A für eine polymerisierbare funktionelle Gruppe mit mindestens einer polymerisierbaren Doppelbindung, insbesondere für eine Vinylgruppe oder eine Vinylidengruppe oder eine Vinylengruppe oder eine Acrylatgruppe oder eine Methacrylatgruppe, steht, oder wobei A für eine polymerisationsinitiierende funktionelle Gruppe zum Starten einer lebenden radikalischen Polymerisation unter Atomtransfer, insbesondere für Brom oder Chlor, steht, oder wobei A für eine polymerisationskontrollierende funktionelle Gruppe für eine Nitroxid-vermittelte Polymerisation, insbesondere für eine Nitroxidgruppe und/oder Alkoxyamingruppe, oder für eine polymerisationskontrollierende funktionelle Gruppe für eine reversible Additions-Fragmentierungs-Kettenübertragungs-Polymerisation, insbesondere für eine Thiogruppe, steht.
Anodenaktivmaterial und/oder Anode (100,100',100",100''') und/oder Elektrolyt für eine Lithium-Zelle und/oder Lithium-Batterie, insbesondere für eine Lithium-Ionen-Zelle und/oder Lithium-Ionen-Batterie, hergestellt durch ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 21 und/oder wobei das Anodenaktivmaterial und/oder die Anode (100,100', 00",100''') Anodenaktivmaterialpartikel (1), insbesondere Siliciumpartikel, umfasst, welche mit mindestens einem Polymer versehen sind, welches aus mindestens einem Kronether und/oder Kronether-Derivat mit mindestens einer polymerisierbaren funktionellen Gruppe ausgebildet ist, und/oder wobei der Elektrolyt mindestens einen Kronether und/oder mindestens ein Kronether-Derivat mit mindestens einer polymerisierbaren funktionellen Gruppe enthält.
Elektrolytadditiv für eine Lithium-Zelle und/oder Lithium-Batterie, insbesondere für eine Lithium-Ionen-Zelle und/oder Lithium-Ionen-Batterie, umfassend mindestens einen Kronether und/oder mindestens ein Kronether-Derivat (2) mit mindestens einer polymerisierbaren funktionellen Gruppe.
Lithium-Zelle und/oder Lithium-Batterie, insbesondere Lithium-Ionen-Zelle und/oder Lithium-Ionen-Batterie, hergestellt durch ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 22 und/oder umfassend ein Anodenaktivmaterial und/oder eine Anode (100,100',100",100''') und/oder einen Elektrolyten nach Anspruch 23 und/oder ein Elektrolytadditiv nach Anspruch 24.