WO2015086461A1

WO2015086461A1 - Nitrogen-containing composite materials, production and use thereof

Info

Publication number: WO2015086461A1
Application number: PCT/EP2014/076744
Authority: WO
Inventors: Arno Lange; Gerhard Cox; Hannes Wolf; Szilard Csihony; Stefan Spange; Lysann KASSNER; Anja KNOBLAUCH
Original assignee: Basf Se
Priority date: 2013-12-13
Filing date: 2014-12-05
Publication date: 2015-06-18

Abstract

The invention relates to composite materials containing a) at least one nitrogen and (semi) metal-containing phase (a) and b) at least one organic polymer phase (b). The invention also relates to a method for producing said type of composite materials, to the use of said type of composite materials for producing electroactive materials and to electrochemical cells containing the electroactive materials.

Description

Stickstoff-haltige Kompositmaterialien, deren Herstellung und Verwendung Beschreibung Die vorliegende Erfindung betrifft Kompositmaterialien enthaltend a) mindestens eine Stickstoff- und (Halb-)Metall-haltige Phase (a), sowie b) mindestens eine organische Polymerphase (b). Weiterhin betrifft die Erfindung auch Verfahren zur Herstellung solcher Kompositmaterialien, die Verwendung solcher Kompositmaterialien zur Herstellung von elektroaktiven Materialien sowie elektrochemische Zellen enthaltend die elektroaktiven Materialien. Description: The present invention relates to composite materials comprising a) at least one nitrogen and (semi-) metal-containing phase (a), and b) at least one organic polymer phase (b). Furthermore, the invention also relates to methods for producing such composite materials, the use of such composite materials for the production of electroactive materials and electrochemical cells containing the electroactive materials.

Sekundärbatterien, Akkumulatoren, Akkus oder„wiederaufladbare Batterien" sind nur einige Ausführungsformen, um elektrische Energie nach der Erzeugung zu speichern und bei Bedarf einsetzen zu können. Wegen der deutlich besseren Leistungsdichte ist man in jüngerer Zeit von den wasserbasierten Sekundärbatterien abgekommen und entwickelt solche Batterien, bei de- nen der Ladungstransport in der elektrischen Zelle durch Lithium-Ionen bewerkstelligt wird. Secondary batteries, accumulators, rechargeable batteries or "rechargeable batteries" are only a few embodiments for storing and using electrical energy after production because of their significantly better power density, they have recently deviated from the water-based secondary batteries and developed such batteries. where charge transport in the electrical cell is accomplished by lithium ions.

In den derzeit hergestellten Lithiumionen-Batterien enthält die Kathode üblicherweise eine Lithium-Übergangsmetall-Verbindung wie beispielsweise UC0O2 oder LiFeP0₄ und die Anode enthält üblicherweise Graphit, in den Li⁰ beim Aufladevorgang interkaliert wird. Um die Kapazität der Graphit-basierten Anode zu erhöhen, werden, wie in Angew. Chem. 2008, 120, 2972 - 2989 beschrieben, Anoden entwickelt, die Lithium-Metall-Legierungen, beispielsweise Lithium-Zinnoder Lithium-Silizium-Legierungen enthalten. Silizium und Zinn können unter Ausbildung der Legierungen Li₄,₄Sn und Li₄,₄Si große Mengen Lithium aufnehmen und zeigen deutlich höhere Kapazitäten als eine Graphitelektrode mit interkaliertem Li⁰. In Angew. Chem. 2008, 120, 2972 - 2989 wird beschrieben, dass die Folge einer derart großen Akkumulation von Lithium allerdings eine große Volumenkontraktion und -expansion sei, die mit der elektrochemischen Legierungsbildung einhergehe. Diese Veränderungen führe schnell zur Zerstörung der Elektrode (Rissbildung und schließlich Pulverisierung), so dass die Lebensdauern sich nur über wenige Zyklen aus Ladung und Entladung erstreckt. Die Verwendung von Metallpartikeln im Nanometer- Größenbereich soll jedoch die unerwünschte Rissbildung innerhalb der Elektrode mindern. Verschiedene Verfahren kamen bei der Herstellung nanostrukturierter Metalle, die mit Lithium Legierungen bilden können, zur Anwendung, darunter Sol-Gel-Verfahren, Kugelmühlen und elektrolytische Abscheidung. Unter diesen ist die elektrolytische Abscheidung die vielseitigste, da sie eine einfache Kontrolle der Elektrodenmorphologie durch Variieren der Synthesebedingungen wie Stromdichte und Abscheidungsdauer ermöglicht. In the lithium ion batteries currently being manufactured, the cathode usually contains a lithium-transition metal compound such as UC0O2 or LiFeP0 _4, and the anode usually contains graphite in which Li ^{0 is} intercalated during the charging process. To increase the capacity of the graphite-based anode, as shown in Angew. Chem. 2008, 120, 2972-2989, developed anodes containing lithium-metal alloys, for example lithium-tin or lithium-silicon alloys. Silicon and tin can absorb large amounts of lithium to form the alloys Li ₄ , ₄ Sn and Li ₄ , ₄ Si and show significantly higher capacities than a graphite electrode with intercalated Li ⁰ . In Angew. Chem. 2008, 120, 2972-2989 describes that the consequence of such a large accumulation of lithium, however, is a large volume contraction and expansion associated with electrochemical alloy formation. These changes quickly lead to the destruction of the electrode (cracking and eventually pulverization), so that the lifetimes extend only a few cycles of charge and discharge. However, the use of metal particles in the nanometer size range is said to reduce undesirable cracking within the electrode. Various processes have been used in the preparation of nanostructured metals that can form lithium alloys, including sol-gel processes, ball mills, and electrolytic deposition. Among these, electrodeposition is the most versatile because it allows easy control of electrode morphology by varying synthesis conditions such as current density and deposition time.

Eine weitere Möglichkeit zur Herstellung nanostrukturierter Metalle und Metallverbindungen wurde durch die sogenannte Zwillingspolymerisation (siehe z.B. Spange et al., Angew. Chem. Int. Ed., 46 (2007) 628-632, WO 2009/083083, WO 2009/133086, WO 2010/1 12581 und WO2010/128144) eröffnet, bei der Kompositmaterialien gebildet werden, die nanostrukturierter Metalle oder Metallverbindungen enthalten. Die Zwillingspolymerisation liefert Kompositmaterialien, die typischerweise wenigstens eine oxidische Phase und wenigstens eine organische Polymerphase, worin die Phasendomänen eine co-kontinuierliche Anordnung sowie Abmessungen im Bereich weniger Nanometer (Abstand zwischen benachbarten identischen Phasen) aufweisen. Man nimmt an, dass die spezielle Phasenanordnung und die geringen Abstände benachbarter Phasen eine Folge der kinetischen Kopplung der Polymerisation der Arylmethylen-Einheiten in den Zwillingsmonomeren einerseits und der Bildung des Siliziumdioxids andererseits ist. Infolgedessen bilden sich die Phasenbestandteile mehr oder weniger synchron und es findet bereits während der Polymerisation der Zwillingsmonomere eine Phasenseparation in die anorganische Phase und die organische Pha- se statt. A further possibility for the preparation of nanostructured metals and metal compounds was achieved by the so-called twin polymerization (see, for example, Spange et al., Angew Chem. Int. Ed., 46 (2007) 628-632, WO 2009/083083, WO 2009/133086, WO 2010/1 12581 and WO2010 / 128144) in which composite materials containing nanostructured metals or metal compounds are formed. The twin polymerization provides composite materials typically having at least one oxide phase and at least one organic polymer phase wherein the phase domains have a co-continuous configuration and dimensions in the range of a few nanometers (spacing between adjacent identical phases). It is believed that the particular phasing and short spacing of adjacent phases is a consequence of the kinetic coupling of the polymerization of the arylmethylene units in the twin monomers, on the one hand, and the formation of the silica, on the other hand. As a result, the phase constituents form more or less synchronously, and phase separation into the inorganic phase and the organic phase takes place already during the polymerization of the twin monomers.

Bevorzugte Zwillingsmonomere sind spirocyclische Verbindungen, wie sie in WO 2009/083083 beschrieben werden. In diesen spirocyclischen Verbindungen sind zwei 1 -Oxy-2- (oxymethyl)arylgruppen über ihre Sauerstoffatome mit einem Metall- oder Halbmetallatom zu einer spirocyclischen Struktur miteinander verknüpft. Ein Beispiel für eine derartige spirocyclische Verbindung ist 2,2'-Spiro[4H-1 ,3,2-benzodioxasilin]. Preferred twin monomers are spiro-cyclic compounds, as described in WO 2009/083083. In these spirocyclic compounds, two 1-oxy-2- (oxymethyl) aryl groups are linked together via their oxygen atoms with a metal or semimetal atom to form a spirocyclic structure. An example of such a spiro-cyclic compound is 2,2'-spiro [4H-1,2,2-benzodioxasiline].

Ebenso werden ähnliche Strukturen aus der Umsetzung von Tetraarylsiloxanen und Formalde- hyd(equivalenten) in WO2012/098149 beschrieben. Likewise, similar structures from the reaction of tetraarylsiloxanes and formaldehyde (equivalents) are described in WO2012 / 098149.

Aus der DE 1816241 ist die Herstellung von löslichen metall- oder halbmetall-haltigen Phenol- Formaldehydharzen bekannt, bei der entweder bestimmte Metall- oder Halbmetallphenolate mit unterstöchiometrischen Mengen an Formaldehyd umgesetzt oder Novolacke, also Phenol- Formaldehyd-Kondensate mit ausgewählten anorganischen Metall- oder Halbmetallverbindun- gen umgesetzt werden. Die Herstellung von Kompositmaterialien mit einer Phasenstruktur, deren Phasendomänen Abmessungen im Nanometerbereich haben, wird nicht beschrieben. DE 1816241 discloses the preparation of soluble metal- or semimetal-containing phenol-formaldehyde resins in which either certain metal or semimetal phenolates are reacted with substoichiometric amounts of formaldehyde or novolaks, ie phenol-formaldehyde condensates with selected inorganic metal or semimetal compounds - be implemented. The preparation of composite materials with a phase structure whose phase domains have dimensions in the nanometer range is not described.

Damit stehen Verfahren zur Verfügung, mit denen durch geeignete Wahl der Edukte Si-haltige Domänen in einer organischen Matrix erzeugt werden können. Dies ist kommerziell von Inte- resse, da elementares Silizium ein wesentliches Element in photovoltaischen oder energiespeichernden Anwendungen ist. Thus, methods are available with which by suitable choice of the educts Si-containing domains can be generated in an organic matrix. This is of commercial interest since elemental silicon is an essential element in photovoltaic or energy storage applications.

Nachteilig bei allen Verfahren ist, dass zunächst sauerstoffhaltige Siliziumdomänen hergestellt werden, welche in Hybridsystemen schwer in das gewünschte elementare Silizium oder Siliziumsuboxid umwandelbar sind. Bei Temperaturen im Bereich von 1600°-1800°C kann zwar aus Silika und Kohlenstoff elementares Si hergestellt werden (S1O2 + 2C -> Si + 2 CO), jedoch ist man hier auf die genaue Einhaltung der Stöchometrie angewiesen. Daher ist dieses Verfahren für C/Si-Kompositmaterialien ungeeignet, da zusätzlicher Kohlenstoff unter diesen Bedingungen SiC bildet, die Hybridstrukturen damit aufgelöst werden und/oder elementares Si in SiC umgewandelt wird. Aufgabe war es also, neue Kompositmaterialien und Verfahren zu deren Herstellung zu finden, die die vorangehend beschrieben Nachteile vermindern oder beseitigen. Weiterhin sollten verbesserte elektroaktive Materialien ausgehend von den neuen Kompositmaterialien verfügbar gemacht werden. A disadvantage of all methods is that first oxygen-containing silicon domains are produced, which are difficult to convert into the desired elemental silicon or silicon suboxide in hybrid systems. At temperatures in the range of 1600 ° -1800 ° C, elemental Si can be produced from silica and carbon (S1O2 + 2C -> Si + 2 CO), but here one must rely on the exact adherence to the stoichiometry. Therefore, this method is unsuitable for C / Si composite materials since additional carbon forms SiC under these conditions, the hybrid structures are dissolved therewith, and / or elemental Si is converted to SiC. The object was thus to find new composite materials and processes for their preparation which reduce or eliminate the disadvantages described above. Furthermore, improved electroactive materials should be made available from the new composite materials.

Diese Aufgabe wird durch ein Kompositmaterial enthaltend a) mindestens eine Stickstoff- und (Halb-)Metall-haltige Phase (a), und This object is achieved by a composite material containing a) at least one nitrogen and (half) metal-containing phase (a), and

b) mindestens eine organische Polymerphase (b), wobei mindestens eine organische Polymerphase (b) mit mindestens einer Stickstoff- und (Halb-)Metall-haltigen Phase (a), kurz auch Phase (a) genannt, Phasendomänen bildet und der durchschnittliche Abstand (das arithmetische Mittel der Abstände) zweier benachbarter Domänen identischer Phasen, ermittelt mit Hilfe von Röntgenkleinwinkelstreuung, im Wesentlichen maximal 200 nm beträgt, gelöst. b) at least one organic polymer phase (b), wherein at least one organic polymer phase (b) having at least one nitrogen and (half) metal-containing phase (a), also called phase (a) for short forms phase domains and the average distance (the arithmetic mean of the distances) of two adjacent domains of identical phases, determined by means of small angle X-ray scattering, is substantially at most 200 nm.

Bei den erfindungsgemäßen Kompositmaterialien handelt es sich um Verbundwerkstoffe, die im Rahmen der vorliegenden Erfindung auch erfindungsgemäße Kompositmaterialien genannt werden. Unter Verbundwerkstoffen werden im Allgemeinen Materialien verstanden, die feste Mischungen sind, die man manuell nicht trennen kann und die andere Eigenschaften haben als die Einzelkomponenten. Speziell handelt es sich bei den erfindungsgemäßen Kompositmaterialien um Nanokompositmaterialien bzw. sogenannte Nanokomposite. The composite materials according to the invention are composite materials which in the context of the present invention are also called composite materials according to the invention. Composite materials are generally understood to mean materials which are solid mixtures which can not be separated manually and which have different properties than the individual components. Specifically, the composite materials according to the invention are nanocomposite materials or so-called nanocomposites.

Das erfindungsgemäße Kompositmaterial ist dadurch gekennzeichnet, dass die organische Po- lymerphase (b) mit der Stickstoff- und (Halb-)Metall-haltige Phase (a) Phasendomänen bildet und der durchschnittliche Abstand (das arithmetische Mittel der Abstände) zweier benachbarter Domänen identischer Phasen, ermittelt mit Hilfe von Röntgenkleinwinkelstreuung, im Wesentlichen maximal 200 nm, bevorzugt maximal 50 nm, insbesondere weniger als 10 nm beträgt. Unter benachbarten Phasendomänen identischer Phasen versteht man zwei Phasendomänen zweier identischer Phasen, die durch eine Phasendomäne der anderen Phase getrennt sind, beispielsweise zwei Phasendomänen der Stickstoff- und (Halb-)Metall-haltigen Phase (a), die durch eine Phasendomäne der organischen Polymerphase (b) getrennt sind, oder zwei Phasendomänen der Polymerphase (b), die durch eine Phasendomäne der Stickstoff- und The composite material according to the invention is characterized in that the organic polymer phase (b) with the nitrogen and (half) metal-containing phase (a) forms phase domains and the average distance (the arithmetic mean of the distances) of two adjacent domains of identical phases , determined with the aid of small angle X-ray scattering, is substantially at most 200 nm, preferably at most 50 nm, in particular less than 10 nm. By adjacent phase domains of identical phases is meant two phase domains of two identical phases separated by a phase domain of the other phase, for example two phase domains of the nitrogen and (half) metal-containing phase (a) passing through a phase domain of the organic polymer phase ( b) are separated, or two phase domains of the polymer phase (b), by a phase domain of the nitrogen and

(Halb-)Metall-haltigen Phase (a) getrennt sind. Bezüglich der bevorzugten morphologischen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Kompositmaterials und den Erläuterungen zu den Begriffen der Phasen und Phasendomänen wird in vollem Umfang auf WO 2010/1 12581 , Seite 24, Zeile 22 bis Seite 25, Zeile 8 der genannten Textstelle verwiesen, die hiermit zum Bestandteil der Beschreibung der vorliegenden Erfindung erklärt wird. Das (Halb-)Metall in der Stickstoff- und (Halb-)Metall-haltige Phase (a) ist vorzugsweise ausgewählt unter B, AI, Ga, In, Si, Ge, Sn, As, Sb, Se, Te, Ti, Zr, V, Cr, Mo, W, Mn und deren Mischungen. Das (Halb-)Metall ist besonders bevorzugt ausgewählt unter B, AI, Si, Ti, Zr und Sn, ganz besonders bevorzugt unter AI, Si, Ti und Zr insbesondere Si. Besonders bevorzugt sind wenigstens 90 mol-%, speziell wenigstens 99 mol-% aller Metalle oder Halbmetalle M in Phase (a), bezogen auf die Gesamtmenge aller (Halb-)Metalle, gleich Silizium. In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeichnet sich das erfindungsgemäße Kompositmaterial dadurch aus, dass das (Halb-)Metall der Phase (a) ausgewählt ist unter B, AI, Ga, In, Si, Ge, Sn, As, Sb, Se, Te, Ti, Zr, V, Cr, Mo, W, Mn und deren Mischungen, bevorzugt ausgewählt ist unter B, AI, Si, Ti, Zr und Sn, besonders bevorzugt ausgewählt ist unter AI, Si, Ti und Sn, insbesondere ausgewählt ist unter Si. (Half) metal-containing phase (a) are separated. With regard to the preferred morphological embodiments of the composite material according to the invention and the explanations concerning the terms of the phases and phase domains, reference is made in its entirety to WO 2010/1 12581, page 24, line 22 to page 25, line 8 of the cited text, which is hereby incorporated into the Description of the present invention is explained. The (semi-) metal in the nitrogen and (half) metal-containing phase (a) is preferably selected from B, Al, Ga, In, Si, Ge, Sn, As, Sb, Se, Te, Ti, Zr, V, Cr, Mo, W, Mn and mixtures thereof. The (semi-) metal is more preferably selected from B, Al, Si, Ti, Zr and Sn, most preferably from Al, Si, Ti and Zr, in particular Si. Particularly preferred are at least 90 mol%, especially at least 99 mol% of all metals or semimetals M in phase (a), based on the total amount of all (semi-) metals, equal to silicon. In one embodiment of the present invention, the composite material according to the invention is characterized in that the (semi-) metal of the phase (a) is selected from B, Al, Ga, In, Si, Ge, Sn, As, Sb, Se, Te , Ti, Zr, V, Cr, Mo, W, Mn and mixtures thereof, is preferably selected from B, Al, Si, Ti, Zr and Sn, more preferably selected from Al, Si, Ti and Sn, in particular under Si.

In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeichnet sich das erfindungsgemäße Kompositmaterial dadurch aus, dass das (Halb-)Metall der Phase (a) zu wenigstens 90 mol-%, bezogen auf die Gesamtmenge an (Halb-)Metall in Phase (a), Silizium umfasst. In der Stickstoff- und (Halb-)Metall-haltigen Phase (a) kann das molare Verhältnis von (Halb-) Metall zu Stickstoff in einem weiten Bereich variieren, in Abhängigkeit von der Stochiometrie der gebildeten Verbindungen. Vorzugsweise liegt in der Phase (a) das molare Verhältnis von (Halb-)Metall zu Stickstoff im Bereich von 1 zu 1 bis 1 zu 4. Der Stickstoff in Phase (a) liegt vorzugsweise formal in der Oxidationsstufe -3 vor. Der Stickstoff in Phase (a) kann als N^3_ (Nitrid) oder auch HN^2~ bzw. H2N^" (Amide), wobei H auch durch einen Kohlenwasserstoffrest ersetzt sein kann, mit dem in einer positiven Oxidationsstufe vorliegenden (Halb)Metall eine Verbindung bilden. In one embodiment of the present invention, the composite material according to the invention is characterized in that the (semi-) metal of phase (a) is at least 90 mol%, based on the total amount of (semi-) metal in phase (a), silicon includes. In the nitrogen and (half) metal-containing phase (a), the molar ratio of (semi) metal to nitrogen can vary within a wide range, depending on the stoichiometry of the compounds formed. Preferably, in phase (a), the molar ratio of (semi) metal to nitrogen is in the range of 1: 1 to 1: 4. The nitrogen in phase (a) is preferably formally present in the oxidation state -3. The nitrogen in phase (a), as N ^3_ (nitride) or HN ^{2 ~} or H2N ^" (amides), wherein H may also be replaced by a hydrocarbon radical, with the present in a positive oxidation state (half) metal compound form.

In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeichnet sich das erfindungsgemäße Kompositmaterial dadurch aus, dass in der Phase (a) das molare Verhältnis von (Halb-)Metall zu Stickstoff im Bereich von 1 zu 1 bis 1 zu 4 liegt. In one embodiment of the present invention, the composite material according to the invention is characterized in that in the phase (a) the molar ratio of (half) metal to nitrogen in the range of 1 to 1 to 1 to 4.

Die Stickstoff- und (Halb-)Metall-haltige Phase (a) zeichnet sich weiterhin dadurch aus, dass der Sauerstoffgehalt in Phase (a) sehr gering ist, das heißt, dass der Gehalt an (Halb-)Metall- Sauerstoff-Verbindungen wie beispielsweise Oxiden oder Hydroxyden, bestimmbar mittels Elementaranalyse, sehr gering ist. Vorzugsweise enthält die Phase (a) 0 bis 1 Gew.-%, bevorzugt von 0 bis 0,1 Gew.-%, insbesondere 0 bis 0,01 Gew.% Sauerstoff bezogen auf die Gesamtmasse der Phase (a). In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeichnet sich das erfindungsgemäße Kompositmaterial dadurch aus, dass Phase (a) von 0 bis 1 Gew.-%, bevorzugt von 0 bis 0,1 Gew.-%, insbesondere 0 bis 0,01 Gew.% Sauerstoff, bezogen auf die Gesamtmasse der Phase (a), enthält. In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeichnet sich das erfindungsgemäßeThe nitrogen and (half) metal-containing phase (a) is further characterized by the fact that the oxygen content in phase (a) is very low, that is, the content of (half) metal-oxygen compounds such For example, oxides or hydroxides, determined by elemental analysis, is very low. Preferably, the phase (a) contains 0 to 1 wt .-%, preferably from 0 to 0.1 wt .-%, in particular 0 to 0.01 wt.% Oxygen based on the total mass of the phase (a). In one embodiment of the present invention, the composite material according to the invention is characterized in that phase (a) is from 0 to 1% by weight, preferably from 0 to 0.1% by weight, in particular 0 to 0.01% by weight, of oxygen , based on the total mass of the phase (a) contains. In one embodiment of the present invention, the inventive

Kompositmaterial dadurch aus, dass 1 . das (Halb-)Metall der Phase (a) ausgewählt ist unter AI, Si, Ti und Zr insbesondere Si, 2. das (Halb-)Metall der Phase (a) zu wenigstens 90 mol-%, ins- besondere zu wenigsten 99 mol-%, bezogen auf die Gesamtmenge an (Halb-)Metall in Phase (a), Silizium umfasst, 3. in der Phase (a) das molare Verhältnis von (Halb-)Metall zu Stickstoff im Bereich von 1 zu 1 bis 1 zu 4 liegt, und 4. Phase (a) von 0 bis 1 Gew.-%, bevorzugt von 0 bis 0,1 Gew.-%, insbesondere 0 bis 0,01 Gew.% Sauerstoff, bezogen auf die Gesamtmasse der Phase (a), enthält. Composite material in that 1. the (semi-) metal of the phase (a) is selected from Al, Si, Ti and Zr in particular Si, 2. the (semi-) metal of the phase (a) is at least 90 mol%, in particular especially at least 99 mol%, based on the total amount of (semi-) metal in phase (a), comprises silicon, 3. in phase (a) the molar ratio of (half) metal to nitrogen in the range of 1 to 1 to 1 to 4, and 4th phase (a) from 0 to 1 wt .-%, preferably from 0 to 0.1 wt .-%, in particular 0 to 0.01 wt.% Oxygen, based on the Total mass of phase (a) contains.

Das erfindungsgemäße Kompositmaterial ist vorzugsweise erhältlich durch eine sogenannte Zwillingspolymerisation einer geeigneten Ausgangsverbindung, insbesondere durch Polymerisation wenigstens eines Monomers AB, das The composite material according to the invention is preferably obtainable by a so-called twin polymerization of a suitable starting compound, in particular by polymerization of at least one monomer AB which

wenigstens eine erste kationisch polymerisierbare Monomereinheit A, welche ein Metall oder Halbmetall M aufweist, und at least one first cationically polymerizable monomer unit A, which has a metal or semimetal M, and

wenigstens eine zweite kationisch polymerisierbare organische Monomereinheit B aufweist, die über ein oder mehrere Stickstoffatome kovalent an das Metall oder Halbmetallatom M der polymerisierbaren Monomereinheit A gebunden ist, at least one second cationically polymerizable organic monomer unit B, which is covalently bound via one or more nitrogen atoms to the metal or semimetal atom M of the polymerizable monomer unit A,

unter kationischen Polymerisationsbedingungen, unter denen sowohl die polymerisierbare Monomereinheit A als auch die polymerisierbare Monomereinheit B unter Bruch der Bindung zwischen A und B polymerisieren, oder durch Copolymerisation von under cationic polymerization conditions under which both the polymerizable monomer unit A and the polymerizable monomer unit B polymerize to break the bond between A and B, or by copolymerization of

i) mindestens einer Verbindung C, die ausgewählt ist aus Arylamidometallaten und Aryl- amidohalbmetallaten, mit i) at least one compound C selected from arylamidometalates and arylamido-metallates, with

ii) mindestens einer Verbindung D, die ausgewählt ist aus sauerstofffreien Formaldehyd- Umsetzungsprodukten enthaltend mindestens ein Methylen-Äquivalent, ii) at least one compound D selected from oxygen-free formaldehyde reaction products containing at least one methylene equivalent,

in einem Reaktionsmedium, das im wesentlichen wasserfrei ist, wobei man die Verbindung D in einer Menge einsetzt, dass das Molverhältnis von Methylen-Äquivalenten in Verbindung D zu den Arylamidogruppen in der Verbindung C wenigstens 0,5 : 1 beträgt. In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeichnet sich das erfindungsgemäße Kompositmaterial dadurch aus, dass das Kompositmaterial erhältlich ist durch Polymerisation wenigstens eines Monomers AB, das in a reaction medium which is substantially anhydrous, wherein the compound D is used in an amount such that the molar ratio of methylene equivalents in compound D to the arylamido groups in the compound C is at least 0.5: 1. In one embodiment of the present invention, the composite material according to the invention is characterized in that the composite material is obtainable by polymerization of at least one monomer AB, which

- wenigstens eine zweite kationisch polymerisierbare organische Monomereinheit B aufweist, die über ein oder mehrere Stickstoffatome kovalent an das Metall oder Halbmetallatom M der polymerisierbaren Monomereinheit A gebunden ist, at least one second cationically polymerisable organic monomer unit B, which is covalently bound via one or more nitrogen atoms to the metal or semimetal atom M of the polymerisable monomer unit A,

unter kationischen Polymerisationsbedingungen, unter denen sowohl die polymerisierbare Monomereinheit A als auch die polymerisierbare Monomereinheit B unter Bruch der Bindung zwi- sehen A und B polymerisieren, oder durch Copolymerisation von under cationic polymerization conditions under which both the polymerizable monomer unit A and the polymerizable monomer unit B undergo breakage of the bond between A and B, or by copolymerization of

i) mindestens einer Verbindung C, die ausgewählt ist aus Arylamidometallaten und A- rylamidohalbmetallaten, mit i) at least one compound C selected from arylamidometalates and acrylamido-semimetals, with

in einem Reaktionsmedium, das im wesentlichen wasserfrei ist, wobei man die Verbindung D in einer Menge einsetzt, dass das Molverhältnis von Methylen-Äquivalenten in Verbindung D zu den Arylamidogruppen in der Verbindung C wenigstens 0,5 : 1 beträgt. Die organische Polymerphase (b) kann prinzipiell ein oder mehrere Polymeren enthalten, wobei die Polymer aus einer Vielfalt unterschiedlicher Polymere mit unterschiedlicher Struktur und Aufbau ausgewählt werden können. Vorzugsweise enthält die Polymerphase (b) mindestens ein Polymer, das Aryleinheiten enthält, die über mindestens eine substituierte oder unsubstituierte Alkylengruppe mit weiteren Aryleinheiten verknüpft sind. Besonders bevorzugt enthält die Po- lymerphase (b) mindestens ein Polymer, das vom Anilin abgeleitete Aryleinheiten enthält, die über mindestens eine Methylengruppe mit weiteren solchen vom Anilin abgeleiteten Aryleinheiten verknüpft sind. in a reaction medium which is substantially anhydrous, wherein the compound D is used in an amount such that the molar ratio of methylene equivalents in compound D to the arylamido groups in the compound C is at least 0.5: 1. The organic polymer phase (b) may in principle contain one or more polymers, wherein the polymers may be selected from a variety of different polymers having different structure and construction. The polymer phase (b) preferably contains at least one polymer which contains aryl units which are linked to further aryl units via at least one substituted or unsubstituted alkylene group. The polymer phase (b) particularly preferably contains at least one polymer which contains aryl units derived from aniline and which are linked via at least one methylene group to further such aniline-derived aryl units.

Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch ein Verfahren zur Herstellung ei- nes Kompositmaterials enthaltend a) mindestens eine Stickstoff- und (Halb-)Metall-haltige Phase, und Another object of the present invention is also a process for the preparation of a composite material containing a) at least one nitrogen and (half) metal-containing phase, and

b) mindestens eine organische Polymerphase, umfassend eine Polymerisation wenigstens eines Monomers AB, das b) at least one organic polymer phase comprising a polymerization of at least one monomer AB, the

unter kationischen Polymerisationsbedingungen, unter denen sowohl die polymerisierbare Monomereinheit A als auch die polymerisierbare Monomereinheit B unter Bruch der Bindung zwi- sehen A und B polymerisieren, oder eine Copolymerisation von under cationic polymerization conditions under which both the polymerizable monomer unit A and the polymerizable monomer unit B undergo breakage of the bond between A and B, or a copolymerization of

i) mindestens einer Verbindung C, die ausgewählt ist aus Arylamidometallaten und A- rylamidohalbmetallaten, mit ii) mindestens einer Verbindung D, die ausgewählt ist aus sauerstofffreien Formaldehyd- Umsetzungsprodukten enthaltend mindestens ein Methylen-Äquivalent, i) at least one compound C selected from arylamidometalates and acrylamido-semimetals, with ii) at least one compound D selected from oxygen-free formaldehyde reaction products containing at least one methylene equivalent,

in einem Reaktionsmedium, das im wesentlichen wasserfrei ist, wobei man die Verbindung D in einer Menge einsetzt, dass das Molverhältnis von Methylen-Äquivalenten in Verbindung D zu den Arylamidogruppen in der Verbindung C wenigstens 0,5 : 1 beträgt. in a reaction medium which is substantially anhydrous, wherein the compound D is used in an amount such that the molar ratio of methylene equivalents in compound D to the arylamido groups in the compound C is at least 0.5: 1.

Die Beschreibung und bevorzugte Ausführungsformen der Stickstoff- und (Halb-)Metall-haltigen Phase (a) und der organische Polymerphase (b) in dem erfindungsgemäßen Verfahren stimmen mit der voranstehenden Beschreibung dieser Komponenten für das erfindungsgemäße Kompositmaterial überein. The description and preferred embodiments of the nitrogen and (semi-) metal-containing phase (a) and the organic polymer phase (b) in the process according to the invention are consistent with the above description of these components for the composite material according to the invention.

Das Metall oder Halbmetall M der Monomereinheit A in den Monomeren AB oder in dem Aryl- amidometallat oder Arylamidohalbmetallat ist vorzugsweise ausgewählt unter B, AI, Ga, In, Si, Ge, Sn, As, Sb, Se, Te, Ti, Zr, V, Cr, Mo, W, Mn und deren Mischungen. Das Metall oder Halb- metall M ist besonders bevorzugt ausgewählt unter B, AI, Si, Ti, Zr und Sn, ganz besonders bevorzugt unter AI, Si, Ti und Zr insbesondere Si. Besonders bevorzugt sind wenigstens 90 mol-%, speziell wenigstens 99 mol-% aller Metalle oder Halbmetalle M in Phase (a), bezogen auf die Gesamtmenge aller (Halb-)Metalle, gleich Silizium. In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeichnet sich das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Kompositmaterials dadurch aus, dass das Metall oder Halbmetall M der Monomereinheit A in dem Monomer AB oder in dem Arylamidometallat oder Arylamidohalbmetallat ausgewählt ist unter B, AI, Ga, In, Si, Ge, Sn, As, Sb, Se, Te, Ti, Zr, V, Cr, Mo, W, Mn und deren Mischungen, bevorzugt ausgewählt ist unter B, AI, Si, Ti, Zr und Sn, besonders bevorzugt ausgewählt ist unter AI, Si, Ti und Zr, insbesondere ausgewählt ist unter Si. The metal or semimetal M of the monomer unit A in the monomers AB or in the aryl amidometalate or arylamidohalbmetallat is preferably selected from B, Al, Ga, In, Si, Ge, Sn, As, Sb, Se, Te, Ti, Zr, V, Cr, Mo, W, Mn and mixtures thereof. The metal or semimetal M is particularly preferably selected from B, Al, Si, Ti, Zr and Sn, very particularly preferably from Al, Si, Ti and Zr, in particular Si. Particularly preferred are at least 90 mol%, especially at least 99 mol% of all metals or semimetals M in phase (a), based on the total amount of all (semi-) metals, equal to silicon. In one embodiment of the present invention, the method according to the invention for producing a composite material is characterized in that the metal or semimetal M of the monomer unit A in the monomer AB or in the arylamidometalate or arylamidohalbmetallat is selected from B, Al, Ga, In, Si, Ge, Sn, As, Sb, Se, Te, Ti, Zr, V, Cr, Mo, W, Mn and mixtures thereof, is preferably selected from B, Al, Si, Ti, Zr and Sn, particularly preferably selected from Al, Si, Ti and Zr, especially selected from Si.

In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeichnet sich das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Kompositmaterials dadurch aus, dass das Metall oder Halbmetall M der Monomereinheit A in dem Monomer AB oder in dem Arylamidometallat oder Arylamido- halbmetallat zu wenigstens 90 mol-%, bezogen auf die Gesamtmenge an M, Silizium umfasst. In one embodiment of the present invention, the method according to the invention for producing a composite material is characterized in that the metal or semimetal M of the monomer unit A in the monomer AB or in the Arylamidometallat or Arylamido- halbmetallat at least 90 mol%, based on the total amount at M, silicon.

Bevorzugt werden in dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines Kompositmaterials solche Monomere AB eingesetzt, welche wenigstens eine Monomereinheit A und wenigstens eine Monomereinheit B aufweisen, und die durch die allgemeine Formel I beschrieben werden, In the process according to the invention for producing a composite material, preference is given to using those monomers AB which have at least one monomer unit A and at least one monomer unit B and which are described by the general formula I

R¹— Q_{x /}X-R^{1 '} R ¹ -Q _{x /} XR ^{1 '}

(I) (I)

₂ / \ ₂, ₂ / \ ₂ ,

R²— G (Y-R² )_q worin R ² - G (YR ² ) _q wherein

M für ein Metall oder Halbmetall steht; , R² gleich oder verschieden sein können und jeweils für einen Rest M is a metal or semimetal; , R ^{2 may be the} same or different and each represents a radical

Ar-C(R^a,R^b)- stehen, worin Ar für einen aromatischen oder heteroaromatischen Ring steht, der gegebenenfalls 1 oder 2 Substituenten aufweist, die unter Halogen, CN, Ci-C6-Alkyl, Ci-C6-mono- oder di-Alkylamino und Phenyl ausgewählt sind und R^a, R^b unabhängig voneinander für Wasserstoff oder Methyl stehen oder gemeinsam ein Sauerstoffatom oder eine Methylidengruppe (=CH2) bedeuten, Ar-C (R ^a , R ^b ) - are, where Ar is an aromatic or heteroaromatic ring which optionally has 1 or 2 substituents which are halogen, CN, Ci-C6-alkyl, Ci-C6-mono- or di-alkylamino and phenyl are selected and R ^a , R ^b independently of one another represent hydrogen or methyl or together denote an oxygen atom or a methylidene group (= CH 2),

oder die Reste R¹Q und R²G zusammen für einen Rest der Formel la or the radicals R ¹ Q and R ² G together represent a radical of the formula Ia

stehen, worin A für einen an die Doppelbindung kondensierten aromatischen oder heteroaromatischen Ring steht, m für 0, 1 , 2 oder 3 steht, die Reste R gleich oder verschieden sein können und unter Halogen, CN, Ci-C6-Alkyl, Ci-C6-mono- oder di- Alkylamino und Phenyl ausgewählt sind und R^a, R^b die zuvor genannten Bedeutungen aufweisen; wherein A is an aromatic or heteroaromatic ring fused to the double bond, m is 0, 1, 2 or 3, the radicals R may be identical or different and are halogen, CN, Ci-C6-alkyl, Ci-C6 mono- or di-alkylamino and phenyl are selected and R ^a , R ^{b have} the meanings given above;

gleich oder verschieden sein können und jeweils für NR³ stehen; may be the same or different and each represents NR ³ ;

entsprechend der Wertigkeit von M für 0, 1 oder 2 steht, corresponding to the valence of M is 0, 1 or 2,

gleich oder verschieden sein können und jeweils für NR³ oder eine chemische Bindung stehen; may be the same or different and each represents NR ³ or a chemical bond;

gleich oder verschieden sein können und jeweils für Ci-C6-Alkyl, C3-C6-Cycloalkyl, Aryl oder einen Rest Ar'-C(R^a',R^b')- stehen, worin Ar' die für Ar angegebenen Bedeutungen hat und R^a', R^b' die für R^a, R^b angegebenen Bedeutungen aufweisen oder R^1', R^2' gemeinsam mit X und Y für einen Rest der Formel (la), wie zuvor definiert, stehen, und may be the same or different and are each C 1 -C 6 -alkyl, C 3 -C 6 -cycloalkyl, aryl or a radical Ar'-C (R ^{a '} , R ^b' ) - in which Ar 'has the meanings given for Ar and R ^{a '} , R ^{b' have} the meanings given for R ^a , R ^b or R ^{1 '} , R ^2' together with X and Y is a radical of the formula (Ia), as defined above, and

für Wasserstoff, Alkyl, Alkenyl, Cycloalkyl oder Aryl stehen, wobei Aryl unsubstituiert ist oder einen oder mehrere Substituenten aufweisen kann, die wie die Reste R definiert sind, und mehrere Reste R³ gleich oder verschieden sein können, insbesondere R³ jeweils für Wasserstoff steht. are hydrogen, alkyl, alkenyl, cycloalkyl or aryl, wherein aryl is unsubstituted or may have one or more substituents which are defined as the radicals R, and a plurality of radicals R ^{3 may be} identical or different, in particular R ^{3 is in} each case hydrogen ,

In den Monomeren der Formel I bilden die den Resten R¹ und R²G entsprechenden Molekülteile polymerisierbare Einheit(en) B. Wenn X und Y von einer chemischen Bindung verschieden sind und R^1'X und R^2' nicht für inerte Reste wie Ci-C6-Alkyl, C3-C6-Cycloalkyl oder Aryl stehen, bilden die Reste R^1'X und R^2'Y ebenfalls polymerisierbare Einheit(en) B. Hingegen bildet das Metallatom M, gegebenenfalls zusammen mit den Gruppen Q und Y, den Hauptbestandteil der Monomereinheit A. In the monomers of the formula I, the moieties corresponding to the radicals R ¹ and R ² G form polymerisable unit (s) B. If X and Y are different from a chemical bond and R ^{1 '} X and R ^2' do not represent inert radicals such as C i C6-alkyl, C3-C6-cycloalkyl or aryl, the radicals R ^{1 '} X and R ^2' Y also form polymerizable unit (s) B. On the other hand forms the metal atom M, optionally together with the groups Q and Y, the Main component of the monomer unit A.

Unter einem aromatischen Ring oder Rest, bzw. Aryl, versteht man im Sinne der Erfindung einen carbocyclischen aromatischen Kohlenwasserstoff-Rest wie Phenyl oder Naphthyl. Unter einem heteroaromatischen Ring oder Rest, bzw. Hetaryl, versteht man im Sinne der Erfindung einen heterocyclischen aromatischen Rest, der in der Regel 5 oder 6 Ringglieder aufweist, wobei eines der Ringglieder ein Heteroatom ist, das unter Stickstoff, Sauerstoff und Schwefel, vorzugsweise Stickstoff, ausgewählt ist, und gegebenenfalls 1 oder 2 weitere Ring- glieder jeweils ein Stickstoffatom sein können und die verbleibenden Ringglieder Kohlenstoff sind. Beispiele für bevorzugte heteroaromatische Reste sind, Pyrrolyl, Pyrazolyl, Imidazolyl, Pyridyl, Pyrimidyl oder Pyrdazinyl. An aromatic ring or radical, or aryl, is understood in the context of the invention to mean a carbocyclic aromatic hydrocarbon radical, such as phenyl or naphthyl. In the context of the invention, a heteroaromatic ring or radical, or hetaryl, is understood as meaning a heterocyclic aromatic radical which generally has 5 or 6 ring members, one of the ring members being a heteroatom which is nitrogen, oxygen and sulfur, preferably nitrogen , and optionally 1 or 2 further ring members may each be a nitrogen atom and the remaining ring members are carbon. Examples of preferred heteroaromatic radicals are, pyrrolyl, pyrazolyl, imidazolyl, pyridyl, pyrimidyl or pyrdazinyl.

Unter einem kondensierten aromatischen Rest bzw. Ring versteht man im Sinne der Erfindung einen carbocyclischen aromatischen, zweiwertigen Kohlenwasserstoff-Rest wie o-Phenylen (Benzo) oder 1 ,2-Naphthylen (Naphtho). For the purposes of the invention, a condensed aromatic radical or ring is understood as meaning a carbocyclic aromatic, divalent hydrocarbon radical, such as o-phenylene (benzo) or 1,2-naphthylene (naphtho).

Unter einem kondensierten heteroaromatischen Rest bzw. Ring versteht man im Sinne der Erfindung einen heterocyclischen aromatischen Rest wie zuvor definiert, worin zwei benachbarte C-Atome die in Formel la dargestellte Doppelbindung bilden. For the purposes of the invention, a fused heteroaromatic radical or ring is understood as meaning a heterocyclic aromatic radical as defined above, in which two adjacent C atoms form the double bond shown in formula Ia.

Das Metall oder Halbmetall M in Formel I steht insbesondere für die im Zusammenhang mit der Beschreibung des Kompositmaterials angegebenen bevorzugten Ausführungsformen von M. Gemäß einer ersten Ausführungsform der Monomere der Formel I stehen die Gruppen R¹Q und R²G gemeinsam für einen Rest der Formel la wie zuvor definiert, insbesondere für einen Rest der Formel laa: The metal or metalloid M in formula I stands in particular for the preferred embodiments of M. given in connection with the description of the composite material. According to a first embodiment of the monomers of the formula I, the groups R ¹ Q and R ² G together represent a radical of the formula la as defined above, in particular for a radical of the formula Iaa:

worin m, R, R^a und R^b die zuvor genannten Bedeutungen aufweisen. In den Formeln la und laa steht die Variable m insbesondere für 0. Sofern m für 1 oder 2 steht, bedeutet R insbesondere eine Methyl- oder Ci-C6-mono- oder di-Alkylaminogruppe, insbesondere Methylgruppe. In den Formeln la und laa stehen R^a und R^b insbesondere für Wasserstoff. In den Formeln la und laa stehen Q und G insbesondere für NH.

wherein m, R, R ^a and R ^{b have} the meanings given above. In the formulas Ia and Iaa, the variable m is, in particular, 0. If m is 1 or 2, R is in particular a methyl or C 1 -C 6 mono- or di-alkylamino group, in particular methyl group. In formulas Ia and laa, R ^a and R ^{b are} in particular hydrogen. In formulas la and laa, Q and G are in particular NH.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines Kompositmaterials werden solche Monomere AB eingesetzt, welche wenigstens eine Monomereinheit A und wenigstens eine Monomereinheit B aufweisen, und die durch die allgemeinen Formeln II oder I I I beschrieben werden, In a further preferred embodiment of the method according to the invention for producing a composite material, use is made of those monomers AB which have at least one monomer unit A and at least one monomer unit B and which are described by the general formulas II or III,

worin wherein

M für Si, Ti, Zr, Hf, Ge oder Sn, bevorzugt Si, Ti und Zr, insbesondere Si steht; M is Si, Ti, Zr, Hf, Ge or Sn, preferably Si, Ti and Zr, in particular Si;

R, R' sind unabhängig voneinander unter Halogen, CN, Ci-C6-Alkyl, Ci-C6-mono- oder di- Alkylamino und Phenyl ausgewählt und stehen bevorzugt für Methyl oder C1-C6- mono- oder di-Alkylamino, insbesondere Methyl; R, R 'are independently selected from halogen, CN, C 1 -C 6 -alkyl, C 1 -C 6 -mono- or di-alkylamino and phenyl and are preferably methyl or C 1 -C 6 -mono- or di-alkylamino, in particular methyl ;

m, n stehen unabhängig voneinander für 0, 1 oder 2, insbesondere für 0, m, n are independently 0, 1 or 2, in particular 0,

R^a, R^b, R^a', R^b' sind unabhängig voneinander ausgewählt unter Wasserstoff und Methyl oder R ^a , R ^b , R ^{a '} , R ^b' are independently selected from hydrogen and methyl or

R^a und R^b und/oder R^a und R^b' stehen jeweils gemeinsam für ein Sauerstoffatom oder =CH2; insbesondere stehen R^a, R^b, R^a', R^b' jeweils für Wasserstoff, R^c, R^d sind gleich oder verschieden und jeweils unter Ci-C6-Alkyl, C3-C6-Cycloalkyl und R ^a and R ^b and / or R ^a and R ^{b '} each together represent an oxygen atom or = CH 2; in particular, R ^a , R ^b , R ^{a '} , R ^{b' are} each hydrogen, R ^c , R ^d are the same or different and each of Ci-C6-alkyl, C3-C6-cycloalkyl and

Aryl ausgewählt und stehen insbesondere für Methyl, und Aryl selected and are in particular methyl, and

R³ für Wasserstoff, Alkyl, Alkenyl, Cycloalkyl oder Aryl steht, wobei Aryl unsubstituiert ist oder einen oder mehrere Substituenten aufweisen kann, die wie die Reste R definiert sind, und mehrere Reste R³ gleich oder verschieden sein können, insbesondere R³ jeweils für Wasserstoff steht. R ^{3 is} hydrogen, alkyl, alkenyl, cycloalkyl or aryl, wherein aryl is unsubstituted or may have one or more substituents which are defined as the radicals R, and a plurality of radicals R ^{3 may be the} same or different, in particular R ^{3 is in} each case Hydrogen stands.

In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeichnet sich das erfindungsgemäße Ver- fahren zur Herstellung eines Kompositmaterials gemäß einer zweiten Verfahrensvariante, nämlich durch Copolymerisation mindestens einer Verbindung C mit mindestens einer Verbindung D, dadurch aus, dass die Verbindung C, die ausgewählt ist aus Arylamidometallaten und Aryl- amidohalbmetallaten, durch die allgemeine Bruttoformel IV oder Kondensationsprodukten derselben beschrieben wird, In one embodiment of the present invention, the process according to the invention for producing a composite material according to a second process variant, namely by copolymerization of at least one compound C with at least one compound D, characterized in that the compound C, which is selected from Arylamidometallaten and aryl amido-semi-metalates, by which general formula IV or condensation products thereof are described,

[(ArNR⁴)_rMO_sR⁵t]u (IV) worin [(ArNR ⁴ ) _r MO _s R ⁵ t] u (IV) where

M für ein Metall oder Halbmetall, bevorzugt Si, Ti, Zr, Hf, Ge oder Sn, besonders be- vorzugt Si, Ti und Zr, insbesondere Si steht; M is a metal or semimetal, preferably Si, Ti, Zr, Hf, Ge or Sn, particularly preferably Si, Ti and Zr, in particular Si;

r für 1 , 2, 3, 4, 5 oder 6, bevorzugt für 2, 3 oder 4, insbesondere 4 steht, r stands for 1, 2, 3, 4, 5 or 6, preferably for 2, 3 or 4, in particular 4,

s 0, 1 oder 2, bevorzugt 0 bedeutet, t 0, 1 oder 2, bevorzugt 0 bedeutet, s is 0, 1 or 2, preferably 0, t is 0, 1 or 2, preferably 0,

u für eine ganze Zahl, z.B. 1 , 2, 3, 4, 5 oder 6, insbesondere 1 steht, u is an integer, e.g. 1, 2, 3, 4, 5 or 6, in particular 1,

r + 2s + t für 1 , 2, 3, 4, 5 oder 6 steht und der Wertigkeit von M entspricht, r + 2s + t is 1, 2, 3, 4, 5 or 6 and corresponds to the valency of M,

Ar für Phenyl oder Naphthyl steht, wobei der Phenylring bzw. der Naphtylring unsubsti tuiert sind oder einen oder mehrere Substituenten R⁶ aufweisen können, die unter Ci-C6-Alkyl, C3-C6-Cycloalkyl und NR^eR^f ausgewählt sind, worin R^e und R^f unabhän gig voneinander für Wasserstoff, Ci-C6-Alkyl oder C3-C6-Cycloalkyl stehen; Ar is phenyl or naphthyl, wherein the phenyl ring or the naphthyl ring are unsubstituted or may have one or more substituents R ⁶ , which are selected from Ci-C6-alkyl, C3-C6-cycloalkyl and NR ^e R ^f , wherein R is ^e and R ^f independently of one another represent hydrogen, C 1 -C 6 -alkyl or C 3 -C 6 -cycloalkyl;

R⁴ für Wasserstoff, Ci-C6-Alkyl, C3-C6-Cycloalkyl oder Aryl stehen, wobei Aryl Phenyl oder Naphthyl bedeutet und unsubstituiert ist oder einen oder mehrere Substituenten aufweisen kann, die wie die Reste R⁶ definiert sind, und mehrere Reste R⁴ gleich oder verschieden sein können, und R ^{4 is} hydrogen, C ¹ -C ⁶ -alkyl, C 3 -C ⁶ -cycloalkyl or aryl, wherein aryl is phenyl or naphthyl and is unsubstituted or may have one or more substituents which are defined as the radicals R ⁶ , and several radicals R ^{4 may be the} same or different, and

R⁵ für Wasserstoff, Ci-C₆-Alkyl, C₃-C₆-Cycloalkyl oder Aryl steht, wobei Aryl Phenyl oder Naphthyl bedeutet und unsubstituiert ist oder einen oder mehrere Substituenten aufweisen kann, die wie die Reste R⁶ definiert sind. R ^{5 is} hydrogen, C ₁ -C ₆ -alkyl, C ₃ -C ₆ -cycloalkyl or aryl, wherein aryl is phenyl or naphthyl and is unsubstituted or may have one or more substituents which are defined as the radicals R ⁶ .

Bevorzugte Beispiele für Verbindung C sind Tetraanilinosilan, Tetra(4-methylanilino)silan, Tria- nilinoborat, Tetraanilinotitan, Tetraanilinostannan, Methyl(trianilino)silan, Dime- thyl(dianilino)silan, Trimethyl(anilino)silan, Phenyl(trianilino)silan, Diphenyl(dianilino)silan, Diani- linomethylsilan und Dianilinosilan. Preferred examples of compound C are tetraanilinosilane, tetra (4-methylanilino) silane, trinilinoborate, tetraanilinotitanium, tetraanilinostannane, methyl (trianilino) silane, dimethyl (dianilino) silane, trimethyl (anilino) silane, phenyl (trianilino) silane, Diphenyl (dianilino) silane, diani- linomethylsilane and dianilinosilane.

Besonders bevorzugt sind Arylamidometallate und Arylamidohalbmetallaten der allgemeinen Bruttoformel IV Particularly preferred are arylamidometallates and arylamidohalbmetallaten the general formula IV

worin wherein

M für Si, Ti und Zr, insbesondere Si steht; M is Si, Ti and Zr, especially Si;

r gleich 4 ist, r is 4,

s gleich 0 ist, s is 0,

t gleich 0 ist, t is 0,

u für 1 steht, u stands for 1,

Ar für einen unsubstituierten Phenylrest steht; Ar is an unsubstituted phenyl radical;

R⁴ für Wasserstoff oder Methyl, insbesondere Wasserstoff steht, und R ^{4 is} hydrogen or methyl, in particular hydrogen, and

R⁵ für Methyl steht. R ^{5 is} methyl.

Kondensationsprodukte der Arylamidometallate und Arylamidohalbmetallate der Formel (IV) werden gebildet, indem zwei oder mehr Moleküle der Verbindungen der Formel (IV) mit u =1 sich unter Abspaltung von jeweils einem Molekül ArNR⁴2 pro neu gebildeter M-N(Ar)-M- Verbrückung zu linearen oder cyclischen Strukturen verbinden. Condensation products of the arylamidometallates and arylamido-half metalates of the formula (IV) are formed by dissolving two or more molecules of the compounds of the formula (IV) with u = 1 with elimination of one molecule each of ArNR ⁴ 2 per newly formed MN (Ar) -M bridge connect to linear or cyclic structures.

Beispiele für cyclische Kondensationsprodukte, die als Verbindung C in der Copolymerisation eingesetzt werden können, sind Hexaanilinocyclotrisilazan oder Octaanilinocyclotetrasilazan. Examples of cyclic condensation products which can be used as compound C in the copolymerization are hexaanilinocyclotrisilazane or octaanilinocyclotetrasilazane.

Bei der Verbindung D, die ausgewählt ist aus sauerstofffreien Formaldehyd- Umsetzungsprodukten enthaltend mindestens ein Methylen-Äquivalent, handelt es sich bevor- zugt um vollständig dehydratisierte Umsetzungsprodukte von Formaldehyd mit Ammoniak oder primären Aminen, bevorzugt mit Ammoniak. Vollständig dehydratisierte Umsetzungsprodukte sind beispielsweise Imine, welche die primären Umsetzungsprodukte der Reaktion darstellen, oder höhere Kondensationsprodukte wie im Falle der Reaktion von Formaldehyd mit Ammoni- ak, wobei als stabiles Kondensationsprodukt Hexamethylentetramin, auch Urotropin genannt, gebildet wird. Bevorzugt wird als Verbindung D Urotopin in Copolymerisation eingesetzt. In the case of compound D, which is selected from oxygen-free formaldehyde reaction products containing at least one methylene equivalent, it is preferable to use to completely dehydrated reaction products of formaldehyde with ammonia or primary amines, preferably with ammonia. Completely dehydrated reaction products are, for example, imines, which are the primary reaction products of the reaction, or higher condensation products, as in the case of the reaction of formaldehyde with ammonia, with hexamethylenetetramine, also called urotropin, being formed as a stable condensation product. Preference is given to using compound D as urotopine in copolymerization.

In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeichnet sich das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Kompositmaterials gemäß der zweiten Verfahrensvarian- te, nämlich durch Copolymerisation mindestens einer Verbindung C mit mindestens einer Verbindung D, dadurch aus, dass Hexamethylentetramin, auch Urotropin genannt, als Verbindung D gewählt wird. In a further embodiment of the present invention, the inventive method for producing a composite material according to the second Verfahrensvarian- te, namely by copolymerization of at least one compound C with at least one compound D, characterized in that hexamethylenetetramine, also called urotropin, selected as compound D. becomes.

Die Copolymerisation mindestens einer Verbindung C mit mindestens einer Verbindung D ge- mäß der zweiten Verfahrensvariante wird in einem Reaktionsmedium, das im wesentlichen wasserfrei ist, durchgeführt, wobei man die Verbindung D in einer Menge einsetzt, dass das Molverhältnis von Methylen-Äquivalenten in Verbindung D zu den Arylamidogruppen in der Verbindung C vorzugsweise im Bereich von 1 : 2 bis 10 : 1 , besonders bevorzugt im Bereich von 1 ,0 : 2 bis 5 : 1 , ganz besonders bevorzugt im Bereich von 1 ,0 : 1 ,5 bis 2 : 1 , insbesondere im Bereich 1 ,0 : 1 ,3 bis 1 ,5 : 1 liegt. The copolymerization of at least one compound C with at least one compound D according to the second process variant is carried out in a reaction medium which is essentially anhydrous, wherein the compound D is used in an amount such that the molar ratio of methylene equivalents in compound D to the arylamido groups in the compound C preferably in the range from 1: 2 to 10: 1, particularly preferably in the range from 1, 0: 2 to 5: 1, very particularly preferably in the range from 1, 0: 1, 5 to 2: 1, in particular in the range 1, 0: 1, 3 to 1, 5: 1.

Das Reaktionsmedium, in dem die Copolymerisation durchgeführt wird, kann allein durch die eingesetzten Komponenten C und D gebildet werden, indem diese beispielsweise bei erhöhten Temperaturen eine Schmelze bilden. Alternativ kann als wasserfreies Reaktionsmedium ein inertes Lösungsmittel eingesetzt werden, im dem sich die Komponenten C und D zumindest teilweise, bevorzugt vollständig lösen. Geeignete Lösungsmittel sind beispielsweise halogenier- te Kohlenwasserstoff wie Dichlormethan, Trichlormethan, Dichlorethen oder Kohlenwasserstoffe wie Toluol, Xylol oder Hexan und deren Gemische. Unter dem Ausdruck„wasserfrei" wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Wassergehalt von weniger als 0,1 Gew.-%, bevorzugt von weniger als 0,01 Gew.-% zu Beginn der Polymerisation bzw. Copolymerisation verstanden, wobei der Wassergehalt durch Karl-Fischer-Titration bestimmbar ist. In dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Kompositmaterials kann sowohl die Polymerisation des Monomers AB, die sogenannte Zwillingspolymerisation, als auch die alternative Copolymerisation der Verbindung C mit Verbindung D rein thermisch oder unter Verwendung mindestens eines Katalysators durchgeführt werden. Die für die Polymerisation erforderlichen Temperaturen liegen typischerweise im Bereich von 50 bis 250°C insbesondere im Bereich von 80 bis 200°C. Bei einer katalysierten Polymerisation, beispielsweise mit Säure oder Base, liegen die Polymerisationstemperaturen typischerweise im Bereich von 50 bis 200°C und insbesondere im Bereich von 80 bis 150°C. Bei der thermisch initiierten Polymerisation liegen die Polymerisationstemperaturen typischerweise im Bereich von 120 bis 250°C und insbesondere im Bereich von 150 bis 200°C. Als Katalysatoren sind insbesondere Protonensäuren oder Lewissäuren geeignet. The reaction medium in which the copolymerization is carried out can be formed solely by the components C and D used, for example by forming a melt at elevated temperatures. Alternatively, an inert solvent can be used as the anhydrous reaction medium in which the components C and D at least partially, preferably completely dissolve. Suitable solvents are, for example, halogenated hydrocarbons such as dichloromethane, trichloromethane, dichloroethene or hydrocarbons such as toluene, xylene or hexane and mixtures thereof. The term "anhydrous" in the context of the present invention, a water content of less than 0.1 wt .-%, preferably less than 0.01 wt .-% understood at the beginning of the polymerization or copolymerization, wherein the water content by Karl In the process according to the invention for producing the composite material according to the invention, both the polymerization of the monomer AB, the so-called twin polymerization, and the alternative copolymerization of the compound C with compound D can be carried out purely thermally or using at least one catalyst. The temperatures required for the polymerization are typically in the range from 50 to 250 ° C., in particular in the range from 80 to 200 ° C. In the case of a catalyzed polymerization, for example with acid or base, the polymerization temperatures are typically within Range of 50 to 200 ° C and in particular in the range of 80 to 150 ° C. In the thermally initiated polymerization, the polymerization temperatures are typically in the range of 120 to 250 ° C and especially in the range of 150 to 200 ° C. Proton acids or Lewis acids are particularly suitable as catalysts.

In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt die Polymerisation der Verbindung C mit der Verbindung D in Gegenwart katalytischer Mengen einer Säure. Typischerweise setzt man die Säure in einer Menge von 0,1 bis 10 Gew.-%, insbeson- dere 0,2 bis 5 Gew.-%, bezogen auf die Verbindungen C ein. Bevorzugte Säuren sind hierbei Brönstedt-Säuren ohne Sauerstoff, beispielsweise anorganische Brönstedt-Säuren wie HCl. Als Lewis-Säure kann zum Beispiel BF3, BCI3, SnC , SnCU, TiCU, oder AICI3 eingesetzt werden. Auch der Einsatz von komplex gebundenen oder in ionischen Flüssigkeiten gelösten Lewis- Säuren ist möglich. In a preferred embodiment of the process according to the invention, the polymerization of the compound C with the compound D takes place in the presence of catalytic amounts of an acid. Typically, the acid is used in an amount of from 0.1 to 10% by weight, in particular from 0.2 to 5% by weight, based on the compounds C. Preferred acids here are Bronsted acids without oxygen, for example inorganic Bronsted acids such as HCl. As the Lewis acid, for example, BF3, BCI3, SnC, SnCU, TiCU, or AICI3 can be used. The use of complexed or dissolved in ionic liquids Lewis acids is also possible.

Die Polymerisation kann auch mit Basen katalysiert werden. Beispiele sind Amine wie Triethyl- amin oder Dimethylanilin, Hydroxide und basische Salze von Alkali- und Erdalkalimetallen wie LiOH, NaOH, KOH, Ca(OH)₂, Ba(OH)₂ oder Na₃P0₄ sowie Alkoholate von Alkali- und Erdalkalimetallen wie Na-Methylat, Na-Ethylat, K-t.Butylat oder Mg-Ethylat. The polymerization can also be catalyzed with bases. Examples are amines such as triethylamine or dimethylaniline, hydroxides and basic salts of alkali metals and alkaline earth metals such as LiOH, NaOH, KOH, Ca (OH) ₂ , Ba (OH) ₂ or Na ₃ P0 ₄ and alkoxides of alkali metals and alkaline earth metals such as Na methylate, Na ethylate, Kt.Butylat or Mg-ethylate.

Bevorzugte Katalysatoren für die Polymerisation oder Copolymerisation sind Protonensäuren ausgewählt aus der Gruppe der CH-aciden und NH-aciden Verbindungen, wie beispielsweise Dicyanamid. In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeichnet sich das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Kompositmaterials dadurch aus, dass die Polymerisation oder Copolymerisation in Gegenwart einer Säure ausgewählt aus der Gruppe der CH-aciden und NH- aciden Verbindungen durchgeführt wird. Sowohl die Zwillingspolymerisation als auch die Copolymerisation kann grundsätzlich als sogenannter Batch oder als Zugabeverfahren durchgeführt werden. Bei der Durchführung als Batch werden die Reaktionskomponenten in der gewünschten Menge im Reaktionsgefäß vorgelegt und auf die zur Polymerisation erforderlichen Bedingungen gebracht. Beim Zugabeverfahren, welches insbesondere für die Copolymerisation anwendbar ist, wird wenigstens eine der beiden Komponenten, d.h. Verbindung C und/oder Verbindung D zumindest teilweise im Verlauf der Polymerisation zugeführt, bis das gewünschte Mengenverhältnis von Verbindung C zu Verbindung D erreicht ist. Gegebenenfalls schließt sich an die Zugabe eine Nachreaktionsphase an. Bevorzugt ist die Durchführung der Polymerisation und der Copolymerisation als Batch. Der Polymerisation des Monomers AB bzw. der Copolymerisation der Verbindung C mit Verbindung D können sich Reinigungsschritte und gegebenenfalls Trocknungsschritte anschließen. Preferred catalysts for the polymerization or copolymerization are protic acids selected from the group of CH-acidic and NH-acidic compounds, such as dicyanamide. In one embodiment of the present invention, the process according to the invention for producing a composite material is characterized in that the polymerization or copolymerization is carried out in the presence of an acid selected from the group of CH-acidic and NH-acidic compounds. Both the twin polymerization and the copolymerization can in principle be carried out as a so-called batch or as an addition process. When carried out as a batch, the reaction components are introduced in the desired amount in the reaction vessel and brought to the conditions required for the polymerization. In the addition process, which is particularly applicable for the copolymerization, at least one of the two components, ie compound C and / or compound D is at least partially fed in the course of the polymerization until the desired ratio of compound C to compound D is reached. Optionally, the addition is followed by a post-reaction phase. Preference is given to carrying out the polymerization and the copolymerization as a batch. The polymerization of the monomer AB or the copolymerization of the compound C with compound D may be followed by purification steps and optionally drying steps.

Das erfindungsgemäße Kompositmaterial bzw. das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt Kompositmaterial kann analog wie die in WO 2009/083083 beschriebenen Materialien durch oxidative Entfernung der organischen Polymerphase (b) in ein nanoporöses anorganisches Material umgewandelt werden, oder das neue Kompositmaterial kann durch Carboni- sieren der organischen Polymerphase (b) zu einem elektroaktiven Material, welches in elektrochemischen Zellen verwendet werden kann, umgesetzt werden. The composite material according to the invention or the composite material produced by the process according to the invention can be converted by analogy with the materials described in WO 2009/083083 by oxidative removal of the organic polymer phase (b) into a nanoporous inorganic material, or the new composite material can be prepared by carbonation of the organic polymer phase (b) to an electroactive material which can be used in electrochemical cells are reacted.

Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist demnach die Verwendung eines erfindungsgemäßen Kompositmaterials wie Eingangs beschrieben oder eines Kompositmaterials erhältlich oder erhalten nach dem oben beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines elektroaktiven Materials für elektrochemischen Zellen. A further subject of the present invention is accordingly the use of a composite material according to the invention as described in the introduction or of a composite material obtainable or obtained by the process according to the invention described above for producing an electroactive material for electrochemical cells.

Ebenfalls Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch ein Verfahren zur Herstellung eines elektroaktiven Materials für elektrochemische Zellen umfassend die Carbonisierung eines Kompositmaterials wie Eingangs beschrieben, oder eines Kompositmaterials erhältlich oder erhalten nach dem oben beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren. The present invention also provides a method for producing an electroactive material for electrochemical cells comprising the carbonization of a composite material as described in the introduction, or a composite material obtainable or obtained by the method according to the invention described above.

Durch Carbonisieren des erfindungsgemäßen Kompositmaterials kann ein elektroaktives Material erhalten werden. By carbonizing the composite material of the present invention, an electroactive material can be obtained.

In der Regel führt man das Carbonisieren bei einer Temperatur im Bereich von 200 bis 2000 °C, bevorzugt im Bereich von 300 bis 1600 °C besonders bevorzugt im Bereich von 400 bis 1 100 °C, insbesondere im Bereich von 500 bis 900 °C durch. As a rule, the carbonization is carried out at a temperature in the range from 200 to 2000 ° C., preferably in the range from 300 to 1600 ° C., more preferably in the range from 400 to 1100 ° C., in particular in the range from 500 to 900 ° C. ,

Die Dauer für die Carbonisierung kann in einem weiten Bereich variieren und hängt unter anderem auch von der Temperatur ab, bei der die Carbonisierung durchgeführt wird. Die Zeitdauer für die Carbonisierung kann von 0,5 bis 12 h, bevorzugt von 1 bis 5 h, insbesondere 1 bis 2 h betragen. The duration of carbonation can vary widely and, among other things, depends on the temperature at which the carbonation is carried out. The period of carbonation may be from 0.5 to 12 hours, preferably from 1 to 5 hours, in particular from 1 to 2 hours.

Das Carbonisieren des erfindungsgemäßen Kompositmaterials kann prinzipiell ein- oder mehrstufig, beispielsweise ein- oder zweistufig, durchgeführt werden. Prinzipiell kann ein Schritt der Carbonisierung in Gegenwart oder Abwesenheit von Oxidationsmitteln, wie beispielsweiseThe carbonization of the composite material according to the invention can, in principle, be carried out in one or more stages, for example in one or two stages. In principle, a step of carbonization in the presence or absence of oxidizing agents, such as

Sauerstoff durchgeführt werden, solange das Oxidationsmittel nicht den im erfindungsgemäßen Kompositmaterial vorhandenen Kohlenstoff vollständig oxidiert. Um die Oxidation des im erfindungsgemäßen Kompositmaterial vorhandenen Kohlenstoffs weitestgehend zu unterbinden, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, die Carbonisierung unter weitgehendem oder vollständigem Ausschluss von Sauerstoff, bevorzugt in Gegenwart von Inertgasen oder reduzierend wirken- den Gasen (Reaktivgas) durchzuführen. Bei einem mehrstufigen Carbonisierungsprozess können die verschiedenen Schritt in Gegenwart verschiedener Gase und / oder auch bei verschiedenen Temperaturen durchgeführt werden. Beispielsweise kann ein erster Schritt in Gegenwart eines Inertgases wie Argon oder Stickstoff und ein zweiter Schritt in Gegenwart eines reduzie- rend wirkenden Gases (Reaktivgas) wie Wasserstoff, Ammoniak, Kohlenmonoxid oder Acetylen sowie deren Gemische, wie beispielsweise Synthesegas (CO/H2) oder Formiergas (N2/H2 oder Ar/h ) durchgeführt werden. Oxygen can be carried out as long as the oxidizing agent does not completely oxidize the carbon present in the composite material according to the invention. In order to suppress the oxidation of the carbon present in the composite material according to the invention as far as possible, it has proved to be advantageous to carry out the carbonization with substantial or complete exclusion of oxygen, preferably in the presence of inert gases or reducing to carry out the gases (reactive gas). In a multi-stage carbonation process, the various steps may be carried out in the presence of different gases and / or at different temperatures. For example, a first step in the presence of an inert gas such as argon or nitrogen and a second step in the presence of a reducing gas (reactive gas) such as hydrogen, ammonia, carbon monoxide or acetylene and mixtures thereof, such as synthesis gas (CO / H2) or forming gas (N2 / H2 or Ar / h).

Das Carbonisieren des erfindungsgemäßen Kompositmaterial skann prinzipiell unter verminder- tem Druck, beispielsweise im Vakuum, unter Normaldruck oder unter erhöhtem Druck, beispielsweise einem Druckautoklav durchgeführt werden. In der Regel führt man das Carbonisieren bei einem Druck im Bereich von 0,01 bis 100 bar, bevorzugt im Bereich von 0,1 bis 10 bar, insbesondere im Bereich von 0,5 bis 5 bar oder 0,7 bis 2 bar durch. Das Carbonisieren kann in einem geschlossenen System oder in einem offenen System, in dem entstehende flüchtige Be- standteile in einem Gasstrom, Inertgasen oder reduzierend wirkenden Gasen, entfernt werden, durchgeführt werden. The carbonization of the composite material according to the invention can in principle be carried out under reduced pressure, for example under reduced pressure, under normal pressure or under elevated pressure, for example a pressure autoclave. As a rule, the carbonization is carried out at a pressure in the range from 0.01 to 100 bar, preferably in the range from 0.1 to 10 bar, in particular in the range from 0.5 to 5 bar or 0.7 to 2 bar. The carbonation can be carried out in a closed system or in an open system in which evolved volatiles in a gas stream, inert gases or reducing gases are removed.

In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines elektroaktiven Materials wird daher das Carbonisieren des erfindungsgemäßen Komposit- materials ein- oder mehrstufig, bevorzugt einstufig, unter weitgehendem oder vollständigem, bevorzugt vollständigem, Ausschluss von Sauerstoff durchgeführt. Vollständiger Ausschluss von Sauerstoff bedeutet in diesem Zusammenhang, dass in dem Gasraum nicht mehr als 0,5 Volumen-%, bevorzugt weniger als 0,05, insbesondere weniger als 0,01 Volumen-% Sauerstoff vorhanden sind. In a preferred embodiment of the process according to the invention for the production of an electroactive material, therefore, the carbonization of the composite material according to the invention is carried out in one or more stages, preferably in one stage, with extensive or complete, preferably complete, exclusion of oxygen. Complete exclusion of oxygen in this context means that in the gas space not more than 0.5% by volume, preferably less than 0.05, in particular less than 0.01% by volume of oxygen are present.

In einer weiteren, bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines elektroaktiven Materials wird das Carbonisieren des erfindungsgemäßen Kompositmaterials in Gegenwart eines Schutz- oder Reaktivgases ausgewählt aus Ar, N2, H2, NH3, CO und C2H2 sowie deren Gemische durchgeführt. In a further, preferred embodiment of the method according to the invention for the production of an electroactive material, the carbonization of the composite material according to the invention in the presence of a protective or reactive gas selected from Ar, N2, H2, NH3, CO and C2H2 and mixtures thereof.

In einer weiteren, bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines elektroaktiven Materials wird das Carbonisieren des erfindungsgemäßen Kompositmaterials in Gegenwart von Luft oder Sauerstoff durchgeführt. In dem Carbonisierungsschritt kann weiterhin in Abhängigkeit von den angewendeten Bedingungen das in der Stickstoff- und (Halb-)Metall-haltige Phase (a) gebundene Metall oder Halb- metal partiell oder vollständig reduziert werden. Die Reduktion des ursprünglich vorhandenen Metall oder Halbmetals in einer erhöhten positiven Oxidationsstufe findet bevorzugt in Gegenwart eines reduzierend wirkenden Gases, hier auch Reaktivgas genannt, so wie oben aufge- führt statt. In einer weiteren, bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines elektroaktiven Materials wird daher in dem Carbonisierungsschritt die partielle oder vollständige Reduktion von Metallen oder Halbmetalen in einer erhöhten positiven Oxidati- onsstufe in Gegenwart eines Reaktivgases ausgewählt aus H , NH3, CO und C2H2 sowie deren Gemische durchgeführt. In a further, preferred embodiment of the method according to the invention for producing an electroactive material, the carbonization of the composite material according to the invention is carried out in the presence of air or oxygen. In the carbonation step, further, depending on the conditions used, the metal or semi-metal bound in the nitrogen and (semi-) metal-containing phase (a) can be partially or completely reduced. The reduction of the metal or semimetal originally present in an increased positive oxidation state preferably takes place in the presence of a reducing gas, here also called reactive gas, as stated above. In a further preferred embodiment of the process according to the invention for producing an electroactive material, the partial or complete reduction of metals or semimetals in an increased positive oxidation state in the presence of a reactive gas is therefore selected in the carbonation step from H, NH 3, CO and C 2 H 2 and the latter Mixtures performed.

In dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines elektroaktiven Materials kann durch entsprechende Auswahl des erfindungsgemäßen Kompositmaterials und den Bedingungen während der Carbonisierung der Gehalt an Metall oder Halbmetall in dem elektroaktiven Material in einem breiten Bereich variiert werden. Prinzipiell kann ein Wert für den Gehalt an Metall oder Halbmetall von nahezu 0 Gew.-%, das heißt, dass nur Spuren von Metall oder Halbmetall in der Kohlenstoffphase C vorhanden sind, bis auf nahezu 100 Gew.-%, das heißt, dass in dem Metall oder Halbmetall nur Spuren einer Kohlenstoffphase C vorhanden sind, variiert werden, wobei sich die Gew.-% Angabe auf die Gesamtmasse des elektroaktiven Materials bezieht. In the method of producing an electroactive material according to the present invention, by appropriately selecting the composite material of the present invention and the conditions during carbonization, the content of metal or metalloid in the electroactive material can be varied in a wide range. In principle, a value for the content of metal or semimetal of almost 0 wt .-%, that is, that only traces of metal or semimetal in the carbon phase C are present, to almost 100 wt .-%, that is, that in the metal or semimetal only traces of a carbon phase C are present, can be varied, wherein the wt .-% indication refers to the total mass of the electroactive material.

Bevorzugt wird in dem erfindungsgemäßen Verfahren jedoch ein elektroaktives Material hergestellt, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehalt an Metall oder Halbmetall in dem elektroaktiven Material 5 bis 90 Gew.-%, bevorzugt 10 bis 75 Gew.-%, besonders bevorzugt 15 bis 55 Gew.- %, insbesondere 20 bis 40 Gew.-% bezogen auf die Gesamtmasse des elektroaktiven Materials beträgt. However, an electroactive material is preferably produced in the process according to the invention, characterized in that the content of metal or semimetal in the electroactive material is 5 to 90 wt .-%, preferably 10 to 75 wt .-%, particularly preferably 15 to 55 wt. -%, in particular 20 to 40 wt .-% based on the total mass of the electroactive material.

Insbesondere ist das erfindungsgemäße Verfahren geeignet, in kontinuierlicher und/oder diskontinuierlicher Fahrweise technisch Elektrodenmaterialien herzustellen. In diskontinuierlicher Fahrweise bedeutet dies Batchgrößen über 10 kg, besser >100 kg, noch optimaler > 1000 kg oder > 5000 kg. In kontinuierlicher Fahrweise bedeutet dies Produktionsmengen über In particular, the method according to the invention is suitable for producing technical electrode materials in continuous and / or discontinuous mode of operation. In batch mode, this means batch sizes over 10 kg, better> 100 kg, even better> 1000 kg or> 5000 kg. In continuous driving this means production volumes over

100 kg/Tag, besser > 1000 kg/Tag, noch optimaler > 10 t/Tag oder > 100 t/Tag. 100 kg / day, better> 1000 kg / day, even better> 10 t / day or> 100 t / day.

Das Verfahren und die damit hergestellten Elektrodenmaterialien zeichnen sich weiterhin dadurch aus, dass erfindungsgemäß Batteriezellen herstellbar sind, die bevorzugt über mindestens 5 Zyklen, besonders bevorzugt über mindestens 10 Zyklen, ganz besonders bevorzugt über mindestens 50 Zyklen, insbesondere über mindestens 100 Zyklen oder über mindestens 500 Zyklen stabil sind. Ebenfalls Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind elektroaktive Materialien, die durch Carbonisierung eines erfindungsgemäßen Kompositmaterials wie vorangehend beschrieben erhältlich sind. The method and the electrode materials produced therewith are furthermore distinguished by the fact that battery cells can be produced which preferably have at least 5 cycles, more preferably at least 10 cycles, most preferably at least 50 cycles, in particular at least 100 cycles or at least 500 Cycles are stable. Likewise provided by the present invention are electroactive materials obtainable by carbonization of a composite material according to the invention as described above.

Die erfindungsgemäßen elektroaktiven Materialien umfassen The electroactive materials of the invention include

i) eine Kohlenstoffphase C; ii) wenigstens eine Metall- oder Halbmetall-haltige Phase, worin das Metall oder Halbmetall in einer gegenüber dem Kompositmaterial niedrigeren Oxidationsstufe, insbesondere als elementares Metall oder Halbmetall vorliegt, i) a carbon phase C; ii) at least one metal- or semimetal-containing phase, wherein the metal or semimetal is present in a lower oxidation state than the composite material, in particular as elemental metal or semimetal,

wobei die Kohlenstoffphase C und die Metall- oder Halbmetall-haltige Phase im Wesentlichen co-kontinuierliche Phasendomänen bilden, wobei der mittlere Abstand zweier benachbarter Domänen identischer Phasen maximal 10 nm, insbesondere maximal 5 nm und speziell maximal 2 nm beträgt. wherein the carbon phase C and the metal or metalloid-containing phase form substantially co-continuous phase domains, wherein the mean distance between two adjacent domains of identical phases is at most 10 nm, in particular at most 5 nm and especially at most 2 nm.

Die erfindungsgemäßen elektroaktiven Materialien entsprechen in ihrem morphologischen Auf- bau den in WO 2010/1 12580 beschriebenen elektroaktiven Materialien, die ausgehend von Sauerstoff-haltigen Kompositmaterialien hergestellt wurden. The electroactive materials according to the invention correspond in their morphological structure to the electroactive materials described in WO 2010/1 12580, which were prepared starting from oxygen-containing composite materials.

Aufgrund seiner Zusammensetzung und der speziellen Anordnung der Kohlenstoffphase C und der Metall oder Halbmetall -haltigen Phase ist das erfindungsgemäße elektroaktive Material in besonderer weise als Material für Anoden in Li-Ionen-Zellen, insbesondere in Li-Ionen-Due to its composition and the special arrangement of the carbon phase C and the metal or semimetal-containing phase, the electroactive material according to the invention is particularly suitable as material for anodes in Li-ion cells, in particular in Li-ion cells.

Sekundärzellen bzw. -batterien geeignet. Insbesondere zeichnet es sich bei Verwendung in Anoden von Li-Ionen-Zellen und speziell von Li-Ionen-Sekundärzellen durch eine hohe Kapazität und eine gute Zyklenstabilität aus und gewährleistet niedrige Impedanzen in der Zelle. Weiterhin weist es vermutlich aufgrund der speziellen Phasenanordnung eine hohe mechanische Stabilität auf. Zudem lässt es sich einfach und mit reproduzierbarer Qualität herstellen. Secondary cells or batteries suitable. In particular, when used in anodes of Li-ion cells and especially of Li-ion secondary cells, it is characterized by a high capacity and a good cycle stability and ensures low impedance in the cell. Furthermore, it probably has a high mechanical stability due to the special phase arrangement. In addition, it can be produced easily and with reproducible quality.

Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch die Verwendung des erfindungsgemäßen elektroaktiven Materials wie vorangehend beschrieben als Bestandteil einer Elektrode für eine elektrochemische Zelle. Another object of the present invention is also the use of the electroactive material according to the invention as described above as part of an electrode for an electrochemical cell.

Ebenfalls Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist demnach auch eine Elektrode für eine elektrochemische Zelle enthaltend das erfindungsgemäße elektroaktive Material wie vorangehend beschrieben. Diese Elektrode wird üblicherweise als Anode in einer elektrochemischen Zelle eingebaut und verwendet. Daher wird im Folgenden die Elektrode, die das erfindungsge- mäße elektroaktive Material enthält, auch als Anode bezeichnet. The present invention accordingly also provides an electrode for an electrochemical cell comprising the electroactive material according to the invention as described above. This electrode is usually installed and used as an anode in an electrochemical cell. Therefore, in the following, the electrode which contains the electroactive material according to the invention will also be referred to as the anode.

Neben dem erfindungsgemäßen elektroaktiven Material umfasst die Anode in der Regel wenigstens ein geeignetes Bindemittel zur Verfestigung des erfindungsgemäßen elektroaktiven Materials sowie gegebenenfalls weiterer elektrisch leitfähiger oder elektroaktiver Bestandteile. Außerdem weist die Anode in der Regel elektrische Kontakte zur Zu- und Ableitung von Ladungen auf. Die Menge an erfindungsgemäßem elektroaktiven Material, bezogen auf die Gesamtmasse des Anodenmaterial, abzüglich etwaiger Stromsammler und elektrischer Kontakte, beträgt in der Regel wenigstens 40 Gew.-%, häufig wenigstens 50 Gew.-% und speziell wenigstens 60 Gew.-%. In addition to the electroactive material of the invention, the anode usually comprises at least one suitable binder for solidification of the electroactive material according to the invention and optionally further electrically conductive or electroactive components. In addition, the anode usually has electrical contacts for the supply and discharge of charges. The amount of electroactive material according to the invention, based on the total mass of the anode material minus any current collector and electrical contacts, is generally at least 40% by weight, often at least 50% by weight and especially at least 60% by weight.

Als weitere elektrisch leitfähige oder elektroaktive Bestandteile in den erfindungsgemäßen Anoden kommen Ruß, Graphit, Kohlenstofffasern, Nanocarbonfasern, Nanocarbonröhren oder elektrisch leitfähige Polymere in Betracht. Typischerweise werden etwa 2,5 bis 40 Gew.-% des leitfähigen Materials zusammen mit 50 bis 97,5 Gew.-%, häufig mit 60 bis 95 Gew.-% des erfindungsgemäßen elektroaktiven Materials in der Anode verwendet, wobei die Angaben in Gewichtsprozent auf die Gesamtmasse des Anodenmaterials, abzüglich etwaiger Stromsammler und elektrischer Kontakte, bezogen sind. As further electrically conductive or electroactive components in the anodes according to the invention, carbon black, graphite, carbon fibers, nanocarbon fibers, nanocarbon tubes or electrically conductive polymers into consideration. Typically, about 2.5-40% by weight of the conductive material is used together with 50-97.5% by weight, often with 60-95% by weight, of the electroactive material of the present invention in the anode to the total mass of the anode material, less any current collector and electrical contacts.

Als Bindemittel für die Herstellung einer Anode unter Verwendung der erfindungsgemäßen elektroaktiven Materialien kommen insbesondere folgende polymeren Materialien in Frage: Polyethylenoxid (PEO), Cellulose, Carboxymethylcellulose, Polyvinylalkohol, Polyethylen, Polypropylen, Polytetrafluorethylen, Polyacrylnitril-Methylmethacrylat-Copolymere, Styrol- Butadien-Copolymere, Tetrafluoroethylen-Hexafluorpropylen-Copolymere, Vinylidenfluorid- Hexafluorpropylen-Copolymere (PVdF-HFP), Vinylidenfluorid-Tetrafluorethylen-Copolymere, Perfluoralkylvinylether-Copolymere, Ethylen-Tetrafluorethylen-Copolymere, Vinylidenfluorid- Chlortrifluoroethylen-Copolymere, Ethylen-Chlorfluorethylen-Copolymere, Ethylen-Acrylsäure- Copolymere, gegebenenfalls zumindest partiell mit Alkalimetallsalz oder Ammoniak neutralisiert, Ethylen-Methacrylsäure-Copolymere, gegebenenfalls zumindest partiell mit Alkalimetallsalz oder Ammoniak neutralisiert, Ethylen-(Meth)acrylsäureester-Copolymere, Polyimide und Polyisobuten. Suitable binders for the production of an anode using the electroactive materials according to the invention are in particular the following polymeric materials: polyethylene oxide (PEO), cellulose, carboxymethyl cellulose, polyvinyl alcohol, polyethylene, polypropylene, polytetrafluoroethylene, polyacrylonitrile-methyl methacrylate copolymers, styrene-butadiene copolymers, Tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymers, vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymers (PVdF-HFP), vinylidene fluoride-tetrafluoroethylene copolymers, perfluoroalkyl vinyl ether copolymers, ethylene-tetrafluoroethylene copolymers, vinylidene fluoride-chlorotrifluoroethylene copolymers, ethylene-chlorofluoroethylene copolymers, ethylene-acrylic acid copolymers , optionally at least partially neutralized with alkali metal salt or ammonia, ethylene-methacrylic acid copolymers, optionally at least partially neutralized with alkali metal salt or ammonia, ethylene (meth) acrylic acid ester copolymers, polyimides and polyisobes utes.

Die Auswahl des Bindemittels erfolgt gegebenenfalls unter Berücksichtigung der Eigenschaften des eventuell zur Herstellung verwendeten Lösungsmittels. Das Bindemittel wird in der Regel in einer Menge von 1 bis 10 Gew.-% bezogen auf die Gesamtmischung des Anodenmaterials eingesetzt. Vorzugsweise werden 2 bis 8 Gew.-%, insbesondere 3 bis 7 Gew.-% eingesetzt. The selection of the binder is optionally carried out taking into account the properties of the solvent possibly used for the preparation. The binder is usually used in an amount of 1 to 10 wt .-% based on the total mixture of the anode material. Preferably, 2 to 8 wt .-%, in particular 3 to 7 wt .-% are used.

Die erfindungsgemäße Elektrode enthaltend das erfindungsgemäße elektroaktive Material, vorangehend auch als Anode bezeichnet, umfasst in der Regel elektrische Kontakte zur Zu- und Ableitung von Ladungen, beispielsweise einen Stromableiter, der in Form eines Metalldrahts, Metallgitters, Metallnetzes, Streckmetalls, oder einer Metallfolie oder eines Metallblechs ausge- staltet sein kann. Als Metallfolien sind insbesondere Kupferfolien geeignet. The electrode according to the invention containing the electroactive material according to the invention, also referred to as anode, usually comprises electrical contacts for the supply and discharge of charges, for example a current conductor, in the form of a metal wire, metal grid, metal mesh, expanded metal, or a metal foil or a Metal sheet can be designed. As metal foils in particular copper foils are suitable.

In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist die Anode eine Dicke im Bereich von 15 bis 200 μηη, vorzugweise von 30 bis 100 μηη auf, bezogen auf die Dicke ohne Stromableiter. In one embodiment of the present invention, the anode has a thickness in the range of 15 to 200 μηη, preferably from 30 to 100 μηη, based on the thickness without Stromableiter.

Die Herstellung der Anode kann in an sich üblicher Weise nach Standardverfahren erfolgen, wie sie aus dem eingangs zitierten Stand der Technik sowie aus einschlägigen Monographien bekannt sind. Beispielsweise kann man zur Herstellung der Anode das erfindungsgemäße elektroaktive Material, gegebenenfalls unter Verwendung eines organischen Lösungsmittels (bei- spielsweise N-Methylpyrrolidinon oder ein Kohlenwasserstoff-Lösungsmittel) mit den gegebenenfalls weiteren Bestandteilen des Anodenmaterials (elektrisch leitfähige Bestandteile und/oder organisches Bindemittel) vermischen und gegebenenfalls einem Formgebungsverfah- ren unterwerfen oder auf eine inerte Metallfolie, z. B. Cu-Folie, aufbringen. Gegebenenfalls wird anschließend getrocknet. Dabei kommt beispielsweise eine Temperatur von 80 bis 150 °C zum Einsatz. Der Trocknungsprozess kann auch bei vermindertem Druck stattfinden und dauert in der Regel 3 bis 48 Stunden. Gegebenenfalls kann man zur Formgebung auch ein Schmelz- oder Sinterverfahren anwenden. The preparation of the anode can be carried out in a conventional manner by standard methods, as they are known from the cited prior art and from relevant monographs. For example, to produce the anode, the inventive electroactive material, optionally using an organic solvent (for example, N-methylpyrrolidinone or a hydrocarbon solvent) with the optionally further constituents of the anode material (electrically conductive components and / or organic binder) and mix if necessary, a shaping method subject or on an inert metal foil, eg. B. Cu film, apply. Optionally, it is then dried. For example, a temperature of 80 to 150 ° C is used. The drying process can take place even at reduced pressure and usually takes 3 to 48 hours. Optionally, one can also use a melting or sintering process for shaping.

Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch eine elektrochemische Zelle, insbesondere eine Lithiumionen-Sekundärzelle, enthaltend mindestens eine Elektrode, die aus oder unter Verwendung eines erfindungsgemäßen elektroaktiven Materials, wie vorangehend beschrieben, hergestellt wurde. A further subject of the present invention is also an electrochemical cell, in particular a lithium ion secondary cell, containing at least one electrode which has been produced from or using an electroactive material according to the invention as described above.

Derartige Zellen weisen in der Regel wenigstens eine erfindungsgemäße Anode, eine Kathode, insbesondere eine für Lithiumionen-Zellen geeignete Kathode, einen Elektrolyten und gegebenenfalls einen Separator auf. Such cells generally have at least one anode according to the invention, a cathode, in particular a cathode suitable for lithium-ion cells, an electrolyte and optionally a separator.

Bezüglich geeigneter Kathodenmaterialien, geeigneter Elektrolyte, geeigneter Separatoren und möglicher Anordnungen wird auf den einschlägigen Stand der Technik verwiesen, z. B. auf den eingangs zitierten Stand der Technik sowie auf entsprechende Monographien und Nachschlagewerke: z. B. Wakihara et al. (Herausgeber) in Lithiumion Batteries, 1. Auflage, Wiley VCH, Weinheim, 1998; David Linden: Handbook of Batteries (McGraw-Hill Handbooks). 3. Auflage. Mcgraw-Hill Professional, New York 2008; J. O. Besenhard: Handbook of Battery Materials. Wiley-VCH, 1998. With regard to suitable cathode materials, suitable electrolytes, suitable separators and possible arrangements, reference is made to the relevant prior art, for. B. on the cited prior art and corresponding monographs and reference works: z. Wakihara et al. (Publisher) in Lithiumion Batteries, 1st Edition, Wiley VCH, Weinheim, 1998; David Linden: Handbook of Batteries (McGraw-Hill Handbooks). 3. Edition. Mcgraw-Hill Professional, New York 2008; J. O. Besenhard: Handbook of Battery Materials. Wiley-VCH, 1998.

Als Kathoden kommen insbesondere solche Kathoden in Betracht, bei denen das Kathodenma- terial Lithium-Übergangsmetalloxid, z. B. Lithium-Cobaltoxid, Lithium-Nickeloxid, Lithium-Cobalt- Nickel-Oxid, Lithium-Manganoxid (Spinell), Lithium-Nickel-Cobalt-Aluminiumoxid, Lithium- Nickel-Cobalt-Manganoxid oder Lithium-Vanadiumoxid, oder ein Lithium-Übergangsmetallphosphat wie Lithium-Eisenphosphat enthält. Will man als Kathodenmaterialien jedoch solche einsetzen, die Schwefel oder Polysulfidbrücken enthaltende Polymere enthalten, muss man dafür Sorge tragen, dass die Anode mit Li⁰ aufgeladen wird, bevor eine solche elektrochemische Zelle entladen und wieder aufgeladen werden kann. Particularly suitable cathodes are cathodes in which the cathode material has lithium transition metal oxide, eg. As lithium-cobalt oxide, lithium-nickel oxide, lithium-cobalt-nickel oxide, lithium-manganese oxide (spinel), lithium-nickel-cobalt-aluminum oxide, lithium-nickel-cobalt-manganese oxide or lithium-vanadium oxide, or a lithium transition metal phosphate such as lithium iron phosphate. However, if it is desired to use as cathode materials those containing polymers containing sulfur or polysulfide bridges, care must be taken that the anode is charged with Li ⁰ before such an electrochemical cell can be discharged and recharged.

Die beiden Elektroden, d.h. die Anode und die Kathode, werden unter Verwendung eines flüssigen oder auch festen Elektrolyts miteinander verbunden. Als flüssige Elektrolyte kommen ins- besondere nicht-wässrige Lösungen (Wassergehalt in der Regel < 20 ppm) von Lithiumsalzen und geschmolzene Li-Salze in Frage, z. B. Lösungen von Lithiumhexafluorophosphat, Lithium- perchlorat, Lithiumhexafluoroarsenat, Lithiumtrifluormethylsulfonat, Lithium(bis(trifluormethyl- sulfonyl)imid) oder Lithiumtetrafluoroborat, insbsondere Lithiumhexafluorophosphat oder Lithi- umtetrafluoroborat, in geeigneten aprotischen Lösungsmitteln wie beispielsweise Ethylencarbo- nat, Propylencarbonat und deren Gemische mit einem oder mehreren der folgenden Lösungsmittel: Dimethylcarbonat, Ethylmethylcarbonat, Diethylcarbonat, Dimethoxyethan, Methylpropio- nat, Ethylpropionat, Butyrolacton, Acetonitril, Ethylacetat, Methylacetat, Toluol und Xylol, speziell in einem Gemisch aus Ethylencarbonat und Diethylcarbonat. Als feste Elektrolyte können beispielsweise ionisch leitende Polymere verwendet werden. The two electrodes, ie the anode and the cathode, are connected together using a liquid or even solid electrolyte. In particular, non-aqueous solutions (water content of generally <20 ppm) of lithium salts and molten Li salts are suitable as liquid electrolytes, eg. B. Solutions of lithium hexafluorophosphate, lithium perchlorate, Lithiumhexafluoroarsenat, Lithiumtrifluormethylsulfonat, lithium (bis (trifluoromethylsulfonyl) imide) or lithium tetrafluoroborate, insbesondere lithium hexafluorophosphate or lithium tetrafluoroborate, in suitable aprotic solvents such as ethylene carbonate, propylene carbonate and mixtures thereof with a or more of the following solvents: dimethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, diethyl carbonate, dimethoxyethane, methyl propionate, ethyl propionate, butyrolactone, acetonitrile, ethyl acetate, methyl acetate, toluene and xylene, especially in a mixture of ethylene carbonate and diethyl carbonate. For example, ionic conductive polymers can be used as solid electrolytes.

Zwischen den Elektroden kann ein Separator angeordnet sein, der mit dem flüssigen Elektroly- ten getränkt ist. Beispiele für Separatoren sind insbesondere Glasfaservliese sowie poröse organische Polymerfilme wie poröse Filme aus Polyethylen, Polypropylen, PVdF etc. Between the electrodes, a separator may be arranged, which is impregnated with the liquid electrolyte. Examples of separators are in particular glass fiber webs and porous organic polymer films such as porous films of polyethylene, polypropylene, PVdF, etc.

Besonders geeignete Materialien für Separatoren sind Polyolefine, insbesondere filmförmiges poröses Polyethylen und filmförmiges poröses Polypropylen. Particularly suitable materials for separators are polyolefins, in particular film-shaped porous polyethylene and film-shaped porous polypropylene.

Separatoren aus Polyolefin, insbesondere aus Polyethylen oder Polypropylen, können eine Porosität im Bereich von 35 bis 45 % haben. Geeignete Porendurchmesser liegen beispielsweise im Bereich von 30 bis 500 nm. In einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann man als Separatoren PET- Vliese auswählen, die mit anorganischen Partikeln gefüllt sind,. Derartige Separatoren können eine Porosität im Bereich von 40 bis 55 % aufweisen. Geeignete Porendurchmesser liegen beispielsweise im Bereich von 80 bis 750 nm. Erfindungsgemäße elektrochemische Zellen enthalten üblicherweise weiterhin ein Gehäuse, das beliebige Form haben kann, beispielsweise quaderförmig oder die Form eines Zylinders. In einer anderen Ausführungsform haben erfindungsgemäße elektrochemische Zellen die Form eines Prismas. In einer Variante wird als Gehäuse eine als Beutel ausgearbeitete Metall- Kunststoff-Verbundfolie eingesetzt. Polyolefin separators, particularly polyethylene or polypropylene, may have a porosity in the range of 35 to 45%. Suitable pore diameters are, for example, in the range from 30 to 500 nm. In another embodiment of the present invention, it is possible to select, as separators, PET nonwovens which are filled with inorganic particles. Such separators may have a porosity in the range of 40 to 55%. Suitable pore diameters are, for example, in the range from 80 to 750 nm. Electrochemical cells according to the invention usually also contain a housing which may have any shape, for example a cuboid or the shape of a cylinder. In another embodiment, electrochemical cells according to the invention have the shape of a prism. In one variant, a metal-plastic composite film developed as a bag is used as the housing.

Die Zellen können zum Beispiel eine prismatische Dünnfilm-Struktur aufweisen, in welcher ein fester Dünnfilm-Elektrolyt zwischen einem Film, der eine Anode darstellt, und einem Film, der eine Kathode darstellt, angeordnet ist. Ein zentraler Kathodenstromabnehmer ist zwischen jedem der Kathodenfilme angeordnet, um eine doppelflächige Zellenkonfiguration zu bilden. In einer anderen Ausführungsform kann eine einflächige Zellenkonfiguration eingesetzt werden, bei welcher ein einzelner Kathodenstromabnehmer einer einzelnen Anode/Separator/Kathode- Elementkombination zugeordnet ist. In dieser Konfiguration ist ein Isolierfilm typischerweise zwischen einzelnen Anode/Separator/Kathode/Stromabnehmer-Elementkombinationen angeordnet. For example, the cells may have a prismatic thin film structure in which a thin film solid electrolyte is interposed between a film that is an anode and a film that is a cathode. A central cathode current collector is disposed between each of the cathode films to form a dual-area cell configuration. In another embodiment, a single-surface cell configuration may be employed in which a single cathode current collector is associated with a single anode / separator / cathode element combination. In this configuration, an insulating film is typically disposed between individual anode / separator / cathode / current collector element combinations.

Erfindungsgemäße elektrochemische Zellen liefern eine hohe Spannung und zeichnen sich durch eine hohe Energiedichte und gute Stabilität aus. Insbesondere zeichnen sich erfindungsgemäße elektrochemische Zellen durch einen nur sehr geringen Kapazitätsverlust bei längerem Gebrauch und wiederholten Zyklieren aus. Inventive electrochemical cells provide a high voltage and are characterized by a high energy density and good stability. In particular, electrochemical cells according to the invention are characterized by only a very small loss of capacity with prolonged use and repeated cycling.

Die erfindungsgemäßen elektrochemischen Zellen können zu Lithium-Ionen-Batterien zusammengesetzt werden. Demnach ist ein weiterer Gegenstand vorliegenden Erfindung auch die Verwendung von erfindungsgemäßen, elektrochemischen Zellen, wie vorangehend beschrieben, in Lithium-Ionen- Batterien. Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind Lithium-Ionen-Batterien, enthaltend mindestens eine erfindungsgemäße elektrochemische Zelle, wie vorangehend beschrieben. Erfindungsgemäße elektrochemische Zellen lassen sich in erfindungsgemäßen Lithium-Ionen- Batterien miteinander kombinieren, beispielsweise in Reihenschaltung oder in Parallelschaltung. Reihenschaltung ist bevorzugt. The electrochemical cells of the invention can be assembled into lithium-ion batteries. Accordingly, another object of the present invention is also the use of electrochemical cells according to the invention, as described above, in lithium-ion batteries. Another object of the present invention are lithium-ion batteries, comprising at least one inventive electrochemical cell, as described above. Inventive electrochemical cells can be combined with one another in lithium-ion batteries according to the invention, for example in series connection or in parallel connection. Series connection is preferred.

Erfindungsgemäße elektrische Zellen zeichnen sich durch besonders hohe Kapazitäten, hohe Leistungen auch nach wiederholtem Aufladen und stark verzögertem Zelltod aus. Erfindungsgemäße elektrische Zellen eignen sich sehr gut zur Verwendung in Automobilen, mit Elektromotor betriebenen Zweirädern, beispielsweise Pedelecs, Flugzeugen, Schiffen oder stationären Energiespeichern. Derartige Verwendungen sind ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung. Inventive electrical cells are characterized by particularly high capacity, high performance even after repeated charging and greatly delayed cell death. Electric cells according to the invention are very suitable for use in automobiles, electric motor-driven two-wheeled vehicles, for example pedelecs, aircraft, ships or stationary energy storage devices. Such uses are a further subject of the present invention.

Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist die Verwendung von erfindungsgemäßen elektrochemischen Zellen wie vorangehend beschrieben in Vorrichtungen, insbesondere in Automobilen, mit Elektromotor betriebenen Zweirädern, Flugzeugen, Schiffen oder stationären Energiespeichern. Another object of the present invention is the use of electrochemical cells according to the invention as described above in devices, especially in automobiles, electric motor-powered two-wheelers, aircraft, ships or stationary energy storage.

Die Verwendung von erfindungsgemäßen Lithium-Ionen-Batterien in Geräten bietet den Vorteil einer längeren Laufzeit vor dem Nachladen sowie einen geringeren Kapazitätsverlust bei länge- rer Laufzeit. Wollte man mit elektrochemischen Zellen mit geringerer Energiedichte eine gleiche Laufzeit verwirklichen, so müsste man ein höheres Gewicht für elektrochemische Zellen in Kauf nehmen. The use of lithium ion batteries in devices according to the invention offers the advantage of a longer running time before recharging and a lower capacity loss with longer running time. If one wanted to realize an equal running time with electrochemical cells with a lower energy density, then one would have to accept a higher weight for electrochemical cells.

Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist daher auch die Verwendung von erfin- dungsgemäßen Lithium-Ionen-Batterien in Geräten, insbesondere in mobilen Geräten. Beispiele für mobile Geräte sind Fahrzeuge, beispielsweise Automobile, Zweiräder, Flugzeuge oder Wasserfahrzeuge wie Boote oder Schiffe. Andere Beispiele für mobile Geräte sind solche, die man selber bewegt, beispielsweise Computer, insbesondere Laptops, Telefone oder elektrische Handwerkszeuge, beispielsweise aus dem Bereich des Bauens, insbesondere Bohrmaschinen, Akkubohrschrauber oder Akku-Tacker. Another object of the present invention is therefore the use of inventive lithium-ion batteries in devices, especially in mobile devices. Examples of mobile devices are vehicles, for example automobiles, two-wheeled vehicles, aircraft or watercraft, such as boats or ships. Other examples of mobile devices are those that you move yourself, such as computers, especially laptops, phones or electrical tools, for example, in the field of construction, in particular drills, cordless screwdrivers or cordless tackers.

Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist demnach auch eine Vorrichtung, enthaltend mindestens eine erfindungsgemäße elektrochemischen Zelle wie vorangehend beschrieben. Accordingly, a further subject matter of the present invention is also a device comprising at least one electrochemical cell according to the invention as described above.

Die Erfindung wird durch folgende, die Erfindung jedoch nicht einschränkende Beispiele erläutert. Angaben in Prozent beziehen sich jeweils auf Gew.-%, wenn nicht ausdrücklich anders angegeben. The invention is illustrated by the following, but not limiting examples of the invention. Percentages are by weight in each case, unless expressly stated otherwise.

TEM-Untersuchungen wurden als HAADF-STEM mit einem Transmissionselektronenmikroskop Tecnai F20 (FEI, Eindhoven, NL) bei einer Arbeitsspannung von 200 kV in Ultradünnschichttechnik (Einbettung der Proben in Kunstharz als Matrix) durchgeführt. TEM investigations were carried out as HAADF-STEM using a Tecnai F20 transmission electron microscope (FEI, Eindhoven, NL) at a working voltage of 200 kV in ultrathin layer technique (embedding of the samples in synthetic resin as matrix).

I. Herstellung von Monomeren 1.1 Herstellung von 2,2'-Spirobi[3,4-dihydro-1 H-1 ,3,2-benzodiazasilin] - Monomer M1 I. Preparation of Monomers 1.1 Preparation of 2,2'-spirobi [3,4-dihydro-1H-1, 3,2-benzodiazasiline] -Monomer M1

80 mmol 2-Aminobenzylamin wurden in 200 ml getrocknetem Toluol in einem 500 ml- Dreihalskolben mit Rückflusskühler, Gaseinleitung und Tropftrichter unter Argon-Atmosphäre gelöst. Zur Lösung wurden 200 mmol Triethylamin als Base hinzugegeben. Anschließend wur- den 40 mmol Siliciumtetrachlorid in 100 ml getrocknetem Toluol im Tropftrichter gelöst und langsam zur Lösung aus 2-Aminobenzylamin und Triethylamin in Toluol getropft, so dass sich die Lösung nur wenig erwärmte. Sofort fiel ein weißer Niederschlag aus Triethylammonium- Hydrochlorid aus. Dieser wurde nach etwa 16 Stunden unter Argon-Atmosphäre abgetrennt. Das Lösungsmittel wurde im Vakuum entfernt und man erhielt einen hellgelben Feststoff in 82 %-iger Ausbeute. 80 mmol of 2-aminobenzylamine were dissolved in 200 ml of dried toluene in a 500 ml three-necked flask with reflux condenser, gas inlet and dropping funnel under argon atmosphere. To the solution, 200 mmol of triethylamine as a base was added. Subsequently, 40 mmol of silicon tetrachloride were dissolved in 100 ml of dried toluene in a dropping funnel and slowly added dropwise to the solution of 2-aminobenzylamine and triethylamine in toluene, so that the solution heated only slightly. Immediately, a white precipitate of triethylammonium hydrochloride precipitated. This was separated after about 16 hours under argon atmosphere. The solvent was removed in vacuo to give a light yellow solid in 82% yield.

2,2'-Spirobi[3,4-dihydro-1 H-1 ,3,2-benzodiazasilin]: hellgelbes Pulver; 2,2'-spirobi [3,4-dihydro-1H-1, 3,2-benzodiazasiline]: light yellow powder;

Elementaranalyse für Ci₄Hi₆N₄Si, gefunden (theoretisch) in %: C: 61 ,96 (62,65), H: 6,57 (6,01 ), N: 20,13 (20,87), Si: 1 1 ,34 (10,47);Elemental analysis for Ci ₄ Hi ₆ N ₄ Si, found (in theory) in%: C: 61, 96 (62.65), H: 6.57 (6.01), N: 20.13 (20.87), Si: 1 1, 34 (10.47);

H-NMR (CDCI3): 7,06 (ddd, ³J₇₈ = 7,8 Hz, ³J₆₇ = 7,5 Hz, J₅₇ = 1 ,4 Hz, 2 H, H⁷), 6,95 (d, ³J₅₆ = 7,1 Hz, 2 H, H⁵), 6,74 (ddd, ³J₅₆ = 7,1 Hz, ³J₆₇ = 7,5 Hz, ⁴J₆₈ = 1 ,1 Hz, 2 H, H⁶), (d, ³J₇₈ = 7,8 Hz, 2 H, H⁸), 4,14 (dd, ²J₄₄ ^< = 5,3 Hz, ³J₃₄ = ³J₃₄' = 14,9 Hz, H /H^4'), 4,05 (dd, ²J₄₄ ^< = 5,8 Hz, ³J₃₄ = ³J₃₄' = 14,9 Hz, H /H^4'), 3,90 (s, 2 H, H ), 1 ,68 (s, 2 H; H³);H-NMR (CDCl 3): 7.06 (ddd, ³ J ₇₈ = 7.8 Hz, ³ J ₆₇ = 7.5 Hz, J ₅₇ = 1.4 Hz, 2 H, H ⁷ ), 6.95 ( d, ³ J ₅₆ = 7.1 Hz, 2 H, H ⁵ ), 6.74 (ddd, ³ J ₅₆ = 7.1 Hz, ³ J ₆₇ = 7.5 Hz, ⁴ J ₆₈ = 1, 1 Hz , 2 H, H ⁶ ), (d, ³ J ₇₈ = 7.8 Hz, 2 H, H ⁸ ), 4.14 (dd, ² J ₄₄ ^< = 5.3 Hz, ³ J ₃₄ = ³ J ₃₄ '= 14.9 Hz, H / H ^4' ), 4.05 (dd, ² J ₄₄ ^< = 5.8 Hz, ³ J ₃₄ = ³ J ₃₄ '= 14.9 Hz, H / H ^4' ) 3.90 (s, 2 H, H), 1, 68 (s, 2 H; H ^3);

3C-NMR (CDCI₃) δ in ppm: 144,9, 127,9 (C⁹/C¹⁰); 127,6 (C⁷), 126,5 (C⁵), 1 18,9 (C⁶), 1 17,9 (C⁸), 44,5 (C⁴); 3C-NMR (CDCl ₃ ) δ in ppm: 144.9, 127.9 (C ⁹ / C ¹⁰ ); 127.6 (C ⁷ ), 126.5 (C ⁵ ), 1 18.9 (C ⁶ ), 1 17.9 (C ⁸ ), 44.5 (C ⁴ );

²⁹Si-NMR (CDCI3) δ in ppm: -48,9; ²⁹ Si NMR (CDCl3) δ in ppm: -48.9;

ATR-FTIR ('^"' in cm-¹): 3374, 3328, 3274 (V_N-H), 3015 (V=_C-H), 2922, 2895, 2850 (v_as,s CH2), 1601 , 1583, 1493, 1459 (v_c=c), 1 194 (VSI-NH), 835 (v_as,si-N) , 743 (y=c-_H); ATR-FTIR ( '^"' in cm- ^1): 3374, 3328, 3274 (V _N-H), 3015 (V = _C-H), 2922, 2895, 2850 (v _as, s CH2), 1601, 1583 , 1493, 1459 (v _c = c), 1 194 (VSI-NH), 835 (v _as , si-N), 743 (y = c- _H );

ESI-MS: [m/z] (relative Intensität), CH2CI2/CH3CN, Ci₄Hi₆N₄Si (M): 267,1071 (3) [M-H]⁺, 226,0852 (15) [Si₃Hi₆N₉]⁺, 123,0842 (22) [M-SiC₇H₆N₂]⁺, 106,0575 (100) [M-SiC₇H₈N₃]⁺. I.2 Herstellung von Tetraphenylaminosilan - Monomer M2 ESI-MS: [m / z] (relative intensity), CH 2 Cl 2 / CH 3 CN, Ci ₄ Hi ₆ N ₄ Si (M): 267.1071 (3) [MH] ⁺ , 226.0852 (15) [Si ₃ Hi ₆ N ₉ ] ⁺ , 123.0842 (22) [M-SiC ₇ H ₆ N ₂ ] ⁺ , 106.0575 (100) [M-SiC ₇ H ₈ N ₃ ] ⁺ . I.2 Preparation of Tetraphenylaminosilane - Monomer M2

Bei RT wurden 149,1 g Anilin mit 100 ml Toluol unter Stickstoff vorgelegt und im Eiswasserbad auf 1 bis 3°C abgekühlt. Dazu wurden langsam 34,1 g Tetrachlorosilan getropft. Mit den ersten Tropfen wurde die Reaktionslösung trübe und die Innentemperatur stieg auf 4 °C. Während der Zutropfzeit von 2 h wurde das Reaktionsgemisch mit Eiswasser gekühlt. Die gebildete Suspension verdickte sich währenddessen kontinuierlich. Nach Beendigung der Zugabe des Tetrachlo- rosilans entstand ein dünnflüssiger weißer Brei. Das Reaktionsgemisch wurde auf RT erwärmt und anschließend bei 30°C noch 1 Stunde nachgerührt. Das Reaktionsgemisch wurde über eine Fritte abgesaugt und das bernsteinfarbene Filtrat mit 100 ml Toluol nachgespült. Die Lö- sung wurde bei 100 °C und 5 mbar eingeengt. Es wurden 76 g Produkt als Öl erhalten, welches bei RT kristallisierte. H-NMR (500 MHz, 16 Scans, CD₂CI₂): 4,17 ppm (4x1 H, s, -NH-Si); 6,80 ppm (4X1 H, t, para-H); 6,91 ppm (4X2H, d, ortho-H); 7,16 ppm (4X2H, t, meta-H); At RT, 149.1 g of aniline were initially charged with 100 ml of toluene under nitrogen and cooled to 1 to 3 ° C in an ice water bath. For this purpose, 34.1 g of tetrachlorosilane were slowly added dropwise. With the first drops, the reaction solution became cloudy and the internal temperature rose to 4 ° C. During the 2 hour dropping time, the reaction mixture was cooled with ice water. The formed suspension thickened continuously during this time. Upon completion of the addition of the tetrachlorosilane, a thin white pulp was formed. The reaction mixture was warmed to RT and then stirred at 30 ° C for a further 1 hour. The reaction mixture was filtered with suction through a frit and rinsed the amber filtrate with 100 ml of toluene. The solution was concentrated at 100 ° C. and 5 mbar. There was obtained 76 g of product as an oil which crystallized at RT. H-NMR (500 MHz, 16 scans, CD ₂ Cl ₂ ): 4.17 ppm (4x1 H, s, -NH-Si); 6.80 ppm (4X1 H, t, para-H); 6.91 ppm (4X2H, d, ortho-H); 7.16 ppm (4X2H, t, meta-H);

II. Herstellung von Kompositmaterialien II. Production of Composite Materials

11.1 Herstellung von Kompositmaterial KM-1 ausgehend von Monomer M1 11.1 Preparation of composite material KM-1 starting from monomer M1

5 g des Monomers M1 aus Beispiel 1.1 wurden unter Argon geschmolzen und auf die ge- wünschte Polymerisationstemperatur, z.B. 250 °C, erhitzt. Diese Temperatur wurde für drei Stunden konstant gehalten. Dabei konnte durch die Entstehung von Ammoniak eine Gasentwicklung beobachtet werden. Die Schmelze bzw. das Kompositmaterial war in Abhängigkeit der Reaktionstemperatur gelb und klar bis hin zu schwarz. Das Kompositmaterial KM-1 musste anschließend unter Argonatmosphäre gelagert werden. 5 g of the monomer M1 from Example 1.1 were melted under argon and brought to the desired polymerization temperature, e.g. 250 ° C, heated. This temperature was kept constant for three hours. In the process, gas evolution was observed by the formation of ammonia. The melt or the composite material was yellow and clear to black, depending on the reaction temperature. The composite material KM-1 then had to be stored under argon atmosphere.

11.2 Herstellung von Kompositmaterial KM-2 ausgehend von Monomer M2 11.2 Preparation of composite material KM-2 starting from monomer M2

61 g Tetraphenylaminosilan (M2 aus Beispiel I.2) und 18,9 g Urotropin (40% Überschuss) wurden in einemI L- Rundkolben unter Stickstoff vorgelegt und 500 ml Diisopropylnaphthalin zugegeben. Der Kolben wurde im Ölbad auf 160°C aufgeheizt und die Mischung bei dieser Tempe- ratur 5,5 Stunde im Ölbad belassen. Die Mischung wurde auf RT abgekühlt und über eine Glas- fritte unter Stickstoff abfiltriert. Das Produkt wurde zweimal mit 100 ml Toluol und zweimal mit 100 ml Hexan unter Stickstoff gewaschen. Am Rotationverdampfer wurde der Feststoff bei 100 °C und 5 mbar getrocknet. Es wurden 26 g Kompositmaterial KM-2 erhalten. 61 g of tetraphenylaminosilane (M2 from Example I.2) and 18.9 g of urotropin (40% excess) were placed under nitrogen in an I.L. round bottom flask and 500 ml of diisopropylnaphthalene were added. The flask was heated to 160 ° C. in an oil bath and the mixture was left in the oil bath at this temperature for 5.5 hours. The mixture was cooled to RT and filtered through a glass frit under nitrogen. The product was washed twice with 100 ml of toluene and twice with 100 ml of hexane under nitrogen. On a rotary evaporator, the solid was dried at 100 ° C and 5 mbar. There were obtained 26 g of composite material KM-2.

Claims

Patentansprüche claims

Kompositmaterial enthaltend a) mindestens eine Stickstoff- und (Halb-)Metall-haltige Phase (a), und Composite material comprising a) at least one nitrogen and (half) metal-containing phase (a), and

b) mindestens eine organische Polymerphase (b), wobei mindestens eine organische Polymerphase (b) mit mindestens einer Stickstoff- und (Halb-)Metall-haltigen Phase (a) Phasendomänen bildet und der durchschnittliche Abstand (das arithmetische Mittel der Abstände) zweier benachbarter Domänen identischer Phasen, ermittelt mit Hilfe von Rontgenkleinwinkelstreuung, im Wesentlichen maximal 200 nm beträgt. b) at least one organic polymer phase (b), wherein at least one organic polymer phase (b) having at least one nitrogen and (half) metal-containing phase (a) phase domains forms and the average distance (the arithmetic mean of the distances) of two adjacent Domains of identical phases, determined by means of X-ray small-angle scattering, is essentially at most 200 nm.

Kompositmaterial nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das (Halb-)Metall der Phase (a) ausgewählt ist unter B, AI, Ga, In, Si, Ge, Sn, As, Sb, Se, Te, Ti, Zr, V, Cr, Mo, W, Mn und deren Mischungen. Composite material according to claim 1, characterized in that the (semi-) metal of the phase (a) is selected from B, Al, Ga, In, Si, Ge, Sn, As, Sb, Se, Te, Ti, Zr, V , Cr, Mo, W, Mn and mixtures thereof.

Kompositmaterial nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Composite material according to claim 1 or 2, characterized in that the

(Halb-)Metall der Phase (a) zu wenigstens 90 mol-%, bezogen auf die Gesamtmenge an (Halb-)Metall in Phase (a), Silizium umfasst. (Semi) metal of the phase (a) to at least 90 mol%, based on the total amount of (half) metal in phase (a) comprises silicon.

Kompositmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in der Phase (a) das molare Verhältnis von (Halb-)Metall zu Stickstoff im Bereich von 1 zu 1 bis 1 zu 4 liegt. Composite material according to one of claims 1 to 3, characterized in that in the phase (a) the molar ratio of (half) metal to nitrogen in the range of 1 to 1 to 1 to 4.

Kompositmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass Phase (a) von 0 bis 1 Gew.-% Sauerstoff enthält. Composite material according to one of claims 1 to 4, characterized in that phase (a) from 0 to 1 wt .-% oxygen.

Kompositmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 5, erhältlich durch Polymerisation wenigstens eines Monomers AB, das Composite material according to one of claims 1 to 5, obtainable by polymerization of at least one monomer AB, the

wenigstens eine zweite kationisch polymerisierbare organische Monomereinheit B aufweist, die über ein oder mehrere Stickstoffatome kovalent an das Metall oder Halbmetallatom M der polymerisierbaren Monomereinheit A gebunden ist, unter kationischen Polymerisationsbedingungen, unter denen sowohl die polymerisierbare Monomereinheit A als auch die polymerisierbare Monomereinheit B unter Bruch der Bindung zwischen A und B polymerisieren, oder durch Copolymerisation von at least one second cationically polymerizable organic monomer unit B covalently bonded via one or more nitrogen atoms to the metal or semi-metal atom M of the polymerizable monomer unit A under cationic polymerization conditions under which both the polymerizable monomer unit A and the polymerizable monomer unit B are disrupted Polymerize bond between A and B, or by copolymerization of

i) mindestens einer Verbindung C, die ausgewählt ist aus Arylamidometallaten und Arylamidohalbmetallaten, mit i) at least one compound C selected from arylamidometalates and arylamido-half-metalates, with

ii) mindestens einer Verbindung D, die ausgewählt ist aus sauerstofffreien Formaldehyd-Umsetzungsprodukten enthaltend mindestens ein Methylen-Äquivalent, in einem Reaktionsmedium, das im wesentlichen wasserfrei ist, wobei man die Verbindung D in einer Menge einsetzt, dass das Molverhältnis von Methylen-Äquivalenten in Verbindung D zu den Arylamidogruppen in der Verbindung C wenigstens 0,5 : 1 beträgt. ii) at least one compound D selected from oxygen-free formaldehyde reaction products containing at least one methylene equivalent in a reaction medium which is substantially anhydrous, wherein the compound D is used in an amount such that the molar ratio of methylene equivalents in Compound D to the arylamido groups in compound C is at least 0.5: 1.

Verfahren zur Herstellung eines Kompositmaterials enthaltend a) mindestens eine Stickstoff- und (Halb-)Metall-haltige Phase, und A process for producing a composite material comprising a) at least one nitrogen and (semi-) metal-containing phase, and

wenigstens eine zweite kationisch polymerisierbare organische Monomereinheit B aufweist, die über ein oder mehrere Stickstoffatome kovalent an das Metall oder Halbmetallatom M der polymerisierbaren Monomereinheit A gebunden ist, unter kationischen Polymerisationsbedingungen, unter denen sowohl die polymerisierbare Monomereinheit A als auch die polymerisierbare Monomereinheit B unter Bruch der Bindung zwischen A und B polymerisieren, oder eine Copolymerisation von at least one second cationically polymerizable organic monomer unit B covalently bonded via one or more nitrogen atoms to the metal or semi-metal atom M of the polymerizable monomer unit A under cationic polymerization conditions under which both the polymerizable monomer unit A and the polymerizable monomer unit B are disrupted Polymerize bond between A and B, or a copolymerization of

Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Metall oder Halbmetall M der Monomereinheit A in dem Monomer AB oder in dem Arylamidometallat oder A- rylamidohalbmetallat ausgewählt ist unter B, AI, Ga, In, Si, Ge, Sn, As, Sb, Se, Te, Ti, Zr, V, Cr, Mo, W, Mn und deren Mischungen. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Metall oder Halbmetall M der Monomereinheit A in dem Monomer AB oder in dem Arylamidometallat oder Arylamidohalbmetallat zu wenigstens 90 mol-%, bezogen auf die Gesamtmenge an M, Silizium umfasst. A method according to claim 7, characterized in that the metal or semimetal M of the monomer unit A in the monomer AB or in the arylamidometalate or A- rylamidohalbmetallat is selected from B, Al, Ga, In, Si, Ge, Sn, As, Sb, Se, Te, Ti, Zr, V, Cr, Mo, W, Mn and mixtures thereof. A method according to claim 7 or 8, characterized in that the metal or semimetal M of the monomer unit A in the monomer AB or in the Arylamidometallat or Arylamidohalbmetallat comprises at least 90 mol%, based on the total amount of M, silicon.

Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Monomere AB, welches wenigstens eine Monomereinheit A und wenigstens eine Monomereinheit B aufweist, durch die allgemeine Formel I beschrieben wird, Method according to one of claims 7 to 9, characterized in that the monomer AB, which has at least one monomer unit A and at least one monomer unit B, is described by the general formula I,

R¹— Q_{x /}X-R^{1 '} R ¹ -Q _{x /} XR ^{1 '}

(I) (I)

₂ / \ ₂, ₂ / \ ₂ ,

R²— G (Y-R² )_q R ² -G (YR ² ) _q

worin wherein

M für ein Metall oder Halbmetall steht; M is a metal or semimetal;

R¹, R² gleich oder verschieden sein können und jeweils für einen Rest R ¹ , R ^{2 may be the} same or different and each represents a radical

stehen, worin A für einen an die Doppelbindung kondensierten aromatischen oder heteroaromatischen Ring steht, m für 0, 1 , 2 oder 3 steht, die Reste R gleich oder verschieden sein können und unter Halogen, CN, Ci-C6-Alkyl, Ci- C6-mono- oder di-Alkylaminound Phenyl ausgewählt sind und R^a, R^b die zuvor genannten Bedeutungen aufweisen; wherein A is an aromatic or heteroaromatic ring fused to the double bond, m is 0, 1, 2 or 3, the radicals R may be identical or different and are halogen, CN, Ci-C6-alkyl, Ci- C6 mono- or di-alkylamino and phenyl are selected and R ^a , R ^{b have} the meanings given above;

gleich oder verschieden sein können und jeweils für NR³ stehen; entsprechend der Wertigkeit von M für 0, 1 oder 2 steht, may be the same or different and each represents NR ³ ; corresponding to the valence of M is 0, 1 or 2,

gleich oder verschieden sein können und jeweils für Ci-C6-Alkyl, C3-C6- Cycloalkyl, Aryl oder einen Rest Ar'-C(R^a',R^b')- stehen, worin Ar' die für Ar angegebenen Bedeutungen hat und R^a', R^b' die für R^a, R^b angegebenen Bedeutungen aufweisen oder R^1', R^2' gemeinsam mit X und Y für einen Rest der Formel (la), wie zuvor definiert, stehen, und R³ für Wasserstoff, Alkyl, Alkenyl, Cycloalkyl oder Aryl stehen, wobei Aryl unsub- stituiert ist oder einen oder mehrere Substituenten aufweisen kann, die wie die Reste R definiert sind, und mehrere Reste R³ gleich oder verschieden sein können. may be the same or different and are each C 1 -C 6 -alkyl, C 3 -C 6 -cycloalkyl, aryl or a radical Ar'-C (R ^{a '} , R ^b' ) - in which Ar 'has the meanings given for Ar and R ^{a '} , R ^{b' have} the meanings given for R ^a , R ^b or R ^{1 '} , R ^2' together with X and Y is a radical of the formula (Ia), as defined above, and R ^{3 is} hydrogen, alkyl, alkenyl, cycloalkyl or aryl, wherein aryl is unsubstituted or may have one or more substituents which are defined as the radicals R, and several radicals R ^{3 may be} identical or different.

1 . Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Monomere AB, welches wenigstens eine Monomereinheit A und wenigstens eine Monomereinheit B aufweist, durch die allgemeinen Formeln II oder III beschrieben wird, 1 . Method according to one of claims 7 to 9, characterized in that the monomer AB, which has at least one monomer unit A and at least one monomer unit B, by the general formulas II or III is described,

worin wherein

M für Si, Ti, Zr, Hf, Ge oder Sn steht; M is Si, Ti, Zr, Hf, Ge or Sn;

R, R' sind unabhängig voneinander unter Halogen, CN, Ci-C6-Alkyl, Ci-C6-mono- oder di-Alkylamino und Phenyl ausgewählt; R, R 'are independently selected from halo, CN, Ci-C6-alkyl, Ci-C6-mono- or di-alkylamino and phenyl;

m, n stehen unabhängig voneinander für 0, 1 oder 2, m, n are independently 0, 1 or 2,

R^a, R^b, R^a', R^b' sind unabhängig voneinander ausgewählt unter Wasserstoff und Methyl oder R^a und R^b und/oder R^a und R^b' stehen jeweils gemeinsam für ein Sauerstoffatom oder =CH2, R ^a , R ^b , R ^{a '} , R ^b' are independently selected from hydrogen and methyl or R ^a and R ^b and / or R ^a and R ^{b '} are each together an oxygen atom or = CH 2,

R^c, R^d sind gleich oder verschieden und jeweils unter Ci-C6-Alkyl, C3-C6-Cycloalkyl und Aryl ausgewählt, und R ^c , R ^d are the same or different and are each selected from ^C 1 -C 6 -alkyl, ^C 3 -C 6 -cycloalkyl and aryl, and

R³ für Wasserstoff, Alkyl, Alkenyl, Cycloalkyl oder Aryl stehen, wobei Aryl unsub- stituiert ist oder einen oder mehrere Substituenten aufweisen kann, die wie dieR ^{3 is} hydrogen, alkyl, alkenyl, cycloalkyl or aryl, wherein aryl is unsubstituted or may have one or more substituents, such as the

Reste R definiert sind, und mehrere Reste R³ gleich oder verschieden sein können. R radicals are defined, and a plurality of radicals R ^{3 may be the} same or different.

2. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung C, die ausgewählt ist aus Arylamidometallaten und Arylamidohalbmetallaten, durch die allgemeine Bruttoformel IV oder Kondensationsprodukten derselben beschrieben wird, Process according to any one of Claims 7 to 9, characterized in that the compound C selected from arylamidometalates and arylamido-semimetals is described by the general formula (IV) or condensation products thereof,

[(ArNR⁴)_rMO_sR⁵t]u (IV) worin [(ArNR ⁴ ) _r MO _s R ⁵ t] u (IV) where

M für ein Metall oder Halbmetall steht; M is a metal or semimetal;

r für 1 , 2, 3, 4, 5 oder 6 steht, s 0, 1 oder 2 bedeutet, r is 1, 2, 3, 4, 5 or 6, s is 0, 1 or 2,

t 0, 1 oder 2 bedeutet, t is 0, 1 or 2,

u für eine ganze Zahl, z.B. 1 , 2, 3, 4, 5 oder 6, steht, u is an integer, e.g. 1, 2, 3, 4, 5 or 6,

Ar für Phenyl oder Naphthyl steht, wobei der Phenylring bzw. der Naphtylring un- substituiert sind oder einen oder mehrere Substituenten R⁶ aufweisen können, die unter Ci-C6-Alkyl, C3-C6-Cycloalkyl und NR^eR^f ausgewählt sind, worin R^e und R^f unabhängig voneinander für Wasserstoff, Alkyl oder Cycloalkyl stehen; für Wasserstoff, Ci-C6-Alkyl, C3-C6-Cycloalkyl oder Aryl stehen, wobei ArylAr is phenyl or naphthyl, wherein the phenyl ring or the naphthyl ring are unsubstituted or may have one or more substituents R ⁶ , which are selected from C 1 -C 6 -alkyl, C 3 -C 6 -cycloalkyl and NR ^e R ^f , wherein R ^e and R ^{f are} independently hydrogen, alkyl or cycloalkyl; are hydrogen, C 1 -C 6 -alkyl, C 3 -C 6 -cycloalkyl or aryl, where aryl

Phenyl oder Naphthyl bedeutet und unsubstituiert ist oder einen oder mehrere Substituenten aufweisen kann, die wie die Reste R⁶ definiert sind, und mehrere Reste R⁴ gleich oder verschieden sein können, und Is phenyl or naphthyl and is unsubstituted or may have one or more substituents which are defined as the radicals R ⁶ , and a plurality of radicals R ^{4 may be} identical or different, and

für Wasserstoff, Ci-C6-Alkyl, C3-C6-Cycloalkyl oder Aryl steht, wobei Aryl Phenyl oder Naphthyl bedeutet und unsubstituiert ist oder einen oder mehrere Substituenten aufweisen kann, die wie die Reste R⁶ definiert sind. is hydrogen, C ¹ -C ⁶ -alkyl, C 3 -C ⁶ -cycloalkyl or aryl, wherein aryl is phenyl or naphthyl and is unsubstituted or may have one or more substituents which are defined as the radicals R ⁶ .

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass Hexamethyl- entetramin als Verbindung D gewählt wird. 14. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Polymerisation oder Copolymerisation in Gegenwart einer Säure ausgewählt aus der Gruppe der CH-aciden und NH-aciden Verbindungen durchgeführt wird. 13. The method according to any one of claims 7 to 9, characterized in that hexamethyl-entetramine is selected as compound D. 14. The method according to any one of claims 7 to 13, characterized in that the polymerization or copolymerization is carried out in the presence of an acid selected from the group of CH-acidic and NH-acidic compounds.

15. Verwendung eines Kompositmaterials nach einem der Ansprüche 1 bis 6, oder erhältlich nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 7 bis 14 zur Herstellung eines elekt- roaktiven Materials für elektrochemischen Zellen. 15. Use of a composite material according to any one of claims 1 to 6, or obtainable by a process according to any one of claims 7 to 14 for the preparation of an electro-active material for electrochemical cells.

16. Verfahren zur Herstellung eines elektroaktiven Materials für elektrochemische Zellen umfassend die Carbonisierung eines Kompositmaterials nach einem der Ansprüche 1 bis 6, oder eines Kompositmaterials erhältlich nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 7 bis 14. 16. A method for producing an electroactive material for electrochemical cells comprising the carbonization of a composite material according to any one of claims 1 to 6, or a composite material obtainable by a method according to any one of claims 7 to 14.

17. Elektroaktives Material erhältlich nach Anspruch 16. 18. Elektrochemische Zelle, enthaltend mindestens eine Elektrode, die mindestens ein elektroaktives Material gemäß Anspruch 17 enthält. 17. Electroactive material obtainable according to claim 16. 18. An electrochemical cell, comprising at least one electrode, which contains at least one electroactive material according to claim 17.

19. Verwendung von elektrochemischen Zellen nach Anspruch 18 in Vorrichtungen. 20. Vorrichtung, enthaltend mindestens eine elektrochemischen Zelle nach Anspruch 18. 19. Use of electrochemical cells according to claim 18 in devices. 20. Device comprising at least one electrochemical cell according to claim 18.