CN105122504A - 复合材料、用于制造复合材料的方法、由复合材料制成的系统及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及复合材料，包括或包含具有颗粒的涂装材料和基础材料，其中，基础材料在其表面处含有凹处，其在凹处的地点处引起基础材料的减小的厚度，其中，凹处不同与基础材料的光滑的平坦表面，其特征在于，颗粒和凹处的几何尺寸和/或形状如此接近或一致，即，一个或多个颗粒几何地完全或部分地配合到各个凹处中或通过力和/或能量作用如此固定粘附地侵入使得粘合至少部分地基于在颗粒和基础材料之间的机械力。此外，本发明涉及：电化学系统、电池组、燃料电池、电解电池或双层电容，其含有所提及的复合材料作为电极；以及用于制造复合材料的方法。

Description

复合材料、用于制造复合材料的方法、由复合材料制成的系统及其应用
技术领域
本发明涉及复合材料，其具有含有涂装材料的颗粒以及待涂装的基础材料。颗粒可结合到粘合剂中。
在第一实施方式中，本发明涉及：用于电化学系统的复合材料，其例如可由导电体（Stromableiter）和含有颗粒的电极构成；用于制造复合材料的方法以及复合材料在电化学系统和其他的涂装系统中的应用。此外，该实施方式的对象为电化学系统-电池组、燃料电池、电解电池-和含有上述复合材料的其他的系统。
在第二实施方式中，本发明涉及复合材料，其具有含有涂装材料的颗粒以及待涂装的基础材料，其中，基础材料可在如金属、玻璃、木材、建筑材料或其他的无机或有机材料或生物材料的任意材料中选择。此外，这样的基础材料可设有无机的覆盖层(例如玻璃)以及金属涂层。本发明还涉及用于制造复合材料的方法。
背景技术
利用含有颗粒的材料涂装所有类型的表面应用于日常生活的非常多的领域。
有特别的经济意义的是电化学系统和工艺，其在最近几年中越来越重要。尤其电池组(例如锂离子电池组有很好的机会应用在移动领域中，例如以便完全或部分地储存油箱的能量或在机动车中供电。此外，这种系统还适合于静态能量应用，例如暂存过量的再生能量(例如风能和太阳能)或紧急供电。此外，考虑应用于移动设备的供电，例如笔记本。此外，用在例如燃料电池、电解工艺或电化学工艺中是没有限制的。
根据现有技术，用于此类系统和工艺的电极(即，阳极和阴极)通常是多孔的并且含有以下成分和物质，例如参见文献“Streng,Birgit:WasserstoffelektrodenintechnischenElektrolyseprozessenunterEinsatzvonWolframcarbidalsElektrokatalysator,Dissertation,TechnicalUniversityofDresden,1988”。
(a)“电化学活性材料”，下文称成“活性材料”，在其表面处存在电化学活性中心，在电化学活性中心处进行电化学反应。在开始电极制造时，活性材料以颗粒状的粉末状态存在。典型的粒度可为2μm。也可考虑小于或大于2μm的其他粒度，例如10μm。可考虑的电化学活性材料例如可为：锂化合物(例如磷酸铁锂、钛酸锂、铌酸锂)铂和铂化合物、铅、氧化铅、硫酸铅、铅化合物、镍、氧化镍、镍化合物、镉、氧化镉、镉化合物、银、氧化银、银化合物、有机化合物，其可还为聚合物。
(b)含碳的材料(例如“炭黑”和/或“石墨”和/或“石墨烯”和/或碳纳米管)用于吸收电化学活性材料和改善最终的电极材料的电子导电性。炭黑和/或石墨至少在开始电极制造时以颗粒状的粉末状态存在。关于炭黑成分的典型的粒度可<100nm。石墨可以10至25μm的粒度供使用。然而，炭黑和石墨的粒度还可在上述粒度之外。
(c)“粘合剂”(其例如可包含聚四氟乙烯或聚偏氟乙烯、聚偏氟乙烯-六氟丙烯(PVDF-HEP)或羧甲基纤维素或羧甲基纤维素的碱金属盐，例如羧甲基纤维素钠、钾羧基纤维素或锂羧基纤维素(DE102010008782))以及对此事和的液态介质(其使粘合剂转变成液态或胶状状态)引起包含含碳材料(例如炭黑和/或石墨和活性材料)的所有电极材料的机械稳定性。因此，粘合剂在单独的颗粒之间具有粘接和机械稳定作用。
(d)成分a)和/或b)以及c)可混合成“电极混合物”。
(e)在锂离子电池组中，通常面状的“导电体”(其还被称为容纳材料并且用来稳定用于电极混合物的机械内聚性)可例如由铝箔以及铜箔构成。还可考虑由金属板或金属栅极或纤维状的材料构成的导电体(DE4019092)。尤其在文献WO2004/053200和DE10257186中说明了由金属板网构成的导电体。此外，还可使用包含或含有碳、碳纤维材料、玻碳、石墨烯的、由含有石墨烯的材料(例如含有石墨烯的塑料)构成的或涂有碳的金属箔(其中，金属例如可为铝)的导电体(例如WO2011/141486)。根据现有技术，在铅蓄电池中通常使用铅栅极或包含铅-锑合金的栅极(参见用于密封式Gel型铅电池组的手册，http://www.solarlink.de/PDF-Files/Exide/GelHandbuchTeil1.pdf)。金属板网是在表面中具有开口的栅栏状的材料并且还以表达金属网(Streck栅格)为人所知。
在涂装之前尤其在考虑到在涂层的颗粒和表面之间的数学、几何和机械的作用原理的情况下有针对性地处理表面和/或使表面结构化在用于电化学系统的导电体和其他的涂装系统中都是未知的。
通过组合松散的固体组成成分(例如含有晶体、粒子、微粒或其积聚物，下文称成“颗粒”，其含有成分a)、b)、c)和/或d)或可由这些成分构成)可形成“颗粒电极”并将其施加到“导电体”e)上。由此形成包含导电体和颗粒电极的复合材料，下文还称成“复合材料”。活性材料a)在电化学系统中必须强制性地存在，因为在活性材料的表面进行电化学反应。尤其在文献DE10030571和WO2005091396中提到了使用改善在导电体与颗粒电极之间的内聚性的材料(增附剂)。
电极的电化学活性材料的精确的组成和尤其类型根据电池组类型、系统、工艺和电极类型(阳极或阴极)有所不同。
紧接着将如此制造的电极-阳极和阴极-与电解质一起必要时在使用用于容纳电解质和用作在正电极和负电极之间的间隔保持部的分离器的情况下组装成电池。电池可由多个这样的阳极-电解质-阴极-单元构造而成。
下面以对于本领域技术人员已知的锂离子电池组的示例阐述电极放电反应：
负电极：
负电极根据以下反应式放电：
yLi(插入石墨*)→yLi++ye-+石墨
*)作为LiCz，其中，z可达到高达为6的值，参见DE10030571。
石墨在放电时完全或部分地被还原。
正电极：
在正电极处的放电过程可如下来表达：
在电化学反应期间在放电时放出的电子迫使电流流动并且由此可用于外部设备(例如笔记本、PKW、静止的能量供给部)的能量供给。
氧化还原和总反应式(放电)：
Li1-yMn2O4+yLi(插入石墨中)→LiMn2O4+石墨
在充电时以相应相反的方向进行上述反应。
在此，锰酸锂和锂(例如插入石墨中)相应用作活性材料(参见上面的编号a))。
随后使用的表述“和/或”包括一个或多个提及的元素的任意且所有组合。
在实践中，对用于制造可再生产的电化学电池的方法存在很大需求。因为通常注意再生产缺陷，其例如可为由于这种电化学电池的复杂的材料组成而出现局部的过渡电阻。其其他的原因是过电压或例如水迹与导电体和/或活性材料的不受控的化学和/或电化学反应，尤其腐蚀反应。
在制造用于这种系统的完成的含有活性材料的电极时的重要任务是，使上述成分a)、b)和c)或d)如此与导电体e)连接，使得保证非常好的机械粘合并且同时保证复合材料(包含导电体和颗粒电极)或由此产生的电化学电池的电化学功能。
在实践中，尤其针对锂离子电池组经常将金属箔用作导电体。此外，金属箔通常比金属板网价格更便宜。在此，尤其在使用金属箔时的一个很大的问题是颗粒电极或活性材料的颗粒从导电体的表面脱落和分开，这还导致提高在导电体和电化学活性材料之间的过渡电阻，例如参见文件DE102011004932第2页第[0006]段。其他的后果例如是局部的加热，这甚至可引起电池组的烧穿、减小的充电容量、能量损失。因此，进一步开发的目标设定是提供由颗粒电极和导电体构成的紧密粘合的复合材料和适合于此的尽可能成本有利的方法。
文献EP0599603说明了一种应用在碱性的电化学电池中的电极，含有基底和电化学活性材料的外层，其中，基底具有平坦的表面，该表面一方面借助于中间层、另一方面借助于打毛或喷砂或电化学的蚀刻如此改变，使得出现不规则的表面。然而在文献EP059960中并未说明，基础材料和颗粒表面必须具有什么样的精确的几何尺寸和形状，以便产生颗粒彼此以及在颗粒和基础材料之间的很好的机械粘合。EP059960尤其没有说明颗粒–基于颗粒彼此和在颗粒和基础材料之间的匹配的几何形状和尺寸-通过里和/或能量作用如此固定有粘性地侵入到基础材料中或颗粒彼此如此固定地彼此粘附，使得粘合至少部分地基于在颗粒彼此之间以及在颗粒和基础材料之间的机械力。
此外，在涂装技术的很多领域中(例如汽车构件的涂漆)存在含有颗粒的涂层有缺少地粘合在表面上的问题。在这种情况下，颗粒例如可为无机或有机的颜料。
发明内容
根据本发明，该目的–如例如包含在电化学电池中的导电体-颗粒电极–由此实现，即，一方面有针对性地准备和改变导电体的结构和表面几何结构，借助于任意的方法(例如刮、挤压、涂抹、喷射、砑光)将颗粒电极施加到该结构上；尽可能改善电极颗粒粘合在导电体的表面上并且由此使过渡电阻在最大程度上最小化。这在最简单的情况下例如可通过借助于合适的粒度的砂纸来机械地变得毛糙或通过恰好的激光处理实现。在理想情况下，导电体和涂装颗粒的表面在涂装之前、期间和/或之后如此好地相一致或靠近到如此程度，即，在导电体与颗粒之间的接触面达到最大。在任何情况下导电体的表面可必须允许颗粒电极的颗粒在其形状和尺寸方面与导电体的表面匹配。
另一方面可附加地使颗粒电极的颗粒的表面几何结构与导电体的表面结构匹配。颗粒几何结构的改变例如通过机械的磨碎、筛分和/或有针对性地控制颗粒的制造(例如通过选择合适的化学沉淀条件)实现。
根据本发明的一种特别的实施方式，颗粒侵入到导电体的表面的凹处中可如此引起，即，在涂装步骤之后，颗粒通过力和/或能量作用完全或部分地侵入到凹处中，其中，颗粒优选地比基础材料或导电体更硬。这例如可通过挤压和/或砑光实现。在砑光时，线压力设定成优选0.01至1500N/mm、进一步优选地0.01至700N/mm、还要更优选地200至500N/mm。压力优选地为0至100Mpa、还要更优选地为10至32MPa。在挤压或砑光时的作用时间优选为0.01至10.0分钟，优选为0.5至3分钟。
改善的粘合的上述效果通过以下方式实现，即，主要存在的颗粒的直径选择成小于主要存在的在导电体的表面处的凹处的直径，从而一个或多个颗粒(在理想情况下，颗粒的大部分、例如颗粒的数量的90%)几何地如此配合到在导电体的表面上的最多存在的凹处中，即，在导电体与颗粒之间出现尽可能大的接触面。在导电体或基础材料的表面处的凹处在本发明的意义中理解为与基础材料的光滑的平坦表面的偏差，其局部地在凹处处引起基础材料的减小的厚度。通过在几何方面匹配颗粒和基础材料在导电体与颗粒电极的颗粒之间出现基本上力配合的或形状配合的连接以及由此产生的复合材料。在此，根据本发明，颗粒电极的颗粒主要由于机械力(例如附着力、夹紧力、粘附力–类似于两个构件(例如在凹处或机械的夹紧连接部中的钉子)的宏观的纯粹机械的夹紧)粘附在导电体的表面上。由此将从宏观的技术上的机械装置得到的科学知识传递到微观和纳米范围中。由此实现颗粒明显改善地粘合在基础材料上的效果。颗粒从导电体的表面的除去–由于上述起作用的力–可变的困难或仅可通过作用机械力、热力、电力或相应的能量和/或通过作用任意其他的化学、物理和/或化学-物理的和/或能量实现。因此，根据本发明，颗粒电极的颗粒至少可直接在导电体/颗粒的界面处或在颗粒在导电体表面上的第一位置处–基于导电体的表面和颗粒的上述的几何结构的匹配–没有单独地或没有独自由于地球引力从导电体的表面移开。此外，如果引起的电极和电池可弯曲或卷起，以便代替平型电池组制造柱状电池组，在颗粒与导电体之间的改善的粘合是有利的。
然而，导电体的结构化同样具有限制。因此，根据本发明，从导电体的表面突出的构成物如角和棱不应如此高或不应如此程度地伸入到电极中，即，在随后组装电池时，电极的导电体接触相反充电的电极的分离器或导电体。在这种情况下存在短路风险。因此，根据本发明，导电体必须利用活性材料或颗粒电极的颗粒如此厚地覆盖，或分离器必须如此程度地进行匹配，使得排除任何短路风险。
相对于现有技术有新颖性的是，使导电体的表面和颗粒有针对性地如此结构化，即，基础材料的纳米结构和颗粒电极的颗粒和导电体的表面的几何结构最佳地彼此匹配，使得颗粒的直径至少选择成比在导电体的表面的凹处处的直径小得多，从而由此颗粒和在导电体的表面处的凹处机械地固定地且彼此接触地彼此连接和夹住。
优选地，导电体的表面和颗粒在纳米范围中、即在非常小的尺寸的范围<1mm中彼此匹配。理想地，凹处和颗粒的直径<=100至500μm，优选地<=20至50μm，从而相对于现有技术显著提高在导电体与颗粒之间的接触面。
因此，在导电体与颗粒之间的如此出现的接触面显著大于通过导电体的面尺寸算出的面积。由于更大的接触面，同时引起在导电体与颗粒电极之间的更高的起作用的力，例如附着力。这种复合材料的机械稳定性相比于现有技术(例如光滑的导电体和与导电体在几何上不匹配的颗粒大小和形状)显著更高。
通过在导电体与颗粒电极之间的固定地夹住的、以机械原理接触的连接引起还降低在导电体e)与其余的成分a)、b)和c)或d)之间的过渡电阻和由此引起的不期望的加热。因此，电流可在很大程度上无阻碍地在电化学活性的中心(在该处局部地进行电化学反应并且其在活性材料上位于电极表面处)与导电体之间流动。可能的过渡电阻妨碍电子电流、导致局部的不期望的发热并且进而导致能量损失。通过过渡电阻阻碍的电流越小，整个系统或整个工艺的功能和可靠性越好。
本发明的另一优点是，在充分地机械结合的情况下，颗粒如此好地机械地粘附在导电体的表面的凹处中，使得在导电体/电极材料的界面处不需要粘合剂。因为粘合剂通常不具有电子导电性或仅具有很小的电子导电性，所以粘合剂妨碍所有颗粒电极的电子导电性。因此，部分地或完全省去粘合剂除了具有节省材料的优点之外还有利地改善由导电体和颗粒电极构成的复合材料的电子导电性。由此又降低由于过渡电阻的局部发热。
尤其由铝构成的金属箔一方面价格便宜。另一方面可金属箔以连续的涂装方法进行涂装。然而，金属表面的通常光滑的表面导致颗粒电极很少或针对持续运行没有充分地粘合在金属箔上，由此引起更高的过渡电阻并且最后引起能量损失。通常在这种情况下本领域技术人员决定采用栅栏状的导电体，以便改善电极颗粒与栅栏状的导电体的粘合，参见EP2287945。然而，栅栏状的导电体通常比板状或箔状的导电体更贵。此外，在结构和制造技术上更简单地进行板状或箔状的导电体相比于栅栏状的导电体与例如消耗电流的白炽灯的外部电路的接触。在栅栏状的导电体中，与外部的电流回路的接触必须通过附加的机械的或材料配合的点接触部进行。在板状或箔状的导电体中，为了电接触的目的，可在其制造时例如将相关的板片或相关的箔片的接片(Fahne)引导到在电池之外的空间中，从而限制或避免过渡电阻并且使得箔片或板片此时相应由一个块构成。
因此，本领域技术人员不容易想到的是，板状或箔状的导电体的优点和有针对性的、尤其与颗粒大小和形状匹配的并且相似的表面特性(其通过颗粒的特定的几何结构引起电极颗粒最佳地粘合在导电体的表面上)彼此结合。从现有技术也绝对没有得悉启示，据此本领域技术人员应实施导电体的这种有针对性的、尤其与颗粒形状和大小适应的几何表面结构。因此，改善的附着、降低过渡电阻和局部的发热的特别作用具有创造性。
此外，本领域技术人员不容易想到的是，结合微观和纳米技术与宏观的技术机构的原理的特征并且将其用在特定的电化学的任务上。即，一方面在考虑考尽可能小的过渡电阻和电化学的接触阻抗的情况下进行微观和纳米范围的颗粒的表面几何结构与对应的基础材料的微观或纳米范围的表面几何结构的在尺寸和形状方面的匹配。在此，另一方面在基础材料中应用近似相同大小和近似线条成形的颗粒和凹处的机械夹紧的原理。这种组合不仅具有新颖性，而且具有创造性，因为一方面微观和纳米技术与电化学的领域以及另一方面传统的工程机械彼此脱离到如此程度且彼此如此不同，使得本领域技术人员不会将所述领域的特定特征彼此结合。传统的工程机械的本领域技术人员通常为机械工程师，而的微观和纳米技术以及电化学的本领域技术人员例如可为电化学工作者或化学工作者。因此，本发明对于本领域技术人员来说不容易想到。
根据本发明的一种优选的实施方式，在此，颗粒应基于其尺寸和其空间上的数学形状精确地或近似精确地装入到在导电体的表面上的表面结构、尤其凹处中，使得通过颗粒和导电体的连接出现粘紧的机械复合物。
如上面提到的那样，“近似精确地”可示例性地来理解，颗粒的最常出现的直径相应比在导电体的表面上的凹处的最常出现的直径小至少50%或至少30%或优选地至少20%或特别优选地至少10%或进一步优选地至少1%或5%。
根据本发明，在导电体与颗粒电极的颗粒之间的上面提到的、基于机械原理的粘合可通过化学的、电化学的和/或其他的化学的和/或化学-物理的方法和机构来重叠或支持以用于改善在导电体与颗粒电极之间的粘合。
在此应示例性地提及的是使用根据文献DE10200606407、DE102004014383、WO2006013044、WO002005091396的一种或多种增附剂，其在涂装导电体与颗粒电极的颗粒之前被施加到导电体上，以便改善在颗粒与导电体之间的粘合。但根据本发明，增附剂还可在涂装之后例如通过将增附剂的合适的溶液喷射到涂装有颗粒的导电体上进心，即使颗粒和导电体的表面结构彼此不匹配。
合适的增附剂例如可为：
-例如环氧树脂，其含有之前通过常规试验确定的最佳的份额的有传导能力的碳。优化针对在同时成分的粘附作用的情况下的足够的导电性。
-所有其他在现有技术中提及的粘合剂，其基本上有有机的本性，例如PVDF、PTFE、PE、PP，分散在其溶剂中或与其溶剂组合。
-增附剂还可为羧甲基纤维素的碱盐并且可含有有导电能力的添加物，例如碳或石墨。根据本发明，优选地使用羧甲基纤维素的锂盐。
-此外，根据本发明，增附剂可优选地含有植物油或尤其构成，例如亚麻油，即，从亚麻植物中获得的油，或经热处理的亚麻油或亚麻油的稀释物，其中，可使用溶剂，例如松节油或乙醇。根据本发明，通过添加亚麻油引起在颗粒之间的增强的粘附作用。由此形成的由颗粒和亚麻油构成的复合物特别有弹性。根据本发明的电化学电池还可完全与颗粒电极的颗粒的几何表面结构和导电体的表面无关地包含含有植物油的增附剂以尤其用于改善颗粒电极的机械稳定性或在导电体与颗粒电极之间的连接。
导电体为面状或平整起作用的材料并且根据本发明例如可由金属箔、金属板、打孔的金属板、金属板网、金属筛网或金属发泡件构成。
根据本发明，导电体可包含金属，例如铜、铝、镍、铅、钢、不锈钢、钛、钨、锆、钽、锌、钯、金、铬、钴、钒、涂有贵金属的钛或钽，其中，贵金属例如可为铂、钌或铂-铱合金和/或含有或包含碳。属于此的还有碳纤维材料、石墨箔、玻碳。也就是说，根据应用情况还可将上述金属的任意合金与元素周期表中的一种或多种其他元素用作导电体。此外，导电体还可为经涂装的材料，其在其涂层中含有上述金属，并且其中，在电化学电池内部涂层接触电极材料。根据本发明，优选地例如在锂离子电池组中使用无褶皱的和/或理想地之前从未褶皱的金属箔(例如由相应光滑的平坦的铝和/或铜构成)。紧接着为箔设有根据本发明的凹处。在导电体的表面上的凹处在本发明的意义中不是仅仅理解为有针对性地之前引入到导电体材料中的连续的孔和例如在金属板网和栅格中的穿口。根据本发明的凹处仅仅在导电体的涂装有颗粒电极的颗粒的部分的区域中不同于导电体的光滑的平坦的表面，其局部地在涉及的“不同的”部位处引起导电体材料的减小的厚度。具体而言，根据本发明，金属栅格、打孔的金属板或金属板网、其栅格或斜撑本身也具有光滑的表面，在栅格或金属板网表面处可设有之前有针对性地引入的凹处。根据本发明，在使用和改变栅格或金属板网的表面结构时的方法是和上述针对金属箔或板说明那样相同的方法。
在此，在导电体或基础材料的表面中的凹处可呈现以下形状：
-球状或半球状
-椭圆形或半椭圆形
-三边形、四边形、五边形、六边形至n边形，其中，n可为任意的自然数并且在凹处中的各个角之间的数学尺寸可或者相同和/或彼此不同和/或可通过任意的数学函数彼此联系起来。在图1中示出了在导电体的表面中的可行的示例性的凹处(图1a：有棱角的凹处;图1b：半椭圆形的凹处)。
-在颗粒电极的颗粒与在导电体的表面中的凹处之间形成夹子结构，其特征在于，在至少一个凹处的靠近表面的区域中的内径d2小于在相应的小孔内部的远离表面的区域中的直径d1，从而在侵入一个或多个颗粒到该小孔中之后，由于夹子结构或通过在靠近表面的小孔边缘处的减小的小孔直径，一个/多个颗粒从该小孔的离开在机械上变得困难或受到妨碍(图5)。措辞靠近表面和远离表面在此针对与表面的数学距离，例如以纳米、微米、毫米来测量。
根据本发明，除了颗粒的空间尺寸和导电体的表面之外，其相应的实际的几何形状对此也是决定性的：一方面在颗粒电极的颗粒和导电体的表面之间出现机械上尽可能固定的连接。另一方面，如果在颗粒与导电体的表面之间的接触面增加和/或在颗粒电极的颗粒和导电体的表面之间的附着力增加，降低过渡电阻。
颗粒电极的颗粒可呈现以下形状：
-球状或半球状
-椭圆形或半椭圆形
-三边形、四边形、五边形、六边形至n边形，其中，n可为>=4的任意的自然数并且在颗粒的表面上的各个角和边之间的数学尺寸可或者相同和/或彼此不同和/或可通过任意的数学函数彼此联系起来。n边形颗粒的示例可为金字塔状、棱柱状、四面体状、椎体状、八面体状、十二面体状或星形颗粒。在图2中示出了可行的示例性的颗粒。
-上述的形状，即，例如球状、椭圆形的颗粒、多面体、八面体、星形构成物，在其表面处相应可存在固定连接或固定锚定地倒圆的或具有棱角的节块、钩子、锚栓、锥形构成物或任意n边形构成物，其中，n可为>=4的任意的自然数，并且在颗粒的表面上的各个角和边之间的数学尺寸可或者相同和/或彼此不同和/或可通过任意的数学函数彼此联系起来。可示例性地提及的是球体或八面体的形状，从其表面突出均匀或不均匀分布的球体，从而得到星形形状。在此，原则上同样在晶体中出现的所有的形态是可行的。
根据本发明可将颗粒电极的一个或多个颗粒相应引入到在导电体的表面处的唯一的凹处中。
根据本发明的一种特别的实施方式，颗粒电极的颗粒的几何形状和在导电体的表面中的凹处彼此补偿和匹配。也就是说，在导电体的表面中的例如圆的凹处与颗粒电极的圆的颗粒连接，在导电体的表面中的八面状的凹处与颗粒电极的八面体颗粒连接，颗粒电极的椭圆形的颗粒与在导电体的表面中的相同椭圆形成形的凹处连接等。上述几何表面通过相应匹配的化学、化学物理和/或物理方法产生。因此，在导电体的表面中的例如有棱角的凹处可通过借助于有棱角的沙粒的机械处理在作用限定的机械力的情况下制成。
根据本发明的一种特定的实施方式，从颗粒的球状、椭圆形或n边形表面以均匀或不均匀地分布在该表面上的方式突出特定的构成物，其为颗粒的一部分或固定地与颗粒连接。这种构成物例如可为锥体，从而总地得到星形颗粒，或节块或锚栓，其理想地为齿轮状和/或设有钩子。在图7中，作为颗粒示例性地示出了球体的截面，从其表面可突出均匀或不均匀分布地齿轮状的钩子、节块或其他任意的物体。代替球体，颗粒还可含有任意的多面体，例如立方体、四面体、二十面体、八面体、十二面体，从其表面突出均匀或不均匀分布地齿轮状的钩子、节块、锚栓或其他任意的物体。基础材料的表面的特征在于如在图5中示出的上述夹子结构或至少含有根据图1和/或图4的凹处。通过从颗粒表面突出且为颗粒本身的一部分的特别的节块、锚栓或钩子，颗粒可一方面与基础材料固定地钩住、连接或抓住，使得颗粒不可或仅可在应用附加力的情况下从基础材料中再次释放。此外，如示例性地在图8和图9中示出的那样，颗粒彼此也可如此固定地彼此抓紧、连接或卡住或形成颗粒的固定的复合结构，使得在颗粒本身之间达到很好的机械粘合并且从而颗粒没有或仅在应用附加力的情况下彼此分开。由此根据本发明一方面改善了在颗粒彼此之间和与基础材料连接的机械粘合，并且另一方面降低了在颗粒彼此之间和与基础材料连接时的过渡电阻。
此外，根据本发明，如在图5中对基础材料示出的那样，颗粒可在其表面本身处具有含有夹子结构的凹处，从而颗粒可彼此彼此固定地连接、卡住或抓紧，参见图9。这种含有夹子结构的凹处的特征在于，在至少一个凹处的靠近表面的区域中的内径d2小于在相应的小孔中的远离表面的区域中的直径d1，从而在侵入一个或多个颗粒到小孔中之后，一个/多个颗粒从小孔中的离开机械地变得困难或受到阻碍，因为夹子结构或由于在靠近表面的小孔边缘处的减小的小孔直径。措辞靠近表面和远离表面在此涉及与表面的数学距离，例如以纳米、微米、毫米进行测量。
根据另一实施方式，在根据本发明的复合材料中，颗粒电极的颗粒的几何形状和数学尺寸和在导电体的表面中的凹处如此接近，即，导电体的表面的至少99.99%或至少80%或至少50%或至少20%或至少10%与颗粒电极的颗粒的表面接触。根据本发明且理想地，颗粒表面的至少相应10%、优选地20%、进一步优选地50%完全与导电体的表面接触。
示例性地在图3中示出了由颗粒和导电体的表面取决于其表面几何结构出现的材料复合物。
根据本发明的一种特别的实施方式并且在利用上述阐述的颗粒和导电体的几何形状和表面尺寸的匹配的原理的情况下，导电体的表面仅仅设有或涂装有包含电化学活性材料的颗粒(图4)。涂层可如此薄或最小使得活性材料层仅包括一至三个或很少的原子层。
用于在颗粒电极的颗粒和导电体的表面之间的很好的机械粘合和在颗粒电极的颗粒和导电体的表面之间的尽可能小的电阻的另一标准是发生作用的机械力，例如在颗粒和导电体的表面之间的附着力。该力尤其取决于在将颗粒电极的颗粒涂到导电体的表面上时应用的能量。
通过上述阐述的方法，根据本发明可在导电体的表面上精确或近似准确地设定原子层相对于涂装材料的数量。
此外，根据本发明，上述说明的复合材料还适合于制造电极并且适合于应用在其他的电池组中作为锂离子电池组。此时，这种电极可在电化学电池中用作正电极和/或负电极或用作阴极或阳极。这种电池组的示例是铅蓄电池、锂-空气-电池组、锂-硫-电池组、锌-空气-电池组、镍-镉-蓄电池、锌-碳-电池组、镍-金属氢化物-电池组、碱-锰-电池组等等。在此，可涉及原电池或二次电池。这种电池组例如可根据电池组类型用在笔记本、小型电器、车辆中或用于静止的能量存储和供给。
此外，根据本发明的复合材料适合于制造用于其他的电系统、尤其双层电容的电极。
根据本发明的复合材料可根据材料组成和构造作为与导电体连接的正电极或负电极用在其他的电化学的电池(例如燃料电池、电解电池)、电化学的测量电池或所有其他的电化学电池中。通常电化学电池通过组合负电极和正电极以及引入到上述电极之间的电解质和-如果需要在个别情况下-分离器或膜片(如有可能)来组装以用于容纳液态或固态的电解质。
导电体(其还可被称为“基础材料”，具有用于电化学电池的应用目的的电极材料)的涂装的上述原理可通过以下方式转移或套用到所有的涂装工艺和由此产生的复合材料上，使得如之前已经针对导电体-颗粒电极的情况说明的那样，在涂装材料中含有的颗粒在大小和形状方面最佳地与基础材料的结构化的表面匹配，和/或使基础材料的表面如此结构化，使得涂装材料的颗粒可侵入到在基础材料的表面处的凹处中并且机械固定地粘附在基础材料的表面处。在涂层和基础材料之间的由此引起的治本上更高的力引起涂层显著更好地粘合在基础材料上并且涂层的剥落更小的趋势。这种涂层的示例性的应用是例如在汽车部件上的所有类型的漆和塑料涂层、在建筑技术、光电池中的涂层，包括所有的无机涂层等。
用于制造例如用于锂离子电池组中的阴极或电极的这种复合材料的涂装方法可依次含有以下步骤1-12：
1．借助于合适的测量技术确定颗粒的空间尺寸以及颗粒的大小分布，其设置成用于涂装。用于确定颗粒大小和颗粒大小分布的这种方法在现有技术中是已知的，例如激光扫描显微镜或静态激光散射，参见例如http://www.chemie.de/whitepaper/121964/partikelqroessenbestimmung-mit-statischer-laser-streuung.html。如果这种确定颗粒大小分布不可100%地精确地实现，此时应进行近似确定平均的最常出现的颗粒大小。如果颗粒大小分布已知，还可在涂装过程期间取消步骤1或取消确定颗粒大小分布。
可选地，代替或补充1：调整/调节可相应由本领域技术人员通过常规试验确定的最佳的颗粒大小和形状，例如通过选择综合过程和参数、尤其在磁场和电场的影响下在考虑物理和化学的边界条件(例如温度、压力、化学组成)的情况下通过机械地研磨、分选方法、筛分)；例如在颗粒在溶液中化学析出期间，通过受控的结晶。示例性地或为了比较，应提到的是形成复杂的、尤其星形的雪花状晶体，如例如参考“JOHNW.BARRETT,HARALDGARCKE,ROBERTNüRNBERG,Phys.Rev.E86(2012)011604”或在“G.L.KIEL:AnorganischesGrundpraktikumkompakt:QualitativeundquantitativeAnalyse,WILEY-VCH,2012,p.93ff”中阐述的那样。也可考虑生物技术制造特定成形的晶体，例如受基因控制地如在“C.SOELLNER,E.BUSCH-NENTWICH,T.NICOLSON,J.BERGERANDH.SCHWARZ,ControlofCrystalSizeandLatticeFormationbyStarmakerinOtolithBiomineralization,Science,10Oct2003”中讨论的那样。为了达到相应最佳的形状，可例如借助于激光扫描显微镜或扫描式电子显微镜控制颗粒形状的形成。颗粒还可通过微米或纳米研磨制成，即，颗粒表面通过机械蚀刻调节。此外，颗粒可通过在微米和纳米范围中的三维的印刷方法必要时受计算机控制地有针对性地形成和调节其尺寸。由此成功获得尺寸合适地制造特定成形的颗粒，例如上述的齿轮或星形形状。根据本发明的一种实施方式产生多面的颗粒，例如八面体，其优选地在颗粒的棱角和边缘处继续生长，从而引起例如星形颗粒。用于制造根据本发明的复杂的、带有限定结构的颗粒的其他方法是三维的印刷方法，尤其3D激光平版印刷，例如参见“Sensormagazin2/2013,S.36/37,http://www.nanoscribe.de/data/2013-05-01%20SensorMaqazin.pdf”和期刊“Mikroproduktion3/2013,http://www.mikroproduktion.com/index.php?id=produktmeldung&tx_ttnews[tt_news]=2297&cHash=b8af8bb7e40585fd4151b9e72c1f1561”。在此，颗粒大小和形状应理想地事先如此限定和调节使得颗粒尽可能固定地抓紧、卡住和连接在基础材料的凹处中或与基础材料尽可能固定地抓紧、卡住和连接。另一方面颗粒形状和大小应如此调节和测量，即，颗粒类似于齿轮(参见图7)或通过钩子(其从球状、椭圆状或多面的表面突出)彼此机械地卡住和连接。
根据本发明的一种实施方式，最佳的颗粒大小和形状的调节如此进行，使得在引起的复合材料中，颗粒电极的颗粒和在导电体的表面中的凹处的几何形状和数学尺寸如此接近，使得导电体的表面的至少99.99%或至少80%或至少50%或至少20%或至少10%与颗粒电极的颗粒的表面接触。
在本发明的一种有利的设计方案中，颗粒电极的颗粒如此设计，即，出现根据图5的上述的夹子结构。
使导电体或基础材料的表面结构化：导电体或基础材料例如可为由铝构成的金属箔或金属板网，其在原始状态中除了棱边之外具有光滑的表面，该表面仅仅由加工条件决定地具有偶然性质的不平坦。有针对性的根据本发明的表面结构由此实现，即，颗粒电极或涂装材料的这样的颗粒(其大小和最经常的分布根据步骤1确定和/或根据步骤2调节)在数学上或在空间尺寸方面尽可能精确地适合于表面的凹处。涂装材料的最常出现的颗粒大小的尺寸至少应小于在导电体的表面或基础材料中的凹处的尺寸。根据本发明的一种特别的实施方式，颗粒的最经常的直径相应比在导电体的表面或基础材料上的凹处的最近常的直径小至少50%或至少30%或优选地至少20%或特别优选地至少10%或进一步优选地至少1%或5%。
根据本发明的另一实施方式，导电体或基础材料的表面结构使得在引起的复合材料中颗粒电极的颗粒和在导电体或基础材料的表面中的凹处的几何形状和数学尺寸如此接近，即，导电体或基础材料的表面的至少99.99%或至少80%或至少50%或至少20%或至少10%与颗粒电极的颗粒或涂装材料的表面接触。
在本发明的一种有利的设计方案中，在导电体或基础材料的表面处的凹处或小孔如此设计，即，出现根据图5的夹子结构。
方法用于有针对性地使待完全或部分地涂装的导电体或基础材料的表面结构化的方法，例如考虑：
-借助于机械方法如喷砂、利用砂纸的粗化处理或用于机械地改变表面的其他方法机械地粗化处理或加工表面，其中，事先有针对性地如此确定用于使表面结构化的器件的粒度，即，在导电体的表面中的待实现的凹处如之前阐述的那样呈现出限定的几何尺寸和/或形状。
-借助于激光为基础材料穿孔或使表面结构化(http://www.lang-laser.de/index.php?id=88)或其他合适的物理射线(优选高能射线)、借助于超短脉冲激光处理(尤其参见DE19744368,Elektronikpraxis5.12.2013,STEFANNOLTEetal.,http://www.elektronikpraxis.vogel.de/mst/articles/427235/;PhysikJournal5.12.2013;http://www.pro-physik.de/details/physiknews/5613971/Zukunftspreis_fuer_kurze_Pulse.html,DeutscherZukunftspreis2013desBundespr?sidenten;http://werkstoffzeitschrift.de/blogwerkstoffe/ultrakurzpulslaser-zur-materialbearbeitung/:DR.DAVIDOFFENBERG,DR.RAMONALANGNER,JüRGENKOHLHOFF,STEFANRESCHKE,UltrakurzpulslaserzurMaterialbearbeitung,19.11.2012,http://www.produktion.de/fertigung/ultrakurzpulslaser-revolutionieren-die-produktion/:Articleof13.11.2013,Produktion,verlagmoderneindustrieGmbH,Justus-von-Liebig-Straβe1,86899Landsberg,http://www.elektroniknet.de/elektronikfertigung/fertigungstechnik/artikel/103908/。
-用于表面处理和使表面结构化的电化学和电镀的方法，例如如在www.timcal.com/scopi/group/timcal/timcal.nsf/Attachment/2D72703B853696ABC12574500050120E/$file/BrochureCarbon_Powders_for_Lithium_Battery_Systems.pdf中或在CarstenK?ntje,Dissertation,UniversityofUlm,2011,http://vts.uni-ulm.de/docs/2012/7839/vts_7839_11328.pdf中说明的那样，尤其阳极处理、阴极处理，还以名称电化学腐蚀众所周知。需使之结构化的表面或基础材料例如根据已知的方法联接到直流电源处。直流电源的正和负极相应与待使之结构化的表面和合适的配对电极电连接。对于金属，通常使待使之结构化的金属与直流电源的正极连接并且在此施加相比于标准氢电极足够的正电势。“足够正”意指被施加的电势必须为正或在数值上很高，以克服在实际条件下的所有的热力学的和动力学的阻碍，使得可发生金属脱离。待使之结构化的表面和配对电极沉入到合适的电解质溶液、例如稀释的硝酸钠溶液中。
-利用对于相应的材料合适的化学腐蚀剂的化学方法(例如用于铝箔的稀释的氢氧化钠溶液或稀释的硝酸)。然而，此处存在的风险是在导电体中出现不受控的、尤其深度不受控的凹处。
-http://de.wikipedia.org/wiki/Lift-off-Verfahren、光刻结构、干冰霜技术(Carbon-Dioxide-Snow-Technik)、电子束光刻和由半导体结构或微系统技术已知的其他方法。
-用于制造有敞开小孔的金属发泡件的已知的方法，例如热压或挤压、粉末冶金的压缩、气体注射到熔体中、激光烧结，参见http://www.metallschaum.info/de/herstellung。
-压印砑光，尤其根据Kunststoffmagazin,August2010,S.41,http://www.kunststoff-magazin.de/epaper/km070810/km070810/blaetterkatalog/blaetterkatalog/html/oberflaechenveredelungpraegeka.html。
-三维的印刷方法，尤其3D激光平版印刷，参见Sensormagazin2/2013S.36/37,http://www.nanoscribe.de/data/2013-05-01%20SensorMagazin.pdf和期刊Mikroproduktion3/2013,http://www.mikroproduktion.com/index.php?id=produktmeldung&tx_ttnews[tt_news]=2297&cHash=b8af8bb7e40585fd4151b9e72c1f1561。
-微米或纳米铣削，例如机械地或电化学，尤其参见PhysikalischeBl?tterVolume56,Issue9,DOI:10.1002/phbl.20000560904，首次网上出版的文章：20FEB2013,WILEY-VCHVerlagGmbH&Co.KGaA,Weinheim,http://www.maschinenmarkt.vogel.de/themenkanaele/produktion/zerspanungstechnik/articles/148255/:Minat2008,ElektrochemischesFr?senh?ltEinzugindieFertigung,8.10.2008。
3.利用蒸馏水和/或乙醇和/或丙酮和/或其他合适的溶剂和/或清洁剂对导电体或基础材料进行除油和/或清洁。清洁剂和/或溶剂在本发明的意义中还可理解成以下所述介质或药剂：真空、抽吸和/或压缩空气，以便从导电体或基础材料的表面移除污物颗粒；气体，其也可处于压力下并且在引导通过导电体或基础材料的表面时可吸收和移除异物。真空、抽吸和/或压缩空气例如可理解为物理方法。
4.补偿地/根据需要：利用一种或多种化学介质和/或借助于化学物理和/或物理方法进行处理以去除不那么有导电能力的氧化和/或羟化的覆盖层(例如酸洗)和/或以在导电体或基础材料的表面上有针对性地产生有导电能力的覆盖层。如果待制造的复合材料为电系统或电化学系统，那么尤其应用这种类型的处理。在基础材料的表面上的可能的氧化物/氢氧化物导致接触阻抗，其阻碍电流流动并且因此是不期望的。在这种情况下，优选地可在排除氧和水的情况下进行以下步骤，以避免形成新氧化层，例如在铝中。
5.如果需要：根据要求在保护气下、在空气中或优选地在真空中和/或在提高的温度的情况下干燥导电体或基础材料，其中，有利的是，避免空气或氧气或在导电体和电极材料的界面处形成电绝缘的氧化层。
6.补充地，导电体或基础材料(例如铝箔)可通过化学惰性的/耐强腐蚀的有高导电能力的材料(如上面说明的增附剂)来涂装-在颗粒电极的颗粒施加到如此涂装的导电体或基础材料上之前。
7.通过以下方式准备颗粒电极的颗粒或涂装材料，即，将根据a)至c)的成分混合成均匀的混合物。如果需要，可磨碎如此制成的混合物，以例如调节期望的粒度。为了混合电极组成成分或涂装组成成分a)至c)可再次应用现有技术的不同的方法。根据本发明，优选地首先干燥地预混合固态的电极组成成分直至混合物的均匀性，并且然后首先混以尽可能少的溶剂(例如蒸馏水)和紧密搅拌。紧接着逐渐添加蒸馏水且再次直接搅拌或混合直至混合均匀。粘合剂尤其含有羧甲基纤维素的粘合剂在蒸馏水中预先浸泡1-24个小时的时间段并且在膨胀后再次混合至一定的均匀性。胀起的粘合剂通常在混合的混合过程结束时被添加并且再次搅拌或混合直至混合均匀。粘合剂还可为羧甲基纤维素的碱盐，根据本发明优选为羧甲基纤维素的锂盐。通过使用羧甲基纤维素锂例如相比于羧甲基纤维素钠引起在羧甲基纤维素中的锂离子承担离子导电性，然而不是钠离子。钠离子具有比锂离子明显更大的离子半径并且例如可由于在电场中的迁移或离子转移到达到电解质中。这可导致电解质的不期望的改变，例如固态电解质的脆化，因为钠离子占据更大的体积。此外，根据本发明，粘合剂可优选地含有植物油，例如亚麻油，即由亚麻植物制成的油，或经热处理的亚麻油或亚麻油的稀释物，其中，溶剂例如可使用松节油或乙醇。根据本发明，通过添加植物油或亚麻油引起在颗粒之间或在颗粒与导电体之间的很强的粘附作用。由此产生的由颗粒或由颗粒和导电体相应与植物油构成的复合物特别有弹性且因此特别适合于制造卷起的或弯曲的电化学电池或电的电池。根据本发明的上述提及的电化学的或电的电池还可完全与颗粒电极的颗粒和导电体的表面的几何表面结构无关地包含含有植物油和/或碱羧甲基纤维素、尤其锂羧甲基纤维素的粘合剂以尤其用于改善颗粒电极的机械稳定性或在导电体与颗粒电极之间的连接。
8.根据本发明的一种特别的实施方式，导电体或基础材料的表面首先根据布置2至7或步骤2至7中的至少一个进行处理并且紧接着涂装含有的碳混合物，其可含有炭黑和/或/石墨。含碳的混合物可附加地含有粘合剂。由此首先在导电体或基础材料的表面上形成一种类型的促进导电性桥。这种含碳的混合物还可为碳薄膜，如在DE102012104489中说明的那样。然后利用电化学活性材料或含有粘合剂的电化学活性材料涂装如此准备的电极。紧接着可最后压缩如此制成的电极，例如通过机械挤压或砑光。
9.根据本发明的另一实施方式，仅仅利用活性材料涂装导电体的表面。
10.利用根据步骤1的涂装材料涂装根据步骤2结构化的表面。涂装可根据由根据现有技术已知的相应不同的方法进行。这些方法例如为展开、丝网印刷、在压力下的机械挤压或在真空下的吸入、渗透、电泳、例如静电地或者在过压(即>大气压力)或者负压(<大气压力)下施加/喷射干燥的粉末、化学气相沉积(CVD)物理气相沉积(PVD)或溅镀、其他任意的化学、化学物理和/或物理方法。根据本发明，基础材料或导电体可相比于涂装材料具有或加热到更高的温度，例如至最高100°C的温度并且涂装材料具有正常温度。这种处理引起基础材料在冷却时收缩并且由此将颗粒最佳地夹入到导电体的表面的凹处中。
11.在室温或提高的温度(例如借助于电的接触干燥、真空干燥、在保护气环境(例如氩气、氮气)下、空气干燥、IR、UV或其他抽走液体的辐射和/或根据其他已知的干燥方法)下干燥已涂装的电极或已涂装的材料。干燥温度的优化一方面在尽可能小心翼翼的加热方面进行，以便溶剂如此满地蒸发使得没有干扰或松动在电极质量或涂装材料中的颗粒复合结构或避免电子的接触阻抗。另一方面出于经济方面的原因还必须在尽可能短的时间短内进行干燥工艺。这种常规优化可通过本领域技术人员实现并且在关于无机或陶瓷混合的现有技术中众所周知。在任何情况下，例如在含有锂的电池组中必须根据本发明将水迹从涂装材料中完全移除，以便避免水成分与活性材料和/或导电体的化学和/或电化学反应或由此引起的过渡电阻和过电压以及腐蚀过程。按照根据步骤10进行涂装的类型还可取消干燥，如果在层中绝对不再含有溶剂。
12.可选地，可在空间上压缩根据步骤9-11产生的层，例如通过在室温下机械地挤压或砑光。在压缩过程期间的温度可任意设定，优选地设定在0至200°C的范围中，进一步优选地为室温。通过机械地压缩再次降低在导电体和电极材料的颗粒之间以及在颗粒和电极材料之间彼此的过渡电阻。
在上述方法中的方法步骤1-12中的各个方法步骤可根据对涂层的要求完全或部分地略去或在任意部位补充在现有技术中已知的工序。
备选地且根据本发明的一种特别的实施方式还可如此整合步骤1至10，即，使用根据步骤3和/或4预处理(清洁、去脂，在电化学和电系统中：移除氧化物)的如此软的基础材料并且将颗粒或涂装材料在如此高的压力下施加到基础材料上，即，颗粒或涂装材料完全或部分地侵入到基础材料中、覆盖并且粘附在基础材料中。如上面说明的那样，以这种方式使基础材料和涂装材料的颗粒的表面几何结构最佳地彼此匹配，使得出现固定粘附的复合物。此时粘合如此大，使得颗粒仅通过使用附加力才可从基础材料再次离开。
作为软的基础材料，在此例如考虑：
-含有铝的尽可能纯的、必要时热处理的或加热的箔，优选具有纯度>99.00wt%的铝的高纯度的铝(http://de.wikipedia.org/wiki/Alufolie,http://www.otterstedt.de/wiki/index.php/Metall%28Aluminium%29)
-含有铜的箔，优选具有纯度>99.00wt%的铜的高纯度的铜。
根据本发明，涂装材料的颗粒可容纳在例如有轻微粘性的砑光表面上并且例如在机械路径上例如通过滚动转移到基础材料上。为此需要的粘性类似于家用橡胶绒辊的粘性(例如http://de.wikipedia.org/wiki/Fusselrolle)或自粘纸(以名称“PostIt”已知)。
涂装材料的颗粒例如可为用于在含有锂的电池组中的阳极和阴极的磷酸铁锂和其他的在现有技术中已知的活性材料。这种材料通常已知其有很高的硬度，从而该材料可容易地侵入到软的材料中或最好地适用于如上面说明的方法。
作为用于将颗粒施加到基础材料上的方法，考虑上面以编号10提及的方法，优选地干燥地喷射和/或挤压或砑光潮湿地(例如借助于展开或丝网印刷)或干燥地施加的涂层，如果需要，在压力下进行，例如50-500bar、优选200-400bar。
根据本发明的另一特别的实施方式，根据上述方法制造电化学电池如电池组、燃料电池、电解电池、电化学测量电池。阳极和/或阴极的电极材料是含有颗粒的涂装材料。在此，导电体(其含有或包含例如铂、金、钯、镍、铅、碳，连同碳纤维材料、石墨箔、玻碳、铝、锌、铜、钛、锆、钒、钽、涂有贵金属的钛，其中，贵金属例如可为铂、钌或铂-铱合金)为基础材料。也就是说，根据应用情况还可使用上述金属的任意合金与元素周期表中的一种或多种其他元素作为导电体。此外，导电体还可为经涂覆的材料，其在其涂层中含有上述金属，并且其中，在电化学电池内涂层接触电极材料。对于电化学电池，导电体特别优选地包含金属，例如金属箔，其在时间上在制造相应的电池之前以及在制造工序期间和之后尚未弯曲或折叠。由此引起避免在金属箔的折弯和褶皱处且由于金属箔的折弯和褶皱的局部的过渡电阻。材料组织在此类折弯和褶皱处可发生变化，尤其颗粒粘合在基础材料上。例如可出现颗粒从基础材料的局部的脱落，由此可出现过渡电阻。在卷起电池时，在其中有意有针对性地弯曲各个电极和电池，优选地实现小心的、无褶皱的弯曲或卷绕。
特别优选地且备选地，这种电化学的电池根据本发明以如下方式制成，其中，分离器和导电体在每次涂装之前被按照其最终面积尺寸制作。根据本发明如此裁剪例如矩形的导电体，使得接片突出超过导电体面，其用于随后的电流接触。(由此可有利地取消随后焊接该接片)：
A)例如根据现有技术的分离器用作原材料，分离器使阳极和阴极在空间上电地且机械地彼此分开并且本身用作电解质或用于容纳电解质。分离器的厚度尽可能小地选择，以便将电池阻抗保持得很小；然而分离器的厚度应使得其在机械上足够稳定并且排除在阳极与阴极之间或在其导电体之间的电的短路。分离器的材料的孔隙度和类型如此选择，即，其在机械方面足够稳定并且同时保证对于相应的电化学电池足够的离子导电性。用于这种商业上可获得的分离器的示例是EvionicIndustriesAG公司的根据http://nano.evonik.de/sites/nanotechnology/de/technologie/anwendung/separion/pages/default.aspx的产品SEPARION?或DuPont公司的商业名称为NAFION?的膜片，其主要包含或含有硫化的四氟乙烯聚合物(PTFE)。
根据本发明的一种可行的实施方式，分离器在两侧类似于上面在导电体作为基础材料时说明的那样相应涂装有阳极和阴极材料。
根据本发明，分离器还可含有碱羧甲基纤维素，其中，碱金属优选地为锂、钠或钾。根据本发明，分离器含有根据现有技术已知的无机的、不可燃的或阻燃的材料，如硼酸盐、磷酸盐、二氧化硅、氧化铝、陶瓷。
此外，根据本发明，分离器可含有或包含纤维素，其为了降低可燃性而可利用无机物质如硼酸盐和/或磷酸盐浸渍。根据本发明，在分离器中含有的纤维素利用氢氧化锂根据在现有技术中已知的方法完全或部分地转换成锂羧基纤维素。至少在含有锂羧基纤维素的分离器的情况下，分离器可同时通过以下方式用作在含有锂的二次电池组、优选锂离子电池组中的电解质，即，锂在羧基纤维素中用作载流子。
B)紧接着相应在两侧将导电体(其例如含有铝和/或铜箔)在压力下(例如50-500bar、优选地200-400bar)压装或砑光到根据A)的分离器上。由此引起电化学的电池，例如锂离子电池组。
C)根据B)的电化学电池可以任意数量串联或并联地电连接或堆叠。如在现有技术中已知的那样通过相应组装/堆叠一个电池的阳极与另一电池的阴极串联多个电化学电池引起所谓的“堆垛”。阳极和阴极的电流接片例如相应机械地(例如螺旋连接、铆接)或材料配合地(例如通过焊接)彼此连接，由此相应引起阳极和阴极的电流输送，其然后通过壳体或外箔(参见D)向外引导并且向外形成电化学电池(例如锂离子电池组)的电流接触部。
D)根据C)的堆垛可安置在对于相应的目的在机械上足够稳定的、电绝缘的、优选不可燃或最低限度可燃的壳体或箔中。如果使用箔(例如涂有塑料或陶瓷的铝箔)，则其厚度优选地根据本发明选择成排除相应应用情况下铝的可燃性。
以这种方式可根据本发明制成特别优选的呈电化学电池的形式的复合材料。
根据本发明的另一实施方式，用于阴极和阳极的导电体可相应分开地利用根据在此说明的本发明的颗粒电极的材料涂装或制成并且紧接着通过组合任意分离器如上面讨论的那样完备成电化学电池。可由根据本发明制成的阳极和阴极复合材料实施电化学电池的制造的其他的任意可能性方案。
根据本发明的复合材料可应用在涂装技术的所有领域中。可示例性地提及的是利用塑料或有机化合物涂镀或涂装的部件，其具有包含金属、玻璃、木材、建筑材料或其他的无机或有机材料或生物材料的基础材料。此外，这种基础材料可设有无机覆盖层(例如玻璃)以及金属涂层。这种复合材料的示例还可为涂有无机或有机颜料的玻璃。
具体实施方式
示例1
无褶皱或之前机械地平整的、带有化学纯度为99.9%(质量百分数)和1mm厚度的铝箔首先利用砂纸(其沙粒度平均为50μm)磨光。优选地并且根据本发明，金属箔/铝箔在涂装之前在任何时刻都没有褶皱，而是总是保持得完全光滑且无褶皱。此外，优选地并且根据本发明，金属箔/铝箔在涂装之后在在任何时刻都没有褶皱，而是总是保持得完全光滑且无褶皱。
优选地并且根据本发明，金属箔/铝箔在涂装之前在任何时刻在时间上没有褶皱和/或弯曲，而是总是保持得完全平坦、光滑且没有褶皱。此外，优选地并且根据本发明，金属箔/铝箔在任何时刻在涂装期间和/或之后没有褶皱和/或弯曲，而是总是保持得完全光滑且无褶皱。
代替利用砂纸抛光，可使用任何其他任意的方法，例如喷砂，以便在铝箔的表面处产生这样的凹处。紧接着对铝箔借助于“用于分析”纯度质量的乙醇、丙酮或异丙醇并且必要时借助于用于电子构件的精洁纤维素进行清洁、去脂和干燥并且通过丝网印刷或展开涂装以下组成和颗粒大小的电极质量。
大约8%(质量百分比）的炭黑，平均粒度：100nm
大约5%(质量百分比）的聚偏氟乙烯
大约88%(质量百分比）的钛酸锂(Li7Ti5O12)，平均粒度：2μm
聚偏氟乙烯事先通过在1-甲基-2-四氢吡咯中搅动转变成液态的胶状状态。然后使如此涂装的电极例如借助于IR干燥器干燥并且在大约250N/mm的线压力下进行压缩。电极质量的颗粒最优地结合到机械地借助于砂纸抛光产生的在铝表面上的凹处中。电极质量实际上好得多地粘附在铝箔上，即，相比于没有利用砂纸预抛光的铝箔没有电极质量从铝箔脱落。
相同的电极并行地以相同的方式制造，其中，然而铝的表面心态在涂装之前没有被改变。电极在表面的不同的部位处在视觉上显示出电极混合物的脱落。
根据本发明的复合材料的特别的技术效果可以如下方式检测：
颗粒电极改善地粘合在导电体(此处金属箔)上和由此引起的降低过渡电阻可尤其借助于以下方法鉴定：激光扫描显微镜、扫描式电子显微镜-可能组合四点导电测量和/或EDX(能量发散X射线光谱)。尤其通过相对于根据本发明的面状的复合材料或电极面垂直的角度制造截面。借助这样的截面可估算导电体或基础材料的表面有针对性地如此改变，即，颗粒电极或涂装材料的颗粒因此结合到在导电体的表面处的凹处中。在限定的例如100μmx100μm的面积内测量在颗粒和在导电体或基础材料的表面中的凹处之间的接触面例如可借助于激光扫描显微镜或扫描式电子显微镜进行。以相同的方式例如可确定颗粒或凹处的直径。由此制成的电池组或电化学系统的改善的功能例如可借助于电化学的阻抗测量、借助于取决于在恒定电压下的时间的电流或电流密度测量或通过取决于在恒定的电流强度或电流密度下的时间的电压测量进行。此外，可拆开新的或使用过的电池组并且电极层粘在导电体上或涂装材料粘在基础材料上借助于常规方法(例如弯曲测试)确定。
如此制成的电极用于制造锂离子电池。
示例2
例如在示例1中说明了电极的制造。根据本发明，代替铝箔，使用大约0.05-5.0mm、优选地0.5-2.0mm厚度的箔，其含有可有机械柔性的石墨。这种石墨箔(例如SGLCarbonSE公司的产品SIGRAFLEX?或ECOFIT?)作为具有足够特定的导电性的、例如9.0Ωμm的原材料在商业上可得到，例如根据http://www.sglgroup.com/cms/international/products/product-groups/eg/sigraflex-graphite-foil/index.html?_locale=de，http://www.ecophit.com/fileadmin/ecophit/downloads/deutsch/ECOPHIT_F_d.pdf，http://www.graphit.de/de/ngs_graphite/technologie_beschreibungen/graphitfolie_ohne_metalleinlagen/kenndaten.html。
示例3
具有化学纯度为99.9%(质量百分比）和厚度为1mm的铝箔首先利用砂纸(其沙粒度平均为50μm)抛光、利用乙醇(其具有用于化学分析目的的纯度质量)清洁并且利用平均粒度10μm的石墨涂装。
参考标号列表
1导电体(例如金属板或箔)或基础材料
2在导电体或基础材料的表面中的凹处
3有棱角的颗粒
4椭圆形的颗粒
5颗粒，常规
6颗粒，仅包含电化学活性材料
7用于颗粒或涂装材料的输送装置，例如松散材料配量装置，通过在基础材料的整个宽度上调节倾倒高度，必要时在压力下进行颗粒输送。
8砑光辊(压缩具有箔的颗粒)。
9基础材料–在箭头方向上连续运动(例如位于输送带上并且通过真空吸盘固定)
10在基础材料上的涂层
11具有齿轮状的节块、锚栓或钩子的颗粒
12具有夹子配合凹处的颗粒。

Claims (19)

1.一种复合材料，包括或包含具有颗粒的涂装材料和基础材料，其中，所述基础材料在其表面处含有凹处，所述凹处在所述凹处的地点处引起所述基础材料的减小的厚度，其中，所述凹处不同于所述基础材料的光滑的平坦表面，其特征在于，所述颗粒和所述凹处的几何尺寸和/或形状如此接近或一致，使得一个或多个颗粒几何地完全或部分地配合到各个凹处中或通过力和/或能量作用如此固定粘附地侵入使得这个粘合至少部分地基于在颗粒和基础材料之间的机械力。
2.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，所述颗粒的几何表面如此成形或测量或在几何上如此接近或一致，使得所述颗粒在其表面处彼此匹配或通过力和/或能量作用如此固定地粘附地连接，即，粘合至少部分地基于在颗粒之间的机械力。
3.根据权利要求1或2所述的复合材料，其特征在于，所述颗粒在没有非零的力或能量数值的作用的情况下不可从基础材料分开，该力或能量数值可具有地球引力的数值。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的复合材料，其特征在于，最常出现的颗粒的直径小于在所述基础材料的表面中的凹处的最经常的直径。
5.根据上述权利要求中任一项所述的复合材料，其特征在于，所述最常出现的颗粒直径比在所述基础材料的表面中的凹处的最经常的直径小至少1%或至少5%。
6.根据上述权利要求中任一项所述的复合材料，其特征在于，所述最常出现的颗粒的直径比在所述基础材料的表面中的凹处的最经常的直径小至少10%或至少30%或至少50%。
7.根据上述权利要求中任一项所述的复合材料，其特征在于，所述颗粒电极的颗粒和在所述基础材料的表面中的凹处的几何形状相同。
8.根据上述权利要求中任一项所述的复合材料，其特征在于，所述颗粒和在所述基础材料的表面中的凹处的几何形状相同和/或是有棱角的和/或球状和/或半球状和/或椭圆形和/或半椭圆形。
9.根据上述权利要求中任一项所述的复合材料，其特征在于，所述颗粒和在所述基础材料的表面中的凹处的几何形状相同和/或是三边形至n边形，其中，n可为任意自然数并且在所述基础材料的表面的凹处中的各个棱角的之间数学尺寸可或者相同和/或彼此不同和/或可通过任意的数学函数彼此联系起来。
10.根据上述权利要求中任一项所述的复合材料，其特征在于，所述颗粒和在所述基础材料的表面中的凹处的几何形状和数学尺寸如此接近，使得相应所述基础材料的凹处的表面的至少99.99%或至少80%或至少50%或至少20%或至少10%与所述颗粒的表面接触。
11.根据上述权利要求中任一项所述的复合材料，其特征在于，所述颗粒和在所述基础材料的表面中的凹处形成夹子结构，其中，所述夹子结构的特征在于，在至少一个凹处的靠近表面的区域中的内径小于在相同凹处的远离表面的区域中的内径。
12.根据上述权利要求中任一项所述的复合材料，其特征在于，所述基础材料为电化学的或电的电池的有导电能力的导电体，并且所述涂装材料含有至少一种活性材料。
13.一种电化学系统、电池组、燃料电池、电解电池或双层电容，含有根据上述权利要求中任一项所述的复合材料。
14.一种用于制造复合材料的方法，所述复合材料具有含有颗粒的涂装材料和基础材料，所述方法在时间上相继具有以下步骤：
A)确定所述颗粒的空间尺寸和大小分布，
B)调整和/或调节根据权利要求1至11中任一项所述的最佳的颗粒大小和形状，
C)如此使根据权利要求1至11中任一项所述的基础材料的表面结构化，使得所述颗粒电极的颗粒几何地配合到所述基础材料的表面的凹处中，
D)利用合适的清洁剂和/或溶剂和/或通过物理方法清洁所述基础材料，
E)在真空中或在保护气体环境下或在空气中和/或在提高的温度中干燥所述基础材料，
F)通过以下方式准备所述涂装材料，即，将成分电化学活性材料、含碳的材料和粘合剂混合成均匀的混合物，
G)利用根据步骤a)和b)调整的含有颗粒的涂装材料涂装根据步骤c)结构化的基础材料，其中，所述基础材料相比于所述涂装材料具有相同或更高的温度，
H)干燥已涂装的基础材料，
I)在空间上压缩、优选地机械地挤压或砑光根据步骤G或H产生的层，其可在任意温度下、优选地在0至200°C、进一步优选地在室温进行。
15.根据权利要求14所述的用于制造复合材料的方法，该复合材料包括含有颗粒的涂装材料和基础材料，其中，所述基础材料为电化学的或电的电池的有导电能力的导电体，并且所述涂装材料含有至少一种活性材料。
16.根据权利要求15所述的用于涂装导电体的方法，其中所述基础材料为导电体，并且涂层含有活性材料或仅由活性材料构成和/或为含碳的混合物，所述混合物可包含炭黑和/或/石墨并且可含有粘合剂和/或任意塑料和/或溶剂。
17.根据权利要求15所述的方法，其中，所述导电体的表面紧接在步骤G之前利用增附剂涂装。
18.根据权利要求13至17所述的方法，其中，使用如此软的所述基础材料并且将所述颗粒或所述涂装材料在如此高的压力下施加到所述基础材料上，使得所述颗粒或所述涂装材料完全或部分地侵入到所述基础材料中且粘附在所述基础材料中。
19.根据权利要求1至11中任一项所述的复合材料在电化学的或电的系统中的应用，尤其在电池组或燃料电池或电解电池或电化学的测量电池中的应用，或者其中，所述电的系统为双层电容。
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