DE102012022606A1 - Partikuläres Elektrodenmaterial mit einer Beschichtung aus einem kristallinen anorganischen Material und einem anorganisch-organischen Hybridpolymer und Verfahren zu dessen Herstellung - Google Patents

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Abstract

Erfindungsgemäß wird ein partikuläres Elektrodenmaterial bereitgestellt, welches eine hohe Stabilität gegen Degradation und Materialermüdung aufweist. Dies gilt sowohl für die Batterieherstellungsphase als auch für den Betrieb. Zusätzlich zu der hohen thermischen, chemischen und elektrochemische Stabilität, zeichnet sich das Elektrodenmaterial durch eine ausgezeichnete elektrische sowie ionische Leitfähigkeit aus und erreicht dadurch sehr geringe Widerstandswerte. Erfindungsgemäß wird ferner ein Verfahren zur Beschichtung von partikulärem Elektrodenmaterial bereitgestellt, mit welchem das erfindungsgemäße beschichtete Elektrodenmaterial hergestellt werden kann. Letztlich werden Verwendungen des erfindungsgemäßen Elektrodenmaterials aufgezeigt.

Description

  • Erfindungsgemäß wird ein partikuläres Elektrodenmaterial bereitgestellt, welches eine hohe Stabilität gegen Degradation und Materialermüdung aufweist. Dies gilt sowohl für die Batterieherstellungsphase als auch für den Betrieb. Zusätzlich zu der hohen thermischen, chemischen und elektrochemische Stabilität, zeichnet sich das Elektrodenmaterial durch eine ausgezeichnete elektrische sowie ionische Leitfähigkeit aus und erreicht dadurch sehr geringe Widerstandswerte. Erfindungsgemäß wird ferner ein Verfahren zur Beschichtung von partikulärem Elektrodenmaterial bereitgestellt, mit welchem das erfindungsgemäße beschichtete Elektrodenmaterial hergestellt werden kann. Letztlich werden Verwendungen des erfindungsgemäßen Elektrodenmaterials aufgezeigt.
  • Ansatz für die im Folgenden beschriebene Innovation ist die durch Reaktion mit dem Elektrolyten verursachte und dauerhafte Oberflächenpassivierung von Elektrodenmaterialien in Lithium-Akkumulatoren. Dieser folgt in der Regel eine fortschreitende Degradation der Akkumaterialien. Sie ist letztlich verantwortlich für deren begrenzte Lebensdauer.
  • Diese Reaktionen äußern sich besonders stark bei hoher Spannungsbelastung. Das bedeutet, dass die Akkus nicht ihr volles Energiespeicherungspotential nutzen können. Die dadurch entstehende Solid-Elektrolyte-Interphase (SEI) bewirkt außerdem einen Widersand für die Interkalation von Ladungsträgern, also sowohl Elektronen als auch Lithium-Ionen. Damit verbunden ist eine begrenzte Strombelastbarkeit, die wiederum die Leistungsdichte dieser Akkumulatoren begrenzt.
  • Bisher ließen sich diese Negativ-Effekte mit einer Veredelung von Akkumaterialien durch Partikelbeschichtungen aus Metalloxiden oder -fluoriden ( US 2011/10076556 A1 , US 2011/10111298 A1 ) reduzieren.
  • Damit ist es zwar möglich, die Aktivmaterialpartikel vor unerwünschten Reaktionen zu schützen, allerdings ist diese Verbesserung mit einer erschwerten Ladungsträgerinterkalation – besonders von Lithium-Ionen – verbunden. Aus diesem Grund weisen auf diese Art beschichtete Materialien anfänglich sogar noch höhere Widerstände auf als die unbehandelten Materialien.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung war somit die Bereitstellung von einem Elektrodenmaterial, welches einen gegenüber dem Stand der Technik niedrigeren Widerstand aufweist.
  • Die Aufgabe wird durch das beschichtete partikuläre Elektrodenmaterial gemäß Anspruch 1, das Verfahren zur Beschichtung von partikulärem Elektrodenmaterial gemäß Anspruch 14, die Verwendung von kristallinen anorganischen Materialien zusammen mit einem Hybridpolymer gemäß Anspruch 23 und die Verwendung des erfindungsgemäßen Elektrodenmaterials gemäß Anspruch 24 gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen dargestellt.
  • Erfindungsgemäß wird somit ein beschichtetes partikuläres Elektrodenmaterial bereitgestellt, enthaltend ein partikuläres Elektrodenmaterial ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Lithium-interkalierenden und Lithium-deinterkalierenden Substanzen, welches zumindest bereichsweise
    • a) eine nanostrukturierte Beschichtung, welche mindestens ein kristallines anorganisches Material enthält oder daraus besteht; und
    • b) eine nanostrukturierte Hybridpolymerbeschichtung, welche mindestens ein anorganisch-organisches Hydridpolymer enthält oder daraus besteht,
    aufweist.
  • Unter dem Begriff „partikulär” bzw. dem Begriff „Partikel” werden erfindungsgemäß nicht nur runde Körper verstanden, sondern beispielsweise auch Körper in Form von Blättchen, Stäbchen, Drähten und/oder Fasern.
  • Der entscheidende Vorteil des erfindungsgemäßen beschichteten Elektrodenmaterials ist, dass es eine Beschichtung aufweist, welche sowohl für Elektronen als auch Ionen hochtransmissiv ist. Der Grund ist die Kompositstruktur der Beschichtung, welche sich sowohl durch harte, e–-leitende, anorganische Kristallitbereiche, als auch durch flexible, Li+-leitende, anorganisch-organische Hybridpolymerbereiche auszeichnet.
  • Die Segmentierung beider Bereiche ist bei dieser neuen Beschichtung bis auf Nanoskala optimiert. Diese Minimierung ermöglicht eine bestmögliche Interkalation beider Ladungsträger und somit eine Verringerung des dazugehörigen Widerstandes.
  • Durch die hohe Flexibilität der vielen kleinen Hybridpolymerbereiche sowie die große Härte der halbleitenden Kristallkörner ist dieser innovative Beschichtungstyp besonders beständig gegen Materialermüdung. Dies gilt sowohl für die Batterieherstellungsphase als auch für den Betrieb. Er ist somit besonders geeignet für Elektrodenmaterialien mit hoher Volumenausdehnung wie zum Beispiel Silizium (Ausdehnung: 300%–400%).
  • Hinzu kommt noch die hohe thermische, chemische und elektrochemische Stabilität beider Materialien, die somit dauerhaften Schutz durch diesen neuen Beschichtungstyp gewährleistet.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltungsform des beschichteten Elektrodenmaterials handelt es sich bei dem kristallinen anorganischen Material um ein partikuläres, kristallines anorganisches Material. Optional kann es eine Partikelgröße im Bereich von 0,5 bis 500 nm, bevorzugt von 1 bis 50 nm, besonders bevorzugt von 1 bis 20 nm aufweist, insbesondere von 1 bis 10 nm, aufweisen.
  • Das kristalline anorganische Material kann ausgewählt sein aus der Gruppe bestehend aus Chalkogeniden, Halogeniden, Siliziden, Boriden, Nitriden, Phosphiden, Arseniden, Antimoniden, Carbiden, Carboniten, Carbonitriden und Oxinitriden der Elemente Zn, Al, In, Sn, Ti, Si, Li, Zr, Hf, V, Nb, Cr, Mo, W, Mn, Co, Ni, Fe, Ca, Ta, Cd, Ce, Be, Bi, Sc, Rh, Pd, Ag, Cd, Ru, La, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Mg, Cu, Y, Fe, Ga, Ge, Hg, S, Se, Sb, Te, B, C und I, sowie den reinen Elementen und Mischungen oder Kombinationen derselben.
  • Bevorzugt zeichnet sich das anorganische Material durch halbleitende bis leitende Materialeigenschaften aus.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltungsform weist die Hybridpolymerbeschichtung eine Schichtdicke im Bereich von 1 bis 500 nm, bevorzugt von 1 bis 50 nm, besonders bevorzugt von 1 bis 20 nm, insbesondere von 1 bis 10 nm auf.
  • Das Hybridpolymer kann in dessen anorganisch-oxidischem Gerüst Si-O-Li-Bindungen enthalten. Bevorzugt weisen die anorganischen Bereiche des Hybridpolymers deshalb Si-O-Li-Bindungen auf. Zusätzlich können darin oxidische Heteroatome ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus B, Zr, Al, Ti, Ge, P, As, Mg, Ca, Cr und W, eingebaut sein.
  • Weiterhin kann das Polymer organische Substituenten (primär an Si gebunden) aus Vinyl, Alkyl, Acryl, Methacryl, Epoxy, PEG, Aryl, Styryl, (Per)fluoroalkyl, (Per)fluoroaryl, Nitril, Isocyanat oder organischen Carbonaten enthalten. Speziell Vinyl-, Allyl-, Acryl-, Methacryl-, Styrol-, Epoxy- oder Cyanurat-Funktionalitäten können zur Härtung des Prepolymers genutzt werden (d. h. zum Aufbau des organischen Netzwerks). Mit der organischen Modifizierung können zusätzlich Materialeigenschaften wie zum Beispiel thermische, mechanische und elektrische Eigenschaften gezielt eingestellt werden.
  • Weiterhin bevorzugt ist, dass das anorganisch-organische Hybridpolymer ein Lithiumsalz, bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus LiClO4, LiAlO4, LiAlCl4, LiPF6, LiSiF6, LiBF4, LiBr, LiI, LiSCN, LiSbF6, LiAsF6, LiTfa, LiDFOB, LiBOB, LiTFSI, LiCF3SO3, LiC4F9SO3, LiN(CF3SO2)2, LiN(C2F5SO2)2, LiC(CF3SO2)3, LiC(C2F5SO2)3, enthält.
  • Bevorzugt weist die Hybridpolymerbeschichtung eine LithiumIonenleitfähigkeit im Bereich von 10–7 S/cm bis 1 S/cm, bevorzugt von 10–6 S/cm bis 5·10–3 S/cm, insbesondere von 10–4 bis 10–3 S/cm und/oder eine elektrochemische Stabilität bis über 5 V gegen Li/Li+ auf und/oder oder zersetzt sich erst bei Temperaturen über 300°C.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltungsform ist die Hybridpolymerbeschichtung elastisch und weist bevorzugt ein E-Modul von 10 kPa bis 100 MPa, besonders bevorzugt 10 kPa bis 1 MPa, auf.
  • Insbesondere ist vorteilhaft, wenn das nanostrukturierte kristalline anorganische Material elektronenleitend ist und das anorganisch-organischem Hybridpolymer ionenleitend ist.
  • Das Elektrodenmaterial kann ausgewählt sein aus der Gruppe bestehend aus Kohlenstoffen, Legierungen aus Si, Li, Ge, Sn, Al, Sb, etc., Li4Ti5O12, Li4-yAyTi5-xMxO12(A = Mg, Ca, Al; M = Ge, Fe, Co, Ni, Mn, Cr, Zr, Mo, V, Ta oder eine Kombination davon), Li(Ni, Co, Mn)O2, Li1+x(M, N)1-xO2 (M = Mn, Co, Ni oder eine Kombination davon; N = Al, Ti, Fe, Cr, Zr, Mo, V, Ta, Mg, Zn, Ga, B, Ca, Ce, Y, Nb, Sr, Ba, Cd oder eine Kombination davon), (Li, A)x(M, N)zOv-wXw (A = Alkali-, Erdalkimetall, Lanthanoid oder eine Kombination davon; M = Mn, Co, Ni oder eine Kombination davon; N = Al, Ti, Fe, Cr, Zr, Mo, V, Ta, Mg, Zn, Ga, B, Ca, Ce, Y, Nb, Sr, Ba, Cd oder eine Kombination davon; X = F, Si), LiFePO4, (Li, A)(M, B)PO4 (A oder B = Alkali-, Erdalkalimetall, Lanthanoid oder eine Kombination davon; M = Fe, Co, Mn, Ni, Ti, Cu, Zn, Cr oder eine Kombination davon), LiVPO4F, (Li, A)2(M, B)PO4F (A oder B = Alkali-, Erdalkalimetall, Lanthanoid oder eine Kombination davon; M = Fe, Co, Mn, Ni, Ti, Cu oder eine Kombination davon), Li3V2PO4, Li(Mn, Ni)2O4, Li1+x(M, N)2-xO4 (M = Mn; N = Co, Ni, Fe, Al, Ti, Cr, Zr, Mo, V, Ta oder eine Kombination davon) und Mischungen oder Kombinationen derselbigen.
  • Erfindungsgemäß wird ferner ein Verfahren zur Beschichtung von partikulärem Elektrodenmaterial mit einer nanostrukturierten Beschichtung enthaltend ein kristallines anorganisches Material und ein anorganisch-organisches Hydrid polymer bereitgestellt, bei dem
    • a) mindestens ein Präkursor einer Metall- oder Halbmetallverbindung oder eine Metall- oder Halbmetallverbindung in einem Lösungsmittel gelöst oder dispergiert wird,
    • b) mindestens eine polymerisierbare, organische Substanz zugesetzt wird,
    • c) die Lösung mit mindestens zumindest einem partikulären Elektrodenmaterial kontaktiert wird, wobei Elektrodenmaterial mit einer nanostrukturierten Beschichtung aus anorganischem Material entsteht,
    • d) das beschichtete Elektrodenmaterial isoliert und getempert wird,
    • e) ein Sol aus einem organisch modifizierten, polysiloxanhaltigen Material bereitgestellt wird und mit dem beschichteten Elektrodenmaterial aus Schritt d), und gegebenenfalls mit mindestens einem organischen Lösungsmittel, gemischt wird,
    • f) das organische Lösungsmittel abgetrennt wird, wobei Elektrodenmaterial mit einer nanostrukturierten Beschichtung aus anorganischem Material und Hybridpolymer entsteht; und
    • g) das beschichtete Elektrodenmaterial isoliert, getrocknet und gehärtet wird.
  • Unter einem Sol ist eine kolloidale Dispersion in einem Lösungsmittel zu verstehen.
  • Bevorzugt ist das polare Lösungsmittel in Schritt a) ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus anorganischen und organischen Lösungsmitteln, insbesondere Wasser und/oder Alkohol.
  • Vor oder nach Schritt a) kann der mindestens eine Präkursor einer Metall- oder Halbmetallverbindung oder die Metall- oder Halbmetallverbindung mit einer anorganischen oder organischen Säure, bevorzugt Salpetersäure, kontaktiert werden. Die Zugabe einer Säure hat den Vorteil, dass die Löslichkeit des Präkursors einer Metall- oder Halbmetallverbindung in dem polaren Lösungsmittel entscheidend verbessert wird.
  • Die polymerisierbare organische Substanz in Schritt b) kann eine Säure enthalten oder daraus bestehen. Bevorzugt ist die polymerisierbare organische Substanz in Schritt b) ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus organischen und anorganischen Säuren, bevorzugt organische Carbonsäuren mit mehr als einer Säurefunktionalität, insbesondere Zitronensäure.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform enthält die polymerisierbare Substanz in Schritt b) einen Alkohol oder besteht daraus. Bevorzugt ist die polymerisierbare Substanz in Schritt b) ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Alkoholen mit mehr als einer Alkoholfunktionalität, bevorzugt polymere Alkohole mit mehr als einer Alkoholfunktionalität, insbesondere Polyethylenglykol und/oder Polypropylenglykol.
  • Das Tempern in Schritt d) kann die Schritte
    • a) Trocknen der Partikel, bevorzugt bei einer Temperatur von 80 bis 120°C; und/oder
    • b) Pyrolysieren und Kristallisieren der Partikel, bevorzugt bei einer Temperatur von 500 bis 700°C,
    umfassen.
  • In Schritt e) kann zusätzlich mindestens ein Lithiumsalz und/oder mindestens ein Härter zugegeben werden.
  • Insbesondere ist das organische Lösungsmittel ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus organischen Lösungsmitteln, welche das organisch modifizierte, polysiloxanhaltige Material lösen.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren kann ferner dadurch gekennzeichnet sein, dass in Schritt g)
    • a) bei einer Temperatur von 30 bis 50°C für 20 bis 40 min getrocknet wird; und/oder
    • b) bei einer Temperatur von 70 bis 150°C für 0,5 bis 5 Stunden gehärtet wird.
  • Bevorzugt wird das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Elektrodenmaterials verwendet.
  • Ferner wird die Verwendung von kristallinen anorganischen Materialien ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Chalkogeniden, Halogeniden, Siliziden, Boriden, Nitriden, Phosphiden, Arseniden, Antimoniden, Carbiden, Carboniten, Carbonitriden und Oxinitriden der Elemente Zn, Al, In, Sn, Ti, Si, Li, Zr, Hf, V, Nb, Cr, Mo, W, Mn, Co, Ni, Fe, Ca, Ta, Cd, Ce, Be, Bi, Sc, Rh, Pd, Ag, Cd, Ru, La, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Mg, Cu, Y, Fe, Ga, Ge, Hg, S, Se, Sb, Te, B, C und I, sowie den reinen Elementen und Mischungen oder Kombinationen derselben zusammen mit einem Hybridpolymer enthaltend ein Sol-Gel Material, das aus organisch substituierten Silanen mit hydrolysierbaren Funktionalitäten hergestellt wird und optional Lithiumsalz enthält zur nanostrukturierten Beschichtung von partikulärem Elektrodenmaterial.
  • Das erfindungsgemäße Elektrodenmaterial kann in Energiespeichern, bevorzugt in Lithium-Akkumulatoren und/oder Doppelschichtkondensatoren verwendet werden.
  • Anhand des nachfolgenden Beispiels und der nachfolgenden Figur soll der erfindungsgemäße Gegenstand näher erläutert werden, ohne diesen auf die hier dargestellten, spezifischen Ausgestaltungsformen einschränken zu wollen.
  • 1 beschreibt ein partikuläres Elektrodenmaterial 1 mit einer nanostrukturierten Beschichtung bestehend aus einem kristallinen, partikulären anorganischen Material 2 und einem anorganisch-organischen Hybridpolymer 3. Die Beschichtung weist sowohl elektronenleitende als auch ionenleitende Bereiche auf (siehe vergrößerten Bereich).
  • Beispiel – Verfahren zur Herstellung einer nanostrukturierten Hybridpolymerbeschichtung auf einem partikulären Elektrodenmaterial
  • Schritt 1: Synthese der e–-leitfähigen Beschichtung aus Metalloxidkristalliten
  • In einer 1000 ml Flasche werden 500 ml Wasser und Ethanol im Verhältnis 1:8 eingefüllt.
  • Bei kontinuierlichem Rühren werden zunächst 1,34 g Zinkacetat (optional mit kleinem Aluminiumacetatanteil) hinzugegeben und anschließend durch Zutropfen von 500 μl Salpetersaure (10 mol/l) in Lösung gebracht.
  • Anschließend werden 2,57 g Zitronensäure und 30 g Polyethylenglycol zu gesetzt. Parallel dazu werden 40 g des zu beschichtenden Li(Ni, Co, Mn)O2 in weiteren 100 ml des Lösungsmittels (Wasser und Ethanol im Verhältnis 1:8) dispergiert.
  • Nach einer Stunde Rührzeit werden die 100 ml Lösungsmittel mit den Li(Ni, Co, Mn)O2-Partikeln der Beschichtungslösung zu gesetzt. Die Mischung wird weitere 24 Stunden gerührt.
  • Die beschichteten Partikel werden anschließend abzentrifugiert und bei einer Temperatur von 100°C für 2 Stunden vorgetrocknet.
  • Danach werden die beschichteten Partikel mit einer Heizrate von 5°C pro Minute auf eine Temperatur von 600°C gebracht und für 30 Minuten gesintert.
  • Schritt 2: Synthese der Beschichtungsbereiche aus Li+-leitfähigem Hybridpolymer
  • In einem 250 ml Kolben werden 152 g (0,29 mol) 2-Methoxypolyethylenoxydpropyltrimethoxysilan mit 2,634 g Lithiumhydroxid gerührt (Mischung 1).
  • Parallel werden in einen 100 ml Kolben 23,6 g (0,1 mol) 3-Glycidyloxypropyltrimethoxysilan mit 140 g Diethylcarbonat eingewogen und 2,7 g (0,15 mol) destilliertes Wasser werden hinzugefügt (Mischung 2). Die Mischung wird gerührt.
  • Nach Erreichen des Klarpunkts von Mischung 2 wird dieser die homogene Mischung 1 zugesetzt.
  • Nach einigen Tagen wird das Lösungsmittel bei 40°C und 28 mbar vom Beschichtungsmaterial abrotiert.
  • In einem 1 l Kolben werden 30 g des weiter zu beschichtenden Elektrodenmaterials unter Argon eingewogen. Anschließend werden 400 g Dimethylcarbonat und 0,9 g Beschichtungsmaterial (optional Lithiumsalz oder 0,01 g Bortrifluoridethylaminkomplex) hinzugewogen.
  • Der Kolben wird am mit Argon gespülten Rotationsverdampfer langsam bewegt. Nach ca. 30 min wird bei 40°C mit dem Abrotieren begonnen bis zu 12 mbar.
  • Abschließend wird die Temperatur auf 80°C erhöht und 1 Stunde unter diesen Bedingungen abrotiert.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • US 2011/10076556 A1 [0004]
    • US 2011/10111298 A1 [0004]

Claims (24)

  1. Beschichtetes partikuläres Elektrodenmaterial, enthaltend ein partikuläres Elektrodenmaterial ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Lithium-interkalierenden und Lithium-deinterkalierenden Substanzen, welches zumindest bereichsweise a) eine nanostrukturierte Beschichtung, welche mindestens ein kristallines anorganisches Material enthält oder daraus besteht; und b) eine nanostrukturierte Hybridpolymerbeschichtung, welche mindestens ein anorganisch-organisches Hydridpolymer enthält oder daraus besteht, aufweist.
  2. Beschichtetes partikuläres Elektrodenmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem kristallinen anorganischen Material um ein partikuläres, kristallines anorganisches Material handelt, welches optional eine Partikelgröße im Bereich von 0,5 bis 500 nm, bevorzugt von 1 bis 50 nm, besonders bevorzugt von 1 bis 20 nm aufweist, insbesondere von 1 bis 10 nm, aufweist.
  3. Beschichtetes partikuläres Elektrodenmaterial nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das kristalline anorganische Material ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Chalkogeniden, Halogeniden, Siliziden, Boriden, Nitriden, Phosphiden, Arseniden, Antimoniden, Carbiden, Carboniten, Carbonitriden und Oxinitriden der Elemente Zn, Al, In, Sn, Ti, Si, Li, Zr, Hf, V, Nb, Cr, Mo, W, Mn, Co, Ni, Fe, Ca, Ta, Cd, Ce, Be, Bi, Sc, Rh, Pd, Ag, Cd, Ru, La, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Mg, Cu, Y, Fe, Ga, Ge, Hg, S, Se, Sb, Te, B, C und I, sowie den reinen Elementen und Mischungen oder Kombinationen derselben.
  4. Beschichtetes partikuläres Elektrodenmaterial nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem kristallinen anorganischen Material um ein halbleitendes bis leitendes Material handelt.
  5. Beschichtetes Elektrodenmaterial nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hybridpolymerbeschichtung eine Schichtdicke im Bereich von 1 bis 500 nm, bevorzugt von 1 bis 50 nm, besonders bevorzugt von 1 bis 20 nm, insbesondere von 1 bis 10 nm, aufweist.
  6. Beschichtetes partikuläres Elektrodenmaterial nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das anorganisch-organische Hybridpolymer ein anorganisch-oxidisches Gerüst bestehend aus Si-O-Si-Bindungen enthält, wobei dieses Gerüst optional zusätzlich oxidische Heteroatome ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Li, B, Zr, Al, Ti, Ge, P, As, Mg, Ca, Cr und W und/oder organische Substituenten (primär an Si gebunden) aus Vinyl, Alkyl, Acryl, Methacryl, Epoxy, PEG, Aryl, Styryl, (Per)fluoroalkyl, (Per)fluoroaryl, Nitril, Isocyanat oder organischen Carbonaten und/oder Vinyl-, Allyl-, Acryl-, Methacryl-, Styrol-, Epoxy- oder Cyanurat-Funktionalitäten enthält.
  7. Beschichtetes Elektrodenmaterial nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das anorganisch-organische Hybridpolymer ein Lithiumsalz, bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus LiClO4, LiAlO4, LiAlCl4, LiPF6, LiSiF6, LiBF4, LiBr, LiI, LiSCN, LiSbF6, LiAsF6, LiTfa, LiDFOB, LiBOB, LiTFSI, LiCF3SO3, LiC4F9SO3, LiN(CF3SO2)2, LiN(C2F5SO2)2, LiC(CF3SO2)3, LiC(C2F5SO2)3, enthält.
  8. Beschichtetes Elektrodenmaterial nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hybridpolymerbeschichtung eine Lithium-Ionenleitfähigkeit im Bereich von 10–7 S/cm bis 1 S/cm, bevorzugt von 10–6 S/cm bis 5·10–3 S/cm, insbesondere 10–4 bis 10–3 S/cm, aufweist.
  9. Beschichtetes Elektrodenmaterial nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hybridpolymerbeschichtung elastisch ist und bevorzugt ein E-Modul von 10 kPa bis 100 MPa, besonders bevorzugt 10 kPa bis 1 MPa, aufweist.
  10. Beschichtetes Elektrodenmaterial nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Hybridpolymerbeschichtung erst ab Temperaturen oberhalb von 300°C thermisch zersetzt.
  11. Beschichtetes Elektrodenmaterial nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das beschichtete Elektrodenmaterial bei Potentialen ≥ 5 V vs. Li/Li+ elektrochemisch stabil ist.
  12. Beschichtetes partikuläres Elektrodenmaterial nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das kristalline anorganische Material elektronenleitend ist und das anorganisch-organische Hybridpolymer ionenleitend ist.
  13. Beschichtetes partikuläres Elektrodenmaterial nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Elektrodenmaterial ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Kohlenstoffen, Legierungen aus Si, Li, Ge, Sn, Al, Sb, etc., Li4Ti5O12, Li4-yAyTi5-xMxO12 (A = Mg, Ca, Al; M = Ge, Fe, Co, Ni, Mn, Cr, Zr, Mo, V, Ta oder eine Kombination davon), Li(Ni, Co, Mn)O2, Li1+x(M, N)1-xO2 (M = Mn, Co, Ni oder eine Kombination davon; N = Al, Ti, Fe, Cr, Zr, Mo, V, Ta, Mg, Zn, Ga, B, Ca, Ce, Y, Nb, Sr, Ba, Cd oder eine Kombination davon), (Li, A)x(M, N)zOv-wXw (A = Alkali-, Erdalkimetall, Lanthanoid oder eine Kombination davon; M = Mn, Co, Ni oder eine Kombination davon; N = Al, Ti, Fe, Cr, Zr, Mo, V, Ta, Mg, Zn, Ga, B, Ca, Ce, Y, Nb, Sr, Ba, Cd oder eine Kombination davon; X = F, Si), LiFePO4, (Li, A)(M, B)PO4 (A oder B = Alkali-, Erdalkalimetall, Lanthanoid oder eine Kombination davon; M = Fe, Co, Mn, Ni, Ti, Cu, Zn, Cr oder eine Kombination davon), LiVPO4F, (Li, A)2(M, B)PO4F (A oder B = Alkali-, Erdalkalimetall, Lanthanoid oder eine Kombination davon; M = Fe, Co, Mn, Ni, Ti, Cu oder eine Kombination davon), Li3V2PO4, Li(Mn, Ni)2O4, Li1+x(M, N)2-xO4 (M = Mn; N = Co, Ni, Fe, Al, Ti, Cr, Zr, Mo, V, Ta oder eine Kombination davon) und Mischungen oder Kombinationen derselbigen.
  14. Verfahren zur Beschichtung von partikulärem Elektrodenmaterial mit einer nanostrukturierten Beschichtung enthaltend ein kristallines anorganisches Material und ein anorganisch-organisches Hydridpolymer, bei dem a) mindestens ein Präkursor einer Metall- oder Halbmetallverbindung oder eine Metall- oder Halbmetallverbindung in einem Lösungsmittel gelöst oder dispergiert wird, b) mindestens eine polymerisierbare, organische Substanz zugesetzt wird, c) die Lösung mit zumindest einem partikulären Elektrodenmaterial kontaktiert wird, wobei Elektrodenmaterial mit einer nanostrukturierten Beschichtung aus anorganischem Material entsteht, d) das beschichtete Elektrodenmaterial isoliert und getempert wird, e) ein Sol aus einem organisch modifizierten, polysiloxanhaltigen Material bereitgestellt wird und mit dem beschichteten Elektrodenmaterial aus Schritt d), und gegebenenfalls mit mindestens einem organischen Lösungsmittel, gemischt wird, f) das organische Lösungsmittel abgetrennt wird, wobei Elektrodenmaterial mit einer nanostrukturierten Beschichtung aus anorganischem Material und Hybridpolymer entsteht; und g) das beschichtete Elektrodenmaterial isoliert, getrocknet und gehärtet wird.
  15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das polare Lösungsmittel in Schritt a) ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus anorganischen und organischen Lösungsmitteln, insbesondere Wasser und/oder Alkohol.
  16. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass vor oder nach Schritt a) der mindestens eine Präkursor einer Metall- oder Halbmetallverbindung oder die Metall- oder Halbmetallverbindung mit einer anorganischen oder organischen Säure, bevorzugt Salpetersäure, kontaktiert wird.
  17. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die polymerisierbare, organische Substanz in Schritt b) eine Säure enthält oder daraus bestehet, bevorzugt eine Säure ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus organischen und anorganischen Säuren, bevorzugt organische Carbonsäuren mit mehr als einer Säurefunktionalität, insbesondere Zitronensäure.
  18. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die polymerisierbare, organische Substanz in Schritt b) einen Alkohol enthält oder daraus besteht, bevorzugt einen Alkohol ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Alkoholen mit mehr als einer Alkoholfunktionalität, bevorzugt polymere Alkohole mit mehr als einer Alkoholfunktionalität, insbesondere Polyethylenglykol und/oder Polypropylenglykol.
  19. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Tempern in Schritt d) umfasst: a) Trocknen der Partikel, bevorzugt bei einer Temperatur von 80 bis 120°C; und/oder b) Pyrolysieren und Kristallisieren der Partikel, bevorzugt bei einer Temperatur von 500 bis 700°C.
  20. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt e) zusätzlich mindestens ein Lithiumsalz und/oder mindestens ein Härter zugegeben wird.
  21. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass das organische Lösungsmittel ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus organischen Lösungsmitteln, welche das organisch modifizierte, polysiloxanhaltige Material lösen.
  22. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt g) a) bei einer Temperatur von 30 bis 50°C für 20 bis 40 min getrocknet wird; und/oder b) bei einer Temperatur von 70 bis 150°C für 0,5 bis 5 Stunden gehärtet wird.
  23. Verwendung von kristallinen anorganischen Materialien ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Chalkogeniden, Halogeniden, Siliziden, Boriden, Nitriden, Phosphiden, Arseniden, Antimoniden, Carbiden, Carboniten, Carbonitriden und Oxinitriden der Elemente Zn, Al, In, Sn, Ti, Si, Li, Zr, Hf, V, Nb, Cr, Mo, W, Mn, Co, Ni, Fe, Ca, Ta, Cd, Ce, Be, Bi, Sc, Rh, Pd, Ag, Cd, Ru, La, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Mg, Cu, Y, Fe, Ga, Ge, Hg, S, Se, Sb, Te, B, C und I, sowie den reinen Elementen und Mischungen oder Kombinationen derselben zusammen mit einem Hybridpolymer enthaltend ein Sol-Gel Material, das aus organisch substituierten Silanen mit hydrolysierbaren Funktionalitäten hergestellt wird und optional Lithiumsalz enthält zur nanostrukturierten Beschichtung von partikulärem Elektrodenmaterial.
  24. Verwendung von dem beschichteten partikulären Elektrodenmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 13 in Energiespeichern, bevorzugt in Lithium-Akkumulatoren und/oder Doppelschichtkondensatoren.
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