DE102012022607A1 - Feststoff-/Gelelektrolyt-Akkumulator mit Binder aus anorganisch-organischem Hybridpolymer und Verfahren zu dessen Herstellung - Google Patents

Feststoff-/Gelelektrolyt-Akkumulator mit Binder aus anorganisch-organischem Hybridpolymer und Verfahren zu dessen Herstellung Download PDF

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Uwe Guntow
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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Lithium-Akkumulator oder dessen Kombination mit einem Doppelschichtkondenstor, welcher sich durch einen Feststoff- bzw. Gelelektrolyten und einen Binder aus anorganisch-organischem Hydridpolymer auszeichnet. Durch das hier vorgestellte neue Binderkonzept ist es möglich, in diesen Akkumulatoren die Kontaktierung der einzelnen Komponenten zu revolutionieren und so eine grundlegende Verbesserung des Ionentransportes zu ermöglichen. Damit verbunden ist ein neues, schnelles, einfaches und flexibles Herstellungsverfahren für Lithium-Akkumulatoren, das diese hinsichtlich Sicherheit, Stabilität, Umweltfreundlichkeit und Leistungsfähigkeit optimiert.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen Lithium-Akkumulator oder dessen Kombination mit einem Doppelschichtkondenstor, welcher sich durch einen Feststoff- bzw. Gelelektrolyten und einen Binder aus anorganisch-organischem Hydridpolymer auszeichnet. Durch das hier vorgestellte neue Binderkonzept ist es möglich, in diesen Akkumulatoren die Kontaktierung der einzelnen Komponenten zu revolutionieren und so eine grundlegende Verbesserung des Ionentransportes zu ermöglichen. Damit verbunden ist ein neues, schnelles, einfaches und flexibles Herstellungsverfahren für Lithium-Akkumulatoren, das diese hinsichtlich Sicherheit, Stabilität, Umweltfreundlichkeit und Leistungsfähigkeit optimiert.
  • Bisher wurde der Transport von Lithium-Ionen durch die Elektroden verschiedenster Varianten wiederaufladbarer Lithium-Batterien – neben der Leitfähigkeit der Aktivmaterialien selbst – vor allem durch die Einstellung einer gewissen Porosität und einen, diese Poren infiltrierenden, Flüssigelektrolyten ermöglicht.
  • Das Problem bei diesen Elektrolyten ist, dass die Lösungsmittel wie DEC, DMC, EMC durch ihre leichte Entflammbarkeit die Sicherheit der Akkumulatoren beeinträchtigen.
  • Zudem Wechselwirken diese Elektrolyte stark mit dem Elektrodenaktivmaterial, was zu einer Degradation der Batterie und einen Verlust an Speichervermögen führt.
  • Eine Möglichkeit, um eine Verbesserung der Sicherheit von Batterien zu bewirken, ist der Einsatz von nicht brennbaren Feststoffelektrolyten. Da eine Infiltration von Elektrodenporen bei solchen Elektrolyten allerdings nicht mehr möglich ist, führt dies zu einem erschwerten Ionentransport durch die Elektroden. Dies bewirkt einen erhöhten Widerstand und folglich eine Verminderung der Leistungsdichte der Akkumulatoren.
  • Ein weiteres Problem solcher Feststoffelektrolyte ist die Kontaktierung mit den Elektroden. So führt deren Beschichtung mit einer Aktivmaterialschicht zu unerwünschten Reaktionen bei der Herstellung. Die Kombination mit auf Stromableitern aufgebrachten Elektroden wird zum einen durch den schlechten Zusammenhalt und zum anderen durch den lediglich punktuellen Kontakt erschwert.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung war somit die Bereitstellung eines Akkumulators mit Festelektrolyten, welcher eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Kontaktierung der Elektroden mit dem Festelektrolyten ermöglicht.
  • Die Aufgabe wird durch den Lithium-Akkumulator gemäß Anspruch 1, das Verfahren zur Herstellung eines Lithium-Akkus gemäß Anspruch 14 und die Verwendung eines anorganisch-organischen Hybridpolymers gemäß Anspruch 21 gelöst. Die abhängigen Ansprüche stellen bevorzugte Ausgestaltungsformen der Erfindung dar.
  • Erfindungsgemäß wird somit ein Lithium-Akkumulator bereitgestellt, enthaltend
    • a) mindestens zwei Elektroden, wobei mindestens eine Elektrode ein Material ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Lithium-interkalierenden/-deinterkalierenden Substanzen und elektrisch leitfähigen Substanzen, sowie Mischungen daraus, enthält;
    • b) mindestens einen Feststoff- oder Gelelektrolyten, welcher zwischen den mindestens zwei Elektroden angeordnet ist; und
    • c) mindestens einen Li-Ionen-leitenden Binder mit oder ohne Lithiumsalz, welcher das Elektrodenmaterial und/oder den Feststoff- oder Gelelektrolyten kontaktiert.
  • Der Akkumulator ist dadurch gekennzeichnet, dass der Binder ein Lithium-Ionen-leitfähiges anorganisch-organisches Hybridpolymer enthält oder daraus besteht.
  • Das Novum der Erfindung ist daher ein Lithium-Ionen-leitfähiges Hybridpolymermaterial, das überraschenderweise die zusätzliche Eigenschaft einer Bindewirkung aufweist. Über die Kombination von anorganischen und organischen Bereichen des Hydridpolymers lassen sich die verschiedensten Funktionalitäten erzeugen und damit die Eigenschaften des Hydridpolymers gezielt einstellen. Somit kann der Binder auf spezifische Elektroden und Feststoffelektrolyte abgestimmt werden und ein Optimum aus elektrischer und ionischer Leitfähigkeit und Bindewirkung erreicht werden.
  • Die hohe Temperaturbelastbarkeit und Stabilität eines Hybridpolymerbinders gegenüber Reaktionen mit den Aktivmaterialien und/oder oder Festkörperelektrolytmaterialien garantiert zusätzlich eine höhere Sicherheit gegenüber wiederaufladbaren Lithium-Batterien und/oder Doppelschichtkondensatoren aus dem Stand der Technik.
  • Ferner zeichnet sich ein Binder aus Hybridpolymer – im Gegensatz zu den im Stand der Technik verwendeten Materialien wie PVDF und NMP – dadurch aus, dass er umweltfreundlich und nicht gesundheitsschädlich ist (F-freier Binder, keine gesundheitsschädlichen Lösungsmittel nötig).
  • Zudem kann durch den Hybridpolymerbinder eine so hohe Bindewirkung erzielt werden, dass die Verwendung von passivem Material, das ausschließlich dem Zweck der Bindung dient, eingespart werden kann. Neben ökonomischen Vorteilen wird dadurch zudem eine Gewichtsersparnis erreicht.
  • Ein Binder aus Hybridpolymer zeichnet sich ferner durch die besondere Eigenschaft einer guten Lithium-Ionen-Leitfähigkeit aus. In einer bevorzugten Ausgestaltungsform ist der erfindungsgemäße Lithium-Ionen-Akku dadurch gekennzeichnet, dass der Binder Lithiumsalz enthält und eine ionische Leitfähigkeit von ≥ 10–4 S/cm, optional 10–4 bis 10–3 S/cm, bevorzugt > 10–4 S/cm, besonders bevorzugt ≥ 10–3 S/cm, aufweist.
  • Die ionische Leitfähigkeit des anorganisch-organischen Hybridpolymerbinders ist vor allem dann sehr hoch, wenn in dessen anorganisch-oxidischem Gerüst Si-O-Li-Bindungen enthalten sind. 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.
  • Der Binder kann zudem 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, enthalten, wodurch die ionische Leitfähigkeit weiter gesteigert werden kann.
  • Zur Verbesserung der elektrischen Leitfähigkeit kann der Binder metallisch leitende oder halbleitende Zusätze enthalten, insbesondere Graphite, Graphene und CNTs.
  • Bevorzugt ist das Elektrodenmaterial zumindest einer Elektrode ausgewählt 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.
  • Der Feststoffelektrolyt kann Li-Ionen-leitende Feststoffe enthalten oder daraus bestehen und/oder der Gelelektrolyt kann Li-Ionen-leitende Gele enthalten oder daraus bestehen.
  • Bei dem Hybridpolymerbinder handelt es sich um ein stabiles und zugleich elastisches Material, wodurch grundsätzlich Li-Ionen-Akkus mit sowohl mit hoher Stabilität als auch hoher Elastizität bereitgestellt werden können. Er ist somit besonders geeignet für Materialien mit hoher Volumenausdehnung wie z. B. Si (Ausdehnung: 300%–400%).
  • Des Weiteren ist es mit einem Hybridpolymerbinder erstmals möglich, einen ganz neuartigen Elektrolyt-Typ herzustellen. Dieser besteht aus Feststoffelektrolytpartikeln (z. B. aus Lithium-Ionen-leitenden Gläsern) und ist wiederum verbunden durch den Lithium-Ionenleitenden Binder.
  • 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.
  • Durch die vorliegende Erfindung ist es erstmals möglich einen neuartigen Lithium-Akkumulator bereitzustellen, der komplett aus Partikeln zwischen Stromableitern besteht, die vollständig mit ein und demselben Lihium-Ionenleitenden Hybridpolymerbinder verbunden sind. Hierdurch kann eine sehr hohe Flexibilität der Akkuelemente erreicht werden, welche eine hohe Stabilität des Akkumulators bezüglich mechanischer Beanspruchung sowie in Bezug auf eine Partikelausdehnung/-kontraktion durch Ioneninterkalation/-deinterkalation bewirkt.
  • Eine bevorzugte Ausgestaltungsform des Akkumulators ist deshalb dadurch gekennzeichnet, dass das Elektrodenmaterial und/oder der Feststoffelektrolyt Partikel enthält oder daraus besteht, bevorzugt Partikel mit einer Partikelgröße von 10 nm bis 100 μm.
  • Mindestens eine Elektrode des Li-Ionen-Akkumulators kann keinen oder mindestens einen Stromableiter enthalten.
  • Mindestens eine Elektrode, ein Festkörperelektrolyt, ein Gelelektrolyt und/oder ein Flüssigelektrolyt kann mindestens ein Lithiumsalz, bevorzugt ein Lithiumsalz 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, enthalten.
  • Ferner kann der Li-Ionen-leitenden Binder
    • a) sich erst oberhalb von 300°C thermisch zersetzen;
    • b) ein E-Modul von 10 kPa bis 100 MPa, bevorzugt 10 kPa bis 1 MPa aufweisen; und/oder
    • c) eine elektrochemische Stabilität, gemessen gegen Pt und mit LiPF6 und mit LiClO4 sowie gegen Li(Mn, Ni)O4 und mit LiPF6, bis über 5 V vs. Li/Li+ aufweisen.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltungsform weist die wiederaufladbare Lithium-Batterie mindestens einen Doppelschichtkondensator auf.
  • Ferner kann die Lithium-Batterie einen Flüssigelektrolyten enthalten, wobei der Flüssigelektrolyt bevorzugt eine Li-Ionen-leitende Flüssigkeit, besonders bevorzugt eine Flüssigkeit enthaltend ein Lithiumsalz, insbesondere eine Flüssigkeit enthaltend ein Lithiumsalz 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 oder daraus besteht. Optional kontaktiert der Flüssigelektrolyt den Li-Ionen-leitenden Binder.
  • Erfindungsgemäß wird auch ein Verfahren zur Herstellung eines Lithium-Akkumulators bereitgestellt, bei dem
    • a) ein Sol aus einem organisch modifizierten, polysiloxanhaltigen Material bereitgestellt wird und mit Material, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Lithium-interkalierenden/-deinterkalierenden Substanzen, elektrisch leitfähigen Substanzen und Feststoffelektrolytmaterial gemischt wird und gegebenenfalls mit mindestens einem organischen Lösungsmittel gemischt wird,
    • b) das organische Lösungsmittel abgetrennt wird, wobei Material mit einer Beschichtung aus Binder ensteht;
    • c) das Material, welches nun eine Beschichtung aus Binder aufweist, isoliert, getrocknet und gehärtet wird; und
    • d) das beschichtete Material zu mindestens einer Elektroden- und/oder Elektrolytlage verpresst wird oder mit mindestens einem Lösungsmittel als Paste verarbeitet und zu mindestens einer Elektroden- und/oder Elektrolytlage verarbeitet wird, und
    • e) mindestens ein Feststoffelektrolyt, Gelelektrolyt und/oder Separator zwischen der mindestens einen und mindestens einer weiteren Elektrode, jeweils mit oder ohne Stromableiter, angeordnet wird, und optional mindestens ein Flüssigelektrolyt zugegeben wird, sodass der Elektrolyt die mindestens zwei Elektroden kontaktiert.
  • Unter einem Sol ist eine kolloidale Dispersion in einem Lösungsmittel zu verstehen. Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, dass es einfach und kostengünstig ist.
  • Das Verfahren kann dadurch gekennzeichnet sein, dass in Schritt a) zusätzlich mindestens 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, zugegeben wird und/oder mindestens ein Härter zugegeben wird.
  • Das Elektrodenmaterial zumindest einer Elektrode ist bevorzugt ausgewählt 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.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform enthält der Festkörperelektrolyt Li-Ionen-leitende Feststoffe oder besteht daraus, insbesondere Li-Ionen-leitende Gläser, und/oder der Gelelektrolyt Li-Ionen-leitende Gele oder besteht daraus, insbesondere Li-Ionen-leitende Hybrid polymere, und/oder der Flüssigelektrolyt Li-Ionen-leitende Flüssigkeiten oder besteht daraus.
  • In einer besonders bevorzugten Ausführungsform enthält das Elektrodenmaterial und/oder der Feststoffelektrolyt Partikel oder besteht daraus, bevorzugt Partikel mit einer Partikelgröße von 10 nm bis 100 μm.
  • Das organische Lösungsmittel kann ausgewählt sein aus der Gruppe bestehend aus organischen Lösungsmitteln, welche das organisch modifizierte, polysiloxanhaltige Material lösen.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren kann ferner dadurch gekennzeichnet sein, dass
    • 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.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren wird bevorzugt zur Herstellung der erfindungsgemäßen wiederaufladbaren Lithium-Batterie verwendet.
  • Durch die Möglichkeit einer variablen Einstellung der Eigenschaften über das Verhältnis von Anorganik zu Organik oder die verschiedenen funktionellen Gruppen ist eine Anpassung an die unterschiedlichsten Verwendungszwecke möglich. Ein solcher Verwendungszweck wäre zum Beispiel der Einsatz des neuen Materials als leitfähigen Haftvermittler.
  • Erfindungsgemäß wird daher die Verwendung eines anorganisch-organischen Hybridpolymers als Bindemittel in einem Lithium-Akkumulator und/oder Doppelschichtkondensator und/oder als leitfähigen Haftvermittler vorgeschlagen.
  • Anhand des nachfolgenden Beispiels und der Figuren soll der erfindungsgemäße Gegenstand näher erläutert werden, ohne diesen auf die hier dargestellten spezifischen Ausführungsformen einschränken zu wollen.
  • 1 zeigt den prinzipiellen Aufbau eines Li+-leitfähigen Hybridpolymers.
  • 2 zeigt das verbesserte Akkuprinzip durch den Li+-leitfähigen Hybridpolymerbinder. Im Stand der Technik ist es üblich, zwischen den beiden Elektroden, die jeweils aus Aktivmaterial 3 und Leitruß 4 auf einem Stromableiter 5 bestehenden, einen Li+-leitenden Feststoff 1 anzuordnen. Erfindungsgemäß ist zwischen dem Aktivmaterial 3 und dem Leitruß 4 der beiden Elektroden ein Li+-leitendes anorganisch-organisches Hybridpolymer 2 angeordnet, welches einen hohen Li+-Fluss über den gesamten Raum zwischen den beiden Elektroden und durch die Elektroden gewährleistet. Natürlich kann auch hier noch ein Li+-leitender Feststoff 1 zwischen den beiden Elektroden angeordnet werden. Entscheidend ist, dass das anorganisch-organische Hybridpolymer 2 die Kontaktierung zwischen dem Aktivmaterial 3, dem Leitruß 4 und dem Li+-leitenden Feststoff wesentlich verbessert. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist zwischen den Elektroden neben dem anorganisch-organischen Hybridpolymer 2 ein Feststoffelektrolyt 6 angeordnet, welcher aus Li+-leitenden Partikeln besteht.
  • 3 zeigt stabile Zyklovoltammogramme von mit Li+-leitfähigen Hybridpolymerbinder hergestellten Elektroden (A: Anode, enthaltend Li4Ti5O12 und Kohlenstoff, und B: Kathode, enthaltend Li(Mn, Ni)O4 und Kohlenstoff), mit LiPF6-Elektrolyt und gegen Li/Li+ gemessen.
  • Beispiel – Herstellung eines Lithium-Akkumulators mit Hybridpolymer
  • Schritt 1: Synthese von einem Li+-leitfähigen Hybridpolymerbinder
  • 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, wozu 2,7 g (0,15 mol) destilliertes Wasser hinzugefügt werden (Mischung 2). Die Mischung wird gerührt.
  • Nach Erreichen des Klarpunktes von Mischung 2 wird dieser die homogene Mischung 1 zugesetzt.
  • Nach einigen Tagen wird das Lösungsmittel abrotiert bei 40°C und 28 mbar.
  • Schritt 2: Beschichten von Batteriematerial mit dem Hybridpolymerbinder
  • In einem 1 l Kolben werden 30 g Batteriematerialpartikel (z. B. Li(Ni, Co, Mn)O2 Partikel) unter Argon eingewogen. Anschließend werden 400 g Dimethylcarbonat und 3 g Hybridpolymerbinder aus Schritt 1 (optional mit Lithiumsalz oder 0,03 g Bortrifluoridethylamin-komplex) hinzugewogen.
  • Der Kolben wird am mit Argon gespülten Rotationsverdampfer langsam bewegt.
  • Nach ca. 30 min wird bei 40°C mit dem Abrotieren begonnen bis 12 mbar.
  • Abschließend wird die Temperatur auf 80°C erhöht und 1 Stunde unter diesen Bedingungen abrotiert.
  • Die resultierenden, beschichteten Partikel können über lange Zeit gelagert werden.
  • Schritt 3: Herstellung von Elektroden, Elektrolyten und Akkumulatoren
  • Das mit Hybridpolymerbinder beschichtete Aktivmaterial und/oder der Hybridpolymerbinder beschichtete Leitzusatz aus Schritt 2 wird ohne weitere Vor- oder Nachbehandlung auf Aluminium oder Kupfer verpresst, wodurch eine Elektrode (Anode bzw. Kathode) für einen Li-Ionen-Akku hergestellt wird.
  • Um einen Li-Ionen-Akku herzustellen wird die Elektrode (Kathode, enthaltend z. B. Li(Ni, Co, Mn)O2, LiMn1,6Ni0,4O4, Kohlenstoff oder Mischungen derselben) mit einer weiteren Elektrode (Anode, enthaltend z. B. Li4Ti5O12, Silizium, Kohlenstoff oder Mischungen derselben) und einem Feststoffelektrolyten verpresst, wobei der Feststoffelektrolyt zwischen den beiden Elektroden angeordnet wird. Partikuläre mit Hybridpolymerbinder vernetzte Feststoffelektrolyte sind hierbei besonders vorteilhaft, da sie die Li-Ionen-Akkus mit einer hohen mechanischen Flexibilität ausstatten. Ebenso vorteilhaft ist die Verwendung des Hybridpolymerbinders als Gelelektrolyt, ausgehärtet zwischen den Elektroden.
  • In einer weiteren Ausführungsform wird eine Elektrodenpaste über die etablierten Elektrodenherstellungsverfahren, Rakeln oder Verdrucken, auf einen Stromableiter (Kupfer bzw. Aluminium) aufgebracht. Die Paste besteht dabei aus mit Hybridpolymerbinder beschichtetem Elektrodenmaterial (Anode, enthaltend z. B. Li4Ti5O12, Silizium, Graphit oder Mischungen derselben; Kathode, enthaltend z. B. Li(Ni, Co, Mn)O2, LiMn1,6Ni0,4O4, Graphit oder Mischungen derselben), gelöst in mindestens einem Lösungsmittel. Über das Siebdruck- bzw. Rakelverfahren werden zusätzlich Elektrolyte bzw. Elektrolytlagen, bestehend aus mit Hybridpolymerbinder vernetzen Feststoffelektrolytpartikeln, hergestellt. Die verschiedenen Schichtelemente werden getrocknet und in der Reihenfolge Stromableiter – Anode – Elektrolyt – Kathode – Stromableiter ... aufeinander aufgebracht.

Claims (21)

  1. Wiederaufladbare Lithium-Batterie, enthaltend a) mindestens zwei Elektroden, wobei mindestens eine Elektrode ein Material ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Lithium-interkalierenden/-deinterkalierenden Substanzen und elektrisch leitfähigen Substanzen, sowie Mischungen daraus, enthält; b) mindestens einen Feststoff- und/oder Gelelektrolyten, welcher zwischen den mindestens zwei Elektroden angeordnet ist; und c) mindestens einen Li-Ionen-leitenden Binder mit oder ohne Lithiumsalz, welcher das Elektrodenmaterial und/oder den Feststoff- und/oder Gelelektrolyten kontaktiert, dadurch gekennzeichnet, dass der Binder ein Lithium-Ionen-leitfähiges anorganisch-organisches Hybridpolymer enthält oder daraus besteht.
  2. Wiederaufladbare Lithium-Batterie gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Binder Lithiumsalz enthält und eine ionische Leitfähigkeit von ≥ 10–4 S/cm, optional 10–4 bis 10–3 S/cm, bevorzugt > 10–4 S/cm, aufweist.
  3. Wiederaufladbare Lithium-Batterie gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Binder 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.
  4. Wiederaufladbare Lithium-Batterie gemäß 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.
  5. Wiederaufladbare Lithium-Batterie gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Binder zur Verbesserung der elektrischen Leitfähigkeit metallisch leitende oder halbleitende Zusätze enthält, insbesondere Graphit, Graphen und/oder CNTs.
  6. Wiederaufladbare Lithium-Batterie gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Elektrodenmaterial zumindest einer Elektrode 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.
  7. Wiederaufladbare Lithium-Batterie gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Feststoffelektrolyt Li-Ionen-leitende Feststoffe enthält oder daraus besteht und/oder der Gelelektrolyt Li-Ionen-leitende Gele enthält oder daraus besteht.
  8. Wiederaufladbare Lithium-Batterie gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Elektrodenmaterial und/oder der Feststoffelektrolyt Partikel enthält oder daraus besteht, bevorzugt Partikel mit einer Partikelgröße von 10 nm bis 100 μm.
  9. Wiederaufladbare Lithium-Batterie gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Elektrode keinen oder mindestens einen Stromableiter enthält.
  10. Wiederaufladbare Lithium-Batterie gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Elektrode und/oder mindestens ein Feststoff- und/oder Gelelektrolyt mindestens ein Lithiumsalz, bevorzugt ein Lithiumsalz 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.
  11. Wiederaufladbare Lithium-Batterie gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Li-Ionen-leitende Binder a) sich erst oberhalb von 300°C thermisch zersetzt; b) ein E-Modul von 10 kPa bis 100 MPa, bevorzugt 10 kPa bis 1 MPa aufweist; und/oder c) eine elektrochemische Stabilität, gemessen gegen Pt und mit LiClO4 und mit LiPF6, sowie gegen Li(Mn, Ni)O4 und mit LiPF6, bis über 5 V vs. Li/Li+ aufweist.
  12. Wiederaufladbare Lithium-Batterie gemäß einem der vorhergenenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lithium-Batterie mindestens einen Doppelschichtkondensator enthält.
  13. Wiederaufladbare Lithium-Batterie gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lithium-Batterie einen Flüssigelektrolyten und/oder Separator enthält, wobei der Flüssigelektrolyt bevorzugt eine Li-Ionen-leitende Flüssigkeit, besonders bevorzugt eine Flüssigkeit enthaltend ein Lithiumsalz, insbesondere eine Flüssigkeit enthaltend ein Lithiumsalz 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 oder daraus besteht, wobei optional der Flüssigelektrolyt den Li-Ionen-leitenden Binder kontaktiert.
  14. Verfahren zur Herstellung eines Lithium-Akkumulators, bei dem a) ein Sol aus einem organisch modifizierten, polysiloxanhaltigen Material bereitgestellt wird und mit Material, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Lithium-interkalierenden/-deinterkalierenden Substanzen, elektrisch leitfähigen Substanzen und Feststoffelektrolytmaterial und gegebenenfalls mit mindestens einem organischen Lösungsmittel gemischt wird, b) das organische Lösungsmittel abgetrennt wird, wobei Material mit einer Beschichtung aus Binder entsteht; c) das Material, welches nun eine Beschichtung aus Binder aufweist, isoliert, getrocknet und gehärtet wird; und d) das beschichtete Material zu mindestens einer Elektroden- und/oder Elektrolytlage verpresst wird oder mit mindestens einem Lösungsmittel als Paste verarbeitet und zu mindestens einer Elektroden- und/oder Elektrolytlage verarbeitet wird, und e) mindestens ein Feststoffelektrolyt, Gelelektrolyt und/oder Separator zwischen der mindestens einen und mindestens einer weiteren Elektrode, jeweils mit oder ohne Stromableiter, angeordnet wird und optional mindestens ein Flüssigelektrolyt zugegeben wird, sodass der Elektrolyt die mindestens zwei Elektroden kontaktiert.
  15. Verfahren gemäß Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt a) zusätzlich mindestens 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, und/oder mindestens ein Härter zugegeben wird.
  16. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Elektrodenmaterial zumindest einer Elektrode 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.
  17. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Feststoffelektrolyt Li-Ionen-leitende Feststoffe enthält oder daraus besteht und/oder der Gelelektrolyt Li-Ionen-leitende Gele enthält oder daraus besteht und/oder der Flüssigelektrolyt Li-Ionen-leitende Flüssigkeiten enthält oder daraus besteht.
  18. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Elektrodenmaterial und/oder der Feststoffelektrolyt Partikel enthält oder daraus besteht, bevorzugt Partikel mit einer Partikelgröße von 10 nm bis 100 μm.
  19. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 14 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass das organische Lösungsmittel ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus organischen Lösungsmitteln, welche das organisch modifizierte, polysiloxanhaltige Material lösen.
  20. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 14 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass 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.
  21. Verwendung eines anorganisch-organischen Hybridpolymers als Bindemittel in einer wiederaufladbaren Lithium-Batterie und/oder einem Doppelschichtkondensator und/oder als leitfähigen Haftvermittler.
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PCT/EP2013/074162 WO2014076301A1 (de) 2012-11-19 2013-11-19 Feststoff-/gelelektrolyt-akkumulator mit binder aus anorganisch-organischem hybridpolymer und verfahren zu dessen herstellung
KR1020157016135A KR20150104093A (ko) 2012-11-19 2013-11-19 무기-유기 하이브리드 폴리머의 바인더를 포함하는 고체/겔 전해질 전지 및 이의 제조 방법
JP2015542297A JP2016503564A (ja) 2012-11-19 2013-11-19 無機‐有機ハイブリッドポリマーから成るバインダーを有した固体材料‐／ゲル電解質蓄電池及びその製造方法
CN201380060423.6A CN104871272A (zh) 2012-11-19 2013-11-19 具有无机-有机杂化聚合物粘结剂的固体材料/凝胶电解质蓄电池及其制备方法

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102018205299A1 (de) 2018-04-09 2019-10-10 Karlsruher Institut für Technologie Verfahren zur Herstellung eines Schichtaufbaus für einen Lithium-Ionen-Festkörperakkumulator
DE102019200440A1 (de) * 2019-01-16 2020-07-16 Vitesco Technologies Germany Gmbh Verfahren zur Herstellung einer Elektrode für einen Festkörperakkumulator

Families Citing this family (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105575670A (zh) * 2015-12-16 2016-05-11 上海奥威科技开发有限公司 有关固态柔性聚合物凝胶电解质混合型超级电容器及方法
DE102016200079A1 (de) * 2016-01-07 2017-07-13 Robert Bosch Gmbh Elektrolyt und Batteriezelle diesen enthaltend
KR20170105873A (ko) * 2016-03-10 2017-09-20 삼성에스디아이 주식회사 리튬 이차 전지용 양극 활물질 조성물, 및 이를 포함하는 양극 및 리튬 이차 전지
JP6070883B1 (ja) * 2016-03-29 2017-02-01 住友大阪セメント株式会社 リチウムイオン二次電池用電極材料、リチウムイオン二次電池
KR20180133401A (ko) * 2016-04-08 2018-12-14 이데미쓰 고산 가부시키가이샤 전기 화학 소자용 바인더
CN105914365A (zh) * 2016-07-06 2016-08-31 福建师范大学 酸式盐处理掺二价阳离子的尖晶石富锂锰酸锂的方法
CN107845812A (zh) * 2016-09-18 2018-03-27 宁德新能源科技有限公司 正极极片及其制备方法以及二次电池
KR101879503B1 (ko) * 2016-09-21 2018-07-18 주식회사 세븐킹에너지 이차 전지용 복합 고체 전해질 및 이의 제조방법
WO2018062085A1 (ja) * 2016-09-29 2018-04-05 Tdk株式会社 全固体リチウムイオン二次電池
US10741300B2 (en) * 2016-10-07 2020-08-11 E I Du Pont De Nemours And Company Conductive paste composition and semiconductor devices made therewith
KR101989266B1 (ko) * 2018-01-05 2019-06-13 숭실대학교산학협력단 리튬공기전지용 바인더 조성물
CN109698354B (zh) * 2018-12-26 2021-03-23 中国科学院过程工程研究所 一种粘结剂、使用它的负极浆料及其制备方法和应用
CN110190234B (zh) * 2019-06-13 2021-10-22 重庆恩捷纽米科技股份有限公司 锂电池隔膜陶瓷涂覆浆料及陶瓷涂覆隔膜
CN111244460B (zh) * 2020-01-21 2021-01-08 浙江大学 一种锂离子电池用聚合物-无机纳米复合粘结剂
CN111969244A (zh) * 2020-09-27 2020-11-20 昆山宝创新能源科技有限公司 复合电解质膜、固态电池及其制备方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5571638A (en) * 1993-09-30 1996-11-05 Sumitomo Chemical Company Limited Lithium secondary battery
EP2178140A1 (de) * 2007-08-10 2010-04-21 Kabushiki Kaisha Toyota Jidoshokki Elektrode für eine sekundärbatterie und herstellungsverfahren dafür

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2000033409A1 (fr) * 1998-12-03 2000-06-08 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Accumulateur au lithium
JP2003059492A (ja) * 2001-08-17 2003-02-28 Matsushita Electric Ind Co Ltd リチウム二次電池およびその製造方法
KR100985606B1 (ko) * 2007-05-24 2010-10-05 닛산 지도우샤 가부시키가이샤 비수용매 2차 전지용 집전체 및 이것을 이용한 전극 및전지
KR20120122674A (ko) * 2011-04-29 2012-11-07 삼성전자주식회사 리튬 이차 전지용 음극, 그 제조방법 및 이를 채용한 리튬 이차 전지

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5571638A (en) * 1993-09-30 1996-11-05 Sumitomo Chemical Company Limited Lithium secondary battery
EP2178140A1 (de) * 2007-08-10 2010-04-21 Kabushiki Kaisha Toyota Jidoshokki Elektrode für eine sekundärbatterie und herstellungsverfahren dafür

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102018205299A1 (de) 2018-04-09 2019-10-10 Karlsruher Institut für Technologie Verfahren zur Herstellung eines Schichtaufbaus für einen Lithium-Ionen-Festkörperakkumulator
DE102019200440A1 (de) * 2019-01-16 2020-07-16 Vitesco Technologies Germany Gmbh Verfahren zur Herstellung einer Elektrode für einen Festkörperakkumulator

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