DE102015210404A1 - Elektrospinnen von Kathodenaktivmaterialfasern - Google Patents

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kathodenmaterial und ein Verfahren zur Herstellung eines Kathodenmaterials für eine Alkalimetall-Zelle, insbesondere für eine Lithium-Schwefel-Zelle. Um ein, in einer Hochstrom-Zelle beziehungsweise -Batterie einsetzbares Kathodenmaterial zur Verfügung zu stellen, wird mindestens eine Kathodenaktivmaterialfaser (11), welche mindestens ein, insbesondere schwefelhaltiges, Kathodenaktivmaterial enthält, insbesondere durch Elektrospinnen, bereitgestellt. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Elektrospinnsystem, eine Kathode, einen Separator, eine Zelle und eine Batterie.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Kathodenmaterials für eine Alkalimetall-Zelle, insbesondere für eine Lithium-Schwefel-Zelle, sowie ein Elektrospinnsystem, ein Kathodenmaterial, eine Kathode, einen Separator, eine Zelle und eine Batterie.
  • Stand der Technik
  • Lithium-Ionen-Batterien, welche auch als Lithium-Ionen-Akkumulatoren bezeichnet werden, werden heutzutage in einer Vielzahl von Produkten als Energiespeicher eingesetzt. Um Batterien mit einer höheren Energiedichte herzustellen, wird an der Lithium-Schwefel-Batterietechnologie geforscht.
  • Die Druckschrift US 2011/0165466 A1 betrifft Lithium-Metall-Schwefel- und Lithium-Ionen-Schwefel-Batterien, welche eine nanostrukturierte Kathode aufweisen.
  • Die Druckschrift US 2005/0208383 A1 betrifft Separatoren und Verfahren zu deren Herstellung.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines Kathodenmaterials für eine elektrochemische Zelle, zum Beispiel für eine Alkalimetall-Zelle, beispielsweise für eine Lithium-Zelle und/oder Natrium-Zelle, insbesondere für eine Lithium-Zelle. Insbesondere kann das Verfahren zur Herstellung eines Kathodenmaterials für eine Alkalimetall-Schwefel-Zelle, beispielsweise für eine Lithium-Schwefel-Zellen und/oder Natrium-Schwefel-Zellen, insbesondere für eine Lithium-Schwefel-Zelle, ausgelegt sein.
  • Unter einer Alkalimetall-Zelle kann insbesondere eine elektrochemische Zelle, beispielsweise eine Batteriezelle beziehungsweise Akkumulatorzelle, verstanden werden, an deren elektrochemischer Reaktion Alkaliionen, beispielsweise Lithiumionen, beispielsweise im Fall einer Lithium-Zelle, oder Natriumionen, beispielsweise im Fall einer Natrium-Zelle, beteiligt sind. Beispielsweise kann eine Alkalimetall-Zelle eine Lithium-Zelle und/oder eine Natrium-Zelle sein.
  • Unter einer Alkalimetall-Schwefel-Zelle kann insbesondere eine elektrochemische Zelle, beispielsweise eine Batteriezelle beziehungsweise Akkumulatorzelle, verstanden werden, an deren elektrochemischer Reaktion Alkaliionen, zum Beispiel Lithiumionen, beispielsweise im Fall einer Lithium-Zelle, oder Natriumionen, beispielsweise im Fall einer Natrium-Zelle, und Schwefel beteiligt sind. Beispielsweise kann eine Alkalimetall-Schwefel-Zelle eine Lithium-Schwefel-Zelle und/oder Natrium-Schwefel-Zelle sein.
  • In dem Verfahren kann insbesondere mindestens eine Kathodenaktivmaterialfaser, welche mindestens ein Kathodenaktivmaterial umfasst, insbesondere enthält oder daraus ausgebildet ist, durch Elektrospinnen hergestellt wird.
  • Es hat sich herausgestellt, dass durch Elektrospinnen vorteilhafterweise, insbesondere lange Fasern, hergestellt werden können, welche mindestens ein Kathodenaktivmaterial, insbesondere in ihrem Inneren, enthalten oder beispielsweise sogar daraus ausgebildet sein können. Dabei können vorteilhafterweise Kathodenaktivmaterialfaser mit einer Millimeter-, Centimeter- oder sogar Dezimeterlänge hergestellt werden. Dies hat den Vorteil, dass die Kathodenaktivmaterialfasern selbst, insbesondere in ihrem Inneren, ionenleitende Bahnen, insbesondere mit einer erhöhten Ionenleitfähigkeit für das Alkalimetallion der Zelle, in der Kathode beziehungsweise positiven Elektrode bereitstellen können, welche sich über die komplette Ionentransportrichtung des Kathodenmaterials erstrecken können, was es ermöglicht, das Kathodenmaterial vorteilhafterweise in einer Hochstrom-Zelle beziehungsweise einer Hochstrom-Batterie einzusetzen.
  • In dem Verfahren kann beispielsweise weiterhin mindestens eine weitere, insbesondere unterschiedliche, Faser elektrogesponnen werden.
  • Im Rahmen einer Ausführungsform wird in dem Verfahren weiterhin mindestens eine Elektronenleiterfaser, welche mindestens ein elektrisch leitendes Material umfasst, insbesondere enthält oder daraus ausgebildet ist, und/oder mindestens eine Ionenleiterfaser, welche mindestens ein ionenleitfähiges oder ionenleitendes, insbesondere lithiumionenleitfähiges oder lithiumionenleitendes, Material umfasst, insbesondere enthält oder daraus ausgebildet ist, und/oder mindestens eine weitere Kathodenaktivmaterialfaser, welche mindestens ein weiteres Kathodenaktivmaterial umfasst, insbesondere enthält oder daraus ausgebildet ist, durch Elektrospinnen hergestellt. Durch die mindestens einen Elektronenleiterfaser kann dabei vorteilhafterweise die elektrische Leitfähigkeit verbessert werden. Durch die mindestens einen Ionenleiterfaser kann dabei vorteilhafterweise die ionische Leitfähigkeit verbessert werden. Durch die mindestens eine weitere Kathodenaktivmaterialfaser kann dabei vorteilhafterweise die spezifische Energiedichte und/oder die ionische Leitfähigkeit und/oder die elektrische Leitfähigkeit verbessert werden.
  • Insbesondere können in dem Verfahren mindestens zwei unterschiedliche Fasern, insbesondere mindestens eine Kathodenaktivmaterialfaser und mindestens eine weitere Faser, beispielsweise wobei die mindestens eine weitere Faser eine Elektronenleiterfaser und/oder eine Ionenleiterfaser und/oder eine weitere Kathodenaktivmaterialfaser ist, durch Elektrospinnen hergestellt werden.
  • Im Rahmen einer Ausgestaltung wird (zumindest) mindestens eine Kathodenaktivmaterialfaser, welche mindestens ein Kathodenaktivmaterial umfasst, insbesondere enthält oder daraus ausgebildet ist, und mindestens eine Elektronenleiterfaser, welche mindestens ein elektrisch leitendes Material umfasst, insbesondere enthält oder daraus ausgebildet ist, durch Elektrospinnen hergestellt.
  • Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung wird (zumindest) mindestens eine Kathodenaktivmaterialfaser, welche mindestens ein Kathodenaktivmaterial umfasst, insbesondere enthält oder daraus ausgebildet ist, und mindestens eine Ionenleiterfaser, welche mindestens ein ionenleitfähiges oder ionenleitendes, insbesondere lithiumionenleitfähiges oder lithiumionenleitendes, Material umfasst, insbesondere enthält oder daraus ausgebildet ist, durch Elektrospinnen hergestellt.
  • Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung wird (zumindest) mindestens eine Kathodenaktivmaterialfaser, welche mindestens ein Kathodenaktivmaterial umfasst, insbesondere enthält oder daraus ausgebildet ist, und mindestens eine weitere Kathodenaktivmaterialfaser, welche mindestens ein weiteres Kathodenaktivmaterial umfasst, insbesondere enthält oder daraus ausgebildet ist, durch Elektrospinnen hergestellt.
  • Beispielsweise können in dem Verfahren jedoch auch mindestens drei unterschiedliche Fasern, insbesondere mindestens eine Kathodenaktivmaterialfaser und mindestens zwei weitere Fasern, beispielsweise mindestens eine Elektronenleiterfaser und/oder mindestens eine Ionenleiterfaser und/oder mindestens eine weitere Kathodenaktivmaterialfaser, durch Elektrospinnen hergestellt werden.
  • Im Rahmen einer speziellen Ausgestaltung wird (zumindest) mindestens eine Kathodenaktivmaterialfaser, welche mindestens ein Kathodenaktivmaterial umfasst, insbesondere enthält oder daraus ausgebildet ist, und mindestens eine Elektronenleiterfaser, welche mindestens ein elektrisch leitendes Material umfasst, insbesondere enthält oder daraus ausgebildet ist, und mindestens eine Ionenleiterfaser, welche mindestens ein ionenleitfähiges oder ionenleitendes, insbesondere lithiumionenleitfähiges oder lithiumionenleitendes, Material umfasst, insbesondere enthält oder daraus ausgebildet ist, durch Elektrospinnen hergestellt.
  • Im Rahmen einer weiteren speziellen Ausgestaltung wird (zumindest) mindestens eine Kathodenaktivmaterialfaser, welche mindestens ein Kathodenaktivmaterial umfasst, insbesondere enthält oder daraus ausgebildet ist, und mindestens eine Elektronenleiterfaser, welche mindestens ein elektrisch leitendes Material umfasst, insbesondere enthält oder daraus ausgebildet ist, und mindestens eine weitere Kathodenaktivmaterialfaser, welche mindestens ein weiteres Kathodenaktivmaterial umfasst, insbesondere enthält oder daraus ausgebildet ist, durch Elektrospinnen hergestellt.
  • Im Rahmen einer weiteren speziellen Ausgestaltung wird (zumindest) mindestens eine Kathodenaktivmaterialfaser, welche mindestens ein Kathodenaktivmaterial umfasst, insbesondere enthält oder daraus ausgebildet ist, und Ionenleiterfaser, welche mindestens ein ionenleitfähiges oder ionenleitendes, insbesondere lithiumionenleitfähiges oder lithiumionenleitendes, Material umfasst, insbesondere enthält oder daraus ausgebildet ist, und mindestens eine weitere Kathodenaktivmaterialfaser, welche mindestens ein weiteres Kathodenaktivmaterial umfasst, insbesondere enthält oder daraus ausgebildet ist, durch Elektrospinnen hergestellt.
  • In dem Verfahren können zum Beispiel auch mindestens vier unterschiedliche Fasern, insbesondere mindestens eine Kathodenaktivmaterialfaser und mindestens drei weitere Fasern, beispielsweise mindestens eine Elektronenleiterfaser und mindestens eine Ionenleiterfaser und mindestens eine weitere Kathodenaktivmaterialfaser, durch Elektrospinnen hergestellt werden.
  • Im Rahmen einer besonders speziellen Ausgestaltung wird daher (zumindest) mindestens eine Kathodenaktivmaterialfaser, welche mindestens ein Kathodenaktivmaterial umfasst, insbesondere enthält oder daraus ausgebildet ist, und mindestens eine Elektronenleiterfaser, welche mindestens ein elektrisch leitendes Material umfasst, insbesondere enthält oder daraus ausgebildet ist, und Ionenleiterfaser, welche mindestens ein ionenleitfähiges oder ionenleitendes, insbesondere lithiumionenleitfähiges oder lithiumionenleitendes, Material umfasst, insbesondere enthält oder daraus ausgebildet ist, und mindestens eine weitere Kathodenaktivmaterialfaser, welche mindestens ein weiteres Kathodenaktivmaterial umfasst, insbesondere enthält oder daraus ausgebildet ist, durch Elektrospinnen hergestellt.
  • Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform ist das mindestens eine Kathodenaktivmaterial schwefelhaltig. Zum Beispiel kann das mindestens eine Kathodenaktivmaterial einen Schwefel-Komposit und/oder elementaren Schwefel und/oder eine Schwefelverbindung umfassen, beispielsweise enthalten oder daraus ausgebildet sein.
  • Beispielsweise kann das mindestens eine Kathodenaktivmaterial einen Schwefel-Kohlenstoff-Komposit umfassen beziehungsweise sein. Unter einem Schwefel-Kohlenstoff-Komposit kann insbesondere ein Komposit verstanden werden, welcher Schwefel und Kohlenstoff umfasst. Insbesondere kann bei dem Schwefel-Kohlenstoff-Komposit Schwefel, beispielsweise kovalent und/oder ionisch, insbesondere kovalent, an Kohlenstoff gebunden und/oder darin eingebettet sein. Durch die Anbindung beziehungsweise Einbettung des als solchen weder ionisch noch elektrisch leitfähigen Schwefels an beziehungsweise in den Kohlenstoff des Komposits kann vorteilhafterweise – beispielsweise verglichen mit einfachen Mischungen – eine verbesserte elektrische und/oder ionische Kontaktierung des Schwefels erzielt werden. Zudem können vorteilhafterweise so bei einer Entladung (Reduktion) einer Zelle entstehende (Poly-)Sulfide Sx 2– besser in der Kathode zurück gehalten und auf diese Weise die Schwefelausnutzung und Zyklenstabilität verbessert werden. Beispielsweise kann das mindestens eine Kathodenaktivmaterial einen Schwefel-Kohlenstoff-Komposit, beispielsweise in dem Schwefel kovalent, insbesondere an Kohlenstoff, gebunden ist, umfassen.
  • Zum Beispiel kann das mindestens eine Kathodenaktivmaterial einen Schwefel-Polymer- und/oder -Kohlenstoffmodifikation-Komposit. Unter einem Schwefel-Polymer-Komposit kann insbesondere ein Komposit verstanden werden, welcher Schwefel und mindestens ein Polymer umfasst beziehungsweise daraus ausgebildet ist. Unter einem Schwefel-Kohlenstoffmodifikation-Komposit kann insbesondere ein Komposit verstanden werden, welcher Schwefel und eine Kohlenstoffmodifikation, also elementaren Kohlenstoff beziehungsweise Kohlenstoff der Oxidationszahl null, beispielsweise Kohlenstoffnanoröhrchen, und/oder Kohlenstoffhohlkugeln und/oder Graphen und/oder Graphit und/oder Ruß, umfasst. Gegebenenfalls kann das das mindestens eine Kathodenaktivmaterial einen Schwefel-Polymer- und/oder -Kohlenstoffmodifikation-Komposit sein.
  • Beispielsweise kann das mindestens eine Kathodenaktivmaterial einen Schwefel-Polymer-Komposit umfassen. Beispielsweise kann der Schwefel-Polymer-Komposit – insbesondere neben Schwefel – (mindestens) ein, insbesondere elektrisch leitfähiges, Polymer, beispielsweise Polyacrylnitril, insbesondere cyclisiertes Polyacrylnitril (cPAN), und/oder Polypyrrol und/oder Polythiophen und/oder Polyphenylen, beispielsweise, insbesondere cyclisiertes, Polyacrylnitril und/oder Polyparaphenylen, umfassen beziehungsweise daraus ausgebildet sein. Insbesondere kann dabei Schwefel, beispielsweise kovalent und/oder ionisch, insbesondere kovalent, an das, insbesondere elektrisch leitfähige, Polymer gebunden und/oder in dessen Matrix eingebettet sein. Cyclisiertes Polyacrylnitril (cPAN) kann insbesondere eine Struktur aus miteinander verbundenen, insbesondere anellierten, Ringen, insbesondere Sechsringen, und/oder eine Wiederholungseinheit, welche drei Kohlenstoffatome und ein Stickstoffatom umfasst, beispielsweise wobei benachbarte Ringe mindestens zwei gemeinsame Kohlenstoffatome aufweisen, aufweisen. Durch Schwefel-Polymer-Komposite können – verglichen mit Schwefel-Kohlenstoffmodifikation-Kompositen – vorteilhafterweise eine verbesserte Anbindung und/oder eine, insbesondere feiner verteilte, Einbettung des Schwefels sowie auch verbesserte mechanische Eigenschaften erzielt werden, wodurch die elektrische und/oder ionische Kontaktierung sowie Schwefelausnutzung und damit die Energiedichte verbessert werden kann.
  • Zum Beispiel kann das mindestens eine Kathodenaktivmaterial beziehungsweise der Schwefel-Polymer-Komposit ein Polymer mit, zum Beispiel teilweise oder vollständig, beispielsweise kovalent und/oder ionisch, insbesondere kovalent, gebundenem Schwefel umfassen beziehungsweise sein.
  • Im Rahmen einer Ausgestaltung umfasst das mindestens eine Kathodenaktivmaterial ein Polymer mit, insbesondere kovalent, gebundenem Schwefel. Durch die Anbindung des als solchen weder ionisch noch elektrisch leitfähigen Schwefels an das Polymer des Komposits kann dabei vorteilhafterweise eine Polysulfidbildung unterdrückt und insbesondere auch eine – beispielsweise verglichen mit einfachen Mischungen – verbesserte elektrische und/oder ionische Kontaktierung des Schwefels erzielt und Schwefel noch besser in der Kathode zurück gehalten und auf diese Weise die Schwefelausnutzung, Zyklenstabilität und Energiedichte weiter verbessert werden. Zum Beispiel kann das Polymer dabei elektrisch leitfähig beziehungsweise leitend sein. Beispielsweise kann das mindestens eine Kathodenaktivmaterial ein Polymer, zum Beispiel auf der Basis von Polyacrylnitril (PAN), insbesondere cyclisiertem Polyacrylnitril (cPAN), und/oder Polypyrrol und/oder Polythiophen und/oder Polyphenylen, insbesondere auf der Basis von Polyacrylnitril (PAN), mit, insbesondere kovalent, gebundenem Schwefel, beziehungsweise einen Schwefel-Polyacrylnitril-Komposit, insbesondere SPAN, umfassen beziehungsweise sein. Dabei kann insbesondere der Schwefel-Polymer-Komposit ein Schwefel-Polyacrylnitril-Komposit, beispielsweise SPAN, sein. Insbesondere kann das Polymer im geladenen Zustand der Zelle kovalent gebundenen Schwefel umfassen. Durch partielle Reduktion des an das Polymer, insbesondere kovalent, gebundenen Schwefels und/oder bei Entladung können Alkalimetallionen (Li+), beispielsweise Lithiumionen und/oder Natriumionen, insbesondere Lithiumionen, insbesondere ionisch, an den Schwefel gebunden werden. Bei Entladung kann die kovalente Anbindung des Schwefels an das Polymer, insbesondere zumindest teilweise, gelöst werden.
  • Im Rahmen einer Ausgestaltung ist das Polymer mit, insbesondere kovalent, gebundenem Schwefel durch Sulfidisierung eines Polymers, beispielsweise von Polyacrylnitril und/oder Polypyrrol und/oder Polythiophen und/oder Polyphenylen, insbesondere von Polyacrylnitril, hergestellt. Unter einer Sulfidisierung kann insbesondere eine chemische Reaktion von einer schwefelhaltigen Verbindung, beispielsweise elementarem Schwefel und/oder einer schwefelhaltigen Verbindung, mit einer organischen Verbindung, beispielsweise einem Polymer, verstanden werden. Insbesondere kann durch eine Sulfidisierung eine kovalente Bindung zwischen Schwefel und der organischen Verbindung, beispielsweise dem Polymer, ausgebildet werden. Zum Beispiel kann das Polymer mit, insbesondere kovalent, gebundenem Schwefel sulfidisiertes, cyclisiertes und beispielsweise dehydrogeniertes Polyacrylnitril, zum Beispiel SPAN, umfassen oder sein. Sulfidisiertes, cyclisiertes und beispielsweise dehydrogeniertes Polyacrylnitril, zum Beispiel SPAN, kann insbesondere eine Struktur aus miteinander verbundenen, insbesondere anellierten, Ringen, insbesondere Sechsringen, und/oder eine Wiederholungseinheit, welche drei Kohlenstoffatome und ein Stickstoffatom umfasst, beispielsweise wobei benachbarte Ringe mindestens zwei gemeinsame Kohlenstoffatome aufweisen, aufweisen.
  • Im Rahmen einer speziellen Ausgestaltung umfasst das mindestens eine Kathodenaktivmaterial Polyacrylnitril mit, zum Beispiel teilweise oder vollständig, insbesondere vollständig, beispielsweise kovalent und/oder ionisch, insbesondere kovalent, gebundenem Schwefel, beispielsweise SPAN. Dabei kann der Schwefel-Polymer-Komposit insbesondere ein Schwefel-Polyacrylnitril-Komposit, beispielsweise SPAN, sein. Unter SPAN kann insbesondere ein auf Polyacrylnitril (PAN), insbesondere cyclisiertem Polyacrylnitril (cPAN), basierendes Komposit beziehungsweise Polymer mit, insbesondere kovalent, gebundenem Schwefel verstanden werden, insbesondere welches durch eine thermische Umsetzung und/oder chemische Reaktion von Polyacrylnitril in der Gegenwart von Schwefel erhältlich ist. Insbesondere können dabei Nitrilgruppen zu einem Polymer, insbesondere mit konjugiertem π-System, reagieren, bei dem die Nitrilgruppen zu aneinander anhängenden, stickstoffhaltigen Ringen, insbesondere Sechsringen, insbesondere mit kovalent gebundenem Schwefel, umgesetzt werden. Zum Beispiel kann SPAN durch Erhitzen von Polyacrylnitril (PAN) mit einem Überschuss an elementarem Schwefel, insbesondere auf eine Temperatur von ≥ 300 °C, beispielsweise etwa ≥ 300 °C bis ≤ 600 °C, hergestellt werden. Dabei kann der Schwefel insbesondere zum einen das Polyacrylnitril (PAN) unter Ausbildung von Schwefelwasserstoff (H2S) cyclisieren und zum anderen – beispielsweise unter Ausbildung einer kovalenten S-C-Bindung – fein verteilt in der cyclisierten Matrix gebunden werden, beispielweise wobei eine cyclisierte Polyacrylnitril-Struktur mit kovalenten Schwefel-Ketten, ausgebildet wird. SPAN wird in Chem. Mater., 2011, 23, 5024 und J. Mater. Chem., 2012, 22, 23240, J. Elektrochem. Soc., 2013, 160 (8) A1170, und in der Druckschrift WO 2013/182360 A1 beschrieben.
  • Alternativ oder zusätzlich dazu kann das mindestens eine Kathodenaktivmaterial einen Schwefel-Kohlenstoffmodifikation-Komposit umfassen, welcher – insbesondere neben Schwefel – (mindestens) eine Kohlenstoffmodifikation, beispielsweise Kohlenstoffröhrchen, zum Beispiel Kohlenstoffnanoröhrchen, und/oder Kohlenstoffhohlkugeln und/oder Graphen und/oder Graphit und/oder Ruß, zum Beispiel in Form von Kohlenstoffpartikel und/oder Kohlenstofffasern, umfasst beziehungsweise daraus ausgebildet ist. Dabei kann insbesondere Schwefel, in die Matrix der Kohlenstoffmodifikation, beispielsweise in die Kohlenstoffröhrchen und/oder Kohlenstoffhohlkugeln, eingebettet sein. So kann vorteilhafterweise eine – beispielsweise verglichen mit einfachen Mischungen – verbesserte, elektrische und/oder ionische Kontaktierung sowie Schwefelausnutzung erzielt werden. Gegebenenfalls kann die Kohlenstoffmodifikation oberflächenmodifiziert, insbesondere mit einer Polysulfid affinen Verbindung, zum Beispiel mit Titancarbid und/oder Polyethylenglykol und/oder Polyethylenoxid und/oder einem später erläuterten Polymerelektrolyten, sein. So kann vorteilhafterweise auch einem Wegdiffundieren von Polysulfiden entgegen gewirkt und Polysulfide besser in der Kathodenmatrix gehalten werden.
  • Alternativ oder zusätzlich dazu kann das mindestens eine Kathodenaktivmaterial einen Schwefel-Metallverbindungskomposit umfassen, welcher – insbesondere neben Schwefel – mindestens eine, insbesondere elektrisch leitende, Metallverbindung, beispielsweise mindestens ein, insbesondere elektrisch leitendes, Metalloxid, zum Beispiel ein Oxid von Zinn und/oder Indium und/oder Tantal und/oder Niob, zum Beispiel zinndotiertes Indiumoxid und/oder mit Tantal, Niob und/oder mit Fluor dotiertes Zinnoxid, und/oder mindestens ein, insbesondere elektrisch leitendes, Metallcarbid, zum Beispiel Titancarbid, umfasst beziehungsweise daraus ausgebildet ist. Dabei kann beispielsweise Schwefel in die Matrix der Metallverbindung, beispielsweise in und/oder zwischen Fasern und/oder Drähten und/oder das Netzwerk, eingebettet sein. So kann vorteilhafterweise ebenfalls eine – beispielsweise verglichen mit einfachen Mischungen – verbesserte, elektrische und/oder ionische Kontaktierung sowie Schwefelausnutzung erzielt werden.
  • Alternativ oder zusätzlich kann das mindestens eine Kathodenaktivmaterial, insbesondere im geladenen Zustand, mindestens ein Metallsulfid, insbesondere Übergangsmetallsulfid, umfassen. Unter einem Sulfid kann beispielsweise eine chemische Verbindung verstanden werden, welche negativ geladenen Schwefel, insbesondere mindestens ein Sulfid-Anion (S2–) und/oder Disulfid-Anion (S2 2–) und/oder Polysulfid-Anion, umfasst. Insofern das mindestens eine Metallsulfid als alleiniges Kathodenaktivmaterial verwendet wird, kann das mindestens eine Metallsulfid insbesondere elektrochemischaktiven Schwefel, insbesondere welcher im Rahmen der elektrochemischen Reaktion der Zelle, für welche das Kathodenmaterial ausgelegt ist, elektrochemischaktiv ist, zum Beispiel mindestens ein Disulfid-Anion (S2 2–) und/oder mindestens ein Polysulfidanion und/oder einen überstöchiometrischen Schwefelanteil, beispielsweise nicht direkt mit Metall verbundenen Schwefel und/oder ungebundenen Schwefel und/oder ungeladenen Schwefel und/oder Schwefel der Oxidationszahl null, beispielsweise in dessen Kristallstruktur eingebundenen Schwefel, umfassen. Das mindestens eine Metallsulfid, insbesondere Übergangsmetallsulfid, kann dabei beispielsweise wie im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Kathodenaktivmaterial erläutert ausgestaltet sein.
  • Beispielsweise kann das mindestens eine Kathodenaktivmaterial einen Schwefel-Komposit und/oder mindestens ein Metallsulfid, insbesondere mindestens eine Übergangsmetallsulfid, und/oder elementaren Schwefel umfassen oder sein.
  • Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform umfasst oder ist das mindestens eine Kathodenaktivmaterial einen Schwefel-Kohlenstoff-Komposit, insbesondere einen Schwefel-Polymer-Komposit, beispielsweise mit, insbesondere kovalent, gebundenem Schwefel, und/oder mindestens ein Metallsulfid, insbesondere mindestens ein Übergangsmetallsulfid, und/oder elementaren Schwefel. Insbesondere kann das mindestens eine Kathodenaktivmaterial einen Schwefel-Kohlenstoff-Komposit, insbesondere einen Schwefel-Polymer-Komposit, beispielsweise mit, insbesondere kovalent, gebundenem Schwefel, umfassen oder sein.
  • Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform umfasst das Verfahren die Verfahrensschritte:
    • a) Elektrospinnen mindestens einer Polymerfaser, und
    • b) Sulfidisierung der mindestens einen Polymerfaser unter Ausbildung der mindestens einen Kathodenaktivmaterialfaser.
  • Unter einer Sulfidisierung kann insbesondere eine chemische Reaktion von einer schwefelhaltigen Verbindung, beispielsweise elementarem Schwefel und/oder einer schwefelhaltigen Verbindung, mit einer organischen Verbindung, beispielsweise einem Polymer, wie Polyacrylnitril, verstanden werden. Insbesondere kann durch eine Sulfidisierung eine kovalente Bindung zwischen Schwefel und der organischen Verbindung, beispielsweise dem Polymer, ausgebildet werden.
  • So kann vorteilhafterweise mindestens eine Kathodenaktivmaterialfaser ausgebildet werden, welche mindestens einen Schwefel-Kohlenstoff-Komposit, insbesondere Schwefel-Polymer-Komposit, mit kovalent gebundenem Schwefel enthält beziehungsweise daraus ausgebildet ist.
  • Grundsätzlich können die mindestens eine Kathodenaktivmaterialfaser beziehungsweise die mindestens eine Polymerfaser, aus welcher die mindestens eine Kathodenaktivfaser ausgebildet wird, und die mindestens eine weitere Faser, beispielsweise die mindestens eine Elektronenleiterfaser und/oder die mindestens eine Ionenleiterfaser und/oder die mindestens eine weitere Kathodenaktivmaterialfaser, sowohl getrennt voneinander als auch zusammen durch Elektrospinnen hergestellt werden. Insofern die Fasern getrennt voneinander hergestellt werden, können diese beispielsweise nachträglich gemischt beziehungsweise zugemischt werden.
  • Insbesondere können die mindestens eine Kathodenaktivmaterialfaser beziehungsweise die mindestens eine Polymerfaser, aus welcher die mindestens eine Kathodenaktivfaser ausgebildet wird, und die mindestens eine weitere Faser, beispielsweise die mindestens eine Elektronenleiterfaser und/oder die mindestens eine Ionenleiterfaser und/oder die mindestens eine weitere Kathodenaktivmaterialfaser, jedoch zusammen durch Elektrospinnen hergestellt werden. Dabei können die unterschiedlichen Fasern vorteilhafterweise vermischt und beispielsweise verwirkt und/oder vernetzt werden und/oder ein Netzwerk bilden. So kann vorteilhafterweise insbesondere eine höhere Durchmischung beziehungsweise Durchdringung der unterschiedlichen Fasern erzielt werden.
  • Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform wird, insbesondere in Verfahrensschritt a), die mindestens eine Kathodenaktivmaterialfaser, insbesondere die mindestens eine Polymerfaser, mit der mindestens einen Elektronenleiterfaser und/oder der mindestens einen Ionenleiterfaser und/oder der mindestens einen weiteren Kathodenaktivmaterialfaser zusammen elektrogesponnen. So können die Fasern vorteilhafterweise schon während ihrer Herstellung, beispielsweise willkürlich, zum Beispiel willkürlich gefaltet und/oder gewickelt, durchmischt werden.
  • Im Rahmen einer speziellen Ausführungsform wird, beispielsweise in Verfahrensschritt a), die mindestens eine Kathodenaktivmaterialfaser, insbesondere die mindestens eine Polymerfaser, mit der mindestens einen Elektronenleiterfaser und/oder der mindestens einen Ionenleiterfaser und/oder der mindestens einen weiteren Kathodenaktivmaterialfaser versponnen. So kann vorteilhafterweise eine stärkere und/oder gerichtetere Durchmischung und/oder Durchdringung erzielt werden. Beispielsweise kann so zumindest eine lose, gegebenenfalls nicht immer straffe, Verwicklung der verschiedenen Fasern mit einem geringere Ordnungsgrad bewirkt werden, durch welche – beispielsweise in Kombination mit dem später erläuterten Verdichtungsschritt – eine hinreichend gute Durchdringung der Fasern untereinander erhalten werden kann. Gegebenenfalls können so jedoch auch höhere Ordnungsgrade, beispielsweise mit aneinander anliegenden, gegebenenfalls im Wesentlichen parallel zueinander verlaufenden Faser, realisiert werden.
  • Zum Beispiel können so an der Grenzfläche zwischen einer Kathodenaktivmaterialfaser oder einer weiteren Kathodenaktivmaterialfaser und einer Ionenleiterfaser, beispielsweise einer Polymerelektrolytfaser und/oder einer anorganischen Ionenleiterfaser, ionenleitfähige oder ionenleitende, insbesondere lithiumionenleitfähige oder lithiumionenleitende, Kanäle ausgebildet werden, insbesondere welche sich längs der Fasern erstrecken und beispielsweise eine Erstreckung von zumindest einigen Nanometern, insbesondere von zumindest einigen 100 Nanometern, beispielsweise sogar von einigen Mikrometern oder Zentimetern aufweisen können. So kann vorteilhafterweise die ionische Anbindung des Kathodenaktivmaterials optimiert werden und beispielsweise die Menge an als Kathodenmaterialbinder dienendem Polymerelektrolyten erheblich reduziert werden.
  • An der Grenzfläche zwischen einer Kathodenaktivmaterialfaser oder einer weiteren Kathodenaktivmaterialfaser und einer Elektronenleiterfaser können beispielsweise elektrisch leitende Pfade ausgebildet werden, insbesondere welche sich längs der Fasern erstrecken und beispielsweise eine Erstreckung von zumindest einigen Nanometern, insbesondere von zumindest einigen 100 Nanometern, beispielsweise sogar von einigen Mikrometern oder Zentimetern aufweisen können. So kann vorteilhafterweise die elektrische Anbindung des Kathodenaktivmaterials optimiert werden und beispielsweise die Menge an sonstigen Leitzusätzen erheblich reduziert beziehungsweise deren Einsatz vermieden werden.
  • Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform wird in Verfahrensschritt a) auch die mindestens eine Elektronenleiterfaser und/oder die mindestens eine Ionenleiterfaser und/oder die mindestens eine weitere Kathodenaktivmaterialfaser elektrogesponnen. So kann vorteilhafterweise – zusätzlich zu einer verbesserten Durchdringung der Fasern – das Verfahren, beispielsweise hinsichtlich der Prozesszeit und der eingesetzten Anlagen, optimiert werden.
  • Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform wird die mindestens eine Polymerfaser in Verfahrensschritt a) aus einer Elektrospinnflüssigkeit elektrogesponnen, welche mindestens ein Polymer, insbesondere Polyacrylnitril (PAN), und/oder mindestens einen Polymer-Präkursor, insbesondere Polyacrylnitril, umfasst.
  • Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform wird die mindestens eine Polymerfaser in Verfahrensschritt a) aus einer Elektrospinnflüssigkeit elektrogesponnen, welche mindestens ein intrinsisch elektrisch leitendes Polymer, insbesondere Polyanilin (PAni), und/oder mindestens einen Polymer-Präkursor, insbesondere Polyacrylnitril (PAN) und/oder Anilin, zur Ausbildung eines intrinsisch elektrisch leitenden Polymers, insbesondere von cyclisiertem und insbesondere dehydrogeniertes Polyacrylnitril (cPAN) und/oder von Polyanilin (PAni), umfasst. So können die Kathodenaktivmaterialfasern vorteilhafterweise zusätzlich elektrisch leitend ausgestaltet werden.
  • Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform umfasst die Elektrospinnflüssigkeit zur Ausbildung der mindestens einen Polymerfaser in Verfahrensschritt a) weiterhin – insbesondere zusätzlich zu dem mindestens ein Polymer, insbesondere Polyacrylnitril (PAN), und/oder mindestens einen Polymer-Präkursor – elementaren Schwefel und/oder mindestens ein Metallsulfid, insbesondere mindestens ein Übergangsmetallsulfid, umfasst. Elementarer Schwefel und Metallsulfide können vorteilhafterweise zusätzliche Kapazität bereitstellen und/oder auf die elektrochemische Reaktion der Zelle katalytisch beschleunigen. Insofern die Elektrospinnflüssigkeit elementaren Schwefel umfasst kann dieser vorteilhafterweise an der Sulfidisierung der mindestens einen Polymerfaser in Verfahrensschritt b), insbesondere in einer definiert einstellbaren Menge, teilnehmen. Metallsulfide können unter den Bedingungen der Sulfidisierungsreaktion beständig sein beziehungsweise gegebenenfalls Reaktionen mit dem Schwefel eingehen, welche aus anderen Aspekten, beispielsweise im Hinblick auch die spezifische Energiedichte und/oder Kapazität und/oder eine katalytische Beschleunigung, sogar vorteilhaft sein können. Das mindestens eine Metallsulfid, insbesondere das mindestens eine Übergangsmetallsulfid und/oder mindestens ein Metallsulfid mindestens eines Metalls der dritten, vierten und/oder fünften Hauptgruppe, kann dabei beispielsweise wie im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Kathodenaktivmaterial erläutert ausgestaltet sein.
  • Weiterhin kann die Elektrospinnflüssigkeit zur Ausbildung der mindestens einen Polymerfaser in Verfahrensschritt a) beispielsweise mindestens einen Leitzusatz umfassen.
  • Im Rahmen einer weiteren alternativen oder zusätzlichen Ausführungsform umfasst die Elektrospinnflüssigkeit zur Ausbildung der mindestens einen Polymerfaser in Verfahrensschritt a) weiterhin – insbesondere zusätzlich zu dem mindestens ein Polymer, insbesondere Polyacrylnitril (PAN), und/oder mindestens einen Polymer-Präkursor – mindestens ein Metallsulfid, insbesondere mindestens ein Metallsulfid mindestens eines Metalls der dritten, vierten und/oder fünften Hauptgruppe, und/oder mindestens eine elektrisch leitende Metallverbindung, beispielsweise mindestens ein elektrisch leitendes Metalloxid und/oder mindestens ein elektrisch leitendes Metallcarbid, und/oder elementaren Kohlenstoff, beispielsweise Kohlenstoffnanopartikel und/oder Kohlenstoffnanofasern und/oder Kohlenstoffnanoröhrchen, umfasst. Insbesondere kann die Elektrospinnflüssigkeit dabei mindestens ein Metallsulfid, insbesondere mindestens ein Metallsulfid mindestens eines Metalls der dritten, vierten und/oder fünften Hauptgruppe, und/oder mindestens eine elektrisch leitende Metallverbindung, beispielsweise mindestens ein elektrisch leitendes Metalloxid und/oder mindestens ein elektrisch leitendes Metallcarbid, umfassen. So kann vorteilhafterweise die elektrische Leitfähigkeit erhöht werden. Metallsulfide, insbesondere der dritten, vierten und/oder fünften Hauptgruppe, Metalloxide, Metallcarbide und elementarer Kohlenstoff können unter den Bedingungen der Sulfidisierungsreaktion beständig sein. Das mindestens eine Metallsulfid, insbesondere das mindestens ein Metallsulfid mindestens eines Metalls der dritten, vierten und/oder fünften Hauptgruppe, und/oder die mindestens eine elektrisch leitende Metallverbindung, beispielsweise das mindestens eine elektrisch leitende Metalloxids und/oder das mindestens eine elektrisch leitende Metallcarbid, können dabei beispielsweise wie im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Kathodenaktivmaterial erläutert ausgestaltet sein.
  • Grundsätzlich kann der Polymer-Präkursor vor, während oder nach, Verfahrensschritt b) in das entsprechende Polymer umgewandelt werden. Insbesondere kann der Polymer-Präkursor jedoch während beziehungsweise in Verfahrensschritt b) in das entsprechende Polymer umgewandelt werden. Beispielsweise kann in Verfahrensschritt b) Polyacrylnitril (PAN) in sulfidisiertes, cyclisiertes und insbesondere dehydrogeniertes Polyacrylnitril (SPAN) umgewandelt werden.
  • Die Sulfidisierung, insbesondere in Verfahrensschritt b), kann beispielsweise durch elementaren Schwefel und/oder eine schwefelhaltige Verbindung, insbesondere welche zur kovalenten Anbindung von Schwefel an eine organische Verbindung, insbesondere an das Polymer der mindestens einen Polymerfaser ausgelegt ist, erfolgen. Insbesondere kann die Sulfidisierung durch elementaren Schwefel erfolgen. Beispielsweise kann die Sulfidisierung, insbesondere in Verfahrensschritt b), unter Erhitzen der mindestens einen Polymerfaser, beispielsweise auf eine Temperatur von ≥ 300 °C, erfolgen. Zum Beispiel kann die Sulfidisierung bei einer Temperatur in einem Bereich von ≥ 300 °C bis ≤ 600 °C, insbesondere von ≥ 400 °C bis ≤ 500 °C, erfolgen.
  • Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform erfolgt die Sulfidisierung in Verfahrensschritt b) durch Erhitzen der mindestens einen Polymerfaser in Gegenwart von elementarem Schwefel auf eine Temperatur von ≥ 300 °C. Beispielsweise kann dabei auf eine Temperatur in einem Bereich von ≥ 300 °C bis ≤ 600 °C, insbesondere von ≥ 400 °C bis ≤ 500 °C, erhitzt werden.
  • Die mindestens eine Elektronenleiterfaser kann zum Beispiel, beispielsweise ebenfalls in Verfahrensschritt a), aus einer Elektrospinnflüssigkeit elektrogesponnen wird, welche mindestens ein elektrisch leitendes Material und/oder mindestens einen Präkursor zur Ausbildung eines elektrisch leitenden Materials umfasst. Beispielsweise zum Einstellen der Viskosität der Spinnlösung und/der zur Optimierung der ausgebildeten Faserlänge und/oder zur Verbesserung des Verspinnens, kann die Elektrospinnflüssigkeit zur Ausbildung der Elektronenleiterfaser/n insbesondere mindestens ein Polymer und/oder mindestens einen Polymerpräkursor umfassen. Insbesondere kann dabei das mindestens eine Polymer intrinsisch elektrisch leitend und/oder der mindestens eine Polymerpräkursor zur Ausbildung eines intrinsisch elektrisch leitenden Polymers ausgelegt sein.
  • Zum Beispiel kann die Elektrospinnflüssigkeit zur Ausbildung der Elektronenleiterfaser/n elementaren Kohlenstoff, zum Beispiel Kohlenstoffnanopartikel und/oder Kohlenstoffnanofasern und/oder Kohlenstoffnanoröhrchen, und/oder mindestens ein Metallsulfid, insbesondere mindestens ein Übergangsmetallsulfid und/oder mindestens ein Metallsulfid mindestens eines Metalls der dritten, vierten und/oder fünften Hauptgruppe, und/oder mindestens eine elektrisch leitende Metallverbindung, beispielsweise mindestens ein elektrisch leitendes Metalloxid und/oder mindestens ein elektrisch leitendes Metallcarbid, und/oder mindestens einen Präkursor, beispielsweise Polyacrylnitril und/oder Polyurethan und/oder Zitronensäure und/oder Glucose, zur Ausbildung eines elektrisch leitenden Materials, zum Beispiel von cyclisiertem und beispielsweise dehydrogeniertem Polyacrylnitril (cPAN) und/oder pyrolysiertem Polyurethan und/oder Ruß, und/oder mindestens ein, insbesondere intrinsisch elektrisch leitendes, Polymer und/oder mindestens einen Polymer-Präkursor, beispielsweise Polyacrylnitril, zur Ausbildung eines, insbesondere intrinsisch elektrisch leitenden, Polymers, zum Beispiel von cyclisiertem und beispielsweise dehydrogeniertem Polyacrylnitril (cPAN), umfassen. Der Präkursor zur Ausbildung eines elektrisch leitenden Materials, wie Zitronensäure und/oder Glucose, kann zum Beispiel bei, beispielsweise gemäßigten, Temperaturen, insbesondere unterhalb der Sulfidisierungstemperatur, carbonisierbar sein.
  • Insbesondere kann die Elektrospinnflüssigkeit zur Ausbildung der Elektronenleiterfaser/n (zumindest) elementaren Kohlenstoff, zum Beispiel Kohlenstoffnanopartikel und/oder Kohlenstoffnanofasern und/oder Kohlenstoffnanoröhrchen, und/oder mindestens ein Metallsulfid, insbesondere mindestens ein Übergangsmetallsulfid und/oder mindestens ein Metallsulfid mindestens eines Metalls der dritten, vierten und/oder fünften Hauptgruppe, insbesondere elementaren Kohlenstoff, enthalten. Elementarer Kohlenstoff kann vorteilhafterweise unter den Bedingungen der Sulfidisierungsreaktion beständig sein, was es ermöglicht die Sulfidisierung in dessen Anwesenheit durchzuführen und insbesondere dessen elektrische Leitfähigkeit beizubehalten. Metallsulfide, beispielsweise Übergangsmetallsulfide und/oder insbesondere Metallsulfide mindestens eines Metalls der dritten, vierten und/oder fünften Hauptgruppe, können unter den Bedingungen der Sulfidisierungsreaktion ebenfalls beständig sein beziehungsweise gegebenenfalls Reaktionen mit dem Schwefel eingehen, welche aus anderen Aspekten, beispielsweise im Hinblick auch die spezifische Energiedichte und/oder Kapazität und/oder eine katalytische Beschleunigung vorteilhaft sein können. Das mindestens eine Metallsulfid, insbesondere das mindestens eine Übergangsmetallsulfid und/oder mindestens ein Metallsulfid mindestens eines Metalls der dritten, vierten und/oder fünften Hauptgruppe, und/oder die mindestens eine elektrisch leitende Metallverbindung, beispielsweise das mindestens eine elektrisch leitende Metalloxids und/oder das mindestens eine elektrisch leitende Metallcarbid, können dabei beispielsweise wie im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Kathodenaktivmaterial erläutert ausgestaltet sein.
  • Die mindestens eine Ionenleiterfaser kann zum Beispiel, beispielsweise ebenfalls in Verfahrensschritt a), aus einer Elektrospinnflüssigkeit elektrogesponnen wird, welche mindestens ein ionenleitfähiges oder ionenleitendes, insbesondere lithiumionenleitfähiges oder lithiumionenleitendes, Material und/oder mindestens einen Präkursor zur Ausbildung eines ionenleitfähigen oder ionenleitenden, insbesondere lithiumionenleitfähigen oder lithiumionenleitenden, Materials umfasst. Beispielsweise zum Einstellen der Viskosität der Spinnlösung und/der zur Optimierung der ausgebildeten Faserlänge und/oder zur Verbesserung des Verspinnens, kann die Elektrospinnflüssigkeit zur Ausbildung der Ionenleiterfaser/n insbesondere mindestens ein Polymer und/oder mindestens einen Polymerpräkursor umfassen. Insbesondere kann dabei das mindestens eine Polymer ionenleitfähig oder ionenleitend, insbesondere lithiumionenleitfähig oder lithiumionenleitend, sein und/oder der mindestens eine Polymerpräkursor zur Ausbildung eines ionenleitfähigen oder ionenleitenden, insbesondere lithiumionenleitfähigen oder lithiumionenleitenden, Polymers ausgelegt sein.
  • Beispielsweise kann die Elektrospinnflüssigkeit zur Ausbildung der Ionenleiterfaser/n mindestens einen anorganischen Ionenleiter, insbesondere Lithiumionenleiter, und/oder mindestens einen Präkursor zur Ausbildung eines anorganischen Ionenleiters, insbesondere Lithiumionenleiters, und mindestens ein Polymer und/oder mindestens einen Polymer-Präkursor und/oder mindestens einen Polymerelektrolyten (beziehungsweise ein ionenleitfähiges oder ionenleitendes, insbesondere lithiumionenleitfähiges oder lithiumionenleitendes, Polymer) und/oder mindestens einen Polymer-Präkursor zur Ausbildung mindestens eines Polymerelektrolyten (beziehungsweise eines ionenleitfähigen oder ionenleitenden, insbesondere lithiumionenleitfähigen oder lithiumionenleitenden, Polymers) enthalten.
  • Unter einem Polymerelektrolyten kann insbesondere ein ionenleitfähiges oder ionenleitendes, beispielsweise lithiumionenleitfähiges oder lithiumionenleitendes, Polymer verstanden werden. Beispielsweise kann daher ein ionenleitfähiges oder ionenleitendes, beispielweise lithiumionenleitfähiges oder lithiumionenleitendes, Polymer auch als Polymerelektrolyt bezeichnet werden. Bei einer Verwendung in einem Kathodenmaterial kann ein Polymerelektrolyt insbesondere auch als Kathodenelektrolyt beziehungsweise Katholyt bezeichnet werden. Beispielsweise kann der Polymerelektrolyt lithiumionenleitfähig oder lithiumionenleitend und/oder natriumionenleitfähig oder natriumionenleitend, insbesondere lithiumionenleitfähig oder lithiumionenleitend, sein. Unter einem ionenleitenden, beispielsweise lithiumionenleitenden, Elektrolyten beziehungsweise Polymer, kann insbesondere ein Elektrolyt beziehungsweise Polymer verstanden werden, welcher beziehungsweise welches intrinsisch ionenleitenden, beispielsweise lithiumionenleitenden, ist und/oder Lithiumionen aufweist. Unter einem ionenleitfähigen, beispielsweise lithiumionenleitfähigen, Elektrolyten beziehungsweise Polymer kann insbesondere ein Elektrolyt beziehungsweise Polymer verstanden werden, welcher beziehungsweise welches selbst frei von den zu leitenden Ionen, beispielsweise Lithiumionen, sein kann, jedoch dazu ausgelegt ist, die zu leitenden Ionen, beispielsweise Lithiumionen, zu koordinieren und/oder solvatisieren beziehungsweise Gegenionen der zu leitenden Ionen, beispielsweise Lithium-Leitsalzanionen, zu koordinieren, und beispielsweise unter Zugabe der zu leitenden Ionen, beispielsweise Lithiumionen, ionenleitend, beispielsweise lithiumionenleitend, wird.
  • Der mindestens eine Polymerelektrolyt und/oder der mindestens eine anorganische Ionenleiter können dabei beispielsweise wie im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Kathodenaktivmaterial erläutert ausgestaltet sein. Der mindestens eine Polymer-Präkursor zur Ausbildung mindestens eines Polymerelektrolyten kann insbesondere zur Ausbildung eines im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Kathodenaktivmaterial erläuterten Polymerelektrolyten ausgelegt sein.
  • Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform umfasst oder ist die mindestens eine Ionenleiterfaser eine Polymerelektrolytfaser, welche mindestens einen ionenleitfähigen oder ionenleitenden, insbesondere lithiumionenleitfähigen oder lithiumionenleitenden, Polymerelektrolyten umfasst oder daraus ausgebildet ist, und/oder eine Anorganikionenleiterfaser, welche mindestens einen anorganischen Ionenleiter, insbesondere Lithiumionenleiter, umfasst oder daraus ausgebildet ist. Zur Ausbildung der Polymerelektrolytfasen kann die Elektrospinnflüssigkeit zum Beispiel.
  • Die mindestens eine Polymerelektrolytfaser kann zum Beispiel, beispielsweise ebenfalls in Verfahrensschritt a), aus einer Elektrospinnflüssigkeit elektrogesponnen werden, welche mindestens einen Polymerelektrolyten und/oder mindestens einen Polymer-Präkursor zur Ausbildung mindestens eines Polymerelektrolyten enthält.
  • Die mindestens eine Anorganikionenleiterfaser kann zum Beispiel, beispielsweise ebenfalls in Verfahrensschritt a), aus einer Elektrospinnflüssigkeit elektrogesponnen werden, welche mindestens einen anorganischen Ionenleiter, insbesondere Lithiumionenleiter, und/oder mindestens einen Präkursor zur Ausbildung eines anorganischen Ionenleiters, insbesondere Lithiumionenleiters, und mindestens ein Polymer, beispielsweise Polyacrylnitril, und/oder mindestens einen Polymer-Präkursor enthalten. Beispielsweise kann die Elektrospinnflüssigkeit zur Ausbildung der Anorganikionenleiterfaser jedoch auch mindestens einen anorganischen Ionenleiter, insbesondere Lithiumionenleiter, und mindestens einen Polymerelektrolyten und/oder mindestens einen Polymer-Präkursor zur Ausbildung mindestens eines Polymerelektrolyten umfassen.
  • Der mindestens eine Polymerelektrolyt und/oder der mindestens eine anorganische Ionenleiter können auch hierbei beispielsweise wie im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Kathodenaktivmaterial erläutert ausgestaltet sein. Der mindestens eine Polymer-Präkursor zur Ausbildung mindestens eines Polymerelektrolyten kann auch hierbei zur Ausbildung eines im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Kathodenaktivmaterial erläuterten Polymerelektrolyten ausgelegt sein.
  • Das mindestens eine weitere Kathodenaktivmaterial kann insbesondere ebenfalls schwefelhaltig sein. Beispielsweise kann das mindestens eine weitere Kathodenaktivmaterial wie im Zusammenhang mit dem mindestens einen Kathodenaktivmaterial erläutert ausgestaltet sein. Zum Beispiel kann die mindestens eine weitere Kathodenaktivmaterialfaser mindestens ein weiteres schwefelhaltiges Kathodenaktivmaterial umfassen, insbesondere enthalten oder daraus ausgebildet sein.
  • Beispielsweise kann das mindestens eine weitere Kathodenaktivmaterial elementaren Schwefel und/oder mindestens ein Metallsulfid, insbesondere mindestens ein Übergangsmetallsulfid, umfassen oder sein.
  • Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform ist die mindestens eine weitere Kathodenaktivmaterialfaser eine Schwefelfaser, welche elementaren Schwefel umfasst, insbesondere enthält. Beispielsweise kann die mindestens eine Schwefelfaser elementaren Schwefel und mindestens einen Leitzusatz, beispielsweise mindestens ein Metallsulfid, insbesondere mindestens ein Übergangsmetallsulfid, und gegebenenfalls mindestens ein Polymer umfassen.
  • Die mindestens eine weitere Kathodenaktivmaterialfaser kann zum Beispiel, beispielsweise in Verfahrensschritt a), aus einer Elektrospinnflüssigkeit elektrogesponnen werden, welche mindestens ein weiteres Kathodenaktivmaterial und/oder einen Präkursor zur Ausbildung mindestens eines weiteren Kathodenaktivmaterials umfasst. Zum Beispiel kann die Elektrospinnflüssigkeit zur Ausbildung der mindestens einen weiteren Kathodenaktivmaterialfaser schwefelhaltig sein, insbesondere elementaren Schwefel, umfassen. Insofern die mindestens eine weitere Kathodenaktivmaterialfaser eine Schwefelfaser ist, kann diese gegebenenfalls vorteilhafterweise den elementaren Schwefel zur Sulfidisierung der mindestens einen Polymerfaser der mindestens einen Kathodenaktivmaterialfaser, insbesondere in einer definiert einstellbaren Menge, bereitstellen.
  • Beispielsweise zum Einstellen der Viskosität der Spinnlösung und/oder zur Reduzierung der Prozesstemperatur und/der zur Optimierung der ausgebildeten Faserlänge und/oder zur Verbesserung des Verspinnens, kann die Elektrospinnflüssigkeit zur Ausbildung der weiteren Kathodenaktivmaterialfaser/n insbesondere mindestens ein Polymer, beispielsweise Polyacrylnitril, und/oder mindestens einen Polymerpräkursor umfassen. Insbesondere kann dabei das mindestens eine Polymer intrinsisch elektrisch leitend und/oder der mindestens eine Polymerpräkursor zur Ausbildung eines intrinsisch elektrisch leitenden Polymers ausgelegt sein. Insbesondere kann die Elektrospinnflüssigkeit zur Ausbildung der weiteren Kathodenmaterialfaser/n weiterhin mindestens einen elektrischen Leitzusatz, beispielsweise elementaren Kohlenstoff, beispielsweise Kohlenstoffnanopartikel und/oder Kohlenstoffnanofasern und/oder Kohlenstoffnanoröhrchen, und/oder mindestens ein Metallsulfid, insbesondere mindestens ein Übergangsmetallsulfid und/oder mindestens ein Metallsulfid mindestens eines Metalls der dritten, vierten und/oder fünften Hauptgruppe, und/oder mindestens eine elektrisch leitende Metallverbindung, umfassen. So können die Schwefelfasern vorteilhafterweise zusätzlich elektrisch leitend ausgestaltet werden. Insbesondere kann die Elektrospinnflüssigkeit zur Ausbildung der weiteren Kathodenmaterialfaser/n weiterhin mindestens ein Metallsulfid, insbesondere mindestens ein Übergangsmetallsulfid und/oder mindestens ein Metallsulfid mindestens eines Metalls der dritten, vierten und/oder fünften Hauptgruppe, und/oder mindestens eine elektrisch leitende Metallverbindung, insbesondere mindestens ein elektrisch leitendes Metalloxid und/oder mindestens ein elektrisch leitendes Metallcarbid, umfassen. Das mindestens eine Metallsulfid, insbesondere das mindestens eine Übergangsmetallsulfid und/oder mindestens ein Metallsulfid mindestens eines Metalls der dritten, vierten und/oder fünften Hauptgruppe, und/oder die mindestens eine elektrisch leitende Metallverbindung, beispielsweise das mindestens eine elektrisch leitende Metalloxids und/oder das mindestens eine elektrisch leitende Metallcarbid, können dabei beispielsweise wie im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Kathodenaktivmaterial erläutert ausgestaltet sein.
  • Insofern die Elektrospinnflüssigkeit zur Ausbildung der mindestens einen Elektronenleiterfaser und/oder der mindestens einen Ionenleiterfaser, beispielsweise der mindestens einen Polymerelektrolytfaser und/oder der mindestens einen Anorganikionenleiterfaser, und/oder der mindestens einen weiteren Kathodenaktivmaterialfaser einen Präkursor umfasst, kann der Präkursor beispielsweise vor, während oder nach, zum Beispiel vor oder während, Verfahrensschritt b) in das daraus auszubildende Material, beispielsweise unter Ausbildung der mindestens einen Elektronenleiterfaser und/oder der mindestens einen Ionenleiterfaser, beispielsweise der mindestens einen Polymerelektrolytfaser und/oder der mindestens einen Anorganikionenleiterfaser, und/oder der mindestens einen weiteren Kathodenaktivmaterialfaser, umgewandelt werden.
  • Beispielsweise kann die Elektrospinnflüssigkeit zur Ausbildung der mindestens einen Polymerfaser und/oder der mindestens einen Elektronenleiterfaser und/oder der mindestens einen Ionenleiterfaser, beispielsweise der mindestens einen Polymerelektrolytfaser und/oder der mindestens einen Anorganikionenleiterfaser, und/oder der mindestens einen weiteren Kathodenaktivmaterialfaser in Form einer Lösung und/oder Dispersion und/oder Suspension, zum Beispiel (reinen) Polymer-Suspension, eingesetzt werden.
  • Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform erfolgt das Elektrospinnen, insbesondere in Verfahrensschritt a), auf einen Kathodenstromkollektor. So kann das Verfahren vorteilhafterweise weiter optimiert und eine verbesserte Anbindung der Fasern an den Kathodenstromkollektor erzielt werden. Beispielsweise kann der Kathodenstromkollektor aus elementarem Kohlenstoff ausgebildet, zum Beispiel ein Kohlenstofffaserpapier beziehungsweise Kohlenstofffaservlies, insbesondere aus reinen Kohlenstofffasern, oder aus Metall ausgebildet, zum Beispiel eine Metallfolie, beispielsweise aus Kupfer, Nickel oder Aluminium, sein. Insbesondere kann der Kathodenstromkollektor aus elementarem Kohlenstoff ausgebildet, zum Beispiel ein Kohlenstofffaserpapier beziehungsweise Kohlenstofffaservlies, sein. Elementarer Kohlenstoff kann vorteilhafterweise unter den Bedingungen der Sulfidisierungsreaktion beständig sein, was es ermöglicht die Sulfidisierung in Anwesenheit des Kathodenstromkollektors durchzuführen.
  • Der Kathodenstromkollektor kann insbesondere zwischen mindestens eine Elektrospinndüse und einer Gegenelektrode angeordnet sein und/oder als Gegenelektrode zu mindestens einer Elektrospinndüse eingesetzt werden. So können vorteilhafterweise die Fasern direkt auf dem Kathodenstromkollektor ausgebildet werden und auf diese Weise eine Kathode für eine Alkalimetall-Zelle, insbesondere Alkalimetall-Schwefel-Zelle, beispielsweise Lithium-Schwefel-Zelle, hergestellt werden. Insbesondere kann daher das Verfahren auch zur Herstellung einer Kathode für eine elektrochemische Zelle, zum Beispiel für eine Alkalimetall-Zelle, beispielsweise für eine Lithium-Zelle und/oder Natrium-Zelle, insbesondere für eine Lithium-Zelle, zum Beispiel für eine Alkalimetall-Schwefel-Zelle, beispielsweise für eine Lithium-Schwefel-Zellen und/oder Natrium-Schwefel-Zellen, insbesondere für eine Lithium-Schwefel-Zelle, ausgelegt sein.
  • Im Rahmen einer weitere Ausführungsform wird beim Elektrospinnen, insbesondere in Verfahrensschritt a), mindestens eine Elektrospinndüse und/oder eine Gegenelektrode und/oder ein Kathodenstromkollektor gedreht.
  • Durch eine Drehung mindestens einer Elektrospinndüse und/oder der Gegenelektrode und/oder des Kathodenstromkollektors kann dabei vorteilhafterweise die Durchmischung und/oder Durchwirkung verbessert werden. Beispielsweise kann so auch eine Verspinnung der unterschiedlichen Fasern bewirkt werden. So kann vorteilhafterweise eine enge Anbindung der Fasern aneinander erzielt und dadurch Übergangswiderstände, beispielsweise elektrische und/oder ionische Übergangswiderstände, verringert und dadurch die Leistungsfähigkeit des Kathodenmaterials, beispielsweise für Hochstromanwendungen, verbessert werden.
  • Die mindestens eine Elektrospinndüse und/oder die Gegenelektrode und/oder der Kathodenstromkollektor können um eine Achse, gegebenenfalls auch um mehrere Achsen, parallel zur Elektrospinnrichtung gedreht werden. Die Elektrospinndüsen können dabei beispielsweise parallel zueinander gedreht werden. Dabei können auch beispielsweise zumindest teilweise Elektrospinndüsen umeinander, zum Beispiel um eine Achse oder gegebenenfalls auch mehrere Achsen parallel zur Elektrospinnrichtung, gedreht werden. So kann vorteilhafterweise die Durchmischung der Fasern weiter verbessert werden.
  • Insbesondere kann (zumindest) die Gegenelektrode gedreht werden. Eine Drehung der Gegenelektrode kann vorteilhafterweise auf besonders einfache Weise realisiert werden. Durch eine zusätzliche Drehung der Elektrospinndüse/n kann vorteilhafterweise eine schnellere und/oder stärkere Durchmischung der Fasern erzielt werden.
  • Im Rahmen einer speziellen Ausgestaltung werden die Elektrospinndüse/n zumindest teilweise in einer zu der Gegenelektrode gegenläufigen Richtungen gedreht. So kann vorteilhafterweise die Durchmischung der Fasern weiter verbessert werden.
  • Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung werden beim Elektrospinnen, insbesondere in Verfahrensschritt a), die mindestens eine Kathodenaktivmaterialfaser, insbesondere die mindestens eine Polymerfaser, und die mindestens eine Elektronenleiterfaser und/oder die mindestens eine Ionenleiterfaser, beispielsweise die mindestens eine Polymerelektrolytfaser und/oder die mindestens eine Anorganikionenleiterfaser, und/oder die mindestens eine weitere Kathodenaktivmaterialfaser aus, beispielsweise nah, benachbart angeordneten Elektrospinndüsen elektrogesponnen werden. So kann vorteilhafterweise eine gerichtetere Ausbildung von Faser, insbesondere von Faserbündeln, erzielt und/oder die Anbindung unterschiedlicher Fasern aneinander verbessert werden. So kann vorteilhafterweise Übergangswiderstände, beispielsweise elektrische und/oder ionische Übergangswiderstände, weiter verringert und dadurch die Leistungsfähigkeit des Kathodenmaterials, beispielsweise für Hochstromanwendungen, weiter verbessert werden.
  • Das Verfahren insbesondere das Elektrospinnen, beispielsweise Verfahrensschritt a), kann insbesondere mittels eines später erläuterten Elektrospinnsystems durchgeführt werden.
  • Beispielsweise kann, insbesondere in Verfahrensschritt a), die mindestens eine Kathodenaktivmaterialfaser, insbesondere die mindestens eine Polymerfaser, aus mindestens einer Kathodenaktivmaterialfaser-Elektrospinndüse, insbesondere Polymerfaser-Elektrospinndüse, elektrogesponnen werden. Zum Beispiel können, insbesondere in Verfahrensschritt a), mehrere Kathodenaktivmaterialfasern, insbesondere Polymerfasern, beispielsweise aus mehreren Kathodenaktivmaterialfaser-Elektrospinndüsen, insbesondere aus mehreren Polymerfaser-Elektrospinndüsen, elektrogesponnen werden.
  • Die mindestens eine Elektronenleiterfaser kann, insbesondere in Verfahrensschritt a), beispielsweise aus mindestens einer Elektronenleiterfaser-Elektrospinndüse elektrogesponnen werden. Beispielsweise können, insbesondere in Verfahrensschritt a), mehrere Elektronenleiterfasern, beispielsweise aus mehreren Elektronenleiterfaser-Elektrospinndüsen, elektrogesponnen werden.
  • Die mindestens eine Ionenleiterfaser kann, insbesondere in Verfahrensschritt a), beispielsweise aus mindestens einer Ionenleiterfaser-Elektrospinndüse elektrogesponnen werden. Beispielsweise können, insbesondere in Verfahrensschritt a), mehrere Ionenleiterfasern, beispielsweise aus mehreren Ionenleiterfaser-Elektrospinndüsen, elektrogesponnen werden.
  • Die mindestens eine weitere Kathodenaktivmaterialfaser, beispielsweise Schwefelfaser, kann, insbesondere in Verfahrensschritt a), beispielsweise aus mindestens einer weiteren Kathodenaktivmaterialfaser-Elektrospinndüse, beispielsweise Schwefelfaser-Elektrospinndüse, elektrogesponnen werden. Beispielsweise können, insbesondere in Verfahrensschritt a), mehrere weitere Kathodenaktivmaterialfasern, beispielsweise aus mehreren weiteren weitere Kathodenaktivmaterialfaser-Elektrospinndüsen, elektrogesponnen werden.
  • Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform werden, insbesondere in Verfahrensschritt a), eine oder mehrere Kathodenaktivmaterialfasern, insbesondere Polymerfasern, um mindestens eine Elektronenleiterfaser und/oder mindestens eine Ionenleiterfaser und/oder mindestens eine weitere Kathodenaktivmaterialfaser, beispielsweise Schwefelfaser, herum elektrogesponnen werden.
  • Im Rahmen einer Ausgestaltung werden eine oder mehrere Kathodenaktivmaterialfaser/n, insbesondere Polymerfaser/n, und/oder eine oder mehrere weitere Kathodenaktivmaterialfaser/n, beispielsweise Schwefelfaser/n-, insbesondere eine oder mehrere eine oder mehrere Kathodenaktivmaterialfaser/n beziehungsweise Polymerfaser/n, um mindestens eine Elektronenleiterfaser herum elektrogesponnen. So kann vorteilhafterweise die elektrische Kontaktierung des Kathodenaktivmaterials verbessert werden
  • Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung werden eine oder mehrere Kathodenaktivmaterialfaser/n, insbesondere Polymerfaser/n, und/oder eine oder mehrere weitere Kathodenaktivmaterialfaser/n, beispielsweise Schwefelfaser/n-, insbesondere eine oder mehrere eine oder mehrere Kathodenaktivmaterialfaser/n beziehungsweise Polymerfaser/n, um mindestens eine Ionenleiterfaser, beispielsweise um mindestens eine Polymerelektrolytfaser und/oder um mindestens eine Anorganikionenleiterfaser, herum elektrogesponnen. So kann vorteilhafterweise die ionische Kontaktierung des Kathodenaktivmaterials verbessert werden
  • Insofern mehrere Fasern um mindestens eine Elektronenleiterfaser und/oder Ionenleiterfaser herum elektrogesponnen werden, kann das Elektrospinnen der mindestens einen Elektronenleiterfaser und/oder Ionenleiterfaser beispielsweise vor dem Elektrospinnen der darum herum angeordneten Elektrospinndüsen begonnen und/oder nach dem Elektrospinnen der darum herum angeordneten Elektrospinndüsen beendet werden. So kann vorteilhafterweise bewirkt werden, dass die innen liegende Elektronenleiterfaser und/oder Ionenleiterfaser am Anfang und/oder am Ende des Faserbündels herausragt und auf diese Weise von außen gut kontaktierbar ist. So kann vorteilhafterweise die Kontaktierung der Faser im Inneren des Faserbündels, beispielsweise die elektrische Kontaktierung einer innen liegende Elektronenleiterfaser und/oder die ionische Kontaktierung einer innen liegenden Ionenleiterfaser, und beispielsweise dadurch auch die elektrische Kontaktierung der übrigen Fasern des Faserbündels, insbesondere der aus den Polymerfasern ausgebildeten Kathodenaktivmaterialfasern, verbessert werden.
  • Im Rahmen einer speziellen Ausgestaltung werden, insbesondere in Verfahrensschritt a), um eine oder mehrere (weitere) Kathodenaktivmaterialfaser/n, insbesondere Schwefelfaser/n, herum eine oder mehrere Kathodenaktivmaterialfaser/n, insbesondere Polymerfaser-/n, und/oder Elektronenleiterfaser/n und/oder Ionenleiterfaser/n, beispielsweise Polymerelektrolytfaser/n und/oder Anorganikionenleiterfaser/n, herum elektrogesponnen. So kann vorteilhafterweise durch die äußeren Fasern – beispielsweise im Fall von elementarem Schwefel als Kathodenaktivmaterial der inneren Faser/n – ein Abdiffundieren von Polysulfiden behindert werden.
  • Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform werden, insbesondere in Verfahrensschritt a), um eine oder mehrere Schwefelfasern herum eine oder mehrere Polymerfasern und/oder Elektronenleiterfasern und/oder Ionenleiterfasern elektrogesponnen.
  • Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung werden, insbesondere in Verfahrensschritt a), eine oder mehrere Kathodenaktivmaterialfaser/n, insbesondere Polymerfaser/n, und/oder eine oder mehrere weitere Kathodenaktivmaterialfaser/n, beispielsweise Schwefelfaser/n-, insbesondere eine oder mehrere eine oder mehrere Kathodenaktivmaterialfaser/n beziehungsweise Polymerfaser/n, und eine oder mehrere Elektronenleiterfaser/n und/oder eine oder mehrere Ionenleiterfaser/n, beispielsweise Polymerelektrolytfaser/n und/oder Anorganikionenleiterfaser/n, beispielsweise gemeinsam, gegebenenfalls in einer alternierenden Anordnung, um mindestens eine Elektronenleiterfaser und/oder um mindestens eine Ionenleiterfaser, beispielsweise um mindestens eine Polymerelektrolytfaser und/oder um mindestens eine Anorganikionenleiterfaser, und/oder um mindestens eine weitere Kathodenaktivmaterialfaser, beispielsweise Schwefelfaser, herum elektrogesponnen.
  • Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung werden um die, insbesondere umspinnenden, Kathodenaktivmaterialfaser/n, insbesondere Polymerfaser/n, und/oder weiteren Kathodenaktivmaterialfaser/n, insbesondere Schwefelfaser/n, und/oder Elektronenleiterfaser/n und/oder Ionenleiterfaser/n, beispielsweise Polymerelektrolytfaser/n und/oder Anorganikionenleiterfaser/n, herum eine oder mehrere, gegebenenfalls weitere, Elektronenleiterfaser/n und/oder Ionenleiterfaser/n, beispielsweise Polymerelektrolytfaser/n und/oder Anorganikionenleiterfaser/n, und/oder Kathodenaktivmaterialfaser/n, insbesondere Polymerfaser/n, und/oder weiteren Kathodenaktivmaterialfaser/n, insbesondere Schwefelfaser/n, insbesondere Elektronenleiterfaser/n und/oder Ionenleiterfaser/n und/oder Polymerfaser/n, elektrogesponnen.
  • Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung werden, insbesondere in Verfahrensschritt a), mindestens zwei Faserbündel aus mindestens zwei, insbesondere drei, beispielsweise vier, Fasern elektrogesponnen.
  • Beispielsweise können, insbesondere in Verfahrensschritt a), mindestens zwei Faserbündel, welche jeweils mindestens eine Kathodenaktivmaterialfaser, insbesondere Polymerfaser, und mindestens eine Elektronenleiterfaser und/oder mindestens eine Ionenleiterfaser und/oder mindestens eine weitere Kathodenaktivmaterialfaser, beispielsweise Schwefelfaser, umfassen, elektrogesponnen werden.
  • Zum Beispiel können in Verfahrensschritt a) mindestens ein erstes Faserbündel und mindestens ein zweites Faserbündel elektrogesponnen werden, wobei das mindestens eine erste Faserbündel eine oder mehrere Kathodenaktivmaterialfaser/n, insbesondere Polymerfaser/n, und/oder eine oder mehrere weitere Kathodenaktivmaterialfaser/n, beispielsweise Schwefelfaser/n, und mindestens eine Ionenleiterfaser umfasst und wobei das mindestens ein zweite Faserbündel eine oder mehrere Kathodenaktivmaterialfaser/n, insbesondere Polymerfaser/n, und/oder eine oder mehrere weitere Kathodenaktivmaterialfaser/n, beispielsweise Schwefelfaser/n, und mindestens eine Elektronenleiterfaser umfasst. Insbesondere kann dabei die mindestens eine Ionenleiterfaser des mindestens einen ersten Faserbündels mindestens eine Kathodenaktivmaterialfaser, insbesondere Polymerfaser, des mindestens einen zweiten Faserbündels und/oder die mindestens eine Elektronenleiterfaser des mindestens einen zweiten Faserbündels mindestens eine Kathodenaktivmaterialfaser, insbesondere Polymerfaser, des mindestens einen ersten Faserbündels kontaktieren.
  • Die die Faserbündel können beispielsweise umeinander und/oder um eine Achse parallel zur Elektrospinnrichtung gedreht werden. Die Fasern der Faserbündel können dabei ebenfalls umeinander und/oder um eine (weitere) Achse parallel zur Elektrospinnrichtung gedreht werden. Beispielsweise können dabei die Fasern der Faserbündel und die Faserbündel untereinander gegenläufig gedreht werden. So können vorteilhafterweise seilartige Faserstrukturen mit einer hohen Dichte und guten Kontaktierung hergestellt werden.
  • Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung werden, beispielsweise in Verfahrenschritt a), Fasern, zum Beispiel Kathodenaktivmaterialfasern, insbesondere Polymerfasern, und/oder Elektronenleiterfasern und/oder Ionenleiterfasern, beispielsweise Polymerelektrolytfasern und/oder Anorganikionenleiterfaser, und/oder weitere Kathodenaktivmaterialfasern, beispielsweise Schwefelfasern, mit einer durchschnittlichen Faserlänge von > 300 µm, beispielsweise von ≥ 500 µm, zum Beispiel von ≥ 1 mm oder von ≥ 3 mm oder sogar von ≥ 1 cm, gegebenenfalls sogar von ≥ 10 cm, elektrogesponnen.
  • Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung werden, beispielsweise in Verfahrenschritt a), Fasern, beispielsweise Kathodenaktivmaterialfasern, insbesondere Polymerfasern, und/oder Elektronenleiterfasern und/oder Ionenleiterfasern, beispielsweise Polymerelektrolytfasern und/oder Anorganikionenleiterfaser, und/oder weitere Kathodenaktivmaterialfasern, beispielsweise Schwefelfasern, mit einem durchschnittlichen Faserdurchmesser in einem Bereich von ≥ 1 nm bis ≤ 5 µm, insbesondere von ≥ 10 nm bis ≤ 1000 nm, beispielsweise von ≥ 100 nm bis ≤ 500 nm, zum Beispiel von ≥ 150 nm bis ≤ 300 nm, elektrogesponnen.
  • Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung werden, beispielsweise in Verfahrensschritt a), die Elektronenleiterfasern und/oder Ionenleiterfasern, beispielsweise Polymerelektrolytfasern und/oder Anorganikionenleiterfaser, und/oder weitere Kathodenaktivmaterialfasern, beispielsweise Schwefelfasern, insbesondere die Elektronenleitfasern, mit einem größeren durchschnittlichen Durchmesser als die Kathodenaktivmaterialfasern, insbesondere Polymerfasern, elektrogesponnen. So kann vorteilhafterweise die Funktionalität der zusätzlichen Fasern, beispielsweise eine Erhöhung der elektrischen Leitfähigkeit durch die Elektronenleiterfasern und beispielsweise dadurch die Hochstrombelastbarkeit, verbessert werden. Zudem kann so vorteilhafterweise im Fall eines Faserbündels eine verbesserte Kontaktierung zwischen den umgebenden Fasern, beispielsweise Kathodenaktivmaterialfasern, und der davon umgebenen Faser, beispielsweise Elektronenleiterfaser, erzielt werden.
  • Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung werden, insbesondere zu den Fasern, beispielsweise in einem nach Verfahrensschritt b) erfolgenden Verfahrensschritt c):
    • – mindestens ein, beispielsweise lithiumionenleitender oder lithiumionenleitfähiger, Polymerelektrolyt, beispielsweise als Kathodenmaterialbinder, und/oder
    • – mindestens ein anorganischer Ionenleiter, insbesondere Lithiumionenleiter, beispielsweise in Form von Ionenleiterpartikeln, und/oder
    • – mindestens ein Elektronenleiter, beispielsweise in Form von Elektronenleiterpartikeln, zum Beispiel elementaren Kohlenstoff, beispielsweise Kohlenstoffnanopartikel und/oder Kohlenstoffnanofasern und/oder Kohlenstoffnanoröhrchen und/oder Graphen und/oder Graphit und/oder Ruß, und/oder mindestens ein Metallsulfid, insbesondere mindestens ein Übergangsmetallsulfid und/oder mindestens ein Metallsulfid mindestens eines Metalls der dritten, vierten und/oder fünften Hauptgruppe, und/oder mindestens eine elektrisch leitende Metallverbindung, insbesondere mindestens ein elektrisch leitendes Metalloxid und/oder mindestens ein elektrisch leitendes Metallcarbid, und/oder
    • – mindestens ein weiteres Kathodenaktivmaterial, beispielsweise in Form von Partikeln, beispielsweise ein Schwefel-Komposit, insbesondere Schwefel-Polymer-Komposit, zum Beispiel sulfonisiertes, cyclisiertes Polyacrylnitril (SPAN), und/oder mindestens ein Metallsulfid, insbesondere mindestens ein Metallsulfid mindestens eines Metalls der dritten, vierten und/oder fünften Hauptgruppe, und/oder elementaren Schwefel, und/oder
    • – insbesondere getrennt hergestellte, Elektronenleiterfasern, und/oder
    • – insbesondere getrennt hergestellte, Ionenleiterfasern, und/oder
    • – insbesondere getrennt hergestellte, weitere Kathodenaktivmaterialfasern zugegeben. Der mindestens eine Polymerelektrolyt und/oder der mindestens eine anorganische Ionenleiter und/oder das mindestens eine Metallsulfid, insbesondere das mindestens eine Übergangsmetallsulfid und/oder mindestens ein Metallsulfid mindestens eines Metalls der dritten, vierten und/oder fünften Hauptgruppe, und/oder die mindestens eine elektrisch leitende Metallverbindung, beispielsweise das mindestens eine elektrisch leitende Metalloxids und/oder das mindestens eine elektrisch leitende Metallcarbid, können dabei beispielsweise wie im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Kathodenaktivmaterial erläutert ausgestaltet sein.
  • So können vorteilhafterweise Zwischenräume zwischen Fasern gefüllt und die Ionenleitfähigkeit und/oder elektrische Leitfähigkeit und auf diese Weise beispielsweise auch die Hochstrombelastbarkeit und/oder die spezifische Energiedichte weiter erhöht werden.
  • Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung werden die Fasern, Beispielsweise in einem nach Verfahrensschritt b) und/oder c) erfolgenden Verfahrensschritt d), verdichtet, beispielsweise verpresst und/oder laminiert. Das Verdichten kann beispielsweise durch Kalandrieren erfolgen. So kann vorteilhafterweise die spezifische Energiedichte erhöht werden. Vorteilhafterweise kann so erzielt werden, dass die Fasern mindestens 65 Vol.-%, bezogen auf das Gesamtvolumen des verdichteten Materials, beispielsweise des Kathodenmaterials, einnehmen.
  • Hinsichtlich weiterer technischer Merkmale und Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens wird hiermit explizit auf die Erläuterungen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Kathodenmaterial, dem erfindungsgemäßen Elektrospinnsystem, dem erfindungsgemäßen Separator, der erfindungsgemäßen Kathode, der erfindungsgemäßen Zelle und der erfindungsgemäßen Batterie sowie auf die Figuren und die Figurenbeschreibung verwiesen.
  • Darüber hinaus betriff die Erfindung ein Kathodenmaterial für eine elektrochemische Zelle, zum Beispiel für eine Alkalimetall-Zelle, beispielsweise für eine Lithium-Zelle und/oder Natrium-Zelle, insbesondere für eine Lithium-Zelle, zum Beispiel für eine Alkalimetall-Schwefel-Zelle, beispielsweise für eine Lithium-Schwefel-Zellen und/oder Natrium-Schwefel-Zellen, insbesondere für eine Lithium-Schwefel-Zelle.
  • Das Kathodenmaterial kann insbesondere Kathodenaktivmaterialfasern umfassen, welche mindestens ein, insbesondere schwefelhaltiges, Kathodenaktivmaterial umfassen, insbesondere enthalten, oder daraus ausgebildet sind, und/oder durch ein erfindungsgemäßes Verfahren hergestellt sind und/oder mittels eines erfindungsgemäßen Elektrospinnsystems hergestellt sind.
  • Das mindestens eine Kathodenaktivmaterial kann zum Beispiel einen Schwefel-Komposit und/oder eine Schwefelverbindung und/oder elementaren Schwefel umfassen oder daraus ausgebildet sein. Beispielsweise kann das mindestens eine Kathodenaktivmaterial kann einen Schwefel-Komposit und/oder mindestens ein Metallsulfid, insbesondere mindestens ein Übergangsmetallsulfid, und/oder elementaren Schwefel umfassen oder daraus ausgebildet sein. Insbesondere kann das mindestens eine Kathodenaktivmaterial mindestens einen Schwefel-Kohlenstoff-Komposit, insbesondere Schwefel-Polymer-Komposit, beispielsweise mit, insbesondere kovalent, gebundenem Schwefel, zum Beispiel einen Schwefel-Polyacrylnitril-Komposit, beispielsweise sulfidisiertes, cyclisiertes und beispielsweise dehydrogeniertes Polyacrylnitril, zum Beispiel SPAN, und/oder mindestens ein Metallsulfid, insbesondere mindestens ein Übergangsmetallsulfid, und/oder elementaren Schwefel, umfassen oder daraus ausgebildet sein.
  • Beispielsweise können die Kathodenaktivmaterialfasern elektrisch leitend sein.
  • Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform umfassen, insbesondere enthalten, die Kathodenaktivmaterialfasern einen Schwefel-Komposit, beispielsweise einen Schwefel-Kohlenstoff-Komposit, insbesondere einen Schwefel-Polymer-Komposit, zum Beispiel einen Schwefel-Polyacrylnitril-Komposit, und/oder mindestens ein Übergangsmetallsulfid oder sind daraus ausgebildet. So können beispielsweise elektrisch leitende Kathodenaktivmaterialfasern bereitgestellt werden.
  • Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform umfassen, insbesondere enthalten, die Kathodenaktivmaterialfasern einen Schwefel-Kohlenstoff-Komposit, insbesondere einen Schwefel-Polymer-Komposit, zum Beispiel einen Schwefel-Polyacrylnitril-Komposit, mit, insbesondere kovalent, gebundenem Schwefel oder sind daraus ausgebildet.
  • Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform umfassen, insbesondere enthalten, die Kathodenaktivmaterialfasern sulfidisiertes, cyclisiertes und beispielsweise dehydrogeniertes Polyacrylnitril, zum Beispiel SPAN, oder sind daraus ausgebildet.
  • Das kann Kathodenmaterial kann beispielsweise weiterhin mindestens eine weitere Faser beziehungsweise Faserart umfassen.
  • Im Rahmen einer Ausführungsform umfasst wobei das Kathodenmaterial weiterhin Elektronenleiterfaser, welche mindestens ein elektrisch leitendes Material umfassen, insbesondere enthalten oder daraus ausgebildet sind, und/oder Ionenleiterfasern, welche mindestens ein ionenleitfähiges oder ionenleitendes, insbesondere lithiumionenleitfähiges oder lithiumionenleitendes, Material umfassen, insbesondere enthalten oder daraus ausgebildet sind, und/oder weitere Kathodenaktivmaterialfasern, welche mindestens ein weiteres, insbesondere schwefelhaltiges, Kathodenaktivmaterial umfassen, insbesondere enthalten oder daraus ausgebildet sind.
  • Im Rahmen einer Ausgestaltung umfasst das Kathodenmaterial weiterhin Elektronenleiterfaser, welche mindestens ein elektrisch leitendes Material umfassen, insbesondere enthalten oder daraus ausgebildet sind. Durch Elektronenleiterfasern kann dabei vorteilhafterweise die elektrische Leitfähigkeit verbessert werden.
  • Im Rahmen einer weiteren, alternativen oder zusätzlichen Ausgestaltung umfasst das Kathodenmaterial weiterhin Ionenleiterfasern, welche mindestens ein ionenleitfähiges oder ionenleitendes, insbesondere lithiumionenleitfähiges oder lithiumionenleitendes, Material umfassen, insbesondere enthalten, oder daraus ausgebildet sind. Beispielsweise können die Ionenleiterfasern Polymerelektrolytfasern, welche mindestens einen ionenleitfähigen oder ionenleitenden, insbesondere lithiumionenleitfähigen oder lithiumionenleitenden, Polymerelektrolyten umfassen, insbesondere enthalten, oder daraus ausgebildet sind, und/oder Anorganikionenleiterfasern, welche mindestens einen anorganischen Ionenleiter, insbesondere Lithiumionenleiter umfassen, insbesondere enthalten, oder daraus ausgebildet sind, umfassen oder sein.
  • Durch die Ionenleiterfasern kann dabei vorteilhafterweise die ionische Leitfähigkeit verbessert werden.
  • Im Rahmen einer weiteren, alternativen oder zusätzlichen Ausgestaltung umfasst das Kathodenmaterial weiterhin weitere Kathodenaktivmaterialfasern, welche mindestens ein weiteres, insbesondere schwefelhaltiges, Kathodenaktivmaterial umfassen, insbesondere enthalten, oder daraus ausgebildet sind. Beispielsweise können die weiteren Kathodenaktivmaterialfasern Schwefelfasern sein, welche elementaren Schwefel umfassen, insbesondere enthalten. Beispielsweise können die Schwefelfasern elementaren Schwefel und mindestens ein Metallsulfid, insbesondere mindestens ein Übergangsmetallsulfid und/oder mindestens ein Metallsulfid mindestens eines Metalls der dritten, vierten und/oder fünften Hauptgruppe, und/oder mindestens ein Polymer umfassen. Durch die weiteren Kathodenaktivmaterialfasern kann dabei vorteilhafterweise die spezifische Energiedichte und/oder die ionische Leitfähigkeit und/oder die elektrische Leitfähigkeit verbessert werden.
  • Insbesondere kann das Kathodenmaterial mindestens zwei unterschiedliche Faserarten, insbesondere Kathodenaktivmaterialfasern und mindestens eine weitere Faserart, beispielsweise wobei die mindestens eine weitere Faserart Elektronenleiterfasern und/oder eine Ionenleiterfasern und/oder weitere Kathodenaktivmaterialfasern sind, umfassen. Beispielsweise kann das Kathodenmaterial (zumindest) Kathodenaktivmaterialfasern und Elektronenleiterfasern umfassen. Oder das Kathodenaktivmaterial kann (zumindest) Kathodenaktivmaterialfasern und Ionenleiterfasern, beispielsweise Polymerelektrolytfasern und/oder Anorganikionenleiterfasern, umfassen. Oder das Kathodenaktivmaterial kann (zumindest) Kathodenaktivmaterialfasern und weitere Kathodenaktivmaterialfasern, beispielsweise Schwefelfasern, umfassen.
  • Beispielsweise kann das Kathodenmaterial jedoch auch mindestens drei unterschiedliche Faserarten, insbesondere Kathodenaktivmaterialfasern und mindestens zwei weitere Faserart, beispielsweise Elektronenleiterfasern und/oder Ionenleiterfasern und/oder weitere Kathodenaktivmaterialfasern, umfassen. Zum Beispiel kann das Kathodenmaterial (zumindest) Kathodenaktivmaterialfasern, Elektronenleiterfasern und Ionenleiterfasern umfassen. Oder das Kathodenaktivmaterial kann (zumindest) Kathodenaktivmaterialfasern, Elektronenleiterfasern und weitere Kathodenaktivmaterialfasern umfassen. Oder das Kathodenaktivmaterial kann (zumindest) Kathodenaktivmaterialfasern, Ionenleiterfasern und weitere Kathodenaktivmaterialfasern umfassen.
  • Zum Beispiel kann das Kathodenmaterial jedoch auch mindestens vier unterschiedliche Faserarten, insbesondere mindestens eine Kathodenaktivmaterialfaser und mindestens drei weitere Faserart, beispielsweise Elektronenleiterfasern und Ionenleiterfasern und weitere Kathodenaktivmaterialfasern, umfassen.
  • Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform sind die Elektronenleiterfaser und/oder die Ionenleiterfasern, insbesondere die Polymerelektrolytfasern und/oder die Anorganikionenleiterfasern, und/oder die weiteren Kathodenaktivmaterialfasern, insbesondere die Schwefelfasern, durch ein erfindungsgemäßes Verfahren und/oder durch ein erfindungsgemäßes Elektrospinnsystem hergestellt.
  • Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform ist mindestens eine Kathodenaktivmaterialfaser mit mindestens einer Elektronenleiterfaser und/oder mindestens einer Ionenleiterfaser und/oder mindestens einer weiteren Kathodenaktivmaterialfaser zusammen elektrogesponnen. Insbesondere mindestens eine Kathodenaktivmaterialfaser mit mindestens einer Elektronenleiterfaser und/oder mindestens einer Ionenleiterfaser und/oder mindestens einer weiteren Kathodenaktivmaterialfaser versponnen sein.
  • Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform sind eine oder mehrere Kathodenaktivmaterialfaser/n um mindestens eine Elektronenleiterfaser und/oder mindestens eine Ionenleiterfaser und/oder mindestens eine weitere Kathodenaktivmaterialfaser, beispielsweise Schwefelfaser, herum gesponnen. Zum Beispiel können eine oder mehrere Kathodenaktivmaterialfaser/n und/oder eine oder mehrere weitere Kathodenaktivmaterialfaser/n, beispielsweise Schwefelfaser/n-, insbesondere eine oder mehrere eine oder mehrere Kathodenaktivmaterialfaser/n, um mindestens eine Elektronenleiterfaser herum gesponnen sein. So kann vorteilhafterweise die elektrische Kontaktierung des Kathodenaktivmaterials verbessert werden. Dabei kann beispielsweise die mindestens eine Elektronenleiterfaser am Anfang und/oder am Ende des Faserbündels herausragen.
  • Im Rahmen einer weiteren, alternativen oder zusätzlichen Ausführungsform sind eine oder mehrere Kathodenaktivmaterialfaser/n und/oder eine oder mehrere weitere Kathodenaktivmaterialfaser/n, beispielsweise Schwefelfaser/n-, insbesondere eine oder mehrere eine oder mehrere Kathodenaktivmaterialfaser/n, um mindestens eine Ionenleiterfaser, beispielsweise um mindestens eine Polymerelektrolytfaser und/oder um mindestens eine Anorganikionenleiterfaser, herum elektrogesponnen. So kann vorteilhafterweise die ionische Kontaktierung des Kathodenaktivmaterials verbessert werden Dabei kann beispielsweise die mindestens eine Ionenleiterfaser am Anfang und/oder am Ende des Faserbündels herausragen.
  • Im Rahmen einer speziellen Ausgestaltung sind um eine oder mehrere (weitere) Kathodenaktivmaterialfaser/n, insbesondere Schwefelfaser/n, herum eine oder mehrere Kathodenaktivmaterialfaser/n und/oder Elektronenleiterfaser/n und/oder Ionenleiterfaser/n, beispielsweise Polymerelektrolytfaser/n und/oder Anorganikionenleiterfaser/n, herum elektrogesponnen. So kann vorteilhafterweise durch die äußeren Fasern – beispielsweise im Fall von elementarem Schwefel als Kathodenaktivmaterial der inneren Faser/n – ein Abdiffundieren von Polysulfiden behindert werden.
  • Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform sind um eine oder mehrere Schwefelfasern herum eine oder mehrere Kathodenaktivmaterialfasern und/oder Elektronenleiterfasern und/oder Ionenleiterfasern gesponnen.
  • Beispielsweise können eine oder mehrere Kathodenaktivmaterialfaser/n und/oder eine oder mehrere weitere Kathodenaktivmaterialfaser/n, insbesondere eine oder mehrere Kathodenaktivmaterialfaser/n, und eine oder mehrere Elektronenleiterfaser/n und/oder eine oder mehrere Ionenleiterfaser/n, beispielsweise Polymerelektrolytfaser/n und/oder Anorganikionenleiterfaser/n, beispielsweise gemeinsam, beispielsweise in einer symmetrischen, gegebenenfalls in einer alternierenden Anordnung, um mindestens eine Elektronenleiterfaser und/oder um mindestens eine Ionenleiterfaser, beispielsweise um mindestens eine Polymerelektrolytfaser und/oder um mindestens eine Anorganikionenleiterfaser, und/oder um mindestens eine weitere Kathodenaktivmaterialfaser, beispielsweise Schwefelfaser, herum gesponnen sein.
  • Um die, insbesondere umspinnenden, Kathodenaktivmaterialfaser/n und/oder weiteren Kathodenaktivmaterialfaser/n und/oder Elektronenleiterfaser/n und/oder Ionenleiterfaser/n, beispielsweise Polymerelektrolytfaser/n und/oder Anorganikionenleiterfaser/n, herum können zum Beispiel eine oder mehrere, gegebenenfalls weitere, Elektronenleiterfaser/n und/oder Ionenleiterfaser/n, beispielsweise Polymerelektrolytfaser/n und/oder Anorganikionenleiterfaser/n, und/oder Kathodenaktivmaterialfaser/n und/oder weiteren Kathodenaktivmaterialfaser/n, insbesondere Elektronenleiterfaser/n und/oder Ionenleiterfaser/n und/oder Polymerfaser/n, gesponnen sein.
  • Beispielsweise kann das Kathodenmaterial mindestens ein erstes Faserbündel und mindestens ein zweites Faserbündel umfassen. Zum Beispiel kann dabei das mindestens eine erste Faserbündel eine oder mehrere Kathodenaktivmaterialfaser/n und/oder eine oder mehrere weitere Kathodenaktivmaterialfaser/n, beispielsweise Schwefelfaser/n, und mindestens eine Ionenleiterfaser umfassen, wobei das mindestens ein zweite Faserbündel eine oder mehrere Kathodenaktivmaterialfaser/n und/oder eine oder mehrere weitere Kathodenaktivmaterialfaser/n, beispielsweise Schwefelfaser/n, und mindestens eine Elektronenleiterfaser umfasst. Insbesondere kann dabei die mindestens eine Ionenleiterfaser des mindestens einen ersten Faserbündels mindestens eine Kathodenaktivmaterialfaser des mindestens einen zweiten Faserbündels und/oder die mindestens eine Elektronenleiterfaser des mindestens einen zweiten Faserbündels mindestens eine Kathodenaktivmaterialfaser des mindestens einen ersten Faserbündels kontaktieren.
  • Die Kathodenaktivmaterialfasern und/oder Elektronenleiterfasern und/oder Ionenleiterfasern, beispielsweise Polymerelektrolytfasern und/oder Anorganikionenleiterfaser, und/oder weiteren Kathodenaktivmaterialfasern, beispielsweise Schwefelfasern, können beispielsweise eine durchschnittliche Faserlänge aufweisen, welche größer als die Erstreckung des Kathodenmaterials in Ionentransportrichtung der Zelle beziehungsweise zwischen Kathodenstromkollektor und Separator ist. Beispielsweise kann die Erstreckung des Kathodenmaterials in Ionentransportrichtung der Zelle, beispielsweise die Schichtdicke des Kathodenmaterials, beziehungsweise die Erstreckung des Kathodenmaterials zwischen Kathodenstromkollektor und Separator in einem Bereich von ≥ 10 µm bis ≤ 300 µm, zum Beispiel von ≥ 50 µm bis ≤ 150 µm, liegen. Zum Beispiel können daher Die Kathodenaktivmaterialfasern und/oder Elektronenleiterfasern und/oder Ionenleiterfasern, beispielsweise Polymerelektrolytfasern und/oder Anorganikionenleiterfaser, und/oder weiteren Kathodenaktivmaterialfasern, beispielsweise Schwefelfasern, eine durchschnittliche Faserlänge von > 300 µm, beispielsweise von ≥ 500 µm, aufweisen. So können vorteilhafterweise lange die Kathode durchziehende elektronen- und/oder ionenleitende Bahnen in der Kathode ausgebildet werden.
  • Beispielsweise können die Kathodenaktivmaterialfasern und/oder Elektronenleiterfasern und/oder Ionenleiterfasern, beispielsweise Polymerelektrolytfasern und/oder Anorganikionenleiterfaser, und/oder weiteren Kathodenaktivmaterialfasern, beispielsweise Schwefelfasern, eine durchschnittliche Faserlänge aufweisen, welche mindestens doppelt so groß, beispielsweise mindestens zehnmal so groß, wie die Erstreckung des Kathodenmaterials in Ionentransportrichtung der Zelle beziehungsweise die Erstreckung des Kathodenmaterials zwischen Kathodenstromkollektor und Separator beziehungsweise die Schichtdicke der Kathodenschicht ist. So kann vorteilhafterweise eine besonders gute Kontaktierung zwischen Fasern und Kathodenstromkollektor erzielt werden.
  • Insbesondere können die Kathodenaktivmaterialfasern und/oder Elektronenleiterfasern und/oder Ionenleiterfasern, beispielsweise Polymerelektrolytfasern und/oder Anorganikionenleiterfaser, und/oder weiteren Kathodenaktivmaterialfasern, beispielsweise Schwefelfasern, eine durchschnittliche Faserlänge im Millimeterbereich, beispielsweise von ≥ 1 mm oder von ≥ 3 mm, oder sogar im Zentimeterbereich, beispielsweise von ≥ 1 cm, gegebenenfalls sogar im Dezimeterbereich, beispielsweise von ≥ 10 cm, aufweisen.
  • Die Kathodenaktivmaterialfasern und/oder Elektronenleiterfasern und/oder Ionenleiterfasern, beispielsweise Polymerelektrolytfasern und/oder Anorganikionenleiterfaser, und/oder weiteren Kathodenaktivmaterialfasern, beispielsweise Schwefelfasern, können beispielsweise einen durchschnittlichen Faserdurchmesser in einem Bereich von ≥ 1 nm bis ≤ 5 µm, insbesondere von ≥ 10 nm bis ≤ 1000 nm, beispielsweise von ≥ 100 nm bis ≤ 500 nm, zum Beispiel von ≥ 150 nm bis ≤ 300 nm, aufweisen.
  • Die Elektronenleiterfasern und/oder Ionenleiterfasern, beispielsweise Polymerelektrolytfasern und/oder Anorganikionenleiterfaser, und/oder weiteren Kathodenaktivmaterialfasern, beispielsweise Schwefelfasern, einen größeren durchschnittlichen Durchmesser als die Kathodenaktivmaterialfasern aufweisen.
  • Das Kathodenmaterial kann weiterhin
    • – mindestens einen, beispielsweise lithiumionenleitenden oder lithiumionenleitfähigen, Polymerelektrolyt, beispielsweise als Kathodenmaterialbinder, und/oder
    • – mindestens einen anorganischer Ionenleiter, insbesondere Lithiumionenleiter, beispielsweise in Form von Ionenleiterpartikeln, und/oder
    • – mindestens einen Elektronenleiter, beispielsweise in Form von Elektronenleiterpartikeln, zum Beispiel elementaren Kohlenstoff, beispielsweise Kohlenstoffnanopartikel und/oder Kohlenstoffnanofasern und/oder Kohlenstoffnanoröhrchen und/oder Graphen und/oder Graphit und/oder Ruß, und/oder mindestens ein Metallsulfid, insbesondere mindestens ein Übergangsmetallsulfid und/oder mindestens ein Metallsulfid mindestens eines Metalls der dritten, vierten und/oder fünften Hauptgruppe, und/oder mindestens eine elektrisch leitende Metallverbindung, insbesondere mindestens ein elektrisch leitendes Metalloxid und/oder mindestens ein elektrisch leitendes Metallcarbid, und/oder
    • – mindestens ein weiteres Kathodenaktivmaterial, beispielsweise mindestens ein Metallsulfid, insbesondere mindestens ein Metallsulfid mindestens eines Metalls der dritten, vierten und/oder fünften Hauptgruppe, und/oder elementaren Schwefel,
    umfassen.
  • Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform umfassen, insbesondere enthalten, die Kathodenaktivmaterialfasern (weiterhin) mindestens ein Metallsulfid, insbesondere mindestens ein Übergangsmetallsulfid und/oder mindestens ein Metallsulfid mindestens eines Metalls der dritten, vierten und/oder fünften Hauptgruppe, und/oder elementaren Schwefel und/oder mindestens eine elektrisch leitende Metallverbindung, beispielsweise mindestens ein elektrisch leitendes Metalloxid und/oder mindestens ein elektrisch leitendes Metallcarbid, und/oder elementaren Kohlenstoff, beispielsweise Kohlenstoffnanopartikel und/oder Kohlenstoffnanofasern und/oder Kohlenstoffnanoröhrchen, und/oder sind damit beschichtet. Insbesondere können die Kathodenaktivmaterialfasern (weiterhin) mindestens ein Metallsulfid, insbesondere mindestens ein Übergangsmetallsulfid, und/oder elementaren Schwefel umfassen, insbesondere enthalten, und/oder damit beschichtet sein. So kann vorteilhafterweise zusätzliche Kapazität bereitgestellt werden.
  • Alternativ oder zusätzlich dazu können die Kathodenaktivmaterialfasern (weiterhin) mindestens ein Metallsulfid, insbesondere mindestens ein Metallsulfid mindestens eines Metalls der dritten, vierten und/oder fünften Hauptgruppe, und/oder mindestens eine elektrisch leitende Metallverbindung, beispielsweise mindestens ein elektrisch leitendes Metalloxid und/oder mindestens ein elektrisch leitendes Metallcarbid, und/oder elementaren Kohlenstoff, beispielsweise Kohlenstoffnanopartikel und/oder Kohlenstoffnanofasern und/oder Kohlenstoffnanoröhrchen, zum Beispiel mindestens ein Metallsulfid, insbesondere mindestens ein Metallsulfid mindestens eines Metalls der dritten, vierten und/oder fünften Hauptgruppe, und/oder mindestens eine elektrisch leitende Metallverbindung, beispielsweise mindestens ein elektrisch leitendes Metalloxid und/oder mindestens ein elektrisch leitendes Metallcarbid, umfassen, insbesondere enthalten, und/oder damit beschichtet sein. So kann vorteilhafterweise die elektrische Leitfähigkeit erhöht werden.
  • Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform umfassen, insbesondere enthalten, die weiteren Kathodenaktivmaterialfasern, insbesondere Schwefelfasern, und/oder die Elektronenleiterfasern mindestens ein Metallsulfid, insbesondere mindestens ein Übergangsmetallsulfid und/oder mindestens ein Metallsulfid mindestens eines Metalls der dritten, vierten und/oder fünften Hauptgruppe, und/oder mindestens eine elektrisch leitende Metallverbindung, beispielsweise mindestens ein elektrisch leitendes Metalloxid und/oder mindestens ein elektrisch leitendes Metallcarbid, und/oder elementaren Kohlenstoff, beispielsweise Kohlenstoffnanopartikel und/oder Kohlenstoffnanofasern und/oder Kohlenstoffnanoröhrchen, und/oder sind mit mindestens einem Metallsulfid, insbesondere mit mindestens einem Übergangsmetallsulfid und/oder mindestens einem Metallsulfid mindestens eines Metalls der dritten, vierten und/oder fünften Hauptgruppe, und/oder mindestens einer elektrisch leitenden Metallverbindung, beispielsweise mindestens einem elektrisch leitenden Metalloxid und/oder mindestens einem elektrisch leitenden Metallcarbid, und/oder elementaren Kohlenstoff, beispielsweise Kohlenstoffnanopartikel und/oder Kohlenstoffnanofasern und/oder Kohlenstoffnanoröhrchen, beschichtet.
  • Insbesondere können die weiteren Kathodenaktivmaterialfasern, insbesondere Schwefelfasern, und/oder die Elektronenleiterfasern mindestens ein Metallsulfid, insbesondere mindestens ein Übergangsmetallsulfid und/oder mindestens ein Metallsulfid mindestens eines Metalls der dritten, vierten und/oder fünften Hauptgruppe, und/oder mindestens eine elektrisch leitende Metallverbindung, beispielsweise mindestens ein elektrisch leitendes Metalloxid und/oder mindestens ein elektrisch leitendes Metallcarbid, umfassen, insbesondere enthalten, und/oder mit mindestens einem Metallsulfid, insbesondere mit mindestens einem Übergangsmetallsulfid und/oder mindestens einem Metallsulfid mindestens eines Metalls der dritten, vierten und/oder fünften Hauptgruppe, und/oder mindestens einer elektrisch leitenden Metallverbindung, beispielsweise mindestens einem elektrisch leitenden Metalloxid und/oder mindestens einem elektrisch leitenden Metallcarbid, beschichtet sein.
  • Das mindestens eine Metallsulfid kann beispielsweise mindestens ein Übergangsmetallsulfid und/oder mindestens ein Metallsulfid mindestens eines Metalls der dritten, vierten und/oder fünften Hauptgruppe, insbesondere des Periodensystems, umfassen oder sein. Das mindestens eine Metallsulfid kann insbesondere, insbesondere im Rahmen der elektrochemischen Reaktion der Zelle, für welche das Kathodenmaterial ausgelegt ist, elektrochemischaktiv sein. Das mindestens eine Metallsulfid kann insbesondere mindestens ein Metall, beispielsweise mindestens ein Übergangsmetall und/oder mindestens ein Metall der dritten, vierten und/oder fünften Hauptgruppe, umfassen. Insbesondere kann das mindestens eine Metallsulfid mindestens ein Metall (Mt), beispielsweise Übergangsmetall und/oder Metall der dritten, vierten und/oder fünften Hauptgruppe, aufweisen, welches (Mt) ein positiveres beziehungsweise höheres, beispielsweise ein um ≥ 1 V positiveres beziehungsweise höheres, Standardelektrodenpotential (Mt0/Mtx+), als das Anodenaktivmaterial beziehungsweise Alkalimetall der Zelle, beispielsweise Lithium, aufweist. Beispielsweise kann das mindestens eine Metallsulfid mindestens ein Metall (Mt), beispielsweise mindestens ein Übergangsmetall und/oder mindestens ein Metall der dritten, vierten und/oder fünften Hauptgruppe, aufweisen, welches (Mt) ein Standardelektrodenpotential (Mt0/Mtx+), insbesondere gegen Standardwasserstoffelektrode (NHE), von ≥ –2 V aufweist. Zum Beispiel kann Niob ein Standardelektrodenpotential (Nb0/Nb3+) von –1,099 V aufweisen und damit verglichen mit dem Standardelektrodenpotential (Li0/Li+) von Lithium von –3,0401 V gegen Standardwasserstoffelektrode (NHE) ein um 1,9411 V positiveres beziehungsweise höheres Potential als eine Lithiumanode aufweisen. Molybdän, zum Beispiel in Form von MoS3 und/oder MoS2, kann zum Beispiel ein bis zu 2,804 V positiveres Potential als eine Lithiumanode aufweisen.
  • Das mindestens eine Metallsulfid kann dabei beispielsweise mindestens ein Sulfid-Anion (S2–) und/oder mindestens ein Disulfid-Anion (S2 2–) und/oder mindestens ein höheres Sulfid und/oder mindestens ein Polysulfidanion und/oder einen überstöchiometrischen Schwefelanteil, beispielsweise nicht direkt mit Metall verbundenen Schwefel und/oder ungebundenen Schwefel und/oder ungeladenen Schwefel und/oder Schwefel der Oxidationszahl null, beispielsweise in dessen Kristallstruktur eingebundenen Schwefel, umfassen.
  • Das mindestens eine Metallsulfid kann beispielsweise zudem ein Halbleiter, beispielsweise wie Kupfer(II)sulfid (CuS), sein.
  • Bei der Entladung der Zelle kann vorteilhafterweise das mindestens eine Metall des mindestens einen Metallsulfids zur elementaren beziehungsweise metallischen Form reduziert werden. Insbesondere kann daher das mindestens eine Kathodenaktivmaterial im geladenen Zustand das mindestens eine Metallsulfid umfassen. Im entladenen Zustand kann das mindestens eine Kathodenaktivmaterial insbesondere das mindestens eine Metall des mindestens einen Metallsulfids in metallischer Form umfassen. Durch die Reduktion des mindestens einen Metallsulfids zu einem Subsulfid und/oder mindestens einem Metall bei der Entladung kann vorteilhafterweise zum einen das mindestens eine Metall des mindestens einen Metallsulfids zur Kapazität des Kathodenmaterials und damit zur Leistungsfähigkeit der Zelle beitragen. Zum anderen kann die gebildete metallische Form des mindestens einen Metalls des mindestens einen Metallsulfids dabei zu einer verbesserten elektrischen Leitfähigkeit des Kathodenmaterials und damit der Leistungsfähigkeit der Zelle beitragen. Im oxidierten Zustand des mindestens einen Metalls des mindestens einen Metallsulfids kann das mindestens eine Metallsulfid gegebenenfalls die elektrische Leitfähigkeit durch halbleitende Eigenschaften erhöhen.
  • Von dem mindestens einen Metallsulfid, insbesondere bei einer Reduktion des mindestens einen Metalls des mindestens einen Metallsulfids, freigegebener Schwefel und gegebenenfalls daraus gebildete Sulfid-Anion/en (S2–) und/oder Polysulfide können dabei mit Anodenmaterialionen beziehungsweise Alkalimetallionen, zum Beispiel Lithiumionen, reagieren und/oder kombinieren und beispielsweise Lithiumsulfid (Li2S), Lithiumdisulfid und/oder Lithiumpolysulfid/e ausbilden, so dass lediglich Sulfide gebildet und Nebenreaktionen vermieden werden können.
  • Zudem kann das mindestens eine Metallsulfid und/oder das mindestens eine Metall des mindestens einen Metallsulfids vorteilhafterweise die elektrochemische Reaktion, beispielsweise beim Entladen und/oder Laden, katalytisch beschleunigen.
  • Insofern das mindestens eine Metallsulfid elektrochemischaktiven Schwefel, insbesondere welcher im Rahmen der elektrochemischen Reaktion der Zelle, für welche das Kathodenmaterial ausgelegt ist, elektrochemischaktiv ist, zum Beispiel mindestens ein Disulfid-Anion (S2 2–) und/oder mindestens ein Polysulfidanion und/oder einen überstöchiometrischen Schwefelanteil, beispielsweise nicht direkt mit Metall verbundenen Schwefel und/oder ungebundenen Schwefel und/oder ungeladenen Schwefel und/oder Schwefel der Oxidationszahl null, beispielsweise in dessen Kristallstruktur eingebundenen Schwefel, umfasst, kann vorteilhafterweise zusätzlich auch der elektrochemischaktive Schwefel des mindestens einen Metallsulfids zur Kapazität des Kathodenmaterials beziehungsweise Zelle beitragen.
  • Beispielsweise kann das mindestens eine Metallsulfid, beispielsweise das mindestens eine Übergangsmetallsulfid und/oder das mindestens eine Metallsulfid mindestens eines Metalls der dritten, vierten und/oder fünften Hauptgruppe, in dem mindestens einen Kathodenaktivmaterial und/oder in dem mindestens einen weiteren Kathodenaktivmaterial und/oder in einem, insbesondere ionisch und/oder elektrisch leitfähigen beziehungsweise leitenden, Polymer, beispielsweise in dem mindestens einen Polymerelektrolyten, und/oder in einem sonstigen Ionenleiter, beispielsweise in dem mindestens einen anorganischen Ionenleiter, enthalten, zum Beispiel eingebunden und/oder eingebettet, sein. Insbesondere kann das mindestens eine Metallsulfid, beispielsweise das mindestens eine Übergangsmetallsulfid und/oder das mindestens eine Metallsulfid mindestens eines Metalls der dritten, vierten und/oder fünften Hauptgruppe, in Kombination mit einem Kathodenaktivmaterial eingesetzt werden.
  • Im Rahmen einer Ausgestaltung ist daher das mindestens eine Metallsulfid, insbesondere das mindestens eine Übergangsmetallsulfid und/oder das mindestens eine Metallsulfid mindestens eines Metalls der dritten, vierten und/oder fünften Hauptgruppe, in dem mindestens einen Kathodenaktivmaterial, insbesondere in dem Schwefel-Kohlenstoff-Komposit, beispielsweise in dem Schwefel-Polymer-Komposit, zum Beispiel in dem Polymer mit, insbesondere kovalent, gebundenem Schwefel, zum Beispiel SPAN, und/oder in dem mindestens einen weiteren Kathodenaktivmaterial enthalten, zum Beispiel eingebunden und/oder eingebettet. So kann vorteilhafterweise eine, insbesondere gemeinsame, elektrochemischaktive Phase mit verbesserter elektrischer Leitfähigkeit und/oder einer katalytisch beschleunigten, elektrochemischen Reaktion, beispielsweise beim Entladen und/oder Laden, erzielt werden.
  • Zum Beispiel kann daher das mindestens eine Kathodenaktivmaterial einen Schwefel-Kohlenstoff-Komposit, beispielsweise einen Schwefel-Polymer-Komposit, zum Beispiel ein Polymer mit, insbesondere kovalent, gebundenem Schwefel, und mindestens ein Metallsulfid, insbesondere das mindestens eine Übergangsmetallsulfid und/oder das mindestens eine Metallsulfid mindestens eines Metalls der dritten, vierten und/oder fünften Hauptgruppe, umfassen. So kann vorteilhafterweise ein Kathodenmaterial bereitgestellt werden, in dem ein Teil des Schwefels in und/oder an dem Schwefel-Kohlenstoff-Komposit, beispielsweise dem Schwefel-Polymer-Komposit, zum Beispiel dem Polymer mit, insbesondere kovalent, gebundenem Schwefel, zum Beispiel SPAN, gebunden und ein anderer Teil des Schwefels in und/oder an dem Metallsulfid gebunden ist.
  • Insbesondere können das mindestens eine Kathodenaktivmaterial, insbesondere der Schwefel-Kohlenstoff-Komposit, beispielsweise der Schwefel-Polymer-Komposit, insbesondere das Polymer mit, insbesondere kovalent, gebundenem Schwefel, zum Beispiel SPAN, und das mindestens eine Metallsulfid, beispielsweise das mindestens eine Übergangsmetallsulfid und/oder das mindestens eine Metallsulfid mindestens eines Metalls der dritten, vierten und/oder fünften Hauptgruppe, insbesondere das mindestens eine Übergangsmetallsulfid, eine (gemeinsame) elektrochemischaktive Phase bilden. Der mindestens eine Polymerelektrolyt und/oder der mindestens eine anorganische Ionenleiter können dabei eine ionenleitende Phase bilden, beispielsweise welche neben der elektrochemischaktiven Phase vorliegen kann.
  • Im Rahmen einer Ausgestaltung sind das mindestens eine Kathodenaktivmaterial, insbesondere der Schwefel-Kohlenstoff-Komposit, zum Beispiel der Schwefel-Polymer-Komposit, beispielsweise das Polymer mit, insbesondere kovalent, gebundenem Schwefel, zum Beispiel SPAN, mit dem mindestens einen Metallsulfid, insbesondere dem mindestens einen Übergangsmetallsulfid und/oder dem mindestens einen Metallsulfid mindestens eines Metalls der dritten, vierten und/oder fünften Hauptgruppe, durchwirkt und/oder gemischt. Zum Beispiel können dabei das mindestens eine Kathodenaktivmaterial, insbesondere der Schwefel-Kohlenstoff-Komposit, beispielsweise der Schwefel-Polymer-Komposit, beispielsweise das Polymer mit, insbesondere kovalent, gebundenem Schwefel, und das mindestens eine Metallsulfid, beispielsweise das mindestens eine Übergangsmetallsulfid und/oder das mindestens eine Metallsulfid mindestens eines Metalls der dritten, vierten und/oder fünften Hauptgruppe, gleichmäßig verteilt vorliegen. Dabei können vorteilhafterweise sowohl der Schwefel-Kohlenstoff-Komposit, beispielsweise der Schwefel-Polymer-Komposit, insbesondere das Polymer mit, insbesondere kovalent, gebundenem Schwefel, zum Beispiel SPAN, als auch das darin enthaltene mindestens eine Metallsulfid, insbesondere Übergangsmetallsulfid, gleichermaßen den mindestens einen Polymerelektrolyten und/oder den mindestens einen anorganischen Ionenleiter an dessen Grenzfläche berühren.
  • Im Rahmen einer anderen alternativen oder zusätzlichen Ausgestaltung ist das mindestens eine Kathodenaktivmaterial, insbesondere der Schwefel-Kohlenstoff-Komposit, beispielsweise der Schwefel-Polymer-Komposit, zum Beispiel das Polymer mit, insbesondere kovalent, gebundenem Schwefel, beispielsweise SPAN, von dem mindestens einen Metallsulfid, beispielsweise dem mindestens einen Übergangsmetallsulfid und/oder dem mindestens einen Metallsulfid mindestens eines Metalls der dritten, vierten und/oder fünften Hauptgruppe, umgeben. Beispielsweise kann das mindestens eine Kathodenaktivmaterial, insbesondere der Schwefel-Kohlenstoff-Komposit, beispielsweise der Schwefel-Polymer-Komposit, zum Beispiel das Polymer mit, insbesondere kovalent, gebundenem Schwefel, beispielsweise SPAN, mit dem mindestens einen Metallsulfid, beispielsweise dem mindestens einen Übergangsmetallsulfid und/oder dem mindestens einen Metallsulfid mindestens eines Metalls der dritten, vierten und/oder fünften Hauptgruppe, beschichtet. So kann vorteilhafterweise die Oberflächenleitfähigkeit verbessert und gegebenenfalls einem Abdiffundieren von Polysulfiden entgegengewirkt werden.
  • Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung macht das mindestens eine Metallsulfid, beispielsweise das mindestens eine Übergangsmetallsulfid und/oder das mindestens eine Metallsulfid mindestens eines Metalls der dritten, vierten und/oder fünften Hauptgruppe (in Summe), ≥ 5 Gew.-% bis ≤ 90 Gew.-%, zum Beispiel ≥ 25 Gew.-% bis ≤ 50 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des mindestens einen Kathodenaktivmaterials, insbesondere Schwefel-Kohlenstoff-Komposits, beispielsweise Schwefel-Polymer-Komposits, zum Beispiel des Polymers mit, insbesondere kovalent, gebundenem Schwefel, und des mindestens einen Metallsulfids, beispielsweise des mindestens einen Übergangsmetallsulfids und/oder des mindestens einen Metallsulfids mindestens eines Metalls der dritten, vierten und/oder fünften Hauptgruppe, in Summe aus.
  • Zum Beispiel kann das mindestens eine Metallsulfid, beispielsweise das mindestens eine Übergangsmetallsulfid und/oder das mindestens eine Metallsulfid mindestens eines Metalls der dritten, vierten und/oder fünften Hauptgruppe, insbesondere das mindestens eine Übergangsmetallsulfid, ein einfaches Metallsulfid, wie Eisen(II)sulfid (FeS) und/oder Kuper(II)fsulfid (CuS), beispielsweise mit einem Schwefelatom pro Metallatom, zum Beispiel in dem alle Bindungen des Schwefels an das Metallatom gehen, und/oder ein Metallsulfid mit einer komplexeren Struktur, beispielsweise in dem pro Metallatom mehr als ein Schwefelatom gebunden ist, zum Beispiel Kupferdisulfid (CuS2) und/oder Patronit (VS4, V4+(S2 2–)2), und bei dem gegebenenfalls der Schwefel zum Teil nicht direkt mit dem Metall verbunden, sondern beispielsweise in der Kristallstruktur eingelagert, sein kann, zum Beispiel ein Metallsulfid mit einem überstöchiometrischen Schwefelanteil, und/oder in dem mehr Metallatome als Schwefelatome enthalten sind, zum Beispiel Kupfer(I)sulfid (Cu2S) und/oder ein Metallsulfid mit einem überstöchiometrischen Metallanteil, wie Ni9S8 und/oder Ni3S2, umfassen oder sein.
  • Im Rahmen einer Ausgestaltung umfasst das mindestens eine Metallsulfid, beispielsweise das mindestens eine Übergangsmetallsulfid und/oder das mindestens eine Metallsulfid mindestens eines Metalls der dritten, vierten und/oder fünften Hauptgruppe, insbesondere das mindestens eine Übergangsmetallsulfid, elektrochemischaktiven Schwefel, insbesondere welcher im Rahmen der elektrochemischen Reaktion der Zelle, für welche das Kathodenmaterial ausgelegt ist, elektrochemischaktiv ist. Beispielsweise kann dabei das mindestens eine Metallsulfid, beispielsweise das mindestens eine Übergangsmetallsulfid und/oder das mindestens eine Metallsulfid mindestens eines Metalls der dritten, vierten und/oder fünften Hauptgruppe, insbesondere das mindestens eine Übergangsmetallsulfid, mindestens ein Disulfid-Anion und/oder mindestens ein Polysulfidanion und/oder einen überstöchiometrischen Schwefelanteil, zum Beispiel mit nicht direkt mit Metall verbundenem Schwefel und/oder ungebundenem Schwefel und/oder ungeladenem Schwefel und/oder Schwefel der Oxidationszahl null, beispielsweise mit in dessen Kristallstruktur eingebundenem Schwefel, aufweisen. So kann vorteilhafterweise zusätzlich auch der elektrochemischaktive Schwefel des mindestens einen Metallsulfids zur Kapazität des Kathodenmaterials beziehungsweise Zelle beitragen.
  • Im Rahmen einer alternativen oder zusätzlichen Ausgestaltung weist das mindestens eine Metallsulfid, beispielsweise das mindestens eine Übergangsmetallsulfid und/oder das mindestens eine Metallsulfid mindestens eines Metalls der dritten, vierten und/oder fünften Hauptgruppe, insbesondere das mindestens eine Übergangsmetallsulfid, mehr als ein Schwefelatom pro Metallatom auf. Zum Beispiel kann das mindestens eine Metallsulfid, beispielsweise das mindestens eine Übergangsmetallsulfid und/oder das mindestens eine Metallsulfid mindestens eines Metalls der dritten, vierten und/oder fünften Hauptgruppe, insbesondere das mindestens eine Übergangsmetallsulfid, ein Metalldisulfid und/oder ein höheres Metallsulfid, beispielsweise ein Metalltrisulfid und/oder ein Metalltetrasulfid und/oder ein Metallpentasulfid, und/oder ein Metallsulfid mit einem überstöchiometrischen Schwefelanteil, beispielsweise mit in dessen Kristallstruktur eingebundenem Schwefel, umfassen oder sein. So kann vorteilhafterweise durch das mindestens eine Metallsulfid zusätzlicher Schwefel für die elektrochemische Reaktion und/oder zur Katalyse zur Verfügung gestellt werden.
  • Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung weist das mindestens eine Metallsulfid, beispielsweise das mindestens eine Übergangsmetallsulfid und/oder das mindestens eine Metallsulfid mindestens eines Metalls der dritten, vierten und/oder fünften Hauptgruppe, mehr als ein Metallatom pro Schwefelatom und/oder einen überstöchiometrischen Metallanteil auf. So kann vorteilhafterweise eine höhere elektrische Leitfähigkeit und/oder eine katalytische Beschleunigung erzielt werden.
  • Im Rahmen einer Ausgestaltung umfasst oder ist das mindestens eine Metallsulfid mindestens ein Übergangsmetallsulfid. Insbesondere kann das mindestens eine Übergangsmetallsulfid ein Übergangsmetallsulfid mit elektrochemischaktivem Schwefel und/oder ein Übergangsmetallsulfid mit mehr als einem Schwefelatom pro Metallatom und/oder ein Übergangsmetallsulfid mit mehr als einem Metallatom pro Schwefelatom und/oder ein Übergangsmetallsulfid mit einem überstöchiometrischen Metallanteil umfassen oder sein. Durch Übergangsmetallsulfide kann daher vorteilhafterweise insbesondere die Kapazität des Kathodenmaterials beziehungsweise der Zelle durch elektrochemischaktivem Schwefel erhöht und/oder zusätzlicher Schwefel für die elektrochemische Reaktion und/oder zur Katalyse bereitgestellt und/oder die elektrische Leitfähigkeit erhöht werden.
  • Im Rahmen einer anderen Ausgestaltung umfasst oder ist das mindestens eine Metallsulfid mindestens ein Metallsulfid mindestens eines Metalls der dritten, vierten und/oder fünften Hauptgruppe. Das mindestens eine Metallsulfid mindestens eines Metalls der dritten, vierten und/oder fünften Hauptgruppe kann insbesondere ein Metallsulfid mindestens eines Metalls der dritten, vierten und/oder fünften Hauptgruppe mit mehr als einem Schwefelatom pro Metallatom und/oder ein Metallsulfid mindestens eines Metalls der dritten, vierten und/oder fünften Hauptgruppe mit mehr als einem Metallatom pro Schwefelatom und/oder ein Metallsulfid mindestens eines Metalls der dritten, vierten und/oder fünften Hauptgruppe mit einem überstöchiometrischen Metallanteil umfassen oder sein. Durch Metallsulfide der dritten, vierten und/oder fünften Hauptgruppe kann daher vorteilhafterweise insbesondere die elektrische Leitfähigkeit erhöht und/oder eine katalytische Beschleunigung erzielt werden.
  • Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung umfasst oder ist das mindestens eine Metallsulfid mindestens ein Übergangsmetallsulfid und mindestens ein Metallsulfid mindestens eines Metalls der dritten, vierten und/oder fünften Hauptgruppe.
  • Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung umfasst oder ist das mindestens eine Metallsulfid beziehungsweise Übergangsmetallsulfid, ein Sulfid von Eisen, Kupfer, Cobalt, Nickel, Vanadium, Niob, Tantal, Chrom, Molybdän, Wolfram, Zink, Mangan und/oder Titan.
  • Im Rahmen einer Ausgestaltung umfasst oder ist das mindestens eine Metallsulfid, beispielsweise Übergangsmetallsulfid, (mindestens) ein Eisensulfid. Beispielsweise kann das mindestens eine Metallsulfid Eisendisulfid beziehungsweise, beispielsweise das Mineral, Pyrit und/oder Marcasit (FeS2), insbesondere mit der Valenzformel: Fe2+S2 2–, und/oder Eisen(II)sulfid (FeS) umfassen oder sein.
  • Im Rahmen einer alternativen oder zusätzlichen Ausgestaltung umfasst oder ist das mindestens eine Metallsulfid, beispielsweise Übergangsmetallsulfid, (mindestens) ein Kupfersulfid. Beispielsweise kann das mindestens eine Metallsulfid Kupferdisulfid (CuS2) und/oder ein, insbesondere unstöchiometrisches, Kupfersulfid, insbesondere mit einem überstöchiometrischen Metallanteil, beispielsweise Cu9S8 und/oder Cu7S4, und/oder Kupfer(II)sulfid (CuS) und/oder Kupfer(I)sulfid (Cu2S) umfassen oder sein.
  • Im Rahmen einer alternativen oder zusätzlichen Ausgestaltung umfasst oder ist das mindestens eine Metallsulfid, beispielsweise Übergangsmetallsulfid, (mindestens) ein Cobaltsulfid. Beispielsweise kann das mindestens eine Metallsulfid Cobaltdisulfid beziehungsweise, beispielsweise das Mineral, Cattierit (CoS2), insbesondere mit der Valenzformel: Co2+S2 2–, und/oder ein, insbesondere unstöchiometrisches, Cobaltsulfid, insbesondere mit einem überstöchiometrischen Schwefelanteil, beispielsweise Co3S4, und/oder mit einem überstöchiometrischen Metallanteil, beispielsweise Co9S8, und/oder Cobaltmonosulfid (CoS) umfassen oder sein.
  • Im Rahmen einer alternativen oder zusätzlichen Ausgestaltung umfasst oder ist das mindestens eine Metallsulfid, beispielsweise Übergangsmetallsulfid, (mindestens) ein Nickelsulfid. Beispielsweise kann das mindestens eine Metallsulfid Nickeldisulfid beziehungsweise, beispielsweise das Mineral, Vesit (NiS2) und/oder ein, insbesondere unstöchiometrisches, Nickelsulfid, insbesondere mit einem überstöchiometrischen Metallanteil, beispielsweise Ni9S8 und/oder Ni3S2, und/oder Nickel(II)sulfid (NiS) umfassen oder sein.
  • Im Rahmen einer alternativen oder zusätzlichen Ausgestaltung umfasst oder ist das mindestens eine Metallsulfid, beispielsweise Übergangsmetallsulfid, (mindestens) ein Vanadiumsulfid. Beispielsweise kann das mindestens eine Metallsulfid Vanadiumdisulfid (VS2)) und/oder ein höheres Vanadiumsulfid, beispielsweise Vanadiumtrisulfid (VS3) und/oder Vanadiumtetrasulfid beziehungsweise, beispielsweise das Mineral, Patronit (VS4), zum Beispiel mit der Valenzformel: V4+(S2 2–)2, beispielsweise mit einem vierwertig positivem Vanadium und zwei doppelt negativ geladenen S2 2–-Ionen, und/oder Vanadiummonosulfid (VS) und/oder Vanadium(III)sulfid (V2S3) und/oder Vanadium(IV)sulfid (VS2) und/oder Vanadium(V)sulfid (V2S5) umfassen oder sein.
  • Im Rahmen einer alternativen oder zusätzlichen Ausgestaltung umfasst oder ist das mindestens eine Metallsulfid, beispielsweise Übergangsmetallsulfid, (mindestens) ein Niobsulfid. Beispielsweise kann das mindestens eine Metallsulfid Niobdisulfid (NbS2) und/oder ein höheres Niobsulfid, beispielsweise Niobtrisulfid (NbS3) und/oder Niobtetrasulfid (NbS4) und/oder Niobpentasulfid (NbS5), und/oder Niob(III)sulfid (Nb2S3) und/oder Niob(V)sulfid (Nb2S5) umfassen oder sein.
  • Im Rahmen einer alternativen oder zusätzlichen Ausgestaltung umfasst oder ist das mindestens eine Metallsulfid, beispielsweise Übergangsmetallsulfid, (mindestens) ein Tantalsulfid. Beispielsweise kann das mindestens eine Metallsulfid Tantaldisulfid (TaS2) und/oder ein höheres Tantalsulfid, beispielsweise Tantaltrisulfid (TaS3) und/oder Tantaltetrasulfid (TaS4) und/oder Tantalpentasulfid (TaS5), und/oder Tantal(III)sulfid (Ta2S3) und/oder Tantal(V)sulfid (Ta2S5) umfassen oder sein.
  • Im Rahmen einer alternativen oder zusätzlichen Ausgestaltung umfasst oder ist das mindestens eine Metallsulfid, beispielsweise Übergangsmetallsulfid, (mindestens) ein Chromsulfid. Beispielsweise kann das mindestens eine Metallsulfid Chromtrisulfid (CrS3), und/oder Chrom(III)sulfid (Cr2S3) umfassen oder sein.
  • Im Rahmen einer alternativen oder zusätzlichen Ausgestaltung umfasst oder ist das mindestens eine Metallsulfid, beispielsweise Übergangsmetallsulfid, (mindestens) ein Molybdänsulfid. Beispielsweise kann das mindestens eine Metallsulfid Molybdändiulfid (MoS2) und/oder ein höheres Molybdänsulfid, beispielsweise Molybdäntrisulfid (MoS3) und/oder Molybdäntetrasulfid (MoS4), umfassen oder sein.
  • Im Rahmen einer alternativen oder zusätzlichen Ausgestaltung umfasst oder ist das mindestens eine Metallsulfid, beispielsweise Übergangsmetallsulfid, (mindestens) ein Wolframsulfid. Beispielsweise kann das mindestens eine Metallsulfid Wolframdisulfid (WS2) und/oder ein höheres Wolframsulfid, beispielsweise Wolframpentasulfid (WS5) und/oder Wolframtetrasulfid (WS5) und/oder Wolframtrisulfid (WS3), umfassen oder sein.
  • Im Rahmen einer alternativen oder zusätzlichen Ausgestaltung umfasst oder ist das mindestens eine Metallsulfid, beispielsweise Übergangsmetallsulfid, (mindestens) ein Zinksulfid. Beispielsweise kann das mindestens eine Metallsulfid Zink(II)sulfid (ZnS) umfassen oder sein.
  • Im Rahmen einer alternativen oder zusätzlichen Ausgestaltung umfasst oder ist das mindestens eine Metallsulfid, beispielsweise Übergangsmetallsulfid, (mindestens) ein Mangansulfid. Beispielsweise kann das mindestens eine Metallsulfid Mangan(II)sulfid (MnS) und/oder Mangan(III)sulfid (Mn2S3) umfassen oder sein.
  • Im Rahmen einer alternativen oder zusätzlichen Ausgestaltung umfasst oder ist das mindestens eine Metallsulfid, beispielsweise Übergangsmetallsulfid, (mindestens) ein Titansulfid. Beispielsweise kann das mindestens eine Metallsulfid Titan(IV)sulfid (TiS2) umfassen oder sein.
  • Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung umfasst oder ist das mindestens eine Metallsulfid, beispielsweise Übergangsmetallsulfid, ein Metallmischsulfid. Beispielsweise kann dabei das Metallmischsulfid mindestens zwei Metalle ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Titan, Vanadium, Chrom, Mangan, Eisen, Cobalt, Nickel, Kupfer, Zink, Niob, Tantal, Molybdän und Wolfram, umfassen.
  • Zum Beispiel kann das mindestens eine Metallsulfid ein Metallmischsulfid der allgemeinen chemischen Formel: AB3S6 und/oder A2BS4 und/oder A4B6S8, wobei A für Nickel (Ni) und/oder Kupfer (Cu) und/oder Eisen (Fe) und/oder Mangan (Mn) und/oder Cobalt (Co) und B für Vanadium (V) und/oder Niob (Nb) und/oder Tantal (Ta) und/oder Molybdän (Mo) und/oder Wolfram (W) steht. Beispielsweise kann das mindestens eine Metallsulfid ein Metallmischsulfid der allgemeinen chemischen Formel: AB3S6, wobei A für Nickel (Ni) und/oder Kupfer (Cu) und/oder Eisen (Fe) und/oder Mangan (Mn) und/oder Cobalt (Co) und B für Vanadium (V) und/oder Niob (Nb) und/oder Tantal (Ta) steht, zum Beispiel NiNb3S6, und/oder ein Metallmischsulfid der allgemeinen chemischen Formel: A2BS4 und/oder A4B6S8, wobei A für Kupfer (Cu) und/oder Nickel (Ni) und/oder Eisen (Fe) und B für Molybdän (Mo) und/oder Wolfram (W) steht, zum Beispiel Cu2MoS4 und/oder Cu4Mo6S8, umfassen oder sein.
  • Zum Beispiel kann das mindestens eine Metallsulfid, beispielsweise Übergangsmetallsulfid, ausgewählt sein aus der Gruppe bestehend aus FeS, FeS2, CuS, Cu2S, CuS2, Cu9S8, Cu7S4, CoS, CoS2, Co3S4, Co9S8, NiS, NiS2, Ni9S8, Ni3S2, VS, VS2, V2S3, V2S5, VS4, NbS2, NbS3, NbS4, NbS5, Nb2S3, Nb2S5, TaS2, TaS3, TaS4, TaS5, Ta2S3, Ta2S5, Cr2S3, CrS3, MoS2, MoS3, MoS4, WS2, WS3, WS4, WS5, MnS, Mn2S3, TiS2, NiNb3S6, Cu2MoS4 und/oder Cu4Mo6S8.
  • Insbesondere kann das mindestens eine Metallsulfid ausgewählt sein aus der Gruppe bestehend aus FeS2, CuS2, CoS2, Co3S4, NiS2, VS2, VS4, NbS2, NbS3, NbS4, NbS5, TaS2, TaS3, TaS4, TaS5, CrS3, MoS2, MoS3, MoS4, WS2, WS3, WS4, WS5.
  • Zum Beispiel kann das mindestens eine Metallsulfid, insbesondere Übergangsmetallsulfid, ein Sulfid von Eisen, beispielsweise Eisen(II)sulfid (FeS) und/oder Eisendisulfid (FeS2) und/oder Kupfer, beispielsweise Kupfer(II)sulfid (CuS) und/oder Kupferdisulfid (CuS2), und/oder Chrom, beispielsweise Chrom(III)sulfid (Cr2S3), und/oder Vanadium, beispielsweise Vanadium(III)sulfid (V2S3) und/oder Vanadium(V)sulfid (V2S5) und/oder Patronit (VS4), und/oder Molybdän, beispielsweise Molybdändisulfid (MoS2) und/oder Molybdän(VI)sulfid (MoS3) umfassen oder sein.
  • Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung umfasst oder ist das mindestens eine Metallsulfid beziehungsweise Metallsulfid der dritten, vierten und/oder fünften Hauptgruppe ein Sulfid von Indium, Gallium, Aluminium, Zinn, Germanium, Antimon und/oder Bismut. Insbesondere kann das mindestens eine Metallsulfid beziehungsweise Metallsulfid der dritten, vierten und/oder fünften Hauptgruppe ein Sulfid von Indium und/oder Zinn und/oder Antimon umfassen oder sein.
  • Die mindestens eine elektrisch leitende Metallverbindung kann beispielsweise mindestens ein elektrisch leitendes Metalloxid und/oder mindestens ein elektrisch leitendes Metallcarbid umfassen oder sein. Zum Beispiel kann das mindestens eine elektrisch leitende Metalloxid ein, insbesondere dotiertes, Oxid von Zinn und/oder Indium und/oder Tantal und/oder Niob, beispielsweise zinndotiertes Indiumoxid und/oder mit Tantal, Niob und/oder mit Fluor dotiertes Zinnoxid, umfassen oder sein. Das mindestens eine mindestens eine elektrisch leitende Metallcarbid kann beispielsweise ein Carbid von Titant, beispielsweise Titantcarbid (TiC), umfassen oder sein.
  • Der mindestens eine anorganische Ionenleiter kann insbesondere ein kristalliner Ionenleiter sein.
  • Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform umfasst oder ist der mindestens eine anorganische Ionenleiter einen sulfidischen Ionenleiter, insbesondere einen Lithium-Argyrodit und/oder ein sulfidisches Glas, und/oder einen Ionenleiter, insbesondere ein Lithiumionenleiter, mit granatartiger Struktur, beispielsweise ein Lithium-Titanat und/oder Lithium-Zirkonat, zum Beispiel Lithium-Lanthan-Zirkonium-Granat, und/oder einen Ionenleiter, insbesondere Lithiumionenleiter, des LISICON-Typs und/oder des NASICON-Typs und/oder Lithiumphosphoroxinitrid (LIPON).
  • Unter einem Ionenleiter mit einer granatartigen Kristallstruktur kann insbesondere ein Ionenleiter verstanden werden, dessen Kristallstruktur ableitbar von der allgemeinen Granatformel ist. Die allgemeine Granatformel kann beispielsweise A3B2[QO4]3 lauten, wobei A, B und Q für unterschiedliche Positionen im Kristallgitter stehen und von einem oder mehreren verschiedenen Ionen beziehungsweise Elementen, besetzt sein können. Zum Beispiel kann dabei A für die dodekaedrische Position, B für die oktaedrische Position und Q für die tetraedrische Position stehen.
  • Ein Ionenleiter des LISICON-Typs (LISICON; Englisch: Lithium Superionic Conductor) und/oder NASICON-Typs kann beispielsweise ein von der allgemeinen Formel: Li4-xM1-xM’xS4 (thio-LISICON-Typ), wobei M für Si und/oder Ge und/oder P und M’ für P und/oder Al und/oder Zn und/oder Ga und/oder Sb steht, zum Beispiel Li4-xGe1-xPxS4 und/oder Li4-xSi1-xPxS4 mit 0,5 ≤ x ≤ 0,85, beispielsweise mit x = 0,75, und/oder der allgemeinen chemischen Formel: AB2(PO4)3, wobei A für Li und/oder Na und B für Ti und/oder Al und/oder Zr und/oder Ge und/oder Hf steht, beispielsweise Lithium-Aluminium-Titan-Phosphat (LATP), zum Beispiel Li1+xAlxTi2-x(PO4)3, ableitbarer Ionenleiter sein.
  • Beispielsweise kann der mindestens eine anorganische Ionenleiter einen sulfidischen Ionenleiter, insbesondere für Lithiumionen, umfassen beziehungsweise sein. Sulfidische Ionenleiter können vorteilhafterweise eine hohe Transferzahl und Leitfähigkeit sowie geringe Kontaktübergangswiderstände aufweisen. Daher kann durch sulfidische Ionenleiter vorteilhafterweise die ionische Kontaktierung des schwefelhaltigen Kathodenaktivmaterials verbessert und eine geringe Polarisationsüberspannung erzielt werden. Durch die hohen Transferzahlen können dabei zudem vorteilhafterweise – insbesondere im Fall hoher Flächenstromdichten beim Laden/Entladen – geringe Polarisationsspannungen und damit eine hohe Leistungsfähigkeit einer damit ausgestatten Zelle erzielt werden. Darüber hinaus lösen sulfidische Ionenleiter vorteilhafterweise nahezu keinen Schwefel und nahezu keine Polysulfide. Dies hat wiederum den Vorteil, dass bei einer Entladung (Reduktion) einer Zelle entstehende (Poly-)Sulfide Sx 2–, welche gegebenenfalls ansonsten zur Anode, beispielsweise Lithiumanode, wandern und dort reduziert und damit der elektrochemischen Reaktion entzogen werden könnten, was auch als Shuttle-Mechanismus bezeichnet wird, besser in der Kathode zurück gehalten und auf diese Weise die Schwefelausnutzung und Zyklenstabilität verbessert werden kann.
  • Zudem können schwefelhaltige Kathodenmaterialien vorteilhafterweise mit sulfidischen Ionenleitern chemisch kompatibel sein, wodurch eine Degradation des Kathodenmaterials minimiert und auf diese Weise die Lebensdauer der Zelle verlängert werden kann. Zudem können sulfidische Ionenleiter vorteilhafterweise auf einfache Weise hergestellt werden.
  • Sulfidische Ionenleiter können in Kombination mit einem Schwefel-Polymer-Komposit mit, beispielsweise kovalent und/oder ionisch, insbesondere kovalent, gebundenem Schwefel besonders vorteilhaft verwendet werden, da sie nahezu keine Schwefel- und Polysulfidlöslichkeit aufweisen und auf diese Weise einem in Lösung gehen und Wegdiffundieren von Schwefel und Polysulfiden von dem Polymer des Komposits, welches gegebenenfalls im Fall von niedermolekularen Ether-Verbindungen und/oder herkömmlichen kurzkettigen Polyethern, wie reinem Polyethylenoxid, auftreten könnte, entgegengewirkt werden kann.
  • Der mindestes eine sulfidische Ionenleiter kann beispielsweise auf der allgemeinen chemischen Formel: (Li2S)x:(P2S5)y:Dz basieren, wobei Dz für eines oder mehrere Additive, beispielsweise LiCl und/oder LiBr und/oder LiI und/oder LiF und/oder Li2Se und/oder Li2O und/oder P2Se5 und/oder P2O5 und/oder Li3PO4 und/oder eines oder mehrere Sulfide von Germanium, Bor, Aluminium, Molybdän, Wolfram, Silizium, Arsen und/oder Niob, insbesondere Germanium, stehen. x, y und z können dabei insbesondere für Komponentenverhältnisse stehen. Sulfidische Ionenleiter können beispielsweise aus den Einzelkomponenten Li2S und P2S5 sowie gegebenenfalls D synthetisiert werden. Dabei kann die Synthese gegebenenfalls unter Schutzgas durchgeführt werden.
  • Im Rahmen einer Ausgestaltung umfasst beziehungsweise ist der mindestes eine sulfidische Ionenleiter einen Lithium-Argyroditen und/oder ein sulfidisches Glas. Diese Ionenleiter haben sich als besonders vorteilhaft erwiesen, da sie eine hohe Ionenleitfähigkeit und geringe Kontaktübergangswiderstände an den Korngrenzen innerhalb des Materials sowie zu weiteren Komponenten, zum Beispiel dem Kathodenaktivmaterial, aufweisen können. So kann vorteilhafterweise die Langzeitstabilität und Performance einer mit dem Kathodenmaterial ausgestatteten Zelle weiter verbessert werden.
  • Unter Lithium-Argyroditen können insbesondere Verbindungen verstanden werden, welche sich von dem Mineral Argyrodit der allgemeinen chemischen Formel: Ag8GeS6 ableiten, wobei Silber (Ag) durch Lithium (Li) ersetzt ist und wobei insbesondere auch Germanium (Ge) und/oder Schwefel (S) durch andere Elemente, zum Beispiel der III., IV., V., VI. und/oder VII. Hauptgruppe, ersetzt sein können.
  • Beispiele für Lithium-Argyrodite sind:
    • – Verbindungen der allgemeinen chemischen Formel: Li7PCh6 wobei Ch für Schwefel (S) und/oder Sauerstoff (O) und/oder Selen (Se), beispielsweise Schwefel (S) und/oder Selen (Se), insbesondere Schwefel (S)
    • – Verbindungen der allgemeinen chemischen Formel: Li6PCh5X wobei Ch für Schwefel (S) und/oder Sauerstoff (O) und/oder Selen (Se), beispielsweise Schwefel (S) und/oder Sauerstoff (O), insbesondere Schwefel (S), und X für Chlor (Cl) und/oder Brom (Br) und/oder Iod (I) und/oder Fluor (F), beispielsweise X für Chlor (Cl) und/oder Brom (Br) und/oder Iod (I), steht,
    • – Verbindungen der allgemeinen chemischen Formel: Li7-δBCh6-δXδ wobei Ch für Schwefel (S) und/oder Sauerstoff (O) und/oder Selen (Se), beispielsweise Schwefel (S) und/oder Selen (Se), insbesondere Schwefel (S), B für Phosphor (P) und/oder Arsen (As), X für Chlor (Cl) und/oder Brom (Br) und/oder Iod (I) und/oder Fluor (F), beispielsweise X für Chlor (Cl) und/oder Brom (Br) und/oder Iod (I), steht und 0 ≤ δ ≤ 1.
  • Zum Beispiel kann der mindestes eine sulfidische Ionenleiter mindestens einen Lithium-Argyroditen der chemischen Formel: Li7PS6, Li7PSe6, Li6PS5Cl, Li6PS5Br, Li6PS5I, Li7-δPS6-δClδ, Li7-δPS6-δBrδ, Li7-δPS6-δIδ, Li7-δPSe6-δClδ, Li7-δPSe6-δBrδ, Li7-δPSe6-δIδ, Li7-δAsS6-δBrδ, Li7-δAsS6-δIδ, Li6AsS5I, Li6AsSe5I, Li6PO5Cl, Li6PO5Br und/oder Li6PO5I umfassen. Lithium-Argyrodite werden beispielsweise in den Druckschriften: Angew. Chem. Int. Ed., 2008, 47, 755–758; Z. Anorg. Allg. Chem., 2010, 636, 1920–1924; Chem. Eur. J., 2010, 16, 2198–2206; Chem. Eur. J., 2010, 16, 5138–5147; Chem. Eur. J., 2010, 16, 8347–8354; Solid State Ionics, 2012, 221, 1–5; Z. Anorg. Allg. Chem., 2011, 637, 1287–1294; und Solid State Ionics, 2013, 243, 45–48 beschrieben.
  • Insbesondere kann der Lithium-Argyrodit ein sulfidischer Lithium-Argyrodit, zum Beispiel bei dem Ch für Schwefel (S) steht, sein.
  • Lithium-Argyrodite können insbesondere durch einen mechanisch-chemischen Reaktionsprozess hergestellt werden, zum Beispiel wobei Ausgangsstoffe, wie Lithiumhalogenide, beispielsweise LiCl, LiBr und/oder LiI, und/oder Lithiumchalkogenide, beispielsweise Li2S und/oder Li2Se und/oder Li2O, und/oder Chalkogenide der V. Hauptgruppe, beispielsweise P2S5, P2Se5, Li3PO4, insbesondere in stöchiometrischen Mengen, miteinander vermahlen werden. Dies kann beispielsweise in einer Kugelmühle, insbesondere einer Hochenergiekugelmühle, zum Beispiel mit einer Umdrehungszahl von 600 rpm, erfolgen. Insbesondere kann das Mahlen unter Schutzgasatmosphäre erfolgen.
  • Zum Beispiel kann der mindestes eine sulfidische Ionenleiter mindestens ein sulfidisches Glas der chemischen Formel: Li10GeP2S12, Li2S-(GeS2)-P2S5 und/oder Li2S-P2S5 umfassen. Beispielsweise kann der mindestes eine sulfidische Ionenleiter ein germaniumhaltiges, sulfidisches Glas, zum Beispiel Li10GeP2S12 und/oder Li2S-(GeS2)-P2S5, insbesondere Li10GeP2S12, umfassen. Germaniumhaltige sulfidische Lithiumionenleiter können vorteilhafterweise eine hohe Lithiumionenleitfähigkeit und chemische Stabilität aufweisen.
  • Im Rahmen einer speziellen Ausgestaltung dieser Ausführungsform umfasst beziehungsweise ist der mindestes eine sulfidische Ionenleiter ein Lithium-Argyrodit. Lithium-Argyrodite zeichnen sich vorteilhafterweise durch besonders geringe Kontaktübergangswiderstände an den Korngrenzen innerhalb des Materials sowie zu weiteren Komponenten, beispielsweise dem Kathodenaktivmaterial, aus. So kann vorteilhafterweise eine besonders gute Ionenleitung an und innerhalb der Korngrenzflächen erzielt werden. Vorteilhafterweise können Lithium-Argyrodite auch ohne einen Sinterprozess einen geringen Übergangswiderstand zwischen Körnern aufweisen. Dies ermöglicht vorteilhafterweise die Herstellung des Kathodenmaterials sowie einer Zelle zu vereinfachen.
  • Bei einer Kombination von mindestens einem Polymerelektrolyten und mindestens einem anorganischen Ionenleiter kann der mindestens eine anorganische Ionenleiter, beispielsweise sulfidische Ionenleiter, insbesondere die zu leitenden Ionen, beispielsweise Lithiumionen, dissoziieren und auf diese Weise bereitstellen, wobei die Ionenmobilität durch den mindestens einen Polymerelektrolyten gesteigert und auf diese Weise die Ionenleitfähigkeit erhöht werden kann.
  • Beispielsweise kann der mindestens eine Polymerelektrolyt mindestens ein Polymer beziehungsweise Polymerelektrolyten, welches beziehungsweise welcher mindestens eine Wiederholungseinheit der allgemeinen chemischen Formel:
    Figure DE102015210404A1_0002
    umfasst, und/oder mindestens ein (einfach oder mehrfach) fluoriertes, beispielsweise perfluoriertes, und/oder Lithiumsulfonat substituiertes Polymer, beispielsweise einen Perfluoropolyether und/oder ein Lithiumsulfonat substituiertes, insbesondere fluoriertes, beispielsweise perfluoriertes, Polyolefin, beispielsweise Tetrafluorethylen-Polymer, und/oder einen Lithiumsulfonat substituierten, insbesondere fluorierten, beispielsweise perfluorierten, Polyether, zum Beispiel ein Lithiumionen haltiges, zum Beispiel Lithiumionen ausgetauschtes, Nafion, und/oder ein Lithiumsulfonat substituiertes, insbesondere fluoriertes, beispielsweise perfluoriertes, Polyphenylen, umfassen beziehungsweise sein.
  • Der mindestens eine Polymerelektrolyt beziehungsweise das mindestens eine Polymer kann beispielsweise ein Homo-Polymer und/oder ein Co-Polymer, beispielsweise ein Block-Co-Polymer, gegebenenfalls ein Multi-Block-Co-Polymer, und/oder ein alternierendes Co-Polymer und/oder ein statistisches Co-Polymer, und/oder eine Polymermischung, beispielsweise aus einem oder mehreren Homo-Polymer und/oder einem oder mehreren Co-Polymeren, zum Beispiel eine Homo-Polymer-Co-Polymer-Mischung, umfassen beziehungsweise sein.
  • Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform umfasst der mindestens eine Polymerelektrolyt beziehungsweise das mindestens eine Polymer ein Polyalkylenoxid und/oder ein Polymer mit mindestens einer Alkylenoxid-Gruppe, insbesondere Oligo-Alkylenoxid-Gruppe. Durch Alkylenoxid-Einheiten beziehungsweise -Gruppen kann vorteilhafterweise die Ionenmobilität und damit die Ionenleitfähigkeit erhöht werden. Derartige Polymere sind jedoch nur ionenleitfähig, insbesondere lithiumionenleitfähig, und sollten in Kombination, beispielsweise in Mischung, mit mindestens einem Alkalimetallsalz, beispielsweise Alkalimetall-Leitsalz, insbesondere Lithiumsalz, beispielsweise Lithium-Leitsalz, verwendet werden. Beispielsweise kann der mindestens eine Polymerelektrolyt beziehungsweise das mindestens eine Polymer ein Polyethylenoxid (PEO) und/oder ein Propylenoxid und/oder ein Polymer mit mindestens einer Ethylenoxid-Gruppe und/oder Propylenoxid-Gruppe, beispielsweise Oligo-Ethylenoxid-Gruppe und/oder Oligo-Propylenoxid-Gruppe, umfassen. Insbesondere kann der mindestens eine Polymerelektrolyt ein Polyethylenoxid und/oder ein Polymer mit mindestens einer Ethylenoxid-Gruppe, insbesondere Oligo-Ethylenoxid-Gruppe, umfassen.
  • Im Rahmen einer weiteren, alternativen oder zusätzlichen Ausführungsform weist der mindestens eine Polymerelektrolyt beziehungsweise das mindestens eine Polymer mindestens eine Wiederholungseinheit der allgemeinen chemischen Formel:
    Figure DE102015210404A1_0003
    auf.
  • Dabei steht-[A]- für eine Polymerrücken bildende Einheit. X steht dabei für einen Spacer, insbesondere einen, beispielsweise kovalent, an die Polymerrücken bildende Einheit -[A]- gebundenen Spacer. x steht dabei für die Anzahl, insbesondere das Vorhandensein beziehungsweise die Abwesenheit, des Spacers X. x kann insbesondere 1 oder 0, beispielsweise 1, sein. Dabei kann im Fall x = 1 insbesondere ein Spacer X vorhanden sein. Im Fall x = 0 kann insbesondere kein Spacer vorhanden sein. Q steht dabei für eine Gruppe, welche, insbesondere kovalent, an den Spacer X (im Fall x = 1) oder an den Polymerrücken -[A]- (im Fall x = 0) angebunden ist. Insbesondere kann die Gruppe Q über den Spacer X an die Polymerrücken bildende Einheit -[A]- angebunden sein. Im Falle x = 1 (Vorhandensein des Spacers) kann dabei die Gruppe Q, beispielsweise die im Folgenden erläuterte ungeladene Gruppe Q beziehungsweise positiv geladene Gruppen Q+ beziehungsweise negativ geladene Gruppe Q–, insbesondere an den Spacer X angebunden sein. Im Falle x = 0 (Abwesenheit des Spacers) kann die Gruppe Q beispielsweise die im Folgenden erläuterte ungeladene Gruppe Q beziehungsweise positiv geladene Gruppen Q+ beziehungsweise negativ geladene Gruppe Q–, insbesondere direkt an den Polymerrücken -[A]- angebunden sein. Derartige Polymere können vorteilhafterweise eine Ionenleitfähigkeit, beispielsweise Lithiumionenleitfähigkeit, insbesondere abhängig von der Temperatur, von ≥ 10–5 S/cm, gegebenenfalls sogar von ≥ 10–4 S/cm, aufweisen und vorteilhafterweise sowohl als Binder, als auch als Ionenleiter, beispielsweise Lithiumionenleiter, dienen. Durch die Bindereigenschaften kann vorteilhafterweise eine erhöhte mechanische Stabilität erzielt werden. Dabei kann das Polymer beziehungsweise der Polymerelektrolyt insbesondere auch als Kathodenelektrolyt beziehungsweise Katholyt bezeichnet werden. Besonders vorteilhaft können derartige Polymere beziehungsweise Polymerelektrolyte in Alkalimetall-Schwefel-Zellen, beispielsweise Lithium-Schwefel-Zellen und/oder Natrium-Schwefel-Zellen, insbesondere Lithium-Schwefel-Zellen, zum Beispiel mit einem Schwefel-Kohlenstoff-Komposit, zum Beispiel einem Schwefel-Polymer-Komposit, insbesondere einem Polymer mit, insbesondere kovalent, gebundenem Schwefel, beispielsweise einem Schwefel-Polyacrylnitril-Komposit, insbesondere SPAN, als Kathodenaktivmaterial, eingesetzt beziehungsweise verwendet werden. Durch die Anbindung der Gruppe Q, beispielsweise Q beziehungsweise Q+ beziehungsweise Q–, – und gegebenenfalls des Spacers an die Polymer bildende Einheit -[A]- und damit die Lokalisierung der Gruppe Q und gegebenenfalls des Spacers X und – insbesondere durch die verglichen mit flüssigen Elektrolyten erhöhte Viskosität und/oder insbesondere durch eine, insbesondere verglichen mit Polyethylenoxid (PEO), reduzierte Polysulfidlöslichkeit des Polymers beziehungsweise Polymerelektrolyten – können nämlich vorteilhafterweise (Poly-)Sulfide in der Nähe des Kohlenstoffs des Komposits gehalten werden und beispielsweise auf diese Weise einem in Lösung gehen und insbesondere Wegdiffundieren von Polysulfiden von dem Kohlenstoff des Komposits, welches gegebenenfalls im Fall von niedermolekularen Ether-Verbindungen und/oder herkömmlichen kurzkettigen Polyethern, wie reinem Polyethylenoxid, auftreten könnte, entgegengewirkt und auf diese Weise eine verbesserte kalendarische Stabilität und/oder ein verbesserter Energiedichteerhalt erzielt werden.
  • Im Rahmen einer Ausgestaltung dieser Ausführungsform steht Q für eine negativ geladene Gruppe Q–, beispielsweise eine negativ geladene Seitengruppe Q–, und ein Gegenion Z+. Insbesondere kann die negativ geladene Gruppe Q– dabei über den Spacer X an die Polymerrücken bildende Einheit -[A]- angebunden sein. Dabei kann die negativ geladene Gruppe Q– beispielsweise für eine Gruppe auf der Basis eines Leitsalzanions, insbesondere Lithium-Leitsalzanions, beispielsweise für eine Sulfonylimidgruppe, beispielsweise für eine Trifluormethansulfonylimid-Gruppe (TFSI–: F3C-SO2-(N–)-SO2-) und/oder Perfluorethansulfonylimid-Gruppe (PFSI–: F5C2-SO2-(N–)-SO2-) und/oder Fluorsulfonylimid-Gruppe (FSI: F-SO2-(N–)-SO2-), und/oder für eine Gruppe auf der Basis eines Anions einer ionischen Flüssigkeit (Englisch: Ionic Liquid), beispielsweise für eine Pyrazolid-Gruppe oder für eine Imidazolid-Gruppe, und/oder für eine Sulfonatgruppe, beispielsweise für eine für eine (einfache) Sulfonatgruppe oder für eine Trifluormethansulfonat-Gruppe (Triflat, –SO3CF2-), und/oder für eine Sulfatgruppe und/oder für eine Carboxylatgruppe und/oder für eine Gruppe auf der Basis eines phosphorsäurebasierten Anions, insbesondere für eine Phosphatgruppe, und/oder für eine Gruppe auf der Basis eines Anions eines Imids, insbesondere für eine Sulfonylimidgruppe, beispielsweise für eine Trifluormethansulfonylimid-Gruppe (TFSI–: F3C-SO2-(N–)-SO2-) und/oder Perfluorethansulfonylimid-Gruppe (PFSI–: F5C2-SO2-(N–)-SO2-) und/oder Fluorsulfonylimid-Gruppe (FSI: F-SO2-(N–)-SO2-), und/oder für eine Gruppe auf der Basis eines Anions eines Amids, insbesondere für eine Gruppe auf der Basis eines Anions eines sekundären Amids (-R-NHR), und/oder für eine Gruppe auf der Basis eines Anions eines Carbonsäureamids, insbesondere für eine Gruppe auf der Basis eines Anions eines sekundären Carbonsäureamids (-CO-NHR), stehen. Als Gegenion von Q– kann dabei beispielsweise ein Kation Z+, insbesondere Metallkation, beispielsweise Lithiumion und/oder Natriumion, insbesondere Lithium, enthalten sein. Durch eine negativ geladene Gruppe Q– können insbesondere Alkalimetallionen, beispielsweise Lithiumionen, koordiniert beziehungsweise solvatisiert werden. Dabei kann sich – insbesondere durch die kovalente Anbindung der negativ geladenen Gruppe Q– an die Polymerrücken bildende Einheit -[A]- – eine hohe Transferzahl nahe 1 ergeben. Dabei kann gegebenenfalls eine erhöhte Mobilität von Alkaliionen, insbesondere Lithiumionen, erzielt werden. Zudem kann auch so vorteilhafterweise die Dielektrizitätskonstante erhöht werden, was einen positiven Einfluss auf die Polysulfidlöslichkeit – und zwar derart, dass die Polysulfidlöslichkeit reduziert wird – haben kann, welcher sich insbesondere bei Schwefel-Kohlenstoff-Kompositen, beispielsweise Schwefel-Polymer- und/oder -Kohlenstoffmodifikation-Kompositen, insbesondere Schwefel-Polymer-Kompositen mit, beispielsweise kovalent und/oder ionisch, insbesondere kovalent, an das Polymer des Komposits gebundenem Schwefel, zum Beispiel Schwefel-Polyacrylnitril-Kompositen, insbesondere SPAN, besonders vorteilhaft auswirken kann. Zudem können Polymere, welche eine negativ geladene Gruppe Q– und ein Gegenion Z+, beispielsweise ein Lithiumion Li+ und/oder ein Natriumion Na+, insbesondere ein Lithiumion Li+, aufweisen, bereits durch das Gegenion Z+ eine ausreichende Ionenleitfähigkeit, insbesondere Lithiumionenleitfähigkeit, aufweisen. Daher können Polymere, welche eine negativ geladene Gruppe Q– und ein Gegenion Z+, beispielsweise ein Lithiumion Li+ und/oder ein Natriumion Na+, insbesondere ein Lithiumion Li+, aufweisen ohne den Zusatz eines Alkalimetall-Leitsalzes, beispielsweise Lithium-Leitsalzes, verwendet werden beziehungsweise ionenleitend, insbesondere lithiumionenleitend, sein. Gegebenenfalls können Polymere, welche eine negativ geladene Gruppe Q– und ein Gegenion Z+, beispielsweise ein Lithiumion Li+, aufweisen, jedoch dennoch, beispielsweise Verringerung der Glasübergangstemperatur und/oder zur Erhöhung der Ionenmobilität und/oder der Ionenleitfähigkeit, insbesondere Lithiumionenleitfähigkeit, in Kombination, beispielsweise in Mischung, mit mindestens einem Alkalimetallsalz, insbesondere Lithiumsalz, beispielsweise Lithium-Leitsalz, verwendet werden. Die Polymerrücken bildende Einheit -[A]- und/oder der Spacer X kann auch dabei gegebenenfalls hinsichtlich anderer Eigenschaften optimiert werden.
  • Im Rahmen einer, insbesondere alternativen oder zusätzlichen, Ausgestaltung dieser Ausführungsform steht Q für eine positiv geladene Gruppe Q+, beispielsweise eine positiv geladene Seitengruppe Q+, und ein Gegenion Z–. Insbesondere kann die positiv geladene Gruppe Q+ dabei über den Spacer X an die Polymerrücken bildende Einheit -[A]- angebunden sein. Dabei kann die positiv geladene Gruppe Q+ beispielsweise für eine Gruppe auf der Basis eines Kations einer ionischen Flüssigkeit (Englisch: Ionic Liquid) stehen. Als Gegenion zur positiven Ladung von Q+ kann dabei insbesondere ein Gegenion beziehungsweise Anion Z– enthalten sein. Als Gegenion Z– können zum Beispiel, beispielsweise alle gängigen, Gegenionen bekannter Leitsalze, zum Beispiel für Lithium-Zellen, eingesetzt werden. Insbesondere kann daher Z– für ein Anion, insbesondere ein Leitsalzanion, stehen. Durch eine positiv geladene Gruppe Q+ können insbesondere Anionen von Leitsalzen, insbesondere Lithium-Leitsalzanionen, koordiniert beziehungsweise solvatisiert und insbesondere die Dissoziation des Leitsalzes, insbesondere Lithium-Leitsalzes, erhöht werden. Dadurch kann wiederum ebenfalls vorteilhafterweise die Transferzahl, insbesondere durch die kovalente Anbindung der positiv geladenen Gruppe Q+ an die Polymerrücken bildende Einheit -[A]-, und gegebenenfalls die Mobilität der Alkaliionen, insbesondere Lithiumionen, des Leitsalzes und damit die Ionenleitfähigkeit, insbesondere die Lithiumionenleitfähigkeit, erhöht werden. Zudem kann so vorteilhafterweise auch die Dielektrizitätskonstante erhöht werden, was einen positiven Einfluss auf die Polysulfidlöslichkeit – und zwar derart, dass die Polysulfidlöslichkeit reduziert wird – haben kann, welcher sich insbesondere bei Schwefel-Kohlenstoff-Kompositen, beispielsweise Schwefel-Polymer- und/oder -Kohlenstoffmodifikation-Kompositen, insbesondere Schwefel-Polymer-Kompositen mit, beispielsweise kovalent und/oder ionisch, insbesondere kovalent, an das Polymer des Komposits gebundenem Schwefel, zum Beispiel Schwefel-Polyacrylnitril-Kompositen, beispielsweise SPAN, besonders vorteilhaft auswirken kann. Die Polymerrücken bildende Einheit -[A]- und/oder der Spacer X kann auch dabei gegebenenfalls hinsichtlich anderer Eigenschaften optimiert werden. Insbesondere können Polymere, welche eine positiv geladene Gruppe Q+ aufweisen in Kombination, beispielsweise in Mischung, mit mindestens einem Alkalimetallsalz, beispielsweise Alkalimetall-Leitsalz, insbesondere Lithiumsalz, beispielsweise Lithium-Leitsalz, verwendet werden.
  • Im Rahmen einer, insbesondere alternativen oder zusätzlichen, Ausgestaltung dieser Ausführungsform steht Q für eine ungeladene Gruppe Q, beispielsweise für eine ungeladene, funktionelle Seitengruppe, welche fähig ist Alkaliionen, insbesondere Lithiumionen (Li+), zu koordinieren beziehungsweise zu solvatisieren. Insbesondere kann die ungeladene Gruppe Q dabei über den Spacer X an die Polymerrücken bildende Einheit -[A]- angebunden sein. Dabei kann die ungeladene Gruppe Q beispielsweise für eine von einem Elektrolytlösungsmittel ableitbare Gruppe stehen. Durch eine ungeladene Gruppe Q können vorteilhafterweise Alkalimetallionen, beispielsweise Lithiumionen, koordiniert beziehungsweise solvatisiert werden. So kann vorteilhafterweise die Mobilität der Alkaliionen, beispielsweise Lithiumionen, insbesondere durch das Einbringen der von einem Elektrolytlösungsmittel ableitbaren Gruppe, und damit die Ionenleitfähigkeit, insbesondere Lithiumionenleitfähigkeit, erhöht werden. Die Polymerrücken bildende Einheit -[A]- und/oder der Spacer X kann dabei gegebenenfalls hinsichtlich anderer Eigenschaften optimiert werden. Polymere, welche lediglich ungeladene Gruppen Q, und insbesondere keine gebundenen Ladungen, beispielsweise Alkaliionen, insbesondere Lithiumionen, tragen, können zunächst lediglich ionenleitfähig, beispielsweise lithiumionenleitfähig, sein und beispielsweise durch Zugabe eines Alkalimetallsalzes, beispielsweise Alkalimetall-Leitsalzes, insbesondere Lithiumsalzes, beispielsweise durch eine Mischung mit einem Alkalimetallsalz, beispielsweise Alkalimetall-Leitsalz, insbesondere Lithiumsalz, und insbesondere Solvatation des Salzes ionenleitend, beispielsweise lithiumionenleitend, werden. Insbesondere können daher Polymere, welche eine ungeladene Gruppe Q aufweisen in Kombination, beispielsweise in Mischung, mit mindestens einem Alkalimetallsalz, beispielsweise Alkalimetall-Leitsalz, insbesondere Lithiumsalz, beispielsweise Lithium-Leitsalz, verwendet werden.
  • Insgesamt kann durch die Gruppe Q, beispielsweise Q beziehungsweise Q– beziehungsweise Q+, dabei vorteilhafterweise die Dissoziation von Alkalimetallionen, beispielsweise Lithiumionen, vom anorganischen Ionenleiter und/oder gegebenenfalls von einem Leitsalz gefördert beziehungsweise die Koordination zwischen Alkaliion, insbesondere Lithiumion, und vom anorganischen Ionenleiter und/oder gegebenenfalls von einem Leitsalz geschwächt werden. Dadurch kann vorteilhafterweise die Transferzahl und/oder die Mobilität der Ionen, beispielsweise Lithiumionen, und damit die Ionenleitfähigkeit, insbesondere die Lithiumionenleitfähigkeit, beeinflusst und/oder erhöht werden. Im Fall von Q– können sich vorteilhafterweise sehr hohe Transferzahlen erzielt werden, wodurch – insbesondere im Fall hoher Flächenstromdichten beim Laden/Entladen – geringe Polarisationsspannungen und damit eine hohe Leistungsfähigkeit einer damit ausgestatten Zelle erzielt werden kann. Dadurch, dass die Gruppe Q direkt oder indirekt an den Polymerrücken -[A]- angebunden ist, kann vorteilhafterweise – verglichen mit Mischungen aus analogen Polymeren und analogen, jedoch freien beziehungsweise ungebundenen Gruppen Q – eine Lokalisierung der Gruppe Q beispielsweise Q beziehungsweise Q+ beziehungsweise Q–, erzielt werden. Durch eine Lokalisierung der Gruppe Q, beispielsweise Q beziehungsweise Q+ beziehungsweise Q–, kann wiederum vorteilhafterweise ein Abdiffundieren der Gruppe Q und zum Beispiel damit ansonsten gegebenenfalls einhergehende Nebenreaktionen, beispielsweise ein Aufquellen des Separators und/oder einer Anodenschutzschicht und/oder eine Degradation der Anode, welche zum Beispiel im Fall von niedermolekulare Ether-Verbindungen, auftreten könnten, verhindert sowie die mechanische Stabilität und beispielsweise Binderfunktion verbessert werden. Darüber hinaus können derartige Polymere einen – verglichen mit Flüssigelektrolyten – äußerst geringen Dampfdruck aufweisen, was es ermöglicht, eine damit ausgestattete Zelle bei höheren Betriebstemperaturen sicher zu betreiben. Vorteilhafterweise können zudem durch den Spacer X – beispielsweise durch die Art des Spacers und/oder die Länge des Spacers – und/oder die Polymerrücken bildende Einheit -[A]- – beispielsweise durch die Art der Polymerrücken bildende Einheit/en -[A]- und deren Aufbau – weitere Eigenschaften, wie die Glasübergangstemperatur und/oder andere Eigenschaften des Polymers beziehungsweise Polymerelektrolyten eingestellt werden. Durch den Spacer X kann dabei vorteilhafterweise insbesondere die Glasübergangstemperatur und/oder die mechanischen Eigenschaften des Polymers beziehungsweise Polymerelektrolyten eingestellt werden. Die Polymerrücken bildende Einheit -[A]- kann dabei gegebenenfalls hinsichtlich anderer Eigenschaften, beispielsweise mechanischer Eigenschaften, optimiert werden.
  • Insgesamt kann so vorteilhafterweise die Herstellung und der Aufbau von Alkalimetall-Schwefel-Zellen, beispielsweise Lithium-Schwefel-Zellen und/oder Natrium-Schwefel-Zellen, im Speziellen Lithium-Schwefel-Zellen, zum Beispiel Lithium-SPAN-Zellen, vereinfacht beziehungsweise deren Kapazitätserhalt beziehungsweise Zyklenstabilität, Lebensdauer und Sicherheit erhöht werden.
  • Im Rahmen einer Ausgestaltung dieser Ausführungsform umfasst beziehungsweise ist der mindestens eine Polymerelektrolyt beziehungsweise das mindestens eine Polymer ein Co-Polymer, beispielsweise ein Block-Co-Polymer, zum Beispiel ein Multi-Block-Co-Polymer, und/oder ein alternierendes Co-Polymer und/oder ein statistisches Co-Polymer, und/oder eine Polymermischung und/oder ein Homo-Polymer, aufweisend mindestens eine Wiederholungseinheit der allgemeinen chemischen Formel:
    Figure DE102015210404A1_0004
  • Insofern Q eine negativ geladene Gruppe Q– umfasst, kann das Polymer beziehungsweise der Polymerelektrolyt beispielsweise eine Wiederholungseinheit der allgemeinen chemischen Formel:
    Figure DE102015210404A1_0005
    aufweisen.
  • Das Gegenion Z+ kann insbesondere für ein Alkaliion, beispielsweise für ein Lithiumion und/oder Natriumion, insbesondere für ein Lithiumion (Li+), stehen. Aufgrund der negativen Ladung der Gruppe Q–, beispielsweise Sulfonatgruppe, kann hierbei vorteilhafterweise direkt beispielsweise Lithium (Li+) das Gegenion zur negativen Ladung der Gruppe Q– beispielsweise Sulfonatgruppe, sein und insbesondere eine Ionenleitfähigkeit bereitstellen. So kann vorteilhafterweise auf ein Beimischen von Leitsalz verzichtet werden. Insbesondere kann daher Z+ für ein Lithiumion (Li+) stehen.
  • Die negativ geladene Gruppe Q– kann beispielsweise für eine Gruppe auf der Basis eines Leitsalzanions, insbesondere Lithium-Leitsalzanions, beispielsweise für eine Sulfonylimidgruppe, beispielsweise für eine Trifluormethansulfonylimid-Gruppe (TFSI–: F3C-SO2-(N–)-SO2-) und/oder Perfluorethansulfonylimid-Gruppe (PFSI–: F5C2-SO2-(N–)-SO2-) und/oder Fluorsulfonylimid-Gruppe (FSI: F-SO2-(N–)-SO2-), und/oder für eine Gruppe auf der Basis eines Anions einer ionischen Flüssigkeit (Englisch: Ionic Liquid), beispielsweise für eine Pyrazolid-Gruppe oder für eine Imidazolid-Gruppe, und/oder für eine Sulfonatgruppe, beispielsweise für eine für eine (einfache) Sulfonatgruppe oder für eine Trifluormethansulfonat-Gruppe (Triflat, –SO3CF2-), und/oder für eine Sulfatgruppe und/oder für eine Carboxylatgruppe und/oder für eine Gruppe auf der Basis eines phosphorsäurebasierten Anions, insbesondere für eine Phosphatgruppe, und/oder für eine Gruppe auf der Basis eines Anions eines Imids, insbesondere für eine Sulfonylimidgruppe, beispielsweise für eine Trifluormethansulfonylimid-Gruppe (TFSI–: F3C-SO2-(N–)-SO2-) und/oder Perfluorethansulfonylimid-Gruppe (PFSI–: F5C2-SO2-(N–)-SO2-) und/oder Fluorsulfonylimid-Gruppe (FSI: F-SO2-(N–)-SO2-), und/oder für eine Gruppe auf der Basis eines Anions eines Amids, insbesondere für eine Gruppe auf der Basis eines Anions eines sekundären Amids (-R-NHR), und/oder für eine Gruppe auf der Basis eines Anions eines Carbonsäureamids, insbesondere für eine Gruppe auf der Basis eines Anions eines sekundären Carbonsäureamids (-CO-NHR), stehen. Durch eine negativ geladene Gruppe Q– können insbesondere Alkalimetallionen, insbesondere Lithiumionen, koordiniert beziehungsweise solvatisiert werden. Dabei kann sich – insbesondere durch die kovalente Anbindung der negativ geladenen Gruppe Q– an die Polymerrücken bildende Einheit -[A]- – eine hohe Transferzahl nahe 1 ergeben. Zudem kann so vorteilhafterweise die Dielektrizitätskonstante erhöht werden, was einen positiven Einfluss auf die Polysulfidlöslichkeit – und zwar derart, dass die Polysulfidlöslichkeit reduziert wird – haben kann, was sich wie erläutert insbesondere bei Schwefel-Kohlenstoff-Kompositen, beispielsweise Schwefel-Polymer- und/oder -Kohlenstoffmodifikation-Kompositen, insbesondere Schwefel-Polymer-Kompositen mit, beispielsweise kovalent und/oder ionisch, insbesondere kovalent, an das Polymer des Komposits gebundenem Schwefel, zum Beispiel Schwefel-Polyacrylnitril-Kompositen, insbesondere SPAN, besonders vorteilhaft auswirken kann.
  • Im Rahmen einer speziellen Ausführungsform steht daher die negativ geladene Gruppe Q– für eine Gruppe auf der Basis eines Lithium-Leitsalzanions, insbesondere Lithium-Leitsalzanions, und/oder für eine Gruppe auf der Basis eines Anions einer ionischen Flüssigkeit und/oder für eine Sulfonatgruppe und/oder für eine Sulfatgruppe und/oder für eine Carboxylatgruppe und/oder für eine Gruppe auf der Basis eines phosphorsäurebasierten Anions und/oder für eine Gruppe auf der Basis eines Anions eines Imids und/oder für eine Gruppe auf der Basis eines Anions eines Amids und/oder für eine Gruppe auf der Basis eines Anions eines Carbonsäureamids.
  • Im Rahmen einer Ausgestaltung dieser Ausführungsform steht die negativ geladene Gruppe Q– für eine Sulfonylimidgruppe, insbesondere für eine Trifluormethansulfonylimid-Gruppe (F3C-SO2-(N–)-SO2-) und/oder Perfluorethansulfonylimid-Gruppe (F5C2-SO2-(N–)-SO2-) und/oder Fluorsulfonylimid-Gruppe (F-SO2-(N–)-SO2-), insbesondere Trifluormethansulfonylimid-Gruppe, und/oder für eine Sulfonatgruppe, insbesondere für eine (einfache) Sulfonatgruppe und/oder für eine Trifluormethansulfonat-Gruppe, steht. Beispielsweise kann die negativ geladene Gruppe Q– für eine Trifluormethansulfonylimid-Gruppe oder Perfluorethansulfonylimid-Gruppe oder Fluorsulfonylimid-Gruppe oder eine Sulfonatgruppe oder eine Trifluormethansulfonat-Gruppe stehen. Im Rahmen einer speziellen Ausgestaltung kann die negativ geladene Gruppe Q für eine Sulfonatgruppe oder eine Sulfonylimidgruppe, insbesondere für eine Sulfonatgruppe, stehen. Z+ kann dabei insbesondere für ein Lithiumion stehen. Durch eine Sulfonylimidgruppe oder eine Sulfonatgruppe, insbesondere Sulfonylimidgruppe, kann vorteilhafterweise eine, vergleichsweise schwache und damit die Ionenmobilität, insbesondere Lithiumionenmobilität, und Ionenleitfähigkeit, insbesondere Lithiumionenleitfähigkeit, erhöhende Koordination von Kationen, insbesondere Lithiumionen, erzielt werden. Z+ kann dabei insbesondere für ein Lithiumion stehen.
  • Insbesondere kann die negativ geladene Gruppe Q– für eine Benzolgruppe stehen, welche mit mindestens einer Gruppe auf der Basis eines Leitsalzanions, insbesondere Lithium-Leitsalzanions, insbesondere mit mindestens einer Sulfonylimidgruppe (Benzolsulfonylimidgruppe, beispielsweise Lithium-Benzolsulfonylimidgruppe), und/oder mit mindestens einer Gruppe auf der Basis eines Anions einer ionischen Flüssigkeit und/oder mit mindestens einer Sulfonatgruppe (Benzolsulfonatgruppe, beispielsweise Lithium-Benzolsulfonatgruppe) und/oder mit mindestens einer Sulfatgruppe und/oder mit mindestens einer Carboxylatgruppe und/oder mit mindestens einer Gruppe auf der Basis eines phosphorsäurebasierten Anions, insbesondere mit mindestens einer Phosphatgruppe, und/oder mit mindestens einer Gruppe auf der Basis eines Anions eines Imids und/oder mit mindestens einer Gruppe auf der Basis eines Anions eines Amids und/oder mit mindestens einer Gruppe auf der Basis eines Anions eines Carbonsäureamids substituiert ist. Zum Beispiel kann die negativ geladene Gruppe Q– für eine Benzolgruppe stehen, welche mit mindestens einer Trifluormethansulfonylimid-Gruppe und/oder mit mindestens einer Perfluorethansulfonylimid-Gruppe und/oder mit mindestens einer Fluorsulfonylimid-Gruppe, insbesondere mit mindestens einer Trifluormethansulfonylimid-Gruppe, substituiert ist. Im Rahmen einer Ausgestaltung steht Q– für eine Benzolsulfonatgruppe oder eine Benzolsulfonimidgruppe, insbesondere eine Benzolsulfonatgruppe. Eine Benzolgruppe ermöglicht es vorteilhafterweise eine Gruppe, beispielsweise ein Sulfonat, auf einfache Weise an unterschiedlichste Polymerrücken anzubinden. Zudem bietet eine Benzolgruppe die Möglichkeit auf einfache Weise weitere, die Ionenleitfähigkeit erhöhende Substituenten, wie mehrere Gruppen, beispielsweise Sulfonatgruppen, und/oder eine oder mehrere Alkylenoxidgruppe/n, anzubinden. Ein Polymer mit einer, insbesondere derartig funktionalisierten, Benzolgruppe kann vorteilhafterweise durch Polymerisation der Doppelbindung eines, insbesondere derartig funktionalisierten Styrols, zum Beispiel von 4-(Styrolsulfonyl)(trifluoromethansulfonyl)imid, oder eines mit vorstehend genannten anionischen Gruppen, funktionalisierten Styrols, auf einfache Weise ausgebildet werden. Die Anknüpfung der anionischen Funktion an einen Polymerrücken kann beispielsweise auch über eine funktionielle Gruppe in para-Stellung zur anionischen Gruppe im aromatischen Kohlenstoffsechsring erfolgen. Zudem bietet ein aromatischer Kohlenstoffsechsring die Möglichkeit auf einfache Weise weitere, die Ionenleitfähigkeit erhöhende Substituenten anzubinden.
  • Im Rahmen einer speziellen Ausgestaltung dieser Ausführungsform steht daher die negativ geladene Gruppe Q– für eine Benzolsulfonylimidgruppe, zum Beispiel eine para- und/oder ortho- und/oder meta-Benzolsulfonylimidgruppe, beispielsweise eine para-Benzolsulfonylimidgruppe, und/oder eine Benzolsulfonatgruppe, beispielsweise für eine Benzolsulfonatgruppe, zum Beispiel eine para- und/oder ortho- und/oder meta-Benzolsulfonatgruppe, beispielsweise eine para-Benzolsulfonatgruppe. Benzolsulfonylimidgruppen und/oder Benzolsulfonatgruppen, beispielsweise eine para-, ortho- und/oder meta- Benzolsulfonylimidgruppe und/oder para-, ortho- und/oder meta-Benzolsulfonatgruppe, insbesondere eine para-Benzolsulfonylimidgruppe und/oder eine para-Benzolsulfonatgruppe, können dabei wie vorstehend erläutert besonders vorteilhaft sein.
  • Derartige Polymere können besonders vorteilhaft, insbesondere als lithiumionenleitfähiger Elektrolyt, beispielsweise Festelektrolyt, in einem Kathodenmaterial, beispielsweise mit einem Schwefel-Kohlenstoff-Komposit, zum Beispiel mit einem Komposit aus einem, insbesondere elektrisch leitfähigen, Polymer und Schwefel, insbesondere mit einem Schwefel-Polyacrylnitril(PAN)-Komposit, zum Beispiel SPAN, als Kathodenaktivmaterial, zum Beispiel in einer Lithium-Schwefel-Zelle, eingesetzt beziehungsweise verwendet werden.
  • Im Rahmen einer speziellen Ausgestaltung dieser Ausführungsform steht Q– für eine Sulfonylimid-Gruppe, beispielsweise eine Benzolsulfonylimidgruppe. So kann vorteilhafterweise durch das weiche Anion eine, vergleichsweise schwache und damit die Ionenmobilität, insbesondere Lithiumionenmobilität, und Ionenleitfähigkeit, insbesondere Lithiumionenleitfähigkeit, erhöhende Koordination von Kationen, insbesondere von Lithiumionen, erzielt werden.
  • Im Rahmen einer weiteren speziellen Ausgestaltung dieser Ausführungsform steht Q– für eine Sulfonatgruppe, beispielsweise eine Benzolsulfonatgruppe.
  • Insofern Q eine positiv geladene Gruppe Q+ umfasst, kann der mindestens eine Polymerelektrolyt beziehungsweise das mindestens eine Polymer beispielsweise eine Wiederholungseinheit der allgemeinen chemischen Formel:
    Figure DE102015210404A1_0006
    aufweisen.
  • Im Rahmen einer weiteren, speziellen Ausführungsform steht die positiv geladene Gruppe Q+ für eine Gruppe auf der Basis eines Kations einer ionischen Flüssigkeit (Englisch: Ionic Liquid), insbesondere für eine Pyridiniumgruppe oder eine, insbesondere quartäre, Ammoniumgruppe oder eine Imidazoliumgruppe oder eine Piperidiniumgruppe oder eine Pyrrolidiniumgruppe oder eine, insbesondere quartäre, Phosphoniumgruppe oder eine Guanidiniumgruppe oder eine Morpholiniumgruppe oder eine Uroniumgruppe oder eine Thiouroniumgruppe. Als Gegenion Z– können zum Beispiel, beispielsweise alle gängigen, Gegenionen bekannter Lithiumsalze, insbesondere Lithium-Leitsalze eingesetzt werden. Insbesondere kann daher Z– für ein Anion, insbesondere ein Lithium-Leitsalzanion, stehen. Gruppen Q+, welche auf einem Kation einer ionischen Flüssigkeit basieren, insbesondere Pyridiniumgruppen, Ammoniumgruppen, Imidazoliumgruppen, Piperidiniumgruppe, Pyrrolidiniumgruppen, Phosphoniumgruppen, Guanidiniumgruppen, Morpholiniumgruppen, Uroniumgruppen und/oder Thiouroniumgruppen, kann vorteilhaft die Dissoziation von Alkaliionen, insbesondere Lithiumionen, beispielsweise des Leitsalzes und/oder anorganischen Ionenleiters, erhöht und dadurch wiederum vorteilhafterweise die Transferzahl und gegebenenfalls die Mobilität der Alkaliionen, insbesondere Lithiumionen, und damit die Ionenleitfähigkeit, insbesondere die Lithiumionenleitfähigkeit, sowie die Dielektrizitätskonstante erhöht und damit die Polysulfidlöslichkeit reduziert werden.
  • Unter einer Pyridiniumgruppe kann insbesondere eine von Pyridinium ableitbare, insbesondere substituierte oder unsubstituierte, Gruppe verstanden werden. Unter einer Ammoniumgruppe kann insbesondere eine von Ammonium ableitbare Gruppe, insbesondere eine quartäre Ammoniumgruppe, verstanden werden. Unter einer Imidazoliumgruppe kann insbesondere eine von Imidazolium ableitbare, insbesondere substituierte oder unsubstituierte, Gruppe verstanden werden. Unter einer Piperidiniumgruppe kann insbesondere eine von Piperidinium ableitbare, insbesondere substituierte oder unsubstituierte, Gruppe verstanden werden. Unter einer Pyrrolidiniumgruppe kann insbesondere eine von Pyrrolidinium ableitbare, insbesondere substituierte oder unsubstituierte, Gruppe verstanden werden. Unter einer Phosphoniumgruppe kann insbesondere eine von Phosphonium ableitbare Gruppe, insbesondere eine quartäre Phosphoniumgruppe, verstanden werden. Unter einer Guanidiniumgruppe kann insbesondere eine von Guanidinium ableitbare, insbesondere substituierte oder unsubstituierte, Gruppe verstanden werden. Unter einer Morpholiniumgruppe kann insbesondere eine von Morpholinium ableitbare, insbesondere substituierte oder unsubstituierte, Gruppe verstanden werden. Unter einer Uroniumgruppe kann insbesondere eine von Uronium ableitbare, insbesondere substituierte oder unsubstituierte, Gruppe verstanden werden. Unter einer Thiouroniumgruppe kann insbesondere eine von Thiouronium ableitbare, insbesondere substituierte oder unsubstituierte, Gruppe verstanden werden.
  • Beispielsweise kann die positiv geladene Gruppe Q+ für eine Pyridiniumgruppe oder eine, insbesondere quartäre, Ammoniumgruppe oder eine Imidazoliumgruppe oder eine Piperidiniumgruppe oder eine Pyrrolidiniumgruppe oder eine, insbesondere quartäre, Phosphoniumgruppe oder eine Guanidiniumgruppe oder eine Morpholiniumgruppe oder eine Uroniumgruppe oder eine Thiouroniumgruppe stehen, deren Proton/en durch einen Substituenten substituiert sind.
  • Insbesondere kann die positiv geladene Gruppe Q+ für eine Pyridiniumgruppe oder eine, insbesondere quartäre, Ammoniumgruppe oder eine Imidazoliumgruppe oder eine Piperidiniumgruppe oder eine Pyrrolidiniumgruppe oder eine, insbesondere quartäre, Phosphoniumgruppe stehen. Beispielsweise kann Q+ für eine, insbesondere quartäre, Ammoniumgruppe oder eine Imidazoliumgruppe oder eine Pyridiniumgruppe stehen. So kann vorteilhafterweise die Ionenleitfähigkeit und die Dielektrizitätskonstante auf vergleichsweise einfache Weise erhöht werden kann.
  • Im Rahmen einer Ausgestaltung dieser Ausführungsform steht Z– für ein Lithium-Leitsalzanion. So kann vorteilhafterweise eine Dissoziation eines Lithium-Leitsalzes erhöht und auf diese Weise auch die Mobilität der Lithiumionen des Lithium-Leitsalzes und damit die Lithiumionenleitfähigkeit erhöht werden.
  • Beispielsweise kann Z– für Perchlorat (ClO4 –), Tetrafluoroborat (BF4–), Trifluormethansulfonat (Triflat–, F3CSO3 –), Bisoxalatoborate (BOB–,
    Figure DE102015210404A1_0007
    Hexafluorophosphat (PF6 –), Bromid (Br–) oder Iodid (I–) oder Chlorid (Cl–), (Bis-)Trifluormethansulfonylimid (TFSI–: F3C-SO2-(N–)-SO2-CF3) oder Difluorooxalatoborat (DFOB–:
    Figure DE102015210404A1_0008
    stehen. Diese Anionen werden häufig als Lithium-Leitsalzanion eingesetzt. Daher können diese Anionen zur Solvatisierung von Lithium-Leitsalzen besonders vorteilhaft eingesetzt werden.
  • Im Rahmen einer Ausgestaltung dieser Ausführungsform steht daher Z– für Perchlorat und/oder Trifluormethansulfonat und/oder Tetrafluoroborat und/oder Bisoxalatoborat und/oder Hexafluorophosphat, und/oder Bis(trifluormethansulfonyl)imid und/oder Bis(perfluorethansulfonyl)imid und/oder Bis(fluorsulfonyl)imid, insbesondere Bis(trifluormethansulfonyl)imid, und/oder Difluorooxalatoborat (–DFOB) und/oder Bromid und/oder Iodid und/oder Chlorid. Insbesondere kann Z– für Bis(trifluormethansulfonyl)imid und/oder Bis(perfluorethansulfonyl)imid und/oder Bis(fluorsulfonyl)imid, insbesondere Bis(trifluormethansulfonyl)imid, Trifluormethansulfonat und/oder Tetrafluoroborat und/oder Bisoxalatoborat und/oder Difluorooxalatoborat (–DFOB) und/oder Bromid und/oder Iodid und/oder Chlorid stehen. So kann vorteilhafterweise eine höhere thermische Stabilität erzielt werden.
  • Im Rahmen einer speziellen Ausgestaltung steht Z– für Bis(trifluormethansulfonyl)imid (TFSI–: F3C-SO2-(N–)-SO2-CF3) und/oder Bis(perfluorethansulfonyl)imid (BETI–: F5C2-SO2-(N–)-SO2-C2F5) und/oder Bis(fluorsulfonyl)imid (FSI: F-SO2-(N–)-SO2-F), insbesondere Bis(trifluormethansulfonyl)imid, und/oder Trifluormethansulfonat (Triflat, SO3-CF3). Durch große, weiche Anionen Bis(trifluormethansulfonyl)imid und/oder Bis(perfluorethansulfonyl)imid und/oder Bis(fluorsulfonyl)imid und/oder Trifluormethansulfonat, insbesondere Bis(trifluormethansulfonyl)imid (TFSI–), kann vorteilhafterweise eine, vergleichsweise schwache und damit die Ionenmobilität, insbesondere Lithiumionenmobilität, und Ionenleitfähigkeit, insbesondere Lithiumionenleitfähigkeit, erhöhende Koordination von Kationen, insbesondere Lithiumionen, erzielt und beispielsweise die Löslichkeit von Leitsalzen in dem Polymer beziehungsweise Polymerelektrolyten sowie gegebenenfalls die thermische Stabilität verbessert werden.
  • Derartige Polymere beziehungsweise Polymerelektrolyte können besonders vorteilhaft, insbesondere als lithiumionenleitfähiger Elektrolyt, beispielsweise Festelektrolyt, in einem Kathodenmaterial, beispielsweise mit einem Schwefel-Kohlenstoff-Komposit, zum Beispiel mit einem Komposit aus einem, insbesondere elektrisch leitfähigen, Polymer und Schwefel, insbesondere mit einem Schwefel-Polyacrylnitril(PAN)-Komposit, zum Beispiel SPAN, als Kathodenaktivmaterial, zum Beispiel in einer Lithium-Schwefel-Zelle, eingesetzt beziehungsweise verwendet werden.
  • Insofern Q eine neutrale Gruppe ist, kann der mindestens eine Polymerelektrolyt beziehungsweise das mindestens eine Polymer beispielsweise eine Wiederholungseinheit der allgemeinen chemischen Formel:
    Figure DE102015210404A1_0009
    aufweisen.
  • Durch eine ungeladene Gruppe Q können vorteilhafterweise von Leitsalzen, beispielsweise Alkalisalzen, insbesondere Lithium-Leitsalzen, die Alkaliionen, insbesondere Lithiumionen, koordiniert beziehungsweise solvatisiert und auf diese Weise die Mobilität der Alkaliionen, beispielsweise Lithiumionen, und damit die Ionenleitfähigkeit, insbesondere Lithiumionenleitfähigkeit, des Polymers beziehungsweise Polymerelektrolyten erhöht werden. Dies kann beispielsweise durch Wahl des Spacers X begünstigt werden.
  • Im Rahmen einer weiteren, speziellen Ausführungsform steht die ungeladene Gruppe Q für eine, insbesondere von einem Elektrolytlösungsmittel ableitbare Gruppe, beispielsweise für eine cyclische Carbonatgruppe oder eine, insbesondere cyclische, Lactongruppe oder eine cyclische Carbamatgruppe oder eine acyclische Carbonatgruppe oder eine acyclische Carbonsäureestergruppe oder eine acyclische Carbamatgruppe oder eine Alkylenoxidgruppe, insbesondere Oligo-Alkylenoxidgruppe. Eine cyclische Carbonatgruppe oder Lactongruppe oder cyclische Carbamatgruppe oder acyclische Carbonatgruppe oder acyclische Carbonsäureestergruppe oder acyclische Carbamatgruppe oder Alkylenoxidgruppe, beispielsweise Oligo-Alkylenoxidgruppe, kann dabei vorteilhaft sein, da hierdurch vorteilhafterweise die Mobilität von Alkaliionen, beispielsweise Lithiumionen, und damit die Ionenleitfähigkeit, insbesondere Lithiumionenleitfähigkeit, des Polymers beziehungsweise Polymerelektrolyten erhöht werden kann.
  • Im Rahmen einer speziellen Ausgestaltung dieser Ausführungsform steht Q für eine Alkylenoxidgruppe, insbesondere eine Oligo-Alkylenoxidgruppe. So kann vorteilhafterweise die Glastemperatur verringert und/oder die Lithiumionenleitfähigkeit erhöht werden.
  • Im Rahmen einer anderen Ausgestaltung dieser Ausführungsform steht die ungeladene Gruppe Q für eine cyclische Carbonatgruppe oder eine Lactongruppe oder eine cyclische Carbamatgruppe oder eine acyclische Carbonatgruppe oder eine acyclische Carbonsäureestergruppe oder eine acyclische Carbamatgruppe. Durch die hohe Polarität dieser Gruppen können diese Gruppen vorteilhafterweise die Ionendissoziation und die Dielektrizitätskonstante des Polymers beziehungsweise Polymerelektrolyten erhöhen und damit vorteilhafterweise die Polysulfidlöslichkeit reduzieren, was insbesondere bei Schwefel-Polyacrylnitril-Kompositen, wie SPAN, besonders vorteilhaft sein kann.
  • Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung dieser Ausführungsform steht die ungeladene Gruppe Q für eine, insbesondere cyclische oder acyclische, Carbonsäureestergruppe, beispielsweise Lactongruppe, oder eine, insbesondere cyclische oder acyclische, Carbonsäureestergruppe. Durch die hohe Polarität dieser Gruppen können diese Gruppen vorteilhafterweise die Dielektrizitätskonstante des Polymers beziehungsweise Polymerelektrolyten erhöhen und damit vorteilhafterweise die Polysulfidlöslichkeit reduzieren, was insbesondere bei Schwefel-Polyacrylnitril-Kompositen, wie SPAN, besonders vorteilhaft sein kann.
  • Im Rahmen einer anderen Ausgestaltung dieser Ausführungsform steht die, insbesondere ungeladene, Gruppe Q für eine cyclische Carbonatgruppe oder eine Lactongruppe oder eine Carbamatgruppe, insbesondere eine cyclische Carbamatgruppe oder eine acyclische Carbamatgruppe. Insbesondere kann Q dabei für eine cyclische Carbonatgruppe oder eine, insbesondere cyclische, Lactongruppe oder eine cyclische Carbamatgruppe stehen. Cyclische Carbonatgruppen, Lactongruppen und/oder cyclische Carbamatgruppe können zur Erhöhung der Ionenleitfähigkeit des Polymers insgesamt besonders vorteilhaft sein.
  • Im Rahmen einer speziellen Ausgestaltung dieser Ausführungsform steht Q für eine cyclische Carbonatgruppe, beispielsweise welche einen Fünfring oder einen Sechsring oder einen Siebenring, insbesondere einen Fünfring, bildet. Im Rahmen einer weiteren speziellen Ausgestaltung dieser Ausführungsform steht Q für eine Lactongruppe, beispielsweise welche einen Fünfring oder einen Sechsring oder einen Siebenring, insbesondere einen Fünfring, bildet. Im Rahmen einer weiteren speziellen Ausgestaltung dieser Ausführungsform steht Q für eine cyclische Carbamatgruppe, beispielsweise welche einen Fünfring oder einen Sechsring oder einen Siebenring, insbesondere einen Fünfring, bildet. Im Rahmen einer weiteren speziellen Ausgestaltung dieser Ausführungsform steht Q für eine acyclische Carbonatgruppe. Im Rahmen einer weiteren speziellen Ausgestaltung dieser Ausführungsform steht Q für eine acyclische Carbonsäureestergruppe. Im Rahmen einer weiteren speziellen Ausgestaltung dieser Ausführungsform steht Q für eine acyclische Carbamatgruppe.
  • Im Rahmen einer weiteren speziellen Ausführungsform steht Q für Wasserstoff oder eine Alkylgruppe, insbesondere eine Methylgruppe oder eine Ethylgruppe.
  • Derartige Polymere beziehungsweise Polymerelektrolyte können besonders vorteilhaft, insbesondere als lithiumionenleitfähiger Elektrolyt, beispielsweise Festelektrolyt, in einem Kathodenmaterial, beispielsweise mit einem Schwefel-Kohlenstoff-Komposit, zum Beispiel mit einem Komposit aus einem, insbesondere elektrisch leitfähigen, Polymer und Schwefel, insbesondere mit einem Schwefel-Polyacrylnitril(PAN)-Komposit, zum Beispiel SPAN, als Kathodenaktivmaterial, zum Beispiel in einer Lithium-Schwefel-Zelle, eingesetzt beziehungsweise verwendet werden.
  • Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform umfasst das Kathodenmaterial beziehungsweise der mindestens eine Polymerelektrolyt beziehungsweise das mindestens eine Polymer weiterhin mindestens ein Leitsalz, insbesondere Lithium-Leitsalz. So kann gegebenenfalls die Ionenleitfähigkeit, insbesondere Lithiumionenleitfähigkeit, weiter erhöht werden. Je nach Polymer kann trotz einer hohen Transferzahl eine geringe Beimischung eines Leitsalzes, insbesondere Lithium-Leitsalzes, von Vorteil sein, um den Glaspunkt des Polymers zu verringern und damit die Gesamtmobilität der Lithiumionen im System zu erhöhen, was jedoch auf Kosten einer Reduktion der Transferzahl gehen kann. Idealerweise kann in diesem Fall ein Leitsalz, insbesondere Lithium-Leitsalz, verwendet werden, dessen Anion gut mit der Gruppe Q wechselwirkt. Zum Beispiel kann Lithiumbis(trifluormethansulfonyl)imid (LiTFSI) bei einer Sulfonylimidgruppe eingesetzt werden.
  • Das mindestens eine Leitsalz kann beispielsweise ein Lithium-Leitsalz oder ein Natrium-Leitsalz, insbesondere ein Lithium-Leitsalz, sein. Als Lithium-Leitsalz können gängige Lithium-Leitsalze eingesetzt werden. Beispielsweise kann das mindestens eine Lithium-Leitsalz Lithiumhexafluorophosphat (LiPF6) und/oder Lithiumbis(trifluormethansulfonyl)imid (LiTFSI) und/oder Lithiumbisoxalatoborat (LiBOB) und/oder Trifluormethansulfonat (LiTriflate) und/oder Lithiumperchlorat (LiClO4) und/oder Lithiumdifluorooxalatoborat (LiDFOB) und/oder Lithiumtetrafluoroborat (LiBF4) und/oder Lithiumbromid (LiBr) und/oder Lithiumiodid (LiI) und/oder Lithiumchlorid (LiCl) umfassen oder sein. Dabei können das Anion Z– und das Anion des mindestens einen Lithium-Leitsalzes unterschiedlich oder identisch sein.
  • Im Rahmen einer Ausgestaltung dieser Ausführungsform sind das Anion des mindestens einen Leitsalzes, insbesondere Lithium-Leitsalzes, und Z– beziehungsweise Q– aus der gleichen Anionenklasse, beispielsweise der Sulfonylimide, zum Beispiel Trifluormethansulfonylimid und/oder Pentafluorethansulfonylimid und/oder Fluorsulfonylimid, insbesondere Ttrifluormethansulfonylimid, ausgewählt. So können vorteilhafterweise unerwünschte Nebenreaktionen vermieden werden und insbesondere zudem erzielt werden, dass das Anion des mindestens einen Leitsalzes und Z– beziehungsweise Q– Alkaliionen, insbesondere Lithiumionen, ähnlich, beispielsweise gleich, stark koordinieren, was sich vorteilhaft auf die Ionenmobilität auswirken kann.
  • Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform umfasst der mindestens eine Polymerelektrolyt mindestens ein, insbesondere ionenleitfähiges oder ionenleitendes, beispielsweise lithiumionenleitfähiges oder lithiumionenleitendes, Polymer, aufweisend mindestens eine Wiederholungseinheit der allgemeinen chemischen Formel:
    Figure DE102015210404A1_0010
    wobei Q für eine negativ geladene Gruppe Q– und ein Gegenion Z+, insbesondere Lithiumion, steht, und/oder
    wobei der Spacer X mindestens eine, gegebenenfalls weitere, negativ geladene Gruppe Q–, insbesondere auf der Basis eines Leitsalzanions, insbesondere Lithium-Leitsalzanions, und/oder eines Anions einer ionischen Flüssigkeit oder eine Sulfonatgruppe, beispielsweise mindestens eine Sulfonylimidgruppe und/oder mindestens eine Sulfonatgruppe, und ein Gegenion Z+, beispielsweise Alkaliion, insbesondere Lithiumion, umfasst.
  • Im Rahmen einer weiteren, alternativen oder zusätzlichen Ausführungsform umfasst der mindestens eine Polymerelektrolyt mindestens ein, insbesondere ionenleitfähiges oder ionenleitendes, beispielsweise lithiumionenleitfähiges oder lithiumionenleitendes, Polymer, aufweisend mindestens eine Wiederholungseinheit der allgemeinen chemischen Formel:
    Figure DE102015210404A1_0011
    wobei Q für eine positiv geladene Gruppe Q+ und ein Gegenion Z– steht, und/oder
    wobei der Spacer X mindestens eine, gegebenenfalls weitere, positiv geladene Gruppe Q+, insbesondere auf der Basis eines Kations einer ionischen Flüssigkeit, beispielsweise mindestens eine Ammoniumiongruppe und/oder mindestens eine Pyridiniumgruppe und/oder mindestens eine Imidazoliumgruppe und/oder mindestens eine Piperidiniumgruppe und/oder mindestens eine Pyrrolidiniumgruppe und/oder mindestens eine Phosphoniumgruppe und/oder mindestens eine Guanidiniumgruppe und/oder mindestens eine Morpholiniumgruppe und/oder mindestens eine Uroniumgruppe und/oder mindestens eine Thiouroniumgruppe, und ein Gegenion Z–, beispielsweise Leitsalzanion, insbesondere Lithium-Leitsalzanion, umfasst. Durch positiv geladene Gruppen Q+ kann vorteilhafterweise die Ionendissoziation, beispielsweise des Leitsalzes und/oder anorganischen Ionenleiters, und damit die Ionenleitfähigkeit erhöht werden. Derartige Polymere sind jedoch nur ionenleitfähig, insbesondere lithiumionenleitfähig, und sollten in Kombination, beispielsweise in Mischung, mit mindestens einem Leitsalz, insbesondere Lithium-Leitsalz, verwendet werden.
  • Im Rahmen einer weiteren, alternativen oder zusätzlichen Ausführungsform umfasst der mindestens eine Polymerelektrolyt mindestens ein, insbesondere ionenleitfähiges oder ionenleitendes, beispielsweise lithiumionenleitfähiges oder lithiumionenleitendes, Polymer, wobei das mindestens eine Polymer ein Polyalkylenoxid, beispielsweise Polyethylenoxid, und/oder ein Polymer mit mindestens einer Alkylenoxid-Gruppe, beispielsweise Ethylenoxid-Gruppe, insbesondere Oligo-Alkylenoxid-Gruppe, zum Beispiel Oligo-Ethylenoxid-Gruppe, und/oder mindestens eine Wiederholungseinheit der allgemeinen chemischen Formel:
    Figure DE102015210404A1_0012
    umfasst,
    wobei Q für eine ungeladene Gruppe Q, insbesondere für eine Alkylenoxidgruppe, insbesondere eine Oligo-Alkylenoxidgruppe, beispielsweise eine Ethylenoxid-Gruppe, zum Beispiel eine Oligo-Ethylenoxid-Gruppe, steht, und/oder
    wobei der Spacer X mindestens eine Alkylenoxidgruppe, insbesondere eine Oligo-Alkylenoxidgruppe, beispielsweise eine Ethylenoxid-Gruppe, zum Beispiel eine Oligo-Ethylenoxid-Gruppe, umfasst, und/oder
    wobei die Polymerrücken bildende Einheit -[A]- eine Alkylenoxid-Einheit, zum Beispiel eine Oligo-Alkylenoxid-Einheit, insbesondere eine Ethylenoxid-Einheit, zum Beispiel eine Oligo-Ethylenoxid-Einheit, umfasst. Dabei kann das Kathodenmaterial insbesondere mindestens ein Leitsalz, insbesondere Lithium-Leitsalz, umfassen. Durch Alkylenoxid-Einheiten beziehungsweise -Gruppen und/oder ungeladene Gruppen Q kann vorteilhafterweise die Ionenmobilität und damit die Ionenleitfähigkeit erhöht werden. Derartige Polymere sind jedoch nur ionenleitfähig, insbesondere lithiumionenleitfähig, und sollten in Kombination, beispielsweise in Mischung, mit mindestens einem Leitsalz, insbesondere Lithium-Leitsalz, verwendet werden.
  • Im Rahmen einer speziellen Ausführungsform steht Q für eine negativ geladene Gruppe Q– und ein Gegenion Z+ und/oder für eine positiv geladene Gruppe Q+ und ein Gegenion Z–. Dies hat sich als besonders vorteilhaft herausgestellt, da hierdurch die Ionendissoziation erhöht und die Polysulfidlöslichkeit verringert werden kann. Besonders vorteilhaft können Wiederholungseinheiten mit einer negativ geladenen Gruppe Q– und einem Gegenion Z+ und/oder mit einer positiv geladenen Gruppe Q+ und einem Gegenion Z–, in Kombination mit ungeladenen, ionenleitfähigen beziehungsweise -leitenden, Gruppen, beispielsweise Alkylenoxidgruppen und/oder cyclischen und/oder acyclischen Carbonatgruppen und/oder cyclischen und/oder acyclischen Carbonsäureestergruppen, beispielsweise Lactongruppen und/oder cyclischen und/oder acyclischen Carbamatgruppen, insbesondere Alkylenoxidgruppen, wie Oligo-Alkylenoxid-Gruppen und/oder Polyethern, herausgestellt, da durch die negativ beziehungsweise positiv geladene Gruppe Q– beziehungsweise Q+ die Ionendissoziation erhöht und durch die ungeladene Gruppe Q die Ionenmobilität weiter erhöht werden kann, was insgesamt zu einer deutlichen Steigerung der Ionenleitfähigkeit, beispielsweise Lithiumionenleitfähigkeit, führen kann.
  • Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform umfasst der Spacer X mindestens eine, insbesondere substituierte oder unsubstituierte, gesättigte oder ungesättigte, lineare oder verzweigte, Alkylengruppe und/oder mindestens eine, insbesondere substituierte oder unsubstituierte, gesättigte oder ungesättigte, lineare oder verzweigte, Alkylenoxidgruppe und/oder mindestens eine, insbesondere substituierte oder unsubstituierte, Phenylenoxidgruppe, beispielsweise Oligo-Phenylenoxidgruppe, insbesondere mit ≥ 1 oder ≥ 2 bis ≤ 10 Wiederholungseinheiten, und/oder mindestens eine, insbesondere substituierte oder unsubstituierte, Phenylengruppe, beispielsweise Oligo-Phenylengruppe, insbesondere mit ≥ 1 oder ≥ 2 bis ≤ 10 Wiederholungseinheiten, und/oder mindestens eine, insbesondere substituierte oder unsubstituierte, Benzylengruppe, beispielsweise Oligo-Benzylengruppe, insbesondere mit ≥ 1 oder ≥ 2 bis ≤ 10 Wiederholungseinheiten, und/oder mindestens eine Carbonylgruppe, insbesondere Ketongruppe, zum Beispiel Alkylcarbonylgruppe, und/oder mindestens eine cyclische Carbonatgruppe und/oder mindestens eine Lactongruppe und/oder mindestens eine cyclische Carbamatgruppe und/oder mindestens eine acyclische Carbonatgruppe und/oder mindestens eine acyclische Carbonsäureestergruppe und/oder mindestens eine acyclische Carbamatgruppe und/oder mindestens einen Ethersauerstoff und/oder mindestens eine positiv geladene Gruppe, beispielsweise mindestens eine, insbesondere quartäre, Ammoniumiongruppe und/oder mindestens eine Pyridiniumgruppe und/oder mindestens eine Imidazoliumgruppe und/oder mindestens eine Piperidiniumgruppe und/oder mindestens eine Pyrrolidiniumgruppe und/oder mindestens eine, insbesondere quartäre, Phosphoniumgruppe und/oder mindestens eine Guanidiniumgruppe und/oder mindestens eine Morpholiniumgruppe und/oder mindestens eine Uroniumgruppe und/oder mindestens eine Thiouroniumgruppe, und/oder mindestens eine negativ geladene Gruppe, beispielsweise mindestens eine Sulfonatgruppe und/oder Trifluormethansulfonylimid-Gruppe, zum Beispiel mindestens eine Lithiumsulfonatgruppe und/oder Lithium-Trifluormethansulfonylimid-Gruppe, insbesondere Lithiumbenzolsulfonatgruppe und/oder Lithium-Trifluormethansulfonylimid-Benzol-Gruppe. Dabei kann der Spacer X auch eine Kombination dieser Gruppen aufweisen. Durch einen derartigen Spacer X kann vorteilhafterweise die Ionenleitfähigkeit des Polymers beziehungsweise Polymerelektrolyten insgesamt erhöht werden, beispielsweise wobei durch den Polymerrücken hinsichtlich anderer Eigenschaften optimiert werden kann. Durch die Einführung mindestens einer – gegebenenfalls zusätzlichen – cyclischen Carbonatgruppe und/oder Lactongruppe und/oder cyclischen Carbamatgruppe und/oder acyclischen Carbonatgruppe und/oder acyclischen Carbonsäureestergruppe und/oder acyclischen Carbamatgruppe und/oder positiv geladenen Gruppe, insbesondere auf der Basis eines Kations einer ionischen Flüssigkeit, beispielsweise einer, insbesondere quartären, Ammoniumiongruppe und/oder einer Pyridiniumgruppe und/oder einer Imidazoliumgruppe und/oder einer Piperidiniumgruppe und/oder einer Pyrrolidiniumgruppe und/oder einer, insbesondere quartäre, Phosphoniumgruppe und/oder einer Guanidiniumgruppe und/oder einer Morpholiniumgruppe und/oder einer Uroniumgruppe und/oder einer Thiouroniumgruppe, und/oder einer negativ geladenen Gruppe, beispielsweise einer Sulfonylimidgruppe und/oder Sulfonatgruppe, in den Spacer X kann vorteilhafterweise die Ionenleitfähigkeit – insbesondere wie im Zusammenhang mit den korrespondierenden Gruppen Q, Q+ und Q– erläutert – weiter erhöht werden.
  • Im Rahmen einer Ausgestaltung dieser Ausführungsform umfasst der Spacer X mindestens eine, insbesondere substituierte oder unsubstituierte, gesättigte oder ungesättigte, lineare oder verzweigte, Alkylenoxidgruppe, insbesondere Oligo-Alkylenoxid-Gruppe. Dabei kann der Spacer X beispielsweise mindestens eine, beispielsweise substituierte oder unsubstituierte, gesättigte oder ungesättigte, lineare oder verzweigte, Ethylenoxid-Gruppe und/oder Propylenoxid-Gruppe, insbesondere Oligo-Ethylenoxid-Gruppe und/oder Oligo-Propylenoxid-Gruppe, umfassen. Insbesondere kann der Spacer X dabei mindestens eine, beispielsweise substituierte oder unsubstituierte, gesättigte oder ungesättigte, lineare oder verzweigte, Ethylenoxid-Gruppe, insbesondere Oligo-Ethylenoxid-Gruppe, umfassen. So kann vorteilhafterweise die Ionenmobilität erhöht werden. Dies kann im Fall einer positiv geladenen Gruppe Q+ und/oder im Fall einer negativ geladenen Gruppe Q– besonders vorteilhaft sein, insbesondere um dissoziierte Ionen zu mobilisieren und auf diese Weise die Ionenleitfähigkeit zu erhöhen.
  • Die mindestens eine Alkylenoxidgruppe des Spacers X kann insbesondere teilweise oder vollständig halogeniert, insbesondere fluoriert, beispielsweise perfluoriert, sein. Durch eine Halogenierung, insbesondere Fluorierung, beispielsweise Perfluorierung, kann vorteilhafterweise die Löslichkeit von Polysulfiden durch das Polymer beziehungsweise den Polymerelektrolyten, insbesondere durch Alkylenoxidgruppen, verringert werden, was bei einer Verwendung in Kombination mit einem Schwefel-Kohlenstoff-Komposit, beispielsweise Schwefel-Polymer- und/oder -Kohlenstoffmodifikation-Komposit, insbesondere Schwefel-Polymer-Komposit mit, beispielsweise kovalent und/oder ionisch, insbesondere kovalent, an das Polymer des Komposits gebundenem Schwefel, beispielsweise einem Schwefel-Polyacrylnitril-Komposit, zum Beispiel einem SPAN-Komposit, als Kathodenmaterial besonders vorteilhaft sein kann.
  • Im Rahmen einer weiteren, alternativen oder zusätzlichen Ausgestaltung dieser Ausführungsform umfasst der Spacer X mindestens eine Carbonylgruppe, insbesondere mindestens eine cyclische Carbonatgruppe und/oder mindestens eine Lactongruppe und/oder mindestens eine cyclische Carbamatgruppe und/oder mindestens eine acyclische Carbonatgruppe und/oder mindestens eine acyclische Carbonsäureestergruppe und/oder mindestens eine acyclische Carbamatgruppe. Insbesondere kann der Spacer X dabei mindestens eine acyclische Carbonatgruppe umfassen. So kann vorteilhafterweise ebenfalls die Ionenmobilität erhöht werden. Dies kann im Fall einer positiv geladenen Gruppe Q+ und/oder im Fall einer negativ geladenen Gruppe Q– besonders vorteilhaft sein, insbesondere um dissoziierte Ionen zu mobilisieren und auf diese Weise die Ionenleitfähigkeit zu erhöhen.
  • Im Rahmen einer weiteren, alternativen oder zusätzlichen Ausgestaltung dieser Ausführungsform umfasst der Spacer X mindestens eine, gegebenenfalls weitere, positiv geladene Gruppe Q+, insbesondere auf der Basis eines Kations einer ionischen Flüssigkeit, beispielsweise mindestens eine Ammoniumiongruppe und/oder mindestens eine Pyridiniumgruppe und/oder mindestens eine Imidazoliumgruppe und/oder mindestens eine Piperidiniumgruppe und/oder mindestens eine Pyrrolidiniumgruppe und/oder mindestens eine Phosphoniumgruppe und/oder mindestens eine Guanidiniumgruppe und/oder mindestens eine Morpholiniumgruppe und/oder mindestens eine Uroniumgruppe und/oder mindestens eine Thiouroniumgruppe. Dabei kann der Spacer X beispielsweise mindestens eine Ammoniumgruppe und/oder mindestens eine Pyridiniumgruppe und/oder mindestens eine Imidazoliumgruppe, zum Beispiel mindestens eine Ammoniumgruppe und/oder mindestens eine Pyridiniumgruppe, und ein Gegenion Z–, beispielsweise Leitsalzanion, insbesondere Lithium-Leitsalzanion, umfassen. Die mindestens eine, gegebenenfalls weitere, positiv geladene Gruppe Q+ des Spacers kann insbesondere wie vorstehend, insbesondere im Rahmen der über den Spacer X angebundenen positiv geladenen Gruppen Q+, erläutert ausgestaltet sein. So kann vorteilhafterweise die Ionendissoziation erhöht werden. Dies kann im Fall einer positiv geladenen Gruppe Q+– und/oder im Fall einer ungeladenen Gruppe Q besonders vorteilhaft sein, insbesondere um die Ionenleitfähigkeit weiter zu erhöhen und die Polysulfidlöslichkeit weiter zu reduzieren.
  • Im Rahmen einer weiteren, alternativen oder zusätzlichen Ausgestaltung dieser Ausführungsform umfasst der Spacer X mindestens eine, gegebenenfalls weitere, negativ geladene Gruppe Q– und ein Gegenion Z+, beispielsweise ein Alkaliion, beispielsweise Lithiumion und/oder Natriumion, insbesondere ein Lithiumion. Die mindestens eine, gegebenenfalls weitere, negativ geladene Gruppe Q– des Spacers kann insbesondere wie vorstehend, insbesondere im Rahmen der über den Spacer X angebundenen negativ geladenen Gruppen Q–, erläutert ausgestaltet sein. Zum Beispiel kann die mindestens eine, gegebenenfalls weitere, negativ geladene Gruppe Q– des Spacers X eine Gruppe auf der Basis eines Leitsalzanions, insbesondere eines Lithium-Leitsalzanions, und/oder eines Anions einer ionischen Flüssigkeit und/oder eine Sulfonatgruppe sein. Beispielsweise kann dabei der Spacer X mindestens eine Sulfonylimidgruppe, zu Beispiel mindestens eine Trifluormethansulfonylimid-Gruppe und/oder Perfluorethansulfonylimid-Gruppe und/oder Fluorsulfonylimid-Gruppe, insbesondere mindestens eine Trifluormethansulfonylimid-Gruppe, und/oder mindestens eine Sulfonatgruppe, umfassen. So kann vorteilhafterweise die Ionendissoziation erhöht werden. Dies kann im Fall einer negativ geladenen Gruppe Q-- und/oder im Fall einer ungeladenen Gruppe Q besonders vorteilhaft sein, insbesondere um die Ionenleitfähigkeit weiter zu erhöhen und die Polysulfidlöslichkeit weiter zu reduzieren.
  • Die mindestens eine Alkylengruppe des Spacers X kann beispielsweise eine Kettenlänge von ≥ 1 bis ≤ 16 Kohlenstoffatomen, insbesondere von ≥ 1 bis ≤ 13 Kohlenstoffatomen, zum Beispiel von ≥ 1 bis ≤ 4 Kohlenstoffatomen oder von ≥ 4 bis ≤ 8 Kohlenstoffatomen und/oder von ≥ 9 bis ≤ 13 Kohlenstoffatomen, aufweisen. Zum Beispiel kann dabei die Alkylengruppe des Spacers X eine gesättigte Alkylengruppe, beispielsweise der allgemeinen chemischen Formel: -(CH2)a1- mit 1 ≤ a1 ≤ 15, beispielsweise 1 ≤ a1 ≤ 12, zum Beispiel 1 ≤ a1 ≤ 3, stehen.
  • Die mindestens eine Alkylenoxidgruppe des Spacers X kann zum Beispiel eine Ethylenoxidgruppe und/oder eine Propylenoxidgruppe sein. Insbesondere kann die mindestens eine Alkylenoxidgruppe eine Oligo-Alkylenoxidgruppe, zum Beispiel eine Oligo-Ethylenoxidgruppe und/oder Oligo-Propylenoxidgruppe, sein. Insbesondere kann die Alkylenoxidgruppe beziehungsweise Oligo-Alkylenoxidgruppe ≥ 1 beziehungsweise ≥ 2 bis ≤ 10 Wiederholungseinheiten, beispielsweise ≥ 1 beziehungsweise ≥ 2 bis ≤ 4 Wiederholungseinheiten, aufweisen. Zum Beispiel kann dabei die mindestens eine Alkylenoxideinheit die allgemeine chemische Formel: -[CH2-CH2-O-]b mit 1 ≤ b ≤ 10, beispielsweise 1 ≤ oder 2 ≤ b ≤ 4, aufweisen.
  • Die Anbindung der mindestens eine Alkylenoxidgruppe des Spacers X an den Polymerrücken -[A]- und die Gruppe Q, zum Beispiel die Pyridiniumgruppe, Ammoniumgruppe, Imidazoliumgruppe, Piperidiniumgruppe, Pyrrolidiniumgruppe, Phosphoniumgruppe, Guanidiniumgruppe, Morpholiniumgruppe, Uroniumgruppe, Thiouroniumgruppe, cyclische Carbonatgruppe, Lactongruppe, cyclische Carbamatgruppe, acyclische Carbonatgruppe, acyclische Carbonsäureestergruppe, acyclische Carbamatgruppe, Sulfonylimidgruppe oder Sulfonatgruppe, kann dabei jeweils über eine, insbesondere gesättigte und/oder ungesättigte, lineare oder verzweigte, Alkylengruppe, zum Beispiel Methylengruppen, und/oder Alkoxygruppe erfolgen. Dabei kann der Spacer X beispielsweise eine Alkyl-Alkylenoxid-Alkyl-Gruppe, zum Beispiel eine Alkyl-Oligo-Alkylenoxid-Alkyl-Gruppe, beispielsweise der allgemeinen chemischen Formel: -(CH2)a1-[CH2-CH2-O-]b1-(CH2)a1’- mit 1 ≤ a1 ≤ 12, insbesondere 1 ≤ a1 ≤ 3, 1 ≤ b1 ≤ 10, insbesondere 1 ≤ oder 2 ≤ b1 ≤ 4, und 1 ≤ a1’ ≤ 12, insbesondere 1 ≤ a1’ ≤ 3, oder eine Alkoxy-Alkylenoxid-Alkyl-Gruppe, zum Beispiel Alkoxy-Oligo-Alkylenoxid-Alkylgruppe, beispielsweise der allgemeinen chemischen Formel: -(CH2)a2-O-[CH2-CH2-O-]b2-(CH2)a2’- mit 1 ≤ a2 ≤ 12, insbesondere 1 ≤ a2 ≤ 3, 1 ≤ b2 ≤ 10, insbesondere 1 ≤ oder 2 ≤ b2 ≤ 4, und 1 ≤ a2’ ≤ 12, insbesondere 1 ≤ a2’ ≤ 3, sein.
  • Die mindestens eine Phenylenoxidgruppe und/oder die mindestens eine Phenylengruppe und/oder die mindestens eine Benzylengruppe des Spacers X kann insbesondere mit einer oder mehreren Alkylseitenkette/n und/oder einer oder mehreren Alkylenoxidseitenkette/n, beispielsweise Oligo-Alkylenoxidseitenkette/n, zum Beispiel Oligo-Ethylenoxid-Seitenkette/n und/oder Oligo-Propylenoxid-Seitenkette/n, und/oder einer oder mehreren cyclischen Carbonatgruppe/n und/oder Lactongruppe/n und/oder cyclischen Carbamatgruppe/n und/oder acyclischen Carbonatgruppe/n und/oder acyclischen Carbonsäureestergruppe/n und/oder acyclischen Carbamatgruppe/n und/oder einer oder mehreren geladenen Gruppen, beispielsweise quartären Ammoniumiongruppe/n und/oder Pyridiniumgruppe/n und/oder Imidazoliumgruppe/n und/oder Piperidiniumgruppe/n und/oder Pyrrolidiniumgruppe/n und/oder, insbesondere quartären, Phosphoniumgruppe/n und/oder Guanidiniumgruppe/n und/oder Morpholiniumgruppe/n und/oder Uroniumgruppe/n und/oder Thiouroniumgruppe/n und/oder Sulfonylimidgruppe/n und/oder Sulfonatgruppe/n, beispielsweise Lithiumsulfonatfgruppen, substituiert sein. So kann die Ionenleitfähigkeit vorteilhafterweise – insbesondere wie im Zusammenhang mit den korrespondierenden Gruppen Q, Q+ und Q– erläutert – weiter erhöht werden. Beispielsweise kann der Spacer X eine oder mehrere Phenylenoxidgruppe/n und/oder Phenylengruppe/n und/oder Benzylengruppe/n umfassen. Zwischen Phenylenoxidgruppen und/oder Phenylengruppen und/oder Benzylengruppen des Spacers X kann dabei (jeweils) eine, insbesondere gesättigte und/oder ungesättigte, lineare oder verzweigte, beispielsweise teilweise oder vollständig halogenierte oder unhalogenierte, zum Beispiel teilweise fluorierte oder perfluorierte oder unfluorierte, Alkylengruppe und/oder Alkylenoxidgruppe, beispielsweise Oligo-Alkylenoxidgruppe, zum Beispiel Oligo-Ethylenoxidgruppe und/oder Oligo-Propylenoxidgruppe, eingefügt sein.
  • Die Anbindung der mindestens einen Carbonylgruppe des Spacers X an den Polymerrücken -[A]- und die Gruppe Q, zum Beispiel die cyclische Carbonatgruppe, Lactongruppe, cyclische Carbamatgruppe, acyclische Carbonatgruppe, acyclische Carbonsäureestergruppe, acyclische Carbamatgruppe, Pyridiniumgruppe, Ammoniumgruppe, Imidazoliumgruppe, Piperidiniumgruppe, Pyrrolidiniumgruppe, Phosphoniumgruppe, Guanidiniumgruppe, Morpholiniumgruppe, Uroniumgruppe, Thiouroniumgruppe, Sulfonylimidgruppe oder Sulfonatgruppe, kann dabei jeweils über eine, insbesondere gesättigte und/oder ungesättigte, lineare oder verzweigte, beispielsweise teilweise oder vollständig halogenierte oder unhalogenierte, zum Beispiel teilweise fluorierte oder perfluorierte oder unfluorierte, Alkylengruppe und/oder Alkylenoxidgruppe, beispielsweise Oligo-Alkylenoxidgruppe, zum Beispiel Oligo-Ethylenoxidgruppe und/oder Oligo-Propylenoxidgruppe, erfolgen.
  • Beispielsweise kann der Spacer X eine oder mehrere – beispielsweise zu Q analoge – cyclische Carbonatgruppe/n und/oder Lactongruppe/n und/oder cyclische Carbamatgruppe/n und/oder acyclische Carbonatgruppe/n und/oder acyclische Carbonsäureestergruppe/n und/oder acyclische Carbamatgruppe/n und/oder – beispielsweise zu Q+ analoge – Ammoniumiongruppe/n und/oder Pyridiniumgruppe/n und/oder Imidazoliumgruppe/n und/oder Piperidiniumgruppe/n und/oder Pyrrolidiniumgruppe/n und/oder Phosphoniumgruppe/n und/oder Guanidiniumgruppe/n und/oder Morpholiniumgruppe/n und/oder Uroniumgruppe/n und/oder Thiouroniumgruppe/n und/oder – beispielsweise zu Q– analoge – Sulfonylimidgruppe/n und/oder Sulfonatgruppe/n, zum Beispiel Benzolsulfonylimidgruppe/n und/oder Benzolsulfonatgruppe/n, umfassen. Die Anbindung der cyclischen Carbonatgruppe, Lactongruppe, cyclischen Carbamatgruppe, acyclischen Carbonatgruppe, acyclischen Carbonsäureestergruppe, acyclischen Carbamatgruppe, Ammoniumiongruppe, Pyridiniumgruppe, Imidazoliumgruppe, Piperidiniumgruppe, Pyrrolidiniumgruppe, Phosphoniumgruppe, Guanidiniumgruppe, Morpholiniumgruppe, Uroniumgruppe, Thiouroniumgruppe, Sulfonylimidgruppe beziehungsweise Sulfonatgruppe, beispielsweise Benzolsulfonylimidgruppe und/oder Benzolsulfonatgruppe, des Spacers X an den Polymerrücken -[A]- und/oder an eine weitere cyclische Carbonatgruppe, Lactongruppe, cyclische Carbamatgruppe, acyclische Carbonatgruppe, acyclische Carbonsäureestergruppe, acyclische Carbamatgruppe, Ammoniumiongruppe, Pyridiniumgruppe, Imidazoliumgruppe, Piperidiniumgruppe, Pyrrolidiniumgruppe, Phosphoniumgruppe, Guanidiniumgruppe, Morpholiniumgruppe, Uroniumgruppe, Thiouroniumgruppe, Sulfonylimidgruppe beziehungsweise Sulfonatgruppe des Spacers X und/oder zwischen einer cyclischen Carbonatgruppe, Lactongruppe, cyclischen Carbamatgruppe, acyclischen Carbonatgruppe, acyclischen Carbonsäureestergruppe, acyclischen Carbamatgruppe, Ammoniumiongruppe, Pyridiniumgruppe, Imidazoliumgruppe, Piperidiniumgruppe, Pyrrolidiniumgruppe, Phosphoniumgruppe, Guanidiniumgruppe, Morpholiniumgruppe, Uroniumgruppe, Thiouroniumgruppe, Sulfonylimidgruppe beziehungsweise Sulfonatgruppe, beispielsweise Benzolsulfonylimidgruppe udn/oder Benzolsulfonatgruppe, des Spacers X und/oder an die, beispielsweise endständige, Gruppe Q, zum Beispiel die cyclische Carbonatgruppe, Lactongruppe, cyclische Carbamatgruppe, acyclische Carbonatgruppe, acyclische Carbonsäureestergruppe, acyclische Carbamatgruppe, Pyridiniumgruppe, Ammoniumgruppe, Imidazoliumgruppe, Piperidiniumgruppe, Pyrrolidiniumgruppe, Phosphoniumgruppe, Guanidiniumgruppe, Morpholiniumgruppe, Uroniumgruppe, Thiouroniumgruppe, Sulfonylimidgruppe oder Sulfonatgruppe kann dabei insbesondere (jeweils) über eine, insbesondere gesättigte und/oder ungesättigte, lineare oder verzweigte, beispielsweise teilweise oder vollständig halogenierte oder unhalogenierte, zum Beispiel teilweise fluorierte oder perfluorierte oder unfluorierte, Alkylengruppe und/oder Alkylenoxidgruppe, beispielsweise Oligo-Alkylenoxidgruppe, zum Beispiel Oligo-Ethylenoxidgruppe und/oder Oligo-Propylenoxidgruppe, erfolgen.
  • Zum Beispiel kann der Spacer X ein, insbesondere gesättigter und/oder ungesättigter, linearer oder verzweigter, Alkylenspacer sein. Im Falle eines Alkylenspacers X, insbesondere im gesättigten Falle, kann die Anzahl der Kohlenstoffatome im Spacer insbesondere ≥ 1 bis ≤ 12, zum Beispiel von ≥ 1 bis ≤ 4, betragen. Beispielsweise kann der Alkylenspacer auf der allgemeinen chemischen Formel: -(CH2)a1- mit 1 ≤ a1 ≤ 12, insbesondere 1 ≤ a1 ≤ 3, basieren.
  • Oder der Spacer X kann zum Beispiel ein Alkylenoxidspacer, beispielsweise Oligo-Alkylenoxidspacer, zum Beispiel ein Oligo-Ethylenoxidspacer oder Oligo-Propylenoxidspacer, sein. Im Falle einer Ausführung als Oligo-Alkylenoxidspacer kann die Anzahl der Wiederholungseinheiten beispielsweise ≥ 2 bis ≤ 10 Wiederholungseinheiten, insbesondere ≥ 2 bis ≤ 4, betragen. Dabei kann die Anbindung der Alkylenoxideinheit, beispielsweise Oligo-Alkylenoxideinheit, zum Beispiel der Oligo-Ethylenoxideinheit oder Oligo-Propylenoxideinheit, an den Polymerrücken -[A]- beziehungsweise die Gruppe Q, zum Beispiel die cyclische Carbonatgruppe, Lactongruppe, cyclische Carbamatgruppe, acyclische Carbonatgruppe, acyclische Carbonsäureestergruppe, acyclische Carbamatgruppe, Pyridiniumgruppe, Ammoniumgruppe, Imidazoliumgruppe, Piperidiniumgruppe, Pyrrolidiniumgruppe, Phosphoniumgruppe, Guanidiniumgruppe, Morpholiniumgruppe, Uroniumgruppe, Thiouroniumgruppe, Sulfonylimidgruppe oder Sulfonatgruppe, insbesondere jeweils über eine, insbesondere gesättigte und/oder ungesättigte, lineare oder verzweigte, Alkylengruppe, zum Beispiel Methylengruppen, erfolgen. Beispielsweise kann der Alkylenoxidspacer auf der allgemeinen chemischen Formel: -(CH2)a3-[CH2-CH2-O]b3-(CH2)a3- mit 1 ≤ b3 ≤ 10, insbesondere 1 ≤ b3 ≤ 4, und 1 oder 0 ≤ a3 ≤ 3, beispielsweise a3 = 1, basieren.
  • Oder der Spacer X kann zum Beispiel ein Spacer auf Basis von, insbesondere substituiertem oder unsubstituiertem, Phenylenoxid und/oder Phenylen und/oder Benzylen sein. Insbesondere kann dabei der Spacer mehrere Phenylenoxideinheiten und/oder Phenyleneinheiten und/oder Benzyleneinheiten umfassen. Zwischen Phenylenoxideinheiten und/oder Oligo-Phenylenoxideinheiten und/oder Phenyleneinheiten und/oder Oligo-Phenyleneinheiten und/oder Benzyleneinheiten und/oder Oligo-Benzyleneinheiten des Spacers X kann dabei (jeweils) eine, insbesondere gesättigte und/oder ungesättigte, lineare oder verzweigte, beispielsweise teilweise oder vollständig halogenierte oder unhalogenierte, zum Beispiel teilweise fluorierte oder perfluorierte oder unfluorierte, Alkylengruppe und/oder Alkylenoxidgruppe, beispielsweise Oligo-Alkylenoxidgruppe, zum Beispiel Oligo-Ethylenoxidgruppe und/oder Oligo-Propylenoxidgruppe, eingefügt sein. Eine Substitution kann dabei insbesondere mit einer oder mehreren Alkylseitenkette/n und/oder einer oder mehreren Alkylenoxidseitenkette/n, beispielsweise Oligo-Alkylenoxidseitenkette/n, zum Beispiel Oligo-Ethylenoxid-Seitenkette/n und/oder Oligo-Propylenoxid-Seitenkette/n, und/oder einer oder mehreren cyclischen Carbonatgruppe/n und/oder Lactongruppe/n und/oder cyclischen Carbamatgruppe/n und/oder acyclischen Carbonatgruppe/n und/oder acyclischen Carbonsäureestergruppe/n und/oder acyclischen Carbamatgruppe/n und/oder einer oder mehreren geladenen Gruppen, beispielsweise quartären Ammoniumgruppe/n und/oder Pyridiniumgruppe/n und/oder Imidazoliumgruppe/n und/oder Piperidiniumgruppe/n und/oder Pyrrolidiniumgruppe/n und/oder, beispielsweise quartären, Phosphoniumgruppe/n und/oder Guanidiniumgruppe/n und/oder Morpholiniumgruppe/n und/oder Uroniumgruppe/n und/oder Thiouroniumgruppe/n und/oder Sulfonylimidgruppe/n und/oder Sulfonatgruppe/n, beispielsweise Lithiumsulfonylimidgruppe/n und/oder Lithiumsulfonatgruppe/n, erfolgen.
  • Oder der Spacer X kann zum Beispiel ein Carbonylspacer, beispielsweise ein Alkylen/Alkylenoxid-Carbonyl-Alkylen/Alkylenoxid-Spacer sein.
  • Oder der Spacer X kann beispielsweise ein Ethersauerstoff (-O-) sein.
  • Im Rahmen einer speziellen Ausgestaltung ist der Spacer X ein Alkylen- und/oder Alkylenoxid-Spacer, beispielsweise ein Alkylen- und/oder Oligo-Alkylenoxid-Spacer, zum Beispiel ein Etyhlenoxid- und/oder Oligo-Ethylenoxid-Spacer.
  • Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform steht -[A]- für eine Polymerrücken bildende Einheit, welche (zumindest) eine Alkylenoxid-Einheit, insbesondere Ethylenoxid-Einheit (PEO) und/oder Propylenoxid-Einheit, beispielsweise Oligo-Alkylenoxid-Einheit, zum Beispiel Oligo-Ethylenoxid-Einheit und/oder Oligo-Propylenoxid-Einheit, und/oder eine, eine Carbonatgruppe, insbesondere eine organische Carbonatgruppe, umfassende Einheit und/oder eine Siloxan-Einheit und/oder eine Phosphazen-Einheit und/oder eine Methylmethacrylat-Einheit und/oder eine Methacrylat-Einheit und/oder eine Phenylen-Einheit und/oder eine Phenylenoxid-Einheit und/oder eine Benzylen-Einheit und/oder eine Alkylen-Einheit umfasst.
  • Beispielsweise kann -[A]- für eine Polymerrücken bildende Einheit stehen, welche einen Polyether, insbesondere Polyethylenoxid (PEO) und/oder Polypropylenoxid, und/oder polymerisierte, insbesondere organische, Carbonatgruppe/n umfassende Wiederholungseinheiten, beispielsweise ein Polycarbonat und/oder ein Polymer aus Polymerrücken bildenden Struktureinheiten mit Carbonatgruppen enthaltenden Seitengruppen, und/oder ein Polysiloxan und/oder ein Polyphosphazen und/oder ein Poly(methyl)methacrylat und/oder ein Polymethacrylat und/oder ein Polyphenylen, beispielsweise ein para-Polyphenylen, und/oder ein Polyphenylenoxid und/oder ein Polybenzylen und/oder ein Polyolefin, beispielsweise Polypropylen und/oder Polyethylen, umfasst und/oder bildet. Zum Beispiel kann -[A]- für eine Polymerrücken bildende Einheit stehen, welche auf einem Polyether, insbesondere Polyethylenoxid (PEO) und/oder Polypropylenoxid, und/oder einer polymerisierten, insbesondere organische, Carbonatgruppe/n, umfassenden Wiederholungseinheiten und/oder einem Polysiloxan und/oder einem Polyphosphazen und/oder einem Poly(methyl)methacrylat und/oder einem Polymethacrylat und/oder einem Polyphenylen, beispielsweise eine para-Polyphenylen, und/oder einem Polyphenylenoxid und/oder einem Polybenzylen und/oder einem Polyolefin, beispielsweise Polypropylen und/oder Polyethylen, basiert.
  • Im Rahmen einer speziellen Ausführungsform umfasst die Polymerrücken bildende Einheit -[A]- (zumindest) eine Siloxan. So kann vorteilhafterweise eine geringe Glasübergangstemperatur des Polymers und damit eine hohe Ionenleitfähigkeit erzielt werden.
  • Im Rahmen einer weiteren, insbesondere alternativen oder zusätzlichen, speziellen Ausführungsform umfasst die Polymerrücken bildende Einheit -[A]- (zumindest) eine Phosphazen-Einheit. So kann vorteilhafterweise ebenfalls eine geringe Glasübergangstemperatur des Polymers und damit eine hohe Ionenleitfähigkeit erzielt werden.
  • Im Rahmen einer weiteren, insbesondere alternativen oder zusätzlichen, speziellen Ausführungsform umfasst die Polymerrücken bildende Einheit -[A]- (zumindest) eine Methylmethacrylat-Einheit und/oder eine Methacrylat-Einheit. Diese können vorteilhafterweise synthetisch einfacher zugänglich als Phosphazene sein.
  • Im Rahmen einer weiteren, insbesondere alternativen oder zusätzlichen, speziellen Ausführungsform umfasst die Polymerrücken bildende Einheit -[A]- (zumindest) eine Phenylen-Einheit. Insbesondere kann die Polymerrücken bildende Einheit -[A]- (zumindest) eine para-Phenylen-Einheit umfassen. So kann vorteilhafterweise zusätzlich eine elektrische Leitfähigkeit erzielt werden. Zudem können Phenylen-Einheiten beziehungsweise Polyphenylene auf einfache Weise einfach oder mehrfach substituiert, beispielsweise sulfoniert, werden. Insbesondere sind auch Mehrfachsulfonierungen der Phenyleneinheit und/oder des daraus ausgebildeten Polyphenyl-Polymerrückens möglich. Beispielsweise kann die Polymerrücken bildende Einheit -[A]- (zumindest) eine Phenylenoxid-Einheit umfassen. Über den Sauerstoff können vorteilhafterweise auf einfache Weise – gegebenenfalls über einen Spacer X – Gruppen Q, Q+ und/oder Q– angebunden werden. Beispielsweise kann die Polymerrücken bildende Einheit – [A]- eine mindestens einfach sulfonierte, beispielsweise mehrfach sulfonierte, Phenylen-Einheit umfassen oder sein. Zum Beispiel kann das Polymer beziehungsweise der Polyelektrolyt ein Sulfonatgruppen, insbesondere Lithiumsulfonatgruppen, substituiertes Polyphenylen, beispielsweise para-Polyphenylen, beispielsweise welches mindestens eine Phenylen-Wiederholungseinheit umfasst, die mindestens einfach mit einer Sulfonatgruppe, insbesondere Lithiumsulfonatgruppe, beispielsweise mit mehreren Sulfonatgruppen, insbesondere Lithiumsulfonatgruppen, substituiert ist, umfassen oder sein. Dies hat sich als vorteilhaft erwiesen, da so die Anzahl der anionischen Einheiten und damit Lithiumionen-Ladungsträger pro Phenyleneinheit erhöht werden kann. Neben der Sulfonatgruppen substituierten Phenylen-Einheit kann die Polymerrücken bildende Einheit -[A]-, beispielsweise in Form eines Polyphenylens, noch eine oder mehrere andere Phenylen-Einheiten, beispielsweise eine unsubstituierte Phenylen-Einheit und/oder eine einfach oder mehrfach mit jeweils einer Gruppe Q, beispielsweise Q+ beziehungsweise Q– beziehungsweise Q, und einem Spacer X, insbesondere Xx, substituierte Phenylen-Einheit, umfassen.
  • Im Rahmen einer weiteren, insbesondere alternativen oder zusätzlichen, speziellen Ausführungsform umfasst die Polymerrücken bildende Einheit -[A]- (zumindest) eine Benzylen-Einheit.
  • Im Rahmen einer weiteren, insbesondere alternativen oder zusätzlichen, speziellen Ausführungsform umfasst die Polymerrücken bildende Einheit -[A]- (zumindest) eine Alkylen-Einheit.
  • Im Rahmen einer weiteren, insbesondere alternativen oder zusätzlichen, speziellen Ausführungsform umfasst die Polymerrücken bildende Einheit -[A]- (zumindest) eine Alkylenoxid-Einheit, insbesondere Ethylenoxid-Einheit (PEO) und/oder Propylenoxid-Einheit, beispielsweise Oligo-Alkylenoxid-Einheit, zum Beispiel Oligo-Ethylenoxid-Einheit und/oder Oligo-Propylenoxid-Einheit, insbesondere Oligo-Ethylenoxid-Einheit. So kann vorteilhafterweise die Ionenmobilität und damit die Ionenleitfähigkeit erhöht werden.
  • Im Rahmen einer weiteren, insbesondere alternativen oder zusätzlichen, speziellen Ausführungsform umfasst die Polymerrücken bildende Einheit -[A]- (zumindest) eine, eine Carbonatgruppe, insbesondere eine organische Carbonatgruppe, umfassende Einheit. So kann vorteilhafterweise die Polarität des Polymerrückens erhöht werden und damit die Polysulfidlöslichkeit positiv beeinflusst, insbesondere reduziert, werden kann. Polymerisierte, insbesondere organische, Carbonatgruppen umfassende Wiederholungseinheiten können beispielsweise ein Polycarbonat, das heißt einen Polyester dessen Polymerrücken, beispielsweise mittels Kondensationsreaktion verknüpfte, insbesondere veresterte, Carbonatgruppen umfasst, bilden. Alternativ oder zusätzlich dazu können polymerisierte, insbesondere organische, Carbonatgruppen umfassende Wiederholungseinheiten jedoch auch ein Polymer aus Polymerrücken bildenden Struktureinheiten mit, insbesondere organische, Carbonatgruppen enthaltenden Seitengruppen bilden. Durch die Carbonatgruppen enthaltenden Seitengruppen kann dabei vorteilhafterweise die Ionenleitfähigkeit des Polymers insgesamt erhöht werden. Der ausgebildete Polymerrücken kann dabei selbst Carbonatgruppen umfassen, beispielsweise ein Polycarbonat, sein oder auch Carbonatgruppen frei, insbesondere kein Polycarbonat, sein. Beispielsweise kann die Polymerrücken bildende Einheit -[A]- eine Einheit mit einer Polymerrücken bildenden Struktureinheit und mit einer, eine Carbonatgruppe enthaltenden Seitengruppe umfassen. Dabei kann die, die Carbonatgruppe enthaltende Seitengruppe zum Beispiel an ein Atom der Polymerrücken bildenden Struktureinheit angebunden sein. Beispielsweise kann die, die Carbonatgruppe enthaltende Seitengruppe jedoch auch cyclisch, beispielsweise in Form eines Fünfrings oder Sechsrings oder Siebenrings, insbesondere Fünfrings, an die Polymerrücken bildende Struktureinheit, insbesondere an zwei Atome der Polymerrücken bildenden Struktureinheit, angebunden sein. Insbesondere kann dabei eine Carbonatgruppe eine cyclisch an die Polymerrücken bildende Struktureinheit angebundene Seitengruppe bilden. Beispielsweise kann die Polymerrücken bildende Einheit -[A]- eine Einheit mit einer Polymerrücken bildenden Struktureinheit und mit einer Carbonatgruppe umfassen, wobei die Carbonatgruppe eine, an die Polymerrücken bildende Struktureinheit cyclisch angebundene Seitengruppe bildet. Zum Beispiel kann dabei die Carbonatgruppe über zwei Sauerstoffatome an zwei Atome der Polymerrücken bildenden Struktureinheit angebunden sein und beispielsweise (zusammen mit Atomen der Polymerrücken bildenden Struktureinheit) einen Fünfring oder Sechsring oder Siebenring, insbesondere Fünfring, bilden.
  • Die Polymerrücken bildende Einheit -[A]- kann sowohl monofunktionalisiert als auch polyfunktionalisiert, beispielsweise bifunktionalisiert, trifunktionalisiert oder tetrafunktionalisiert, mit der über den Spacer X angebundenen Gruppe Q sein. Dabei kann unter einer polyfunktionalisierten Polymerrücken bildende Einheit -[A]- insbesondere eine Polymerrücken bildende Einheit -[A]- verstanden werden, welche mit mindestens zwei Gruppen Q, beispielsweise Q+ und/oder Q– und/oder Q, funktionalisiert ist, insbesondere wobei jeweils eine Gruppe Q, beispielsweise Q+ beziehungsweise Q– beziehungsweise Q, – gegebenenfalls über einen Spacer X, insbesondere Xx, – an die Polymerrücken bildende Einheit -[A]- angebunden ist.
  • Im Folgenden werden beispielhaft einige allgemeine chemische Formeln vorgestellt, auf welchen die Polymerrücken bildende Einheit -[A]- beziehungsweise die Wiederholungseinheit ([A]-X-Q):
    Figure DE102015210404A1_0013
    und beispielsweise auch die später erläuterten Polymerrücken bildenden Einheiten -[AI]-, -[AII]-, -[AIII]-, -[AIV]-, -[AV]-, -[AVI]-, -[AVII]-, -[AVIII]-, -[AIX]-, -[Aa]-, -[Ab]-, -[Ac]-, -[Ad]-, -[Ae]-, -[Af]-, -[AZ]- beziehungsweise -[AZ1]- und speziellen Wiederholungseinheiten – basieren kann. Im Fall einer Darstellung einer Polymerrücken bildenden Einheit -[A]- kann xq dabei (jeweils) für eine Anbindungsstelle stehen, an welcher die beziehungsweise (jeweils) eine Gruppe Q, beispielsweise über einen Spacer X, insbesondere Xx, (im Fall x = 0 indirekt über den Spacer oder im Fall x = 0 direkt) an die Polymerrücken bildende Einheit -[A]- angebunden ist. Im Fall einer Darstellung einer Wiederholungseinheit ([A]-X-Q) kann xq für XQ, also den beziehungsweise (jeweils) einen Spacer X, insbesondere Xx, und die beziehungsweise (jeweils) eine Gruppe Q, beispielsweise Q+ beziehungsweise Q– beziehungsweise Q, stehen.
  • Zum Beispiel kann die Polymerrücken bildende Einheit -[A]- beziehungsweise die Wiederholungseinheit ([A]-X-Q) eine Alkylenoxid-Einheit, beispielsweise Ethylenoxid-Einheit, der allgemeinen chemischen Formel:
    Figure DE102015210404A1_0014
    und/oder eine oder Propylenoxid-Wiederholungseinheit der allgemeinen chemischen Formel:
    Figure DE102015210404A1_0015
    umfassen beziehungsweise sein.
  • Alternativ oder zusätzlich dazu, kann die Polymerrücken bildende Einheit -[A]- beziehungsweise die Wiederholungseinheit ([A]-X-Q) eine Wiederholungseinheit mit einer Polymerrücken bildenden Struktureinheit und mit einer, an die Polymerrücken bildende Struktureinheit cyclisch angebundenen Carbonatgruppe der allgemeinen chemischen Formel:
    Figure DE102015210404A1_0016
    umfassen beziehungsweise sein.
  • Alternativ oder zusätzlich dazu, kann die Polymerrücken bildende Einheit -[A]- beziehungsweise die Wiederholungseinheit ([A]-X-Q) eine Siloxan-Einheit der allgemeinen chemischen Formel:
    Figure DE102015210404A1_0017
    umfassen beziehungsweise sein, insbesondere wobei R für eine Alkylgruppe, beispielsweise für eine Methyl-, Ethyl- und/oder Propyl-Gruppe, zum Beispiel eine Methylgruppe, steht. Zum Beispiel kann die Polymerrücken bildende Einheit -[A]- beziehungsweise die Wiederholungseinheit ([A]-X-Q) eine Siloxan-Einheit der allgemeinen chemischen Formel:
    Figure DE102015210404A1_0018
    umfassen beziehungsweise sein.
  • Alternativ oder zusätzlich dazu, kann die Polymerrücken bildende Einheit -[A]- beziehungsweise die Wiederholungseinheit ([A]-X-Q) eine Phosphazen-Einheit der allgemeinen chemischen Formel:
    Figure DE102015210404A1_0019
    umfassen beziehungsweise sein, insbesondere wobei R’ für Wasserstoff oder (vorzugsweise) für eine Alkylgruppe, beispielsweise für eine Methyl-, Ethyl- und/oder Propyl-Gruppe, zum Beispiel eine Methylgruppe, steht.
  • Alternativ oder zusätzlich dazu, kann die Polymerrücken bildende Einheit -[A]- beziehungsweise die Wiederholungseinheit ([A]-X-Q) eine Methylmethacrylat-Einheit der allgemeinen chemischen Formel:
    Figure DE102015210404A1_0020
    umfassen beziehungsweise sein.
  • Alternativ oder zusätzlich dazu, kann die Polymerrücken bildende Einheit -[A]- beziehungsweise die Wiederholungseinheit ([A]-X-Q) eine Methacrylat-Einheit der allgemeinen chemischen Formel:
    Figure DE102015210404A1_0021
    umfassen beziehungsweise sein.
  • Alternativ oder zusätzlich dazu, kann die Polymerrücken bildende Einheit -[A]- beziehungsweise die Wiederholungseinheit ([A]-X-Q) eine Phenylen-Einheit der allgemeinen chemischen Formel:
    Figure DE102015210404A1_0022
    beziehungsweise sein.
  • Alternativ oder zusätzlich dazu, kann die Polymerrücken bildende Einheit -[A]- beziehungsweise die Wiederholungseinheit ([A]-X-Q) eine Etyhlen-Einheit der allgemeinen chemischen Formel:
    Figure DE102015210404A1_0023
    und/oder eine Propylen-Einheit der allgemeinen chemischen Formel:
    Figure DE102015210404A1_0024
    umfassen beziehungsweise sein.
  • Beispielsweise kann die Polymerrücken bildende Einheit -[A]-, (zumindest) eine Einheit mit einer Polymerrücken bildenden Struktureinheit und mit einer, eine Carbonatgruppe enthaltenden Seitengruppe umfassen. So kann vorteilhafterweise die Ionenleitfähigkeit des Polymers insgesamt erhöht werden.
  • Dabei kann die, die Carbonatgruppe enthaltende Seitengruppe zum Beispiel an ein Atom der Polymerrücken bildenden Struktureinheit angebunden sein. Zum Beispiel kann die Polymerrücken bildende Einheit -[A]-, (zumindest) eine Einheit mit einer Polymerrücken bildenden Struktureinheit und einer Carbonatgruppe sein, welche eine, an die Polymerrücken bildende Struktureinheit cyclisch angebundene Seitengruppe bildet. Beispielsweise kann dabei die Carbonatgruppe über zwei Sauerstoffatome an zwei Atome der Polymerrücken bildenden Struktureinheit angebunden sein und beispielsweise (zusammen mit der Polymerrücken bildenden Struktureinheit) einen Fünfring oder Sechsring oder Siebenring, insbesondere Fünfring, bilden.
  • Im Rahmen einer speziellen Ausführungsform umfasst die Polymerrücken bildende Einheit -[A]- (zumindest) eine Siloxan-Einheit und/oder eine Phosphazen-Einheit und/oder eine Methylmethacrylat-Einheit und/oder eine Methacrylat-Einheit und/oder eine Phenylen-Einheit, insbesondere eine para-Phenylen-Einheit. Insbesondere kann die Polymerrücken bildende Einheit -[A]- (zumindest) eine Siloxan-Einheit und/oder eine Phosphazen-Einheit und/oder eine Methylmethacrylat-Einheit und/oder eine Methacrylat-Einheit umfassen. Im Rahmen einer speziellen Ausgestaltung umfasst die Polymerrücken bildende Einheit -[A]- (zumindest) eine Methylmethacrylat-Einheit und/oder eine Methacrylat-Einheit und/oder eine Siloxan-Einheit. Durch Phosphazene und/oder Siloxane kann vorteilhafterweise eine geringe Glasübergangstemperatur des Polymers und damit eine hohe Ionenleitfähigkeit erzielt werden. Methylmethacrylate und/oder Methacrylat können vorteilhafterweise eine Vereinfachung der Synthese ermöglichen. Durch Phenylen-Einheiten kann vorteilhafterweise zusätzlich eine elektrische Leitfähigkeit erzielt werden. Zudem können Phenylen-Einheiten beziehungsweise Polyphenylene auf einfache Weise einfach oder mehrfach substituiert, beispielsweise sulfoniert, werden.
  • Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform umfasst die Polymerrücken bildende Einheit -[A]- (zumindest) eine polyfunktionalisierte, beispielsweise bifunktionalisierte, Siloxan-Einheit und/oder eine polyfunktionalisierte, beispielsweise bifunktionalisierte oder tetrafunktionalisierte, zum Beispiel oder durch eine Verzweigung in einer oder mehrerer Seitenketten polyfunktionalisierte, beispielsweise tetrafunktionalisierte, Phosphazen-Einheit und/oder polyfunktionalisierte, beispielsweise bifunktionalisierte, Methylmethacrylat-Einheit und/oder polyfunktionalisierte, beispielsweise bifunktionalisierte, Methacrylat-Einheit und/oder polyfunktionalisierte, beispielsweise bifunktionalisierte, Phenylen-Einheit. Im Rahmen einer speziellen Ausgestaltung dieser Ausführungsform umfasst die Polymerrücken bildende Einheit -[A]- (zumindest) eine polyfunktionalisierte, beispielsweise bifunktionalisierte, Siloxan-Einheit und/oder eine polyfunktionalisierte, beispielsweise bifunktionalisierte oder tetrafunktionalisierte, zum Beispiel oder durch eine Verzweigung in einer oder mehrerer Seitenketten polyfunktionalisierte, beispielsweise tetrafunktionalisierte, Phosphazen-Einheit. Im Rahmen einer sehr speziellen Ausgestaltung dieser Ausführungsform umfasst die Polymerrücken bildende Einheit -[A]- (zumindest) eine polyfunktionalisierte, beispielsweise bifunktionalisierte, Siloxan-Einheit. So kann das Polymer vorteilhafterweise auf einfache Weise mit mehreren Gruppen Q ausgestattet werden.
  • Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform ist die Polymerrücken bildende Einheit -[A]- – beziehungsweise die später erläuterten Polymerrücken bildenden Einheiten -[AI]-, -[AII]-, -[AIII]-, -[AIV]-, -[AV]-, -[AVI]-, -[AVII]-, -[AVIII]-, -[AIX]-, -[Aa]-, -[Ab]-, -[Ac]-, -[Ad]-, -[Ae]-, -[Af]-, -[AZ]- beziehungsweise -[AZ1]- – und/oder der Spacer X – beziehungsweise die später erläuterten Spacer (XI), (XII), (XIII), (XIV), (XV), (XVI), (XVII), (XVIII), (XIX), (Xa), (Xb), (Xc), (Xd), (Xe), (Xf) beziehungsweise (XZ) – und/oder die Gruppe Q, beispielsweise Q+ und/oder Q– und/oder Q, insbesondere teilweise oder vollständig, halogeniert, beispielsweise fluoriert, gegebenenfalls perfluoriert. Dabei können insbesondere (zumindest) Alkylenoxidgruppen und/oder Alkylengruppen und/oder Alkylgruppen und/oder Alkyoxygruppen halogeniert, insbesondere fluoriert, gegebenenfalls perfluoriert, sein. Durch Fluorieren, insbesondere von Alkylenoxidgruppen, wie Ethylenoxidgruppen und/oder Propylenoxidgruppen, und/oder Polyethern und/oder Alkylgruppen und/oder Alkylengruppen und/oder Alkyoxygruppen kann vorteilhafterweise die Löslichkeit von Polysulfiden durch das Polymer herabgesetzt werden. So kann wiederum vorteilhafterweise ein Herauslösen von Polysulfiden aus dem Kathodenaktivmaterial, beispielsweise einem Schwefel-Kohlenstoff-Komposit, zum Beispiel einem Schwefel-Polymer-Komposit, insbesondere einem Schwefel-Polyacrylnitril-Komposit, wie SPAN, und damit ein Aktivmaterialverlust verringert beziehungsweise vermieden werden und auf diese Weise die Leistungsfähigkeit, Zyklenbeständigkeit und Lebensdauer einer damit ausgestatteten Lithium-Schwefel-Zelle beziehungsweise eines damit ausgestatten Energiesystems, beispielsweise einer Lithium-Schwefel-Batterie, verbessert werden. Eine Fluorierung kann außerdem einen positiven Einfluss auf die Transferzahl haben und kann insbesondere die Transferzahl erhöhen.
  • Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform umfasst daher der Spacer X – beziehungsweise die später erläuterten Spacer (XI), (XII), (XIII), (XIV), (XV), (XVI), (XVII), (XVIII), (XIX), (Xa), (Xb), (Xc), (Xd), (Xe), (Xf), (XZ) beziehungsweise (XZ1) – und/oder die Polymerrücken bildende Einheit -[A]- – beziehungsweise die später erläuterten Polymerrücken bildenden Einheiten -[AI]-, -[AII]-, -[AIII]-, -[AIV]-, -[AV]-, -[AVI]-, -[AVII]-, -[AVIII]-, -[AIX]-, -[Aa]-, -[Ab]-, -[Ac]-, -[Ad]-, -[Ae]-, -[Af]-, -[AZ]- beziehungsweise -[AZ1]- – und/oder die Gruppe Q beziehungsweise Q+ beziehungsweise Q– – beziehungsweise die im Folgenden näher erläuterten Gruppen mit R10–R213 – eine fluorierte, insbesondere perfluorierte, Alkylenoxid-Einheit, beispielsweise Ethylenoxid-Einheit und/oder Propylenoxid-Einheit, insbesondere Ethylenoxid-Einheit, beispielsweise Oligo-Alkylenoxid-Einheit, zum Beispiel Oligo-Ethylenoxid-Einheit und/oder Oligo-Propylenoxid-Einheit, insbesondere Oligo-Ethylenoxid-Einheit. Gegebenenfalls kann dabei der Spacer X – beziehungsweise die später erläuterten Spacer (XI), (XII), (XIII), (XIV), (XV), (XVI), (XVII), (XVIII), (XIX), (Xa), (Xb), (Xc), (Xd), (Xe), (Xf), (XZ) beziehungsweise (XZ1) – und/oder die Polymerrücken bildende Einheit -[A]- – beziehungsweise die später erläuterten Polymerrücken bildenden Einheiten -[AI]-, -[AII]-, -[AIII]-, -[AIV]-, -[AV]-, -[AVI]-, -[AVII]-, -[AVIII]-, -[AIX]-, -[Aa]-, -[Ab]-, -[Ac]-, -[Ad]-, -[Ae]-, -[Af]-, -[AZ]- beziehungsweise -[AZ1]- – und/oder die Gruppe Q beziehungsweise Q+ beziehungsweise Q– – beziehungsweise die im Folgenden näher erläuterten Gruppen mit R10-R213 – frei von unfluorierten Alkylenoxid-Einheiten, beispielsweise Ethylenoxid-Einheiten und/oder Propylenoxid-Einheiten, insbesondere Ethylenoxid-Einheiten, beispielsweise Oligo-Alkylenoxid-Einheiten, zum Beispiel Oligo-Ethylenoxid-Einheiten und/oder Oligo-Propylenoxid-Einheiten, insbesondere Oligo-Ethylenoxid-Einheiten, sein. Durch einen Polymerelektrolyten, insbesondere welcher nicht oder nur teilweise auf unfluoriertem Polyethylenoxid basiert, beispielsweise welcher nicht auf unfluoriertem Polyethylenoxid basiert beziehungsweise welcher auf fluoriertem, insbesondere perfluoriertem, Polyethylenoxid basiert, kann vorteilhafterweise eine – im Vergleich zur Verwendung von unfluorierten, etherbasierten Flüssigelektrolyten, wie Dimethoxyethan (DME) oder Dioxolan (DOL) und Mischungen daraus, – reduzierte kathodenseitige Polysulfidlöslichkeit erzielt werden. So kann vorteilhafterweise der Kapazitätserhalt und damit die Lebensdauer der Zelle deutlich verbessert werden.
  • Im Rahmen einer weiteren, alternativen oder zusätzlichen Ausführungsform ist der Spacer X – beziehungsweise die später erläuterten Spacer (XI), (XII), (XIII), (XIV), (XV), (XVI), (XVII), (XVIII), (XIX), (Xa), (Xb), (Xc), (Xd), (Xe), (Xf), (XZ) beziehungsweise (XZ1) – und/oder die Polymerrücken bildende Einheit -[A]- – beziehungsweise die später erläuterten Polymerrücken bildenden Einheiten -[AI]-, -[AII]-, -[AIII]-, -[AIV]-, -[AV]-, -[AVI]-, -[AVII]-, -[AVIII]-, -[AIX]-, -[Aa]-, -[Ab]-, -[Ac]-, -[Ad]-, -[Ae]-, -[Af]-, -[AZ]- beziehungsweise -[AZ1]- – und/oder die Gruppe Q beziehungsweise Q+ beziehungsweise Q– – beziehungsweise die im Folgenden näher erläuterten Gruppen mit R10-R213 – perfluoriert. So kann vorteilhafterweise die Löslichkeit von Polysulfiden durch das Polymer insbesondere herabgesetzt werden.
  • Im Rahmen einer Ausgestaltung steht die, insbesondere ungeladene, Gruppe Q für eine Gruppe, insbesondere eine cyclische Carbonatgruppe, der allgemeinen chemischen Formel:
    Figure DE102015210404A1_0025
  • Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung steht die, insbesondere ungeladene, Gruppe Q für eine Gruppe, insbesondere eine Lactongruppe, der allgemeinen chemischen Formel:
    Figure DE102015210404A1_0026
  • Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung steht die, insbesondere ungeladene, Gruppe Q für eine Gruppe, insbesondere eine cyclische Carbamatgruppe, der allgemeinen chemischen Formel:
    Figure DE102015210404A1_0027
  • Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung steht die, insbesondere ungeladene, Gruppe Q für eine Gruppe, insbesondere eine Ethylenoxidgruppe, der allgemeinen chemischen Formel:
    Figure DE102015210404A1_0028
  • Dabei steht nIV beziehungsweise nIX für die Anzahl der Ethylenoxideinheiten und ist insbesondere 1 ≤ nIV ≤ 15, beispielsweise 2 ≤ nIV ≤ 6, beziehungsweise 1 ≤ nIX ≤ 15, beispielsweise 2 ≤ nIX ≤ 6.
  • Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung steht die, insbesondere ungeladene, Gruppe Q für eine Gruppe, insbesondere eine acyclische Carbonatgruppe, der allgemeinen chemischen Formel:
    Figure DE102015210404A1_0029
  • Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung steht die, insbesondere ungeladene, Gruppe Q für eine Gruppe, insbesondere eine acyclische Carbonsäureestergruppe, der allgemeinen chemischen Formel:
    Figure DE102015210404A1_0030
  • Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung steht die, insbesondere ungeladene, Gruppe Q für eine Gruppe, insbesondere eine acyclische Carbamatgruppe, der allgemeinen chemischen Formel:
    Figure DE102015210404A1_0031
  • Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung steht die, insbesondere positiv geladene, Gruppe Q+ für eine Gruppe, insbesondere eine Pyridiniumgruppe, der allgemeinen chemischen Formel:
    Figure DE102015210404A1_0032
  • Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung steht die, insbesondere positiv geladene, Gruppe Q+ für eine Gruppe, insbesondere eine quartäre Ammoniumgruppe, der allgemeinen chemischen Formel:
    Figure DE102015210404A1_0033
  • Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung steht die, insbesondere positiv geladene, Gruppe Q+ für eine Gruppe, insbesondere eine Imidazoliumgruppe, der allgemeinen chemischen Formel:
    Figure DE102015210404A1_0034
  • Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung steht die, insbesondere positiv geladene, Gruppe Q+ für eine Gruppe, insbesondere eine Piperidiniumgruppe, der allgemeinen chemischen Formel:
    Figure DE102015210404A1_0035
  • Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung steht die, insbesondere positiv geladene, Gruppe Q+ für eine Gruppe, insbesondere eine Pyrrolidiniumgruppe, der allgemeinen chemischen Formel:
    Figure DE102015210404A1_0036
  • Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung steht die, insbesondere positiv geladene, Gruppe Q+ für eine Gruppe, insbesondere eine quartäre Phosphoniumgruppe, der allgemeinen chemischen Formel:
    Figure DE102015210404A1_0037
  • Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung steht die, insbesondere negativ geladene, Gruppe Q– für eine Gruppe, insbesondere eine para-Benzolsulfonylimid-Gruppe, beispielsweise eine para-Trifluormethansulfonylimid-Benzol-Gruppe, der allgemeinen chemischen Formel:
    Figure DE102015210404A1_0038
  • Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung steht die, insbesondere negativ geladene, Gruppe Q– für eine Gruppe, insbesondere eine para-Benzolsulfonatgruppe, der allgemeinen chemischen Formel:
    Figure DE102015210404A1_0039
  • Dabei können R10, R11, R12, R13 und/oder R14 beziehungsweise R30, R31, R32 und/oder R33 beziehungsweise R40, R41, R41’, R42, R42’, R43, R43’, R44, R44’, R45 und/oder R45’ beziehungsweise R50, R51, R51’, R52, R52’, R53, R53’, R54 und/oder R54’ beziehungsweise R100, R101 und/oder R101’ beziehungsweise R110, R111, R111’, R112 und/oder R112’ beziehungsweise R120, R120’, R121 und/oder R121’ beziehungsweise R130, R130’, R131, R131’ und/oder R132 beziehungsweise R140 beziehungsweise R150 beziehungsweise R160 beziehungsweise R170 beziehungsweise R180, R180’ R181, R181’ und/oder R182 beziehungsweise R200, R201, R202 und/oder R203 beziehungsweise R210, R211, R212, 213 und/oder R214 jeweils unabhängig voneinander für Wasserstoff und/oder eine, insbesondere substituierte oder unsubstituierte, gesättigte oder ungesättigte, lineare oder verzweigte, Alkylgruppe, insbesondere mit einer Kettenlänge von ≥ 1 bis ≤ 16 Kohlenstoffatomen, und/oder eine, insbesondere substituierte oder unsubstituierte, gesättigte oder ungesättigte, lineare oder verzweigte, Alkylenoxidgruppe, beispielsweise Ethylenoxidgruppe oder Propylenoxidgruppe, insbesondere Oligo-Alkylenoxidgruppe, beispielsweise Oligo-Ethylenoxidgruppe oder Oligo-Propylenoxidgruppe, insbesondere mit ≥ 1 oder ≥ 2 bis ≤ 10 Wiederholungseinheiten, und/oder ein Halogenatom, insbesondere Fluor, und/oder eine, insbesondere substituierte oder unsubstituierte, gesättigte oder ungesättigte, lineare oder verzweigte, Alkoxygruppe, beispielsweise mit einer Kohlenstoffkettenlänge von ≥ 1 bis ≤ 16 Kohlenstoffatomen, und/oder eine, insbesondere substituierte oder unsubstituierte, Phenylenoxidgruppe, beispielsweise Oligo-Phenylenoxidgruppe, insbesondere mit ≥ 1 oder ≥ 2 bis ≤ 10 Wiederholungseinheiten, und/oder eine, insbesondere substituierte oder unsubstituierte, Phenoxygruppe und/oder eine, insbesondere substituierte oder unsubstituierte, Phenylengruppe, beispielsweise Oligo-Phenylengruppe, insbesondere mit ≥ 1 oder ≥ 2 bis ≤ 10 Wiederholungseinheiten, und/oder eine, insbesondere substituierte oder unsubstituierte, Phenylgruppe und/oder eine, insbesondere substituierte oder unsubstituierte, Benzylengruppe, beispielsweise Oligo-Benzylengruppe, insbesondere mit ≥ 1 oder ≥ 2 bis ≤ 10 Wiederholungseinheiten, und/oder eine, insbesondere substituierte oder unsubstituierte, Benzylgruppe und/oder eine Carbonylgruppe, insbesondere eine Ketongruppe, zum Beispiel eine Alkylcarbonylgruppe, und/oder eine, insbesondere cyclische und/oder acyclische, Carbonatgruppe, und/oder eine, insbesondere cyclische und/oder acyclische, Carbonsäureestergruppe, insbesondere eine Lactongruppe, und/oder eine, insbesondere cyclische und/oder acyclische, Carbamatgruppe und/oder – insbesondere im Fall von R41, R41’, R42, R42’, R43, R43’, R44, R44’, R45 und/oder R45’ beziehungsweise R51, R51’, R52, R52’, R53, R53’, R54 und/oder R54’ beziehungsweise R100, R101 und/oder R101’ beziehungsweise R110, R111, R111’, R112 und/oder R112’ beziehungsweise R120, R120’, R121 und/oder R121’ beziehungsweise R130, R130’, R131, R131’ und/oder R132 beziehungsweise R140 beziehungsweise R150 beziehungsweise R160 beziehungsweise R170 beziehungsweise R180, R180’ R181, R181’ und/oder R182 beziehungsweise R200, R201, R202 und/oder R203 beziehungsweise R210, R211, R212, 213 und/oder R214 – für eine geladene Gruppe, beispielsweise eine positiv geladene Gruppe, zum Beispiel auf der Basis eines Kations einer ionischen Flüssigkeit, beispielsweise eine quartäre Ammoniumgruppe und/oder eine quartäre Phosphoniumgruppe, und/oder eine negativ geladene Gruppe, zum Beispiel auf der Basis eines Leitsalzanions, insbesondere eines Lithium-Leitsalzanions, und/oder eines Anions einer ionischen Flüssigkeit, beispielsweise eine Sulfonylimidgruppe, und/oder eine Sulfonatgruppe, zum Beispiel eine Lithiumsulfonylimidgruppe und/oder Lithiumsulfonatgruppe, stehen.
  • R20, R21 und/oder R22 beziehungsweise R60, R61 und/oder R62 können dabei jeweils unabhängig voneinander eine, insbesondere substituierte oder unsubstituierte, gesättigte oder ungesättigte, lineare oder verzweigte, Alkylgruppe, insbesondere mit einer Kettenlänge von ≥ 1 bis ≤ 16 Kohlenstoffatomen, und/oder eine, insbesondere substituierte oder unsubstituierte, gesättigte oder ungesättigte, lineare oder verzweigte, Alkylenoxidgruppe, beispielsweise Ethylenoxidgruppe oder Propylenoxidgruppe, insbesondere Oligo-Alkylenoxidgruppe, beispielsweise Oligo-Ethylenoxidgruppe oder Oligo-Propylenoxidgruppe, insbesondere mit ≥ 1 oder ≥ 2 bis ≤ 10 Wiederholungseinheiten, und/oder eine, insbesondere substituierte oder unsubstituierte, gesättigte oder ungesättigte, lineare oder verzweigte, Alkoxygruppe, beispielsweise mit einer Kohlenstoffkettenlänge von ≥ 1 bis ≤ 16 Kohlenstoffatomen, und/oder eine, insbesondere substituierte oder unsubstituierte, Phenylenoxidgruppe, beispielsweise Oligo-Phenylenoxidgruppe, insbesondere mit ≥ 1 oder ≥ 2 bis ≤ 10 Wiederholungseinheiten, und/oder eine, insbesondere substituierte oder unsubstituierte, Phenoxygruppe und/oder eine, insbesondere substituierte oder unsubstituierte, Phenylengruppe, beispielsweise Oligo-Phenylengruppe, insbesondere mit ≥ 1 oder ≥ 2 bis ≤ 10 Wiederholungseinheiten, und/oder eine, insbesondere substituierte oder unsubstituierte, Phenylgruppe und/oder eine, insbesondere substituierte oder unsubstituierte, Benzylengruppe, beispielsweise Oligo-Benzylengruppe, insbesondere mit ≥ 1 oder ≥ 2 bis ≤ 10 Wiederholungseinheiten, und/oder eine, insbesondere substituierte oder unsubstituierte, Benzylgruppe und/oder eine Carbonylgruppe, insbesondere eine Ketongruppe, zum Beispiel eine Alkylcarbonylgruppe, und/oder eine, insbesondere cyclische und/oder acyclische, Carbonatgruppe, und/oder eine, insbesondere cyclische und/oder acyclische, Carbonsäureestergruppe, insbesondere eine Lactongruppe, und/oder eine, insbesondere cyclische und/oder acyclische, Carbamatgruppe stehen.
  • Unter einer Alkylgruppe beziehungsweise einer Alkylengruppe beziehungsweise einer Alkylenoxidgruppe beziehungsweise einer Etyhlenoxidgruppe beziehungsweise einer Propylenoxidgruppe beziehungsweise einer Oligo-Alkylenoxidgruppe beziehungsweise einer Oligo-Ethylenoxidgruppe beziehungsweise einer Oligo-Propylenoxidgruppe beziehungsweise einer Alkoxygruppe beziehungsweise einer Phenylenoxidgruppe beziehungsweise einer Oligo-Phenylenoxidgruppe beziehungsweise einer Phenoxygruppe beziehungsweise einer Phenylengruppe beziehungsweise einer Oligo-Phenylengruppe beziehungsweise einer Phenylgruppe beziehungsweise einer Benzylengruppe beziehungsweise einer Oligo-Benzylengruppe beziehungsweise einer Benzylgruppe kann im Sinne der vorliegenden Erfindung insbesondere eine jeweilige Gruppe verstanden werden, welche sowohl substituiert als auch unsubstituiert sein kann.
  • Im Rahmen von R10, R11, R12, R13, R14, R20, R21 R22, R30, R31, R32, R33, R40, R41, R41’, R42, R42’, R43, R43’, R44, R44’, R45, R45’, R50, R51, R51’, R52, R52’, R53, R53’, R54, R54’, R60, R61, R62, R100, R101, R101’, R110, R111, R111’, R112, R112’, R120, R120’, R121, R121’, R130, R130’, R131, R131’, R132, R140, R150, R160, R170, R180, R180’ R181, R181’, R182, R200, R201, R202, R203, R210, R211, R212, 213 und/oder R214 kann eine Alkylgruppe beziehungsweise Alkoxygruppe beispielsweise eine Kohlenstoffkettenlänge von ≥ 1 bis ≤ 16 Kohlenstoffatomen, zum Beispiel eine Kohlenstoffkettenlänge von ≥ 1 bis ≤ 4 Kohlenstoffatomen, und/oder von ≥ 4 bis ≤ 8 Kohlenstoffatomen und/oder von ≥ 9 bis ≤ 13 Kohlenstoffatomen aufweisen. Insbesondere kann eine Alkylgruppe eine gesättigte Alkylgruppe, beispielsweise die allgemeinen chemischen Formel: -(CH2)a-CH3 mit 1 ≤ a ≤ 15, sein.
  • Im Rahmen von R10, R11, R12, R13, R14, R20, R21 R22, R30, R31, R32, R33, R40, R41, R41’, R42, R42’, R43, R43’, R44, R44’, R45, R45’, R50, R51, R51’, R52, R52’, R53, R53’, R54, R54’, R60, R61, R62, R100, R101, R101’, R110, R111, R111’, R112, R112’, R120, R120’, R121, R121’, R130, R130’, R131, R131’, R132, R140, R150, R160, R170, R180, R180’ R181, R181’, R182, R200, R201, R202, R203, R210, R211, R212, 213 und/oder R214 kann eine Alkylenoxidgruppe, beispielsweise Ethylenoxidgruppe oder Propylenoxidgruppe, insbesondere Oligo-Alkylenoxidgruppe, beispielsweise Oligo-Ethylenoxidgruppe oder Oligo-Propylenoxidgruppe, beziehungsweise eine Phenylenoxidgruppe, beispielsweise Oligo-Phenylenoxidgruppe, beziehungsweise eine Phenylengruppe, beispielsweise Oligo-Phenylengruppe, beziehungsweise eine Benzylengruppe, beispielsweise Oligo-Benzylengruppe, beispielsweise ≥ 1 oder ≥ 2 bis ≤ 10 Wiederholungseinheiten, zum Beispiel ≥ 1 oder ≥ 2 bis ≤ 4 Wiederholungseinheiten, aufweisen. Zum Beispiel kann dabei eine Alkylenoxideinheit die allgemeine chemische Formel: -[CH2-CH2-O-]b mit 1 ≤ b ≤ 10, beispielsweise 1 ≤ oder 2 ≤ b ≤ 4, aufweisen.
  • Im Rahmen von R10, R11, R12, R13, R14, R20, R21 R22, R30, R31, R32, R33, R40, R41, R41’, R42, R42’, R43, R43’, R44, R44’, R45, R45’, R50, R51, R51’, R52, R52’, R53, R53’, R54, R54’, R60, R61, R62, R100, R101, R101’, R110, R111, R111’, R112, R112’, R120, R120’, R121, R121’, R130, R130’, R131, R131’, R132, R140, R150, R160, R170, R180, R180’ R181, R181’, R182, R200, R201, R202, R203, R210, R211, R212, 213 und/oder R214 sind auch Kombinationen dieser Gruppen, beispielsweise eine Alkyl-Alkylenoxid-Gruppe, zum Beispiel eine Alkyl-Oligo-Alkylenoxid-Gruppe, beispielsweise der allgemeinen chemischen Formel: H3C-(CH2)a1*-[CH2-CH2-O-]b1*- mit 0 ≤ a1* ≤ 15, insbesondere 0 ≤ a1* ≤ 3, und 1 ≤ b1* ≤ 10, insbesondere 1 ≤ oder 2 ≤ b1* ≤ 4, oder eine Alkyl-Alkylenoxid-Alkyl-Gruppe, zum Beispiel eine Alkyl-Oligo-Alkylenoxid-Alkyl-Gruppe, oder eine Alkoxy-Alkylenoxid-Gruppe, zum Beispiel Alkoxy-Oligo-Alkylenoxid-Gruppe, oder eine Alkoxy-Alkylenoxid-Alkyl-Gruppe, zum Beispiel Alkoxy-Oligo-Alkylenoxid-Alkylgruppe, beispielsweise der allgemeinen chemischen Formel: H3C-(CH2)a2*-O-[CH2-CH2-O-]b2*-(CH2)a2*’- mit 0 ≤ a2* ≤ 15, insbesondere 0 ≤ a2* ≤ 3, 0 ≤ a2*’ ≤ 15, insbesondere 0 ≤ a2*’ ≤ 3, und 1 ≤ b2* ≤ 10, insbesondere 1 ≤ oder 2 ≤ b2* ≤ 4, möglich.
  • Beispielsweise können R100, R101 und/oder R101’ beziehungsweise R110, R111, R111’, R112 und/oder R112’, beispielsweise R110, R111 und/oder R111’, beziehungsweise R120, R120’, R121 und/oder R121’ beziehungsweise R130, R130’, R131 und/oder R131’ beziehungsweise R150 beziehungsweise R180, R180’ R181, R181’ und/oder R182 beziehungsweise R10, R11, R13 und/oder R14 beziehungsweise R30, R32 und/oder R33 beziehungsweise R41, R41’, R42, R42’, R43, R43’, R44, R44’, R45 und/oder R45’ beziehungsweise R51, R51’, R52, R52’, R53, R53’, R54 und/oder R54’ beziehungsweise R200, R201, R202 und/oder R203 beziehungsweise R210, R211, R212, 213 und/oder R214 jeweils unabhängig voneinander für Wasserstoff und/oder ein Halogenatom, insbesondere Fluor, und/oder eine Alkylgruppe und/oder eine Alkylenoxidgruppe, insbesondere eine Oligo-Alkylenoxidgruppe, und/oder eine Alkoxygruppe und/oder eine Phenylenoxidgruppe, insbesondere eine Oligo-Phenylenoxidgruppe, und/oder eine Phenoxygruppe und/oder eine Phenylengruppe, insbesondere eine Oligo-Phenylengruppe, und/oder eine Phenylgruppe und/oder eine Benzylengruppe, insbesondere eine Oligo-Benzylengruppe, und/oder eine Benzylgruppe und/oder eine Carbonylgruppe und/oder eine, insbesondere cyclische und/oder acyclische, Carbonatgruppe, und/oder eine, insbesondere cyclische und/oder acyclische, Carbonsäureestergruppe, insbesondere eine Lactongruppe, und/oder eine, insbesondere cyclische und/oder acyclische, Carbamatgruppe und/oder eine geladene Gruppe, beispielsweise eine positiv geladene Gruppe, insbesondere auf der Basis eines Kations einer ionischen Flüssigkeit, zum Beispiel eine quartäre Ammoniumgruppe und/oder eine quartäre Phosphoniumgruppe, und/oder eine negativ geladene Gruppe, insbesondere auf der Basis eines Leitsalzanions, insbesondere Lithium-Leitsalzanions, und/oder eines Anions einer ionischen Flüssigkeit, und/oder eine Sulfonatgruppe, beispielsweise eine Sulfonylimidgruppe und/oder einer Sulfonatgruppe, zum Beispiel eine Lithiumsulfonylimidgruppe und/oder eine Lithiumsulfonatgruppe, stehen.
  • Zum Beispiel können R41, R41’, R42, R42’, R43, R43’, R44, R44’, R45 und/oder R45’ beziehungsweise R51, R51’, R52, R52’, R53, R53’, R54 und/oder R54’ beziehungsweise R100, R101 und/oder R101’ beziehungsweise R110, R111, R111’, R112 und/oder R112’ beziehungsweise R120, R120’, R121 und/oder R121’ beziehungsweise R130, R130’, R131, R131’ und/oder R132 beziehungsweise R140 beziehungsweise R150 beziehungsweise R160 beziehungsweise R170 beziehungsweise R180, R180’ R181, R181’ und/oder R182 für eine positiv geladene Gruppe, insbesondere auf der Basis eines Kations einer ionischen Flüssigkeit, beispielsweise für eine Pyridiniumgruppe und/oder eine quartäre Ammoniumgruppe und/oder eine Imidazoliumgruppe und/oder eine Piperidiniumgruppe und/oder eine Pyrrolidiniumgruppe und/oder eine quartäre Phosphoniumgruppe und/oder eine Guanidiniumgruppe und/oder eine Morpholiniumgruppe und/oder eine Uroniumgruppe und/oder eine Thiouroniumgruppe, beispielsweise eine quartäre Ammoniumgruppe und/oder eine quartäre Phosphoniumgruppe, stehen. So kann die Ionenleitfähigkeit gegebenenfalls weiter verbessert werden.
  • Insbesondere können R200, R201, R202 und/oder R203 beziehungsweise R210, R211, R212, 213 und/oder R214 für eine negativ geladene Gruppe, insbesondere auf der Basis eines Leitsalzanions, insbesondere Lithium-Leitsalzanions, und/oder eines Anions einer ionischen Flüssigkeit, beispielsweise eine Sulfonylimidgruppe, und/oder eine Sulfonatgruppe, zum Beispiel eine Lithiumsulfonylimidgruppe und/oder eine Lithiumsulfonatgruppe, stehen. Zum Beispiel kann zumindest einer der Reste R200, R201, R202 und R203 beziehungsweise R210, R211, R212, 213 und R214, beispielsweise mindestens zwei oder drei der Reste R200, R201, R202 und R203 beziehungsweise R210, R211, R212, 213 und R214, gegebenenfalls alle Reste R200, R201, R202 und R203 beziehungsweise R210, R211, R212, 213 und R214, für eine negativ geladene Gruppe, insbesondere auf der Basis eines Leitsalzanions, insbesondere Lithium-Leitsalzanions, und/oder eines Anions einer ionischen Flüssigkeit, beispielsweise eine Sulfonylimidgruppe, und/oder eine Sulfonatgruppe, zum Beispiel eine Lithiumsulfonylimidgruppe und/oder eine Lithiumsulfonatgruppe, stehen. So kann die Ionenleitfähigkeit gegebenenfalls weiter verbessert werden.
  • R132 beziehungsweise R140 beziehungsweise R160 beziehungsweise R170 beziehungsweise R12 beziehungsweise R20, R21 und R22 beziehungsweise R31 beziehungsweise R40 beziehungsweise R50 beziehungsweise R60, R61 und R62 können jeweils unabhängig voneinander für eine Alkylgruppe und/oder eine Alkylenoxidgruppe, insbesondere eine Oligo-Alkylenoxidgruppe, und/oder eine Alkoxygruppe und/oder eine Phenylenoxidgruppe, insbesondere eine Oligo-Phenylenoxidgruppe, und/oder eine Phenoxygruppe und/oder eine Phenylengruppe, insbesondere eine Oligo-Phenylengruppe, und/oder eine Phenylgruppe und/oder eine Benzylengruppe, insbesondere eine Oligo-Benzylengruppe, und/oder eine Benzylgruppe und/oder eine Carbonylgruppe und/oder eine, insbesondere cyclische und/oder acyclische, Carbonatgruppe und/oder eine, insbesondere cyclische und/oder acyclische, Carbonsäureestergruppe, insbesondere eine Lactongruppe, und/oder eine, insbesondere cyclische und/oder acyclische, Carbamatgruppe stehen.
  • R132 kann insbesondere für oder eine, insbesondere cyclische und/oder acyclische, Carbonatgruppe, und/oder eine, insbesondere cyclische und/oder acyclische, Carbonsäureestergruppe, insbesondere eine Lactongruppe, und/oder eine, insbesondere cyclische und/oder acyclische, Carbamatgruppe und/oder eine Alkylgruppe, insbesondere eine Methylgruppe oder eine Ethylgruppe, beispielsweise eine Methylgruppe, stehen. So kann vorteilhafterweise die Ionenleitfähigkeit weiter verbessert werden.
  • R20 und/oder R21 beziehungsweise R60 und/oder R61 beziehungsweise R132 beziehungsweise R140 beziehungsweise R150 beziehungsweise R160 beziehungsweise R170 kann insbesondere für eine Alkylgruppe, beispielsweise eine Methylgruppe oder eine Ethylgruppe, insbesondere eine Methylgruppe, und/oder eine Alkylenoxidgruppe, insbesondere eine Oligo-Alkylenoxidgruppe, stehen. Durch eine kurzkettige Alkylgruppe, wie eine Methylgruppe, kann vorteilhafterweise das Polymer hinsichtlich seiner ionenleitenden Funktion optimiert werden.
  • Im Rahmen einer speziellen Ausgestaltung sind die Reste R10, R11, R12, R13 und/oder R14 beziehungsweise R20, R21 und/oder R22 beziehungsweise R30, R31, R32 und/oder R33 beziehungsweise R40, R41, R41’, R42, R42’, R43, R43’, R44, R44’, R45 und/oder R45’ beziehungsweise R50, R51, R51’, R52, R52’, R53, R53’, R54 und/oder R54’ beziehungsweise R60, R61 und/oder R62 beziehungsweise R100, R101 und/oder R101’ beziehungsweise R110, R111, R111’, R112 und/oder R112’ beziehungsweise R120, R120’, R121 und/oder R121’ beziehungsweise R130, R130’, R131, R131’ und/oder R132 beziehungsweise R140 beziehungsweise R150 beziehungsweise R160 beziehungsweise R170 beziehungsweise R180, R180’ R181, R181’ und/oder R182 beziehungsweise R200, R201, R202 und/oder R203 beziehungsweise R210, R211, R212, 213 und/oder R214 teilweise oder vollständig halogeniert, insbesondere fluoriert. Durch eine Halogenierung, insbesondere Fluorierung, kann vorteilhafterweise die Polarität der Polymers beeinflusst werden und so die Löslichkeit von Polysulfiden durch das Polymer, insbesondere durch Alkylenoxidgruppen, möglicherweise verringert werden, was bei einer Verwendung in Kombination mit einem Schwefel-Kohlenstoff-Kompositen, beispielsweise Schwefel-Polymer- und/oder -Kohlenstoffmodifikation-Kompositen, insbesondere Schwefel-Polymer-Kompositen mit, beispielsweise kovalent und/oder ionisch, insbesondere kovalent, an das Polymer des Komposits gebundenem Schwefel, zum Beispiel Schwefel-Polyacrylnitril-Kompositen, beispielsweise einem SPAN-Komposit, als Kathodenmaterial besonders vorteilhaft sein kann.
  • Im Rahmen einer alternativen oder zusätzlichen Ausgestaltung sind die Reste R10, R11, R12, R13 und/oder R14 beziehungsweise R20, R21 und/oder R22 beziehungsweise R30, R31, R32 und/oder R33 beziehungsweise R40, R41, R41’, R42, R42’, R43, R43’, R44, R44’, R45 und/oder R45’ beziehungsweise R50, R51, R51’, R52, R52’, R53, R53’, R54 und/oder R54’ beziehungsweise R60, R61 und/oder R62 beziehungsweise R100, R101 und/oder R101’ beziehungsweise R110, R111, R111’, R112 und/oder R112’ beziehungsweise R120, R120’, R121 und/oder R121’ beziehungsweise R130, R130’, R131, R131’ und/oder R132 beziehungsweise R140 beziehungsweise R150 beziehungsweise R160 beziehungsweise R170 beziehungsweise R180, R180’ R181, R181’ und/oder R182 beziehungsweise R200, R201, R202 und/oder R203 beziehungsweise R210, R211, R212, 213 und/oder R214 mit mindestens einer positiv geladenen Gruppe, insbesondere auf der Basis eines Kations einer ionischen Flüssigkeit, beispielsweise einer, insbesondere quartären, Ammoniumgruppe und/oder einer, insbesondere quartären, Phosphoniumgruppe, und/oder mit mindestens einer negativ geladenen Gruppe, insbesondere auf der Basis eines Leitsalzanions, beispielsweise Lithium-Leitsalzanions, und/oder eines Anions einer ionischen Flüssigkeit, beispielsweise mit mindestens einer Sulfonylimidgruppe, zum Beispiel Lithiumsulfonylimidgruppe, und/oder mit mindestens einer Sulfonatgruppe, zum Beispiel Lithiumsulfonatgruppe, substituiert. So kann vorteilhafterweise die Ionenleitfähigkeit, insbesondere durch Ionendissoziation beziehungsweise Gegenionsolvatisierung, beispielsweise Lithiumionensolvatisierung, weiter erhöht werden. Insbesondere kann dabei R10, R11, R12, R13 und/oder R14 beziehungsweise R20, R21 und/oder R22 beziehungsweise R30, R31, R32 und/oder R33 beziehungsweise R40, R41, R41’, R42, R42’, R43, R43’, R44, R44’, R45 und/oder R45’ beziehungsweise R50, R51, R51’, R52, R52’, R53, R53’, R54 und/oder R54’ beziehungsweise R60, R61 und/oder R62 mit mindestens einer positiv geladenen Gruppe substituiert beziehungsweise R200, R201, R202 und/oder R203 beziehungsweise R210, R211, R212, 213 und/oder R214 mit mindestens einer negativ geladenen Gruppe substituiert sein, beispielsweise welche insbesondere wie vorstehend, insbesondere im Rahmen der über den Spacer X angebundenen Gruppen Q+ beziehungsweise Q–, insbesondere Q–, erläutert ausgestaltet sein kann.
  • Im Rahmen einer alternativen oder zusätzlichen Ausgestaltung sind die Reste R10, R11, R12, R13 und/oder R14 beziehungsweise R20, R21 und/oder R22 beziehungsweise R30, R31, R32 und/oder R33 beziehungsweise R40, R41, R41’, R42, R42’, R43, R43’, R44, R44’, R45 und/oder R45’ beziehungsweise R50, R51, R51’, R52, R52’, R53, R53’, R54 und/oder R54’ beziehungsweise R60, R61 und/oder R62 beziehungsweise R100, R101 und/oder R101’ beziehungsweise R110, R111, R111’, R112 und/oder R112’ beziehungsweise R120, R120’, R121 und/oder R121’ beziehungsweise R130, R130’, R131, R131’ und/oder R132 beziehungsweise R140 beziehungsweise R150 beziehungsweise R160 beziehungsweise R170 beziehungsweise R180, R180’ R181, R181’ und/oder R182 beziehungsweise R200, R201, R202 und/oder R203 beziehungsweise R210, R211, R212, 213 und/oder R214 mit mindestens einer sauerstoffhaltigen Gruppe, beispielsweise Alkoxygruppe und/oder Alkylenoxidgruppe, beispielsweise Oligo-Alkylenoxidgruppe, zum Beispiel Oligo-Ethylenoxid-Gruppe und/oder Oligo-Propylenoxid-Gruppe, und/oder Ketongruppe, beispielsweise Alkylcarbonylgruppe, und/oder Carbonsäureestergruppe, substituiert. So kann vorteilhafterweise die Ionenleitfähigkeit weiter erhöht werden, da – insbesondere Oligo-Alkylenoxidgruppen, wie Oligo-Ethylenoxid-Gruppen, – eine Möglichkeit bieten unter anderen die Glastemperatur des Polymers beziehungsweise Polymerelektrolyten herab zu setzen.
  • Aromatische Gruppen, wie Phenylengruppen und Benzylengruppen, bieten vorteilhafterweise mehrere Substitutionspositionen, welche mit geladenen Gruppen und/oder sauerstoffhaltigen Gruppen substituiert werden können, und ermöglichen damit insbesondere die Ionenleitfähigkeit zu optimieren.
  • Beispielsweise können daher R10, R11, R13 und/oder R14 beziehungsweise R30, R32 und/oder R33 beziehungsweise R41, R41’, R42, R42’, R43, R43’, R44, R44’, R45 und/oder R45’ beziehungsweise R51, R51’, R52, R52’, R53, R53’, R54 und/oder R54’ beziehungsweise R100, R101 und/oder R101’ beziehungsweise R110, R111, R111’, R112 und/oder R112’ beziehungsweise R120, R120’, R121 und/oder R121’ beziehungsweise R130, R130’, R131 und/oder R131’ beziehungsweise R150 beziehungsweise R180, R180’ R181, R181’ und/oder R182 beziehungsweise R200, R201, R202 und/oder R203 beziehungsweise R210, R211, R212, 213 und/oder R214 können daher beispielsweise jeweils unabhängig voneinander für Wasserstoff und/oder eine, teilweise oder vollständig halogenierte, insbesondere fluorierte, und/oder mit mindestens einer positiv geladenen Gruppe, insbesondere auf der Basis eines Kations einer ionischen Flüssigkeit, beispielsweise mit mindestens einer quartären Ammoniumgruppe und/oder Phosphoniumgruppe, substituierte und/oder mit mindestens einer negativ geladenen Gruppe, insbesondere auf der Basis eines Leitsalzanions, beispielsweise Lithium-Leitsalzanions, und/oder eines Anions einer ionischen Flüssigkeit, beispielsweise mit mindestens einer Lithiumsulfonylimidgruppe und/oder Lithiumsulfonatgruppe, substituierte und/oder mit mindestens einer sauerstoffhaltigen Gruppe substituierte Alkylgruppe, und/oder eine, teilweise oder vollständig halogenierte, insbesondere fluorierte, und/oder mit mindestens einer positiv geladenen Gruppe, insbesondere auf der Basis eines Kations einer ionischen Flüssigkeit, beispielsweise mit mindestens einer quartären Ammoniumgruppe und/oder Phosphoniumgruppe, substituierte und/oder mit mindestens einer negativ geladenen Gruppe, insbesondere auf der Basis eines Leitsalzanions, beispielsweise Lithium-Leitsalzanions, und/oder eines Anions einer ionischen Flüssigkeit, beispielsweise mit mindestens einer Lithiumsulfonylimidgruppe und/oder Lithiumsulfonatgruppe, substituierte und/oder mit mindestens einer sauerstoffhaltigen Gruppe substituierte Alkylenoxidgruppe, beispielsweise Ethylenoxidgruppe oder Propylenoxidgruppe, insbesondere Oligo-Alkylenoxidgruppe, beispielsweise Oligo-Ethylenoxidgruppe oder Oligo-Propylenoxidgruppe, und/oder eine, teilweise oder vollständig halogenierte, insbesondere fluorierte, und/oder mit mindestens einer positiv geladenen Gruppe, insbesondere auf der Basis eines Kations einer ionischen Flüssigkeit, beispielsweise mit mindestens einer quartären Ammoniumgruppe und/oder Phosphoniumgruppe, substituierte und/oder mit mindestens einer negativ geladenen Gruppe, insbesondere auf der Basis eines Leitsalzanions, beispielsweise Lithium-Leitsalzanions, und/oder eines Anions einer ionischen Flüssigkeit, beispielsweise mit mindestens einer Lithiumsulfonylimidgruppe und/oder Lithiumsulfonatgruppe, substituierte und/oder mit mindestens einer sauerstoffhaltigen Gruppe substituierte Alkoxygruppe, und/oder eine, teilweise oder vollständig halogenierte, insbesondere fluorierte, und/oder mit mindestens einer positiv geladenen Gruppe, insbesondere auf der Basis eines Kations einer ionischen Flüssigkeit, beispielsweise mit mindestens einer quartären Ammoniumgruppe und/oder Phosphoniumgruppe, substituierte und/oder mit mindestens einer negativ geladenen Gruppe, insbesondere auf der Basis eines Leitsalzanions, beispielsweise Lithium-Leitsalzanions, und/oder eines Anions einer ionischen Flüssigkeit, beispielsweise mit mindestens einer Lithiumsulfonylimidgruppe und/oder Lithiumsulfonatgruppe, substituierte und/oder mit mindestens einer sauerstoffhaltigen Gruppe substituierte Phenylenoxidgruppe, beispielsweise Oligo-Phenylenoxidgruppe, und/oder eine, teilweise oder vollständig halogenierte, insbesondere fluorierte, und/oder mit mindestens einer positiv geladenen Gruppe, insbesondere auf der Basis eines Kations einer ionischen Flüssigkeit, beispielsweise mit mindestens einer quartären Ammoniumgruppe und/oder Phosphoniumgruppe, substituierte und/oder mit mindestens einer negativ geladenen Gruppe, insbesondere auf der Basis eines Leitsalzanions, beispielsweise Lithium-Leitsalzanions, und/oder eines Anions einer ionischen Flüssigkeit, beispielsweise mit mindestens einer Lithiumsulfonylimidgruppe und/oder Lithiumsulfonatgruppe, substituierte und/oder mit mindestens einer sauerstoffhaltigen Gruppe substituierte Phenoxygruppe, und/oder eine, teilweise oder vollständig halogenierte, insbesondere fluorierte, und/oder mit mindestens einer positiv geladenen Gruppe, insbesondere auf der Basis eines Kations einer ionischen Flüssigkeit, beispielsweise mit mindestens einer quartären Ammoniumgruppe und/oder Phosphoniumgruppe, substituierte und/oder mit mindestens einer negativ geladenen Gruppe, insbesondere auf der Basis eines Leitsalzanions, beispielsweise Lithium-Leitsalzanions, und/oder eines Anions einer ionischen Flüssigkeit, beispielsweise mit mindestens einer Lithiumsulfonylimidgruppe und/oder Lithiumsulfonatgruppe, substituierte und/oder mit mindestens einer sauerstoffhaltigen Gruppe substituierte Phenylengruppe, beispielsweise Oligo-Phenylengruppe, und/oder eine, teilweise oder vollständig halogenierte, insbesondere fluorierte, und/oder mit mindestens einer positiv geladenen Gruppe, insbesondere auf der Basis eines Kations einer ionischen Flüssigkeit, beispielsweise mit mindestens einer quartären Ammoniumgruppe und/oder Phosphoniumgruppe, substituierte und/oder mit mindestens einer negativ geladenen Gruppe, insbesondere auf der Basis eines Leitsalzanions, beispielsweise Lithium-Leitsalzanions, und/oder eines Anions einer ionischen Flüssigkeit, beispielsweise mit mindestens einer Lithiumsulfonylimidgruppe und/oder Lithiumsulfonatgruppe, substituierte und/oder mit mindestens einer sauerstoffhaltigen Gruppe substituierte Phenylgruppe, und/oder eine, teilweise oder vollständig halogenierte, insbesondere fluorierte, und/oder mit mindestens einer positiv geladenen Gruppe, insbesondere auf der Basis eines Kations einer ionischen Flüssigkeit, beispielsweise mit mindestens einer quartären Ammoniumgruppe und/oder Phosphoniumgruppe, substituierte und/oder mit mindestens einer negativ geladenen Gruppe, insbesondere auf der Basis eines Leitsalzanions, beispielsweise Lithium-Leitsalzanions, und/oder eines Anions einer ionischen Flüssigkeit, beispielsweise mit mindestens einer Lithiumsulfonylimidgruppe und/oder Lithiumsulfonatgruppe, substituierte und/oder mit mindestens einer sauerstoffhaltigen Gruppe substituierte Benzylengruppe, beispielsweise Oligo-Benzylengruppe, und/oder eine, teilweise oder vollständig halogenierte, insbesondere fluorierte, und/oder mit mindestens einer positiv geladenen Gruppe, insbesondere auf der Basis eines Kations einer ionischen Flüssigkeit, beispielsweise mit mindestens einer quartären Ammoniumgruppe und/oder Phosphoniumgruppe, substituierte und/oder mit mindestens einer negativ geladenen Gruppe, insbesondere auf der Basis eines Leitsalzanions, beispielsweise Lithium-Leitsalzanions, und/oder eines Anions einer ionischen Flüssigkeit, beispielsweise mit mindestens einer Lithiumsulfonylimidgruppe und/oder Lithiumsulfonatgruppe, substituierte und/oder mit mindestens einer sauerstoffhaltigen Gruppe substituierte Benzylgruppe, und/oder eine Carbonylgruppe, insbesondere eine Ketongruppe, zum Beispiel Alkylcarbonylgruppe, und/oder eine, teilweise oder vollständig halogenierte, insbesondere fluorierte, und/oder mit mindestens einer positiv geladenen Gruppe, insbesondere auf der Basis eines Kations einer ionischen Flüssigkeit, beispielsweise mit mindestens einer quartären Ammoniumgruppe und/oder Phosphoniumgruppe, substituierte und/oder mit mindestens einer negativ geladenen Gruppe, insbesondere auf der Basis eines Leitsalzanions, beispielsweise Lithium-Leitsalzanions, und/oder eines Anions einer ionischen Flüssigkeit, beispielsweise mit mindestens einer Lithiumsulfonylimidgruppe und/oder Lithiumsulfonatgruppe, substituierte und/oder mit mindestens einer sauerstoffhaltigen Gruppe substituierte, insbesondere cyclische und/oder acyclische, Carbonatgruppe, und/oder eine, teilweise oder vollständig halogenierte, insbesondere fluorierte, und/oder mit mindestens einer positiv geladenen Gruppe, insbesondere auf der Basis eines Kations einer ionischen Flüssigkeit, beispielsweise mit mindestens einer quartären Ammoniumgruppe und/oder Phosphoniumgruppe, substituierte und/oder mit mindestens einer negativ geladenen Gruppe, insbesondere auf der Basis eines Leitsalzanions, beispielsweise Lithium-Leitsalzanions, und/oder eines Anions einer ionischen Flüssigkeit, beispielsweise mit mindestens einer Lithiumsulfonylimidgruppe und/oder Lithiumsulfonatgruppe, substituierte und/oder mit mindestens einer sauerstoffhaltigen Gruppe substituierte, insbesondere cyclische und/oder acyclische, Carbonsäureestergruppe, insbesondere eine Lactongruppe, und/oder eine, teilweise oder vollständig halogenierte, insbesondere fluorierte, und/oder mit mindestens einer positiv geladenen Gruppe, insbesondere auf der Basis eines Kations einer ionischen Flüssigkeit, beispielsweise mit mindestens einer quartären Ammoniumgruppe und/oder Phosphoniumgruppe, substituierte und/oder mit mindestens einer negativ geladenen Gruppe, insbesondere auf der Basis eines Leitsalzanions, beispielsweise Lithium-Leitsalzanions, und/oder eines Anions einer ionischen Flüssigkeit, beispielsweise mit mindestens einer Lithiumsulfonylimidgruppe und/oder Lithiumsulfonatgruppe, substituierte und/oder mit mindestens einer sauerstoffhaltigen Gruppe substituierte, insbesondere cyclische und/oder acyclische, Carbamatgruppe stehen.
  • R12 beziehungsweise R20, R21 und/oder R21 beziehungsweise R31 beziehungsweise R40 beziehungsweise R50 beziehungsweise R60, R61 und/oder R62 beziehungsweise R132 beziehungsweise R140 beziehungsweise R160 beziehungsweise R170 können daher insbesondere jeweils unabhängig voneinander für eine, teilweise oder vollständig halogenierte, insbesondere fluorierte, und/oder mit mindestens einer positiv geladenen Gruppe, insbesondere auf der Basis eines Kations einer ionischen Flüssigkeit, beispielsweise mit mindestens einer quartären Ammoniumgruppe und/oder Phosphoniumgruppe, substituierte und/oder mit mindestens einer negativ geladenen Gruppe, insbesondere auf der Basis eines Leitsalzanions, beispielsweise Lithium-Leitsalzanions, und/oder eines Anions einer ionischen Flüssigkeit, beispielsweise mit mindestens einer Lithiumsulfonylimidgruppe und/oder Lithiumsulfonatgruppe, substituierte und/oder mit mindestens einer sauerstoffhaltigen Gruppe substituierte Alkylgruppe, und/oder eine, teilweise oder vollständig halogenierte, insbesondere fluorierte, und/oder mit mindestens einer positiv geladenen Gruppe, insbesondere auf der Basis eines Kations einer ionischen Flüssigkeit, beispielsweise mit mindestens einer quartären Ammoniumgruppe und/oder Phosphoniumgruppe, substituierte und/oder mit mindestens einer negativ geladenen Gruppe, insbesondere auf der Basis eines Leitsalzanions, beispielsweise Lithium-Leitsalzanions, und/oder eines Anions einer ionischen Flüssigkeit, beispielsweise mit mindestens einer Lithiumsulfonylimidgruppe und/oder Lithiumsulfonatgruppe, substituierte und/oder mit mindestens einer sauerstoffhaltigen Gruppe substituierte Alkylenoxidgruppe, beispielsweise Ethylenoxidgruppe oder Propylenoxidgruppe, insbesondere Oligo-Alkylenoxidgruppe, beispielsweise Oligo-Ethylenoxidgruppe oder Oligo-Propylenoxidgruppe, und/oder eine, teilweise oder vollständig halogenierte, insbesondere fluorierte, und/oder mit mindestens einer positiv geladenen Gruppe, insbesondere auf der Basis eines Kations einer ionischen Flüssigkeit, beispielsweise mit mindestens einer quartären Ammoniumgruppe und/oder Phosphoniumgruppe, substituierte und/oder mit mindestens einer negativ geladenen Gruppe, insbesondere auf der Basis eines Leitsalzanions, beispielsweise Lithium-Leitsalzanions, und/oder eines Anions einer ionischen Flüssigkeit, beispielsweise mit mindestens einer Lithiumsulfonylimidgruppe und/oder Lithiumsulfonatgruppe, substituierte und/oder mit mindestens einer sauerstoffhaltigen Gruppe substituierte Alkoxygruppe und/oder eine, teilweise oder vollständig halogenierte, insbesondere fluorierte, und/oder mit mindestens einer positiv geladenen Gruppe, insbesondere auf der Basis eines Kations einer ionischen Flüssigkeit, beispielsweise mit mindestens einer quartären Ammoniumgruppe und/oder Phosphoniumgruppe, substituierte und/oder mit mindestens einer negativ geladenen Gruppe, insbesondere auf der Basis eines Leitsalzanions, beispielsweise Lithium-Leitsalzanions, und/oder eines Anions einer ionischen Flüssigkeit, beispielsweise mit mindestens einer Lithiumsulfonylimidgruppe und/oder Lithiumsulfonatgruppe, substituierte und/oder mit mindestens einer sauerstoffhaltigen Gruppe substituierte Phenylenoxidgruppe, beispielsweise Oligo-Phenylenoxidgruppe, und/oder eine, teilweise oder vollständig halogenierte, insbesondere fluorierte, und/oder mit mindestens einer positiv geladenen Gruppe, insbesondere auf der Basis eines Kations einer ionischen Flüssigkeit, beispielsweise mit mindestens einer quartären Ammoniumgruppe und/oder Phosphoniumgruppe, substituierte und/oder mit mindestens einer negativ geladenen Gruppe, insbesondere auf der Basis eines Leitsalzanions, beispielsweise Lithium-Leitsalzanions, und/oder eines Anions einer ionischen Flüssigkeit, beispielsweise mit mindestens einer Lithiumsulfonylimidgruppe und/oder Lithiumsulfonatgruppe, substituierte und/oder mit mindestens einer sauerstoffhaltigen Gruppe substituierte Phenoxygruppe, und/oder eine, teilweise oder vollständig halogenierte, insbesondere fluorierte, und/oder mit mindestens einer positiv geladenen Gruppe, insbesondere auf der Basis eines Kations einer ionischen Flüssigkeit, beispielsweise mit mindestens einer quartären Ammoniumgruppe und/oder Phosphoniumgruppe, substituierte und/oder mit mindestens einer negativ geladenen Gruppe, insbesondere auf der Basis eines Leitsalzanions, beispielsweise Lithium-Leitsalzanions, und/oder eines Anions einer ionischen Flüssigkeit, beispielsweise mit mindestens einer Lithiumsulfonylimidgruppe und/oder Lithiumsulfonatgruppe, substituierte und/oder mit mindestens einer sauerstoffhaltigen Gruppe substituierte Phenylengruppe, beispielsweise Oligo-Phenylengruppe, und/oder eine, teilweise oder vollständig halogenierte, insbesondere fluorierte, und/oder mit mindestens einer positiv geladenen Gruppe, insbesondere auf der Basis eines Kations einer ionischen Flüssigkeit, beispielsweise mit mindestens einer quartären Ammoniumgruppe und/oder Phosphoniumgruppe, substituierte und/oder mit mindestens einer negativ geladenen Gruppe, insbesondere auf der Basis eines Leitsalzanions, beispielsweise Lithium-Leitsalzanions, und/oder eines Anions einer ionischen Flüssigkeit, beispielsweise mit mindestens einer Lithiumsulfonylimidgruppe und/oder Lithiumsulfonatgruppe, substituierte und/oder mit mindestens einer sauerstoffhaltigen Gruppe substituierte Phenylgruppe und/oder eine, teilweise oder vollständig halogenierte, insbesondere fluorierte, und/oder mit mindestens einer positiv geladenen Gruppe, insbesondere auf der Basis eines Kations einer ionischen Flüssigkeit, beispielsweise mit mindestens einer quartären Ammoniumgruppe und/oder Phosphoniumgruppe, substituierte und/oder mit mindestens einer negativ geladenen Gruppe, insbesondere auf der Basis eines Leitsalzanions, beispielsweise Lithium-Leitsalzanions, und/oder eines Anions einer ionischen Flüssigkeit, beispielsweise mit mindestens einer Lithiumsulfonylimidgruppe und/oder Lithiumsulfonatgruppe, substituierte und/oder mit mindestens einer sauerstoffhaltigen Gruppe substituierte Benzylengruppe, beispielsweise Oligo-Benzylengruppe, und/oder eine, teilweise oder vollständig halogenierte, insbesondere fluorierte, und/oder mit mindestens einer positiv geladenen Gruppe, insbesondere auf der Basis eines Kations einer ionischen Flüssigkeit, beispielsweise mit mindestens einer quartären Ammoniumgruppe und/oder Phosphoniumgruppe, substituierte und/oder mit mindestens einer negativ geladenen Gruppe, insbesondere auf der Basis eines Leitsalzanions, beispielsweise Lithium-Leitsalzanions, und/oder eines Anions einer ionischen Flüssigkeit, beispielsweise mit mindestens einer Lithiumsulfonylimidgruppe und/oder Lithiumsulfonatgruppe, substituierte Benzylgruppe, und/oder eine Carbonylgruppe, insbesondere eine Ketongruppe, zum Beispiel Alkylcarbonylgruppe, und/oder eine, teilweise oder vollständig halogenierte, insbesondere fluorierte, und/oder mit mindestens einer positiv geladenen Gruppe, insbesondere auf der Basis eines Kations einer ionischen Flüssigkeit, beispielsweise mit mindestens einer quartären Ammoniumgruppe und/oder Phosphoniumgruppe, substituierte und/oder mit mindestens einer negativ geladenen Gruppe, insbesondere auf der Basis eines Leitsalzanions, beispielsweise Lithium-Leitsalzanions, und/oder eines Anions einer ionischen Flüssigkeit, beispielsweise mit mindestens einer Lithiumsulfonylimidgruppe und/oder Lithiumsulfonatgruppe, substituierte und/oder mit mindestens einer sauerstoffhaltigen Gruppe substituierte, insbesondere cyclische und/oder acyclische, Carbonatgruppe, und/oder eine, teilweise oder vollständig halogenierte, insbesondere fluorierte, und/oder mit mindestens einer positiv geladenen Gruppe, insbesondere auf der Basis eines Kations einer ionischen Flüssigkeit, beispielsweise mit mindestens einer quartären Ammoniumgruppe und/oder Phosphoniumgruppe, substituierte und/oder mit mindestens einer negativ geladenen Gruppe, insbesondere auf der Basis eines Leitsalzanions, beispielsweise Lithium-Leitsalzanions, und/oder eines Anions einer ionischen Flüssigkeit, beispielsweise mit mindestens einer Lithiumsulfonylimidgruppe und/oder Lithiumsulfonatgruppe, substituierte und/oder mit mindestens einer sauerstoffhaltigen Gruppe substituierte, insbesondere cyclische und/oder acyclische, Carbonsäureestergruppe, insbesondere eine Lactongruppe, und/oder eine, teilweise oder vollständig halogenierte, insbesondere fluorierte, und/oder mit mindestens einer positiv geladenen Gruppe, insbesondere auf der Basis eines Kations einer ionischen Flüssigkeit, beispielsweise mit mindestens einer quartären Ammoniumgruppe und/oder Phosphoniumgruppe, substituierte und/oder mit mindestens einer negativ geladenen Gruppe, insbesondere auf der Basis eines Leitsalzanions, beispielsweise Lithium-Leitsalzanions, und/oder eines Anions einer ionischen Flüssigkeit, beispielsweise mit mindestens einer Lithiumsulfonylimidgruppe und/oder Lithiumsulfonatgruppe, substituierte und/oder mit mindestens einer sauerstoffhaltigen Gruppe substituierte, insbesondere cyclische und/oder acyclische, Carbamatgruppe stehen.
  • Zum Beispiel können R100, R101 und/oder R101’ beziehungsweise R110, R111, R111’, R112 und/oder R112’ beziehungsweise R120, R120’, R121 und/oder R121’ beziehungsweise R130, R130’, R131 und/oder R131’ beziehungsweise R150 beziehungsweise R180, R180’ R181, R181’ und/oder R182 beziehungsweise R10, R11, R13 und/oder R14 beziehungsweise R30, R32 und/oder R33 beziehungsweise R41, R41’, R42, R42’, R43, R43’, R44, R44’, R45 und/oder R45’ beziehungsweise R51, R51’, R52, R52’, R53, R53’, R54 und/oder R54’ beziehungsweise R200, R201, R202 und/oder R203 beziehungsweise R210, R211, R212, 213 und/oder R214 jeweils unabhängig voneinander für Wasserstoff und/oder ein Halogenatom, insbesondere Fluor, oder eine Alkylgruppe und/oder eine Alkylenoxidgruppe, insbesondere Oligo-Alkylenoxidgruppe, und/oder eine Alkoxygruppe und/oder eine Phenylenoxidgruppe, insbesondere Oligo-Phenylenoxidgruppe, und/oder eine Phenoxygruppe und/oder eine Phenylengruppe, insbesondere Oligo-Phenylengruppe, und/oder eine Phenylgruppe und/oder eine Benzylengruppe, insbesondere Oligo-Benzylengruppe, und/oder eine Benzylgruppe und/oder eine Carbonylgruppe und/oder eine, insbesondere cyclische und/oder acyclische, Carbonatgruppe, und/oder eine, insbesondere cyclische und/oder acyclische, Carbonsäureestergruppe, insbesondere eine Lactongruppe, und/oder eine, insbesondere cyclische und/oder acyclische, Carbamatgruppe und/oder eine geladene Gruppe, beispielsweise eine positiv geladene Gruppe, insbesondere auf der Basis eines Kations einer ionischen Flüssigkeit, beispielsweise eine quartäre Ammoniumgruppe und/oder eine quartäre Phosphoniumgruppe, und/oder eine negativ geladene Gruppe, insbesondere auf der Basis eines Leitsalzanions, beispielsweise Lithium-Leitsalzanions, und/oder eines Anions einer ionischen Flüssigkeit, und/oder eine Sulfonatgruppe, beispielsweise eine Lithiumsulfonylimidgruppe und/oder Lithiumsulfonatgruppe, stehen.
  • Dabei können R132 beziehungsweise R140 beziehungsweise R160 beziehungsweise R170 beziehungsweise R12 beziehungsweise R20, R21 und R22 beziehungsweise R31 beziehungsweise R40 beziehungsweise R50 beziehungsweise R60, R61 und R62 jeweils unabhängig voneinander für eine Alkylgruppe und/oder eine Alkylenoxidgruppe, insbesondere Oligo-Alkylenoxidgruppe, und/oder eine Alkoxygruppe und/oder eine Phenylenoxidgruppe, insbesondere Oligo-Phenylenoxidgruppe, und/oder eine Phenoxygruppe und/oder eine Phenylengruppe, insbesondere Oligo-Phenylengruppe, und/oder eine Phenylgruppe und/oder eine Benzylengruppe, insbesondere Oligo-Benzylengruppe, und/oder eine Benzylgruppe und/oder eine Carbonylgruppe und/oder eine, insbesondere cyclische und/oder acyclische, Carbonatgruppe und/oder eine, insbesondere cyclische und/oder acyclische, Carbonsäureestergruppe und/oder eine, insbesondere cyclische und/oder acyclische, Carbamatgruppe stehen.
  • Im Rahmen einer speziellen Ausführungsform umfasst der mindestens eine Polymerelektrolyt beziehungsweise das mindestens eine Polymer mindestens eine, auf einem cyclischen Carbonat basierende Wiederholungseinheit der allgemeinen chemischen Formel:
    Figure DE102015210404A1_0040
  • Im Rahmen einer weiteren, alternativen oder zusätzlichen, speziellen Ausführungsform umfasst der mindestens eine Polymerelektrolyt beziehungsweise das mindestens eine Polymer mindestens eine, auf einem Lacton basierende Wiederholungseinheit der allgemeinen chemischen Formel:
    Figure DE102015210404A1_0041
  • Im Rahmen einer weiteren, alternativen oder zusätzlichen, speziellen Ausführungsform umfasst der mindestens eine Polymerelektrolyt beziehungsweise das mindestens eine Polymer mindestens eine, auf einem cyclischen Carbamat basierende Wiederholungseinheit der allgemeinen chemischen Formel:
    Figure DE102015210404A1_0042
  • Im Rahmen einer weiteren, alternativen oder zusätzlichen, speziellen Ausführungsform umfasst der mindestens eine Polymerelektrolyt beziehungsweise das mindestens eine Polymer mindestens eine, auf einem Alkylenoxid, insbesondere Ethylenoxid, basierende Wiederholungseinheit der allgemeinen chemischen Formel:
    Figure DE102015210404A1_0043
  • Dabei steht nIV beziehungsweise nIX für die Anzahl der Ethylenoxideinheiten. Zum Beispiel kann 1 ≤ nIV ≤ 15, beispielsweise 2 ≤ nIV ≤ 6, beziehungsweise 1 ≤ nIX ≤ 15, beispielsweise 2 ≤ nIX ≤ 6, sein.
  • Im Rahmen einer weiteren, alternativen oder zusätzlichen, speziellen Ausführungsform umfasst der mindestens eine Polymerelektrolyt beziehungsweise das mindestens eine Polymer mindestens eine, auf einem acyclischen Carbonat basierende Wiederholungseinheit der allgemeinen chemischen Formel:
    Figure DE102015210404A1_0044
  • Im Rahmen einer weiteren, alternativen oder zusätzlichen, speziellen Ausführungsform umfasst der mindestens eine Polymerelektrolyt beziehungsweise das mindestens eine Polymer mindestens eine, auf einem acyclischen Carbonsäureester basierende Wiederholungseinheit der allgemeinen chemischen Formel:
    Figure DE102015210404A1_0045
  • Im Rahmen einer weiteren, alternativen oder zusätzlichen, speziellen Ausführungsform umfasst der mindestens eine Polymerelektrolyt beziehungsweise das mindestens eine Polymer mindestens eine, auf einem acyclischen Carbamat basierende Wiederholungseinheit der allgemeinen chemischen Formel:
    Figure DE102015210404A1_0046
  • Dabei steht -[AI]-, -[AII]-, -[AIII]-, -[AIV]-, -[AV]-, -[AVI]-, -[AVII]-, -[AVIII]- beziehungsweise -[AIX]- insbesondere für eine Polymerrücken bildende Einheit. (XI), (XII), (XIII), (XIV), (XV), (XVI), (XVII), (XVIII) beziehungsweise (XIX) steht dabei insbesondere für einen Spacer. xi, xii, xiii, xiv, xv, xvi, xvii, xviii beziehungsweise xix steht dabei für die Anzahl, insbesondere das Vorhandensein beziehungsweise die Abwesenheit, des (jeweiligen) Spacers. Insbesondere kann dabei xi, xii, xiii, xiv, xv, xvi, xvii, xviii beziehungsweise xix 1 oder 0, beispielsweise 1, sein.
  • Die Polymerrücken bildende Einheit -[AI]-, -[AII]-, -[AIII]-, -[AIV]-, -[AV]-, -[AVI]-, -[AVII]-, -[AVIII]- beziehungsweise -[AIX]- kann beispielsweise wie im Zusammenhang mit der Polymerrücken bildenden Einheit -[A]- erläutert ausgestaltet sein. Der Spacer (XI), (XII), (XIII), (XIV), (XV), (XVI), (XVII), (XVIII) beziehungsweise (XIX) kann beispielsweise wie im Zusammenhang mit dem Spacer X erläutert ausgestaltet sein. R100, R101, R101’, R110, R111, R111’, R112, R112’, R120, R120’, R121, R121’, R130, R130’, R131, R131’, R132, R140, R150, R160 R180, R180’ R181, R181’, R182 und/oder R170 können beispielsweise ebenfalls wie vorstehend erläutert ausgestaltet sein.
  • XI beziehungsweise XII beziehungsweise XIII beziehungsweise XIV beziehungsweise XV beziehungsweise XVI beziehungsweise XVII beziehungsweise XVIII beziehungsweise XIX kann dabei beispielsweise für einen, insbesondere gesättigten oder ungesättigten, linearen oder verzweigten, beispielsweise teilweise oder vollständig halogenierten, insbesondere fluorierten, Alkylenspacer, beispielsweise der allgemeinen chemischen Formel: -(CH2)a1- mit 1 ≤ a1 ≤ 10, zum Beispiel mit 1 ≤ a1 ≤ 4, und/oder einen, insbesondere gesättigten oder ungesättigten, linearen oder verzweigten, beispielsweise teilweise oder vollständig halogenierten, insbesondere fluorierten, Alkylenoxidspacer, beispielsweise Oligo-Alkylenoxidspacer, insbesondere (Oligo-)Ethylenoxidspacer, insbesondere mit ≥ 1 oder ≥ 2 bis ≤ 10 Wiederholungseinheiten, beispielsweise mit ≥ 1 oder ≥ 2 bis ≤ 4 Wiederholungseinheiten, zum Beispiel der allgemeinen chemischen Formel: -CH2-[CH2-CH2-O]b1-CH2- mit 1 ≤ b1 ≤ 10, beispielsweise mit 2 ≤ b1 ≤ 4, und/oder der allgemeinen chemischen Formel: -[CH2-CH2-O-]b mit 1 ≤ b ≤ 10, beispielsweise mit 2 ≤ b ≤ 4, und/oder -(CH2)a2-O-[CH2-CH2-O-]b2-(CH2)a2’- mit 1 ≤ a2 ≤ 3, 1 ≤ b2 ≤ 10, insbesondere 1 ≤ b2 ≤ 4, und 1 ≤ a2’ ≤ 3, und/oder eine geladene Gruppe, beispielsweise eine positiv geladene Gruppe, insbesondere auf der Basis eines Kations einer ionischen Flüssigkeit, zum Beispiel eine Pyridiniumgruppe und/oder eine quartäre Ammoniumgruppe, und/oder eine negativ geladene Gruppe, zum Beispiel eine Sulfonylimidgruppe und/oder Sulfonatgruppe, und/oder eine Phenylengruppe, beispielsweise eine, mit mindestens einer Alkylgruppe und/oder einer Alkylenoxidgruppe und/oder einer Alkoxygruppe und/oder einer geladenen Gruppe, beispielsweise einer positiv geladenen Gruppe, zum Beispiel einer quartären Ammoniumgruppe, und/oder einer negativ geladenen Gruppe, zum Beispiel einer Sulfonylimidgruppe und/oder Sulfonatgruppe, substituierte Phenylengruppe, und/oder eine Benzylengruppe, beispielsweise eine, mit mindestens einer Alkylgruppe und/oder einer Alkylenoxidgruppe und/oder einer Alkoxygruppe und/oder einer geladenen Gruppe, beispielsweise einer positiv geladenen Gruppe, insbesondere auf der Basis eines Kations einer ionischen Flüssigkeit, zum Beispiel einer quartären Ammoniumgruppe, und/oder einer negativ geladenen Gruppe, zum Beispiel einer Sulfonylimidgruppe und/oder Sulfonatgruppe, substituierte Benzylengruppe, und/oder eine Ketongruppe, beispielsweise Alkylcarbonylgruppe, steht.
  • R100, R101 und/oder R101 beziehungsweise R110, R111, R111’, R112 und/oder R112’ beziehungsweise R120, R120’, R121 und/oder R121’ beziehungsweise R130, R130’, R131, R131’ und/oder R132 beziehungsweise R140 beziehungsweise R150 beziehungsweise R160 beziehungsweise R170 beziehungsweise R180, R180’ R181, R181’ und/oder R182 können dabei beispielsweise jeweils unabhängig voneinander für Wasserstoff oder eine, insbesondere gesättigte oder ungesättigte, lineare oder verzweigte, beispielsweise teilweise oder vollständig halogenierte, insbesondere fluorierte, Alkylgruppe, beispielsweise der allgemeinen chemischen Formel: -(CH2)a1*-CH3 mit 0 ≤ oder 1 ≤ a1* ≤ 10, zum Beispiel mit 0 ≤ oder 1 ≤ a1* ≤ 3, und/oder eine, insbesondere gesättigte oder ungesättigte, lineare oder verzweigte, beispielsweise teilweise oder vollständig halogenierte, insbesondere fluorierte, Alkylenoxidgruppe, beispielsweise eine Ethylenoxidgruppe, insbesondere eine Oligo-Alkylenoxidgruppe, zum Beispiel eine Oligo-Ethylenoxidgruppe, insbesondere mit ≥ 1 bis ≤ 10 Wiederholungseinheiten, beispielsweise mit ≥ 1 oder ≥ 2 bis ≤ 5 Wiederholungseinheiten, und/oder eine geladene Gruppe, beispielsweise eine positiv geladene Gruppe, insbesondere auf der Basis eines Kations einer ionischen Flüssigkeit, zum Beispiel eine Pyridiniumgruppe und/oder eine quartäre Ammoniumgruppe, und/oder eine negativ geladene Gruppe, zum Beispiel eine Sulfonylimidgruppe und/oder Sulfonatgruppe, und/oder eine Phenylengruppe, beispielsweise eine, mit mindestens einer Alkylgruppe und/oder einer Alkylenoxidgruppe und/oder einer Alkoxygruppe und/oder einer geladenen Gruppe, beispielsweise einer positiv geladenen Gruppe, zum Beispiel einer quartären Ammoniumgruppe, und/oder einer negativ geladenen Gruppe, zum Beispiel einer Sulfonylimidgruppe und/oder Sulfonatgruppe, substituierte Phenylengruppe, und/oder eine Benzylengruppe, beispielsweise eine, mit mindestens einer Alkylgruppe und/oder einer Alkylenoxidgruppe und/oder einer Alkoxygruppe und/oder einer geladenen Gruppe, beispielsweise einer positiv geladenen Gruppe, zum Beispiel einer quartären Ammoniumgruppe, und/oder einer negativ geladenen Gruppe, zum Beispiel einer Sulfonylimidgruppe und/oder Sulfonatgruppe, substituierte Benzylengruppe, und/oder eine Ketongruppe, beispielsweise Alkylcarbonylgruppe, stehen.
  • Dabei können zum Beispiel zumindest zwei der Reste R100, R101 und/oder R101 beziehungsweise R110, R111, R111’, R112 und/oder R112’ beziehungsweise R120, R120’, R121 und/oder R121’ beziehungsweise R130, R130’, R131, R131’ und/oder R132 beziehungsweise R140 beziehungsweise R150 beziehungsweise R160 beziehungsweise R170 beziehungsweise R180, R180’ R181, R181’ und/oder R182 – gegebenenfalls alle Reste R100, R101 und/oder R101 beziehungsweise R110, R111, R111’, R112 und/oder R112’ beziehungsweise R120, R120’, R121 und/oder R121’ beziehungsweise R130, R130’, R131, R131’ und/oder R132 beziehungsweise R140 beziehungsweise R150 beziehungsweise R160 beziehungsweise R170 beziehungsweise R180, R180’ R181, R181’ und/oder R182 – für unterschiedliche Gruppen, beispielsweise Alkylgruppen und/oder Oligo-Alkylenoxidgruppen, zum Beispiel mit unterschiedlicher Länge und/oder Substitution und/oder Sättigungsgrad und/oder Verzweigungsgrad und/oder Halogenierungsgrad, insbesondere Fluorierungsgrad, stehen. Insbesondere können R100, R101 und/oder R101 beziehungsweise R110, R111, R111’, R112 und/oder R112’ beziehungsweise R120, R120’, R121 und/oder R121’ beziehungsweise R130, R130’, R131, R131’ und/oder R132 beziehungsweise R140 beziehungsweise R150 beziehungsweise R160 beziehungsweise R170 beziehungsweise R180, R180’ R181, R181’ und/oder R182 jeweils unabhängig voneinander für Wasserstoff oder eine Methylgruppe oder eine Ethylgruppe oder eine, insbesondere gesättigte, Alkylgruppe mit einer Kettenlänge von ≥ 1 bis ≤ 10 Kohlenstoffatomen, beispielsweise von ≥ 3 bis ≤ 5 Kohlenstoffatomen, stehen.
  • R132 beziehungsweise R140 beziehungsweise R150 beziehungsweise R160 beziehungsweise R170 kann insbesondere für eine Alkylgruppe, beispielsweise eine Methylgruppe oder Ethylgruppe, insbesondere eine Methylgruppe, und/oder eine Alkylenoxidgruppe, insbesondere Oligo-Alkylenoxidgruppe, stehen. Durch eine kurzkettige Alkylgruppe, wie eine Methylgruppe, kann vorteilhafterweise das Polymer hinsichtlich seiner ionenleitenden Funktion optimiert werden. Insbesondere kann R132 beziehungsweise R140 beziehungsweise R150 beziehungsweise R160 beziehungsweise R170 für eine Methylgruppe stehen.
  • Insbesondere kann die Polymerrücken bildende Einheit -[AI]-, -[AII]-, -[AIII]-, -[AIV]-, -[AV]-, -[AVI]-, -[AVII]-, -[AVIII]-, -[AIX]-, -[Aa]-, -[Ab]-, -[Ac]-, -[Ad]-, -[Ae]-, -[Af]-, -[AZ]- beziehungsweise -[AZ1]- beziehungsweise die Wiederholungseinheit ([A]-X-Q), eine Methacrylat-Einheit, zum Beispiel der allgemeinen chemischen Formel:
    Figure DE102015210404A1_0047
    und/oder eine Methylmethacrylat-Einheit, zum Beispiel der allgemeinen chemischen Formel:
    Figure DE102015210404A1_0048
    und/oder eine Siloxan-Einheit, zum Beispiel der allgemeinen Formel:
    Figure DE102015210404A1_0049
    insbesondere wobei R für eine Alkylgruppe, beispielsweise für eine Methyl-, Ethyl- und/oder Propyl-Gruppe, zum Beispiel eine Methylgruppe, steht, zum Beispiel der allgemeinen chemischen Formel:
    zum Beispiel der allgemeinen Formel:
    Figure DE102015210404A1_0050
    und/oder eine Phosphazen-Einheit, zum Beispiel der allgemeinen chemischen Formel:,
    Figure DE102015210404A1_0051
    Figure DE102015210404A1_0052
    Figure DE102015210404A1_0053
    insbesondere wobei R’ für Wasserstoff oder (vorzugsweise) für eine Alkylgruppe, beispielsweise für eine Methyl-, Ethyl- und/oder Propyl-Gruppe, zum Beispiel eine Methylgruppe, steht, und/oder eine Siloxan-Alkylenoxid-Einheit, beispielsweise eine Siloxan-Ethylenoxid-Einheit, zum Beispiel der allgemeinen chemischen Formel:
    Figure DE102015210404A1_0054
    umfassen oder sein, insbesondere wobei xq die Anbindungsstelle/n kennzeichnet beziehungsweise für XQ steht. Durch Polysiloxane, Polyphosphazene und/oder Polymere aus Siloxan-Alkylenoxid-Einheiten können vorteilhafterweise niedrige Glasübergangstemperaturen erzielt werden. Polymethacrylate und/oder Polymethylmethacrylate können vorteilhafterweise vergleichsweise einfach synthetisch zugänglich sein.
  • Die Polymerrücken bildende Einheit -[A]-, -[AI]-, -[AII]-, -[AIII]-, -[AIV]-, -[AV]-, -[AVI]-, -[AVII]-, -[AVIII]-, -[AIX]-, -[Aa]-, -[Ab]-, -[Ac]-, -[Ad]-, -[Ae]-, -[Af]-, -[AZ]- beziehungsweise -[AZ1]- kann beispielsweise für eine Alkylenoxid-Einheit, beispielsweise eine Ethylenoxid-Einheit und/oder eine Propylenoxid-Einheit, insbesondere für eine Ethylenoxid-Einheit, und/oder eine Alkylen-Einheit und/oder eine, eine Carbonatgruppe umfassende Einheit und/oder eine Methacrylat-Einheit und/oder eine Methylmethacrylat-Einheit und/oder eine Siloxan-Einheit und/oder eine Phosphazen-Einheit und/oder eine Phenylen-Einheit, beispielsweise eine Phenylenoxid-Einheit, und/oder eine Benzylen-Einheit stehen. Beispielsweise kann die Polymerrücken bildende Einheit -[A]-, -[AI]-, -[AII]-, -[AIII]-, -[AIV]-, -[AV]-, -[AVI]-, -[AVII]-, -[AVIII]-, -[AIX]-, -[Aa]-, -[Ab]-, -[Ac]-, -[Ad]-, -[Ae]-, -[Af]-, -[AZ]- beziehungsweise -[AZ1]- für eine Alkylenoxid-Einheit, beispielsweise eine Ethylenoxid-Einheit und/oder eine Propylenoxid-Einheit, insbesondere für eine Ethylenoxid-Einheit, und/oder eine Alkylen-Einheit und/oder eine, eine Carbonatgruppe umfassende Einheit und/oder eine Methacrylat-Einheit und/oder eine Methylmethacrylat-Einheit und/oder eine Siloxan-Einheit und/oder eine Phosphazen-Einheit und/oder eine Phenylen-Einheit, beispielsweise eine Phenylenoxid-Einheit, stehen. Insbesondere kann die Polymerrücken bildende Einheit -[A]-, -[AI]-, -[AII]-, -[AIII]-, -[AIV]-, -[AV]-, -[AVI]-, -[AVII]-, -[AVIII]-, -[AIX]-, -[Aa]-, -[Ab]-, -[Ac]-, -[Ad]-, -[Ae]-, -[Af]-, -[AZ]- beziehungsweise -[AZ1]- für eine Siloxan-Einheit und/oder eine Phosphazen-Einheit und/oder eine Methacrylat-Einheit und/oder eine Methylmethacrylat-Einheit und/oder eine Phenylen-Einheit, beispielsweise eine Siloxan-Einheit, stehen. Beispielsweise kann die Polymerrücken bildende Einheit -[A]-, -[AI]-, -[AII]-, -[AIII]-, -[AIV]-, -[AV]-, -[AVI]-, -[AVII]-, -[AVIII]-, -[AIX]-, -[Aa]-, -[Ab]-, -[Ac]-, -[Ad]-, -[Ae]-, -[Af]-, -[AZ]- beziehungsweise -[AZ1]- für eine Siloxan-Einheit und/oder eine Phosphazen-Einheit und/oder eine Methacrylat-Einheit und/oder eine Methylmethacrylat-Einheit stehen
  • Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform steht die Polymerrücken bildende Einheit -[A]-, -[AI]-, -[AII]-, -[AIII]-, -[AIV]-, -[AV]-, -[AVI]-, -[AVII]-, -[AVIII]-, -[AIX]-, -[Aa]-, -[Ab]-, -[Ac]-, -[Ad]-, -[Ae]-, -[Af]-, -[AZ]- beziehungsweise -[AZ1]- für eine polyfunktionalisierte, beispielsweise bifunktionalisierte, trifunktionalisierten oder tetrafunktionalisierten, Polymerrücken bildende Einheit. Beispielsweise kann die Polymerrücken bildende Einheit -[A]-, -[AI]-, -[AII]-, -[AIII]-, -[AIV]-, -[AV]-, -[AVI]-, -[AVII]-, -[AVIII]-, -[AIX]-, -[Aa]-, -[Ab]-, -[Ac]-, -[Ad]-, -[Ae]-, -[Af]-, -[AZ]- beziehungsweise -[AZ1]- für zumindest eine polyfunktionalisierte, beispielsweise bifunktionalisierte, Siloxan-Einheit und/oder eine polyfunktionalisierte, beispielsweise bifunktionalisierte oder tetrafunktionalisierte, Phosphazen-Einheit und/oder polyfunktionalisierte, beispielsweise bifunktionalisierte, Phenylen-Einheit, stehen.
  • Im Rahmen einer speziellen Ausgestaltung dieser Ausführungsform steht die Polymerrücken bildende Einheit -[A]-, -[AI]-, -[AII]-, -[AIII]-, -[AIV]-, -[AV]-, -[AVI]-, -[AVII]-, -[AVIII]-, -[AIX]-, -[Aa]-, -[Ab]-, -[Ac]-, -[Ad]-, -[Ae]-, -[Af]-, -[AZ]- beziehungsweise -[AZ1]- beziehungsweise die Wiederholungseinheit ([A]-X-Q) für eine polyfunktionalisierte, beispielsweise bifunktionalisierte oder tetrafunktionalisierten, Polymerrücken bildende Einheit der allgemeinen chemischen Formel:
    Figure DE102015210404A1_0055
    stehen. Dabei kann xq jeweils für eine Anbindungsstelle, insbesondere an welcher jeweils eine Gruppe Q, beispielsweise Q+ beziehungsweise Q– beziehungsweise Q, über einen Spacer X, insbesondere Xx, an die Polymerrücken bildende Einheit -[A]- angebunden ist, beziehungsweise jeweils für XQ, also jeweils für eine Gruppe Q, beispielsweise Q+ beziehungsweise Q– beziehungsweise Q, und einen Spacer X, insbesondere Xx, stehen. R’ kann dabei insbesondere für Wasserstoff oder (vorzugsweise) für eine Alkylgruppe, beispielsweise für eine Methyl-, Ethyl- und/oder Propyl-Gruppe, zum Beispiel eine Methylgruppe, steht
  • An den Anbindungsstellen xq kann dabei jeweils eine mit R100, R101 und R101’ substituierte cyclische Carbonatgruppe, insbesondere der der allgemeinen chemischen Formel:
    Figure DE102015210404A1_0056
    über einen Spacer (XI)xi an die Polymerrücken bildende Einheit -[AI]- angebunden sein.
  • Beziehungsweise an den Anbindungsstellen xq kann dabei jeweils eine mit R110, R111, R111’, R112 und/oder R112’ substituierte Lactongruppe, insbesondere der der allgemeinen chemischen Formel:
    Figure DE102015210404A1_0057
    über einen Spacer (XII)xii an die Polymerrücken bildende Einheit -[AII]- angebunden sein.
  • Beziehungsweise an den Anbindungsstellen xq kann dabei jeweils eine mit R120, R120’, 121 und/oder R121’ substituierte cyclische Carbamatgruppe, insbesondere der der allgemeinen chemischen Formel:
    Figure DE102015210404A1_0058
    über einen Spacer (XIII)xiii an die Polymerrücken bildende Einheit -[AIII]- angebunden sein.
  • Beziehungsweise an den Anbindungsstellen xq kann dabei jeweils eine mit R130, R130’, 131, R131’ und 132 substituierte Alkylenoxidgruppe, insbesondere der der allgemeinen chemischen Formel:
    Figure DE102015210404A1_0059
    über einen Spacer (XIV)xiv an die Polymerrücken bildende Einheit -[AIV]- angebunden sein.
  • Beziehungsweise an den Anbindungsstellen xq kann dabei jeweils eine mit R140 substituierte acyclische Carbonatgruppe, insbesondere der der allgemeinen chemischen Formel:
    Figure DE102015210404A1_0060
    über einen Spacer (XV)xv an die Polymerrücken bildende Einheit -[AV]- angebunden sein.
  • Beziehungsweise an den Anbindungsstellen xq kann dabei jeweils eine mit R150 substituierte acyclische Carbonsäureestergruppe, insbesondere der der allgemeinen chemischen Formel:
    Figure DE102015210404A1_0061
    über einen Spacer (XVI)xvi an die Polymerrücken bildende Einheit -[AVI]- angebunden sein.
  • Beziehungsweise an den Anbindungsstellen xq kann dabei jeweils eine mit R160 substituierte acyclische Carbamatgruppe, insbesondere der der allgemeinen chemischen Formel:
    Figure DE102015210404A1_0062
    über einen Spacer (XVII)xvii an die Polymerrücken bildende Einheit -[AVII]- angebunden sein.
  • Beziehungsweise an den Anbindungsstellen xq kann dabei jeweils eine mit R170 substituierte acyclische Carbamatgruppe, insbesondere der der allgemeinen chemischen Formel:
    Figure DE102015210404A1_0063
    über einen Spacer (XVIII)xviii an die Polymerrücken bildende Einheit -[AVIII]- angebunden sein.
  • Beziehungsweise an den Anbindungsstellen xq kann dabei jeweils eine mit R180, R180’ R181, R181’ und R182 substituierte Alkylenoxidgruppe, insbesondere der der allgemeinen chemischen Formel:
    Figure DE102015210404A1_0064
    über einen Spacer (XIX)xix an die Polymerrücken bildende Einheit -[AIX]- angebunden sein.
  • Beziehungsweise an den Anbindungsstellen xq kann dabei jeweils eine mit R10, R11, R12, R13 und R14 substituierte Pyridiniumgruppe, insbesondere der der allgemeinen chemischen Formel:
    Figure DE102015210404A1_0065
    über einen Spacer (Xa)xa an die Polymerrücken bildende Einheit -[Aa]- angebunden sein.
  • Beziehungsweise an den Anbindungsstellen xq kann dabei jeweils eine mit R20, R21 und R22 substituierte Ammoniumgruppe, insbesondere der der allgemeinen chemischen Formel:
    Figure DE102015210404A1_0066
    über einen Spacer (Xb)xb an die Polymerrücken bildende Einheit -[Ab]- angebunden sein.
  • Beziehungsweise an den Anbindungsstellen xq kann dabei jeweils eine mit R30, R31, R32 und R33 substituierte Imidazoliumgruppe, insbesondere der der allgemeinen chemischen Formel:
    Figure DE102015210404A1_0067
    über einen Spacer (Xc)xc an die Polymerrücken bildende Einheit -[Ac]- angebunden sein.
  • Beziehungsweise an den Anbindungsstellen xq kann dabei jeweils eine mit R40, R41, R41’, R42, R42’, R43, R43’, R44, R44’, R45 und R45’ substituierte Piperidiniumgruppe, insbesondere der der allgemeinen chemischen Formel:
    Figure DE102015210404A1_0068
    über einen Spacer (Xd)xd an die Polymerrücken bildende Einheit -[Ad]- angebunden sein.
  • Beziehungsweise an den Anbindungsstellen xq kann dabei jeweils eine mit R50, R51, R51’, R52, R52’, R53, R53’, R54 und R54’ substituierte Pyrrolidiniumgruppe, insbesondere der der allgemeinen chemischen Formel:
    Figure DE102015210404A1_0069
    über einen Spacer (Xe)xe an die Polymerrücken bildende Einheit -[Ae]- angebunden sein.
  • Beziehungsweise an den Anbindungsstellen xq kann dabei jeweils eine mit R60, R61 und R62 substituierte Phosphoniumgruppe, insbesondere der der allgemeinen chemischen Formel:
    Figure DE102015210404A1_0070
    über einen Spacer (Xf)xf an die Polymerrücken bildende Einheit -[Af]- angebunden sein.
  • Beziehungsweise an den Anbindungsstellen xq kann dabei jeweils eine mit R200, R201, R202 und R203 substituierte Benzolsulfonatgruppe, insbesondere der der allgemeinen chemischen Formel:
    Figure DE102015210404A1_0071
    über einen Spacer (XZ)xz an die Polymerrücken bildende Einheit -[AZ]- angebunden sein.
  • Beziehungsweise an den Anbindungsstellen xq kann dabei jeweils eine mit R210, R211, R212, 213 und R214 substituierte para-Benzolsulfonylimid-Gruppe, beispielsweise eine para-Trifluormethansulfonylimid-Benzol-Gruppe, insbesondere der allgemeinen chemischen Formel:
    Figure DE102015210404A1_0072
    über einen Spacer (XZ1)xz1 an die Polymerrücken bildende Einheit -[AZ1]- angebunden sein.
  • Die Polymerrücken bildende Einheit -[AI]-, -[AII]-, -[AIII]-, -[AIV]-, -[AV]-, -[AVI]-, -[AVII]-, -[AVIII]- beziehungsweise -[AIX]- können - ebenso wie die Polymerrücken bildenden Einheiten -[Aa]-, -[Ab]-, -[Ac]-, -[Ad]-, -[Ae]-, -[Af]-, -[AZ]- und/oder -[AZ1]- der im Folgenden erläuterten speziellen Ausgestaltungen, eine Alkylenoxid-Einheit, beispielsweise eine Ethylenoxid-Einheit, zum Beispiel der allgemeinen chemischen Formel:
    Figure DE102015210404A1_0073
    eine Alkylen-Einheit, beispielsweise eine Ethylen-Einheit und/oder Propylen-Einheit, zum Beispiel der allgemeinen chemischen Formel:
    Figure DE102015210404A1_0074
    und/oder eine Carbonat-Einheit, und/oder eine Methacrylat-Einheit, zum Beispiel der allgemeinen chemischen Formel:
    Figure DE102015210404A1_0075
    und/oder eine Methylmethacrylat-Einheit, zum Beispiel der allgemeinen chemischen Formel:
    Figure DE102015210404A1_0076
    und/oder eine Siloxan-Einheit, zum Beispiel der allgemeinen Formel:
    Figure DE102015210404A1_0077
    insbesondere wobei R für eine Alkylgruppe, beispielsweise für eine Methyl-, Ethyl- und/oder Propyl-Gruppe, zum Beispiel eine Methylgruppe, steht, zum Beispiel
    Figure DE102015210404A1_0078
    und/oder eine Phosphazen-Einheit, zum Beispiel der allgemeinen chemischen Formel:
    Figure DE102015210404A1_0079
    R’ für Wasserstoff oder (vorzugsweise) für eine Alkylgruppe, beispielsweise für eine Methyl-, Ethyl- und/oder Propyl-Gruppe, zum Beispiel eine Methylgruppe, steht, und/oder eine Siloxan-Alkylenoxid-Einheit, beispielsweise eine Siloxan-Ethylenoxid-Einheit, zum Beispiel der allgemeinen chemischen Formel:
    Figure DE102015210404A1_0080
    und/oder eine Phenylen-Einheit, insbesondere eines Polyphenylens, beispielsweise eines para-Polyphenylens, beispielsweise mit Etherfunktion, zum Beispiel der allgemeinen chemischen Formel:
    Figure DE102015210404A1_0081
    umfassen, insbesondere wobei xq die Anbindungsstelle/n kennzeichnet beziehungsweise für XQ steht.
  • Im Rahmen einer weiteren, alternativen oder zusätzlichen Ausführungsform umfasst der mindestens eine Polymerelektrolyt beziehungsweise das mindestens eine Polymer mindestens eine pyridiniumbasierte Wiederholungseinheit der allgemeinen chemischen Formel:
    Figure DE102015210404A1_0082
  • Dabei steht -[Aa]- für eine Polymerrücken bildende Einheit. (Xa) steht dabei für einen Spacer. xa steht dabei für die Anzahl, insbesondere das Vorhandensein beziehungsweise die Abwesenheit, des Spacers (Xa). Dabei kann xa insbesondere 1 oder 0, beispielsweise 1, sein. Die Polymerrücken bildende Einheit -[Aa]- kann beispielsweise wie im Zusammenhang mit der Polymerrücken bildenden Einheit -[A]- erläutert ausgestaltet sein. Die Spacer (Xa) kann beispielsweise wie im Zusammenhang mit dem Spacer X erläutert ausgestaltet sein. R10, R11, R12, R13 und/oder R14 können beispielsweise ebenfalls wie vorstehend erläutert ausgestaltet sein.
  • Z– kann dabei insbesondere für Perchlorat und/oder Trifluormethansulfonat und/oder Tetrafluoroborat und/oder Bisoxalatoborat und/oder Hexafluorophosphat und/oder Bis(trifluormethansulfonyl)imid und/oder Difluorooxalatoborat und/oder Bromid und/oder Iodid und/oder Chlorid stehen.
  • (Xa) kann dabei insbesondere für einen, insbesondere gesättigten oder ungesättigten, linearen oder verzweigten, beispielsweise teilweise oder vollständig halogenierten, insbesondere fluorierten, Alkylenspacer, beispielsweise der allgemeinen chemischen Formel: -(CH2)a1- mit 1 ≤ a1 ≤ 12, zum Beispiel mit 1 ≤ a1 ≤ 3, und/oder einen, insbesondere gesättigten oder ungesättigten, linearen oder verzweigten, beispielsweise teilweise oder vollständig halogenierten, insbesondere fluorierten, Alkylenoxidspacer, insbesondere Ethylenoxidspacer, beispielsweise der allgemeinen chemischen Formel: -CH2-[CH2-CH2-O]b1-CH2- mit 1 ≤ b1 ≤ 10, zum Beispiel 1 ≤ b1 ≤ 4, und/oder eine weitere positiv geladene Gruppe, zum Beispiel eine weitere Pyridiniumgruppe und/oder eine quartäre Ammoniumgruppe, und/oder eine Phenylengruppe, beispielsweise eine, mit mindestens einer Alkylgruppe und/oder einer Alkylenoxidgruppe und/oder einer Alkoxygruppe und/oder einer weiteren positiv geladenen Gruppe, zum Beispiel einer quartären Ammoniumgruppe, substituierte Phenylengruppe, und/oder eine Benzylengruppe, beispielsweise eine, mit mindestens einer Alkylgruppe und/oder einer Alkylenoxidgruppe und/oder einer Alkoxygruppe und/oder einer weiteren positiv geladenen Gruppe, zum Beispiel einer quartären Ammoniumgruppe, substituierte Benzylengruppe, und/oder eine Ketongruppe, beispielsweise Alkylcarbonylgruppe, stehen.
  • R12 steht dabei insbesondere für eine, insbesondere gesättigte oder ungesättigte, lineare oder verzweigte, beispielsweise teilweise oder vollständig halogenierte, insbesondere fluorierte, Alkylgruppe, insbesondere mit einer Kettenlänge von ≥ 1 bis ≤ 16 Kohlenstoffatomen, beispielsweise der allgemeinen chemischen Formel: -(CH2)a1*-CH3 mit 1 ≤ a1* ≤ 15, zum Beispiel mit 8 ≤ a1* ≤ 12, und/oder eine, insbesondere gesättigte oder ungesättigte, lineare oder verzweigte, beispielsweise teilweise oder vollständig halogenierte, insbesondere fluorierte, Alkylenoxidgruppe, beispielsweise eine Ethylenoxidgruppe, insbesondere eine Oligo-Alkylenoxidgruppe, zum Beispiel eine Oligo-Ethylenoxidgruppe, insbesondere mit ≥ 1 bis ≤ 10 Wiederholungseinheiten, beispielsweise mit ≥ 1 oder ≥ 2 bis ≤ 5 Wiederholungseinheiten, und/oder eine weitere positiv geladene Gruppe, zum Beispiel eine weitere Pyridiniumgruppe und/oder eine quartäre Ammoniumgruppe, und/oder eine Phenylengruppe, beispielsweise eine, mit mindestens einer Alkylgruppe und/oder einer Alkylenoxidgruppe und/oder einer Alkoxygruppe und/oder einer weiteren positiv geladenen Gruppe, zum Beispiel einer quartären Ammoniumgruppe, substituierte Phenylengruppe, und/oder eine Benzylengruppe, beispielsweise eine, mit mindestens einer Alkylgruppe und/oder einer Alkylenoxidgruppe und/oder einer Alkoxygruppe und/oder einer weiteren positiv geladenen Gruppe, zum Beispiel einer quartären Ammoniumgruppe, substituierte Benzylengruppe, und/oder eine Ketongruppe, beispielsweise Alkylcarbonylgruppe. Beispielsweise kann R12 für eine gesättigte Alkylgruppe, insbesondere mit einer Kettenlänge von ≥ 1 bis ≤ 16 Kohlenstoffatomen, stehen. Zum Beispiel kann R12 für eine gesättigte Alkylgruppe mit einer Kettenlänge von ≥ 9 bis ≤ 13 Kohlenstoffatomen, zum Beispiel eine Undecylgruppe (-C11H23), stehen.
  • R10, R11, R13 und/oder R14 können dabei beispielsweise jeweils unabhängig voneinander für Wasserstoff oder eine, insbesondere gesättigte oder ungesättigte, lineare oder verzweigte, beispielsweise teilweise oder vollständig halogenierte, insbesondere fluorierte, Alkylgruppe, beispielsweise der allgemeinen chemischen Formel: -(CH2)a1*-CH3 mit 1 ≤ a1* ≤ 15, zum Beispiel mit 1 ≤ a1* ≤ 3, beispielsweise eine Methylgruppe oder eine Ethylgruppe, und/oder eine, insbesondere gesättigte oder ungesättigte, lineare oder verzweigte, beispielsweise teilweise oder vollständig halogenierte, insbesondere fluorierte, Alkylenoxidgruppe, beispielsweise eine Ethylenoxidgruppe, insbesondere eine Oligo-Alkylenoxidgruppe, zum Beispiel eine Oligo-Ethylenoxidgruppe, insbesondere mit ≥ 1 bis ≤ 10 Wiederholungseinheiten, beispielsweise mit ≥ 1 oder ≥ 2 bis ≤ 5 Wiederholungseinheiten, und/oder eine weitere positiv geladene Gruppe, zum Beispiel eine weitere Pyridiniumgruppe und/oder eine quartäre Ammoniumgruppe, und/oder eine Phenylengruppe, beispielsweise eine, mit mindestens einer Alkylgruppe und/oder einer Alkylenoxidgruppe und/oder einer Alkoxygruppe und/oder einer weiteren positiv geladenen Gruppe, zum Beispiel einer quartären Ammoniumgruppe, substituierte Phenylengruppe, und/oder eine Benzylengruppe, beispielsweise eine, mit mindestens einer Alkylgruppe und/oder einer Alkylenoxidgruppe und/oder einer Alkoxygruppe und/oder einer weiteren positiv geladenen Gruppe, zum Beispiel einer quartären Ammoniumgruppe, substituierte Benzylengruppe, und/oder eine Ketongruppe, beispielsweise Alkylcarbonylgruppe, stehen. Dabei können zum Beispiel zumindest zwei, beispielsweise zumindest drei, der Reste R10, R11, R12, R13 und R14, gegebenenfalls alle Reste R10, R11, R12, R13 und R14, für unterschiedliche Gruppen, beispielsweise Alkylgruppen und/oder Oligo-Alkylenoxidgruppen, zum Beispiel mit unterschiedlicher Länge und/oder Substitution und/oder Sättigungsgrad und/oder Verzweigungsgrad und/oder Halogenierungsgrad, insbesondere Fluorierungsgrad, stehen.
  • Beispiele für derartige Ausgestaltungen sind:
    Figure DE102015210404A1_0083
  • Im Rahmen einer weiteren, alternativen oder zusätzlichen Ausführungsform umfasst der mindestens eine Polymerelektrolyt beziehungsweise das mindestens eine Polymer mindestens eine ammoniumbasierte Wiederholungseinheit der allgemeinen chemischen Formel:
    Figure DE102015210404A1_0084
  • Dabei steht -[Ab]- für eine Polymerrücken bildende Einheit. (Xb) steht dabei für einen Spacer. xb steht dabei für die Anzahl, insbesondere das Vorhandensein beziehungsweise die Abwesenheit, des Spacers (Xb). Dabei kann xb insbesondere 1 oder 0, beispielsweise 1, sein. Die Polymerrücken bildende Einheit -[Ab]- kann beispielsweise wie im Zusammenhang mit der Polymerrücken bildenden Einheit -[A]- erläutert ausgestaltet sein. Die Spacer (Xb) kann beispielsweise wie im Zusammenhang mit dem Spacer X erläutert ausgestaltet sein. R20, R21 und/oder R22 können beispielsweise ebenfalls wie vorstehend erläutert ausgestaltet sein.
  • Z– kann dabei insbesondere für Perchlorat und/oder Trifluormethansulfonat und/oder Tetrafluoroborat und/oder Bisoxalatoborat und/oder Hexafluorophosphat und/oder Bis(trifluormethansulfonyl)imid und/oder Difluorooxalatoborat und/oder Bromid und/oder Iodid und/oder Chlorid stehen.
  • (Xb) kann dabei insbesondere für einen, insbesondere gesättigten oder ungesättigten, linearen oder verzweigten, beispielsweise teilweise oder vollständig halogenierten, insbesondere fluorierten, Alkylenspacer, beispielsweise der allgemeinen chemischen Formel: -(CH2)a1- mit 1 ≤ a1 ≤ 12, zum Beispiel mit 1 ≤ a1 ≤ 3, und/oder einen, insbesondere gesättigten oder ungesättigten, linearen oder verzweigten, beispielsweise teilweise oder vollständig halogenierten, insbesondere fluorierten, Alkylenoxidspacer, insbesondere Ethylenoxidspacer, beispielsweise der allgemeinen chemischen Formel: -CH2-[CH2-CH2-O]b1-CH2- mit 1 ≤ b1 ≤ 10, zum Beispiel 1 ≤ b1 ≤ 4, und/oder eine weitere positiv geladene Gruppe, zum Beispiel eine Pyridiniumgruppe und/oder eine quartäre Ammoniumgruppe, und/oder eine Phenylengruppe, beispielsweise eine, mit mindestens einer Alkylgruppe und/oder einer Alkylenoxidgruppe und/oder einer Alkoxygruppe und/oder einer weiteren positiv geladenen Gruppe, zum Beispiel einer quartären Ammoniumgruppe, substituierte Phenylengruppe, und/oder eine Benzylengruppe, beispielsweise eine, mit mindestens einer Alkylgruppe und/oder einer Alkylenoxidgruppe und/oder einer Alkoxygruppe und/oder einer weiteren positiv geladenen Gruppe, zum Beispiel einer quartären Ammoniumgruppe, substituierte Benzylengruppe, und/oder eine Ketongruppe, beispielsweise Alkylcarbonylgruppe, stehen.
  • R20, R21 und R22 können dabei beispielsweise jeweils unabhängig voneinander für Wasserstoff oder eine, insbesondere gesättigte oder ungesättigte, lineare oder verzweigte, beispielsweise teilweise oder vollständig halogenierte, insbesondere fluorierte, Alkylgruppe, beispielsweise der allgemeinen chemischen Formel: -(CH2)a1*-CH3 mit 1 ≤ a1* ≤ 15, zum Beispiel 1 ≤ a1* ≤ 3 und/oder 8 ≤ a1* ≤ 12, beispielsweise eine Methylgruppe oder eine Ethylgruppe, und/oder eine, insbesondere gesättigte oder ungesättigte, lineare oder verzweigte, beispielsweise teilweise oder vollständig halogenierte, insbesondere fluorierte, Alkylenoxidgruppe, beispielsweise eine Ethylenoxidgruppe, insbesondere eine Oligo-Alkylenoxidgruppe, zum Beispiel eine Oligo-Ethylenoxidgruppe, insbesondere mit ≥ 1 bis ≤ 10 Wiederholungseinheiten, beispielsweise mit ≥ 1 oder ≥ 2 bis ≤ 5 Wiederholungseinheiten, und/oder eine weitere positiv geladene Gruppe, zum Beispiel eine Pyridiniumgruppe und/oder eine quartäre Ammoniumgruppe, und/oder eine Phenylengruppe, beispielsweise eine, mit mindestens einer Alkylgruppe und/oder einer Alkylenoxidgruppe und/oder einer Alkoxygruppe und/oder einer weiteren positiv geladenen Gruppe, zum Beispiel einer quartären Ammoniumgruppe, substituierte Phenylengruppe, und/oder eine Benzylengruppe, beispielsweise eine, mit mindestens einer Alkylgruppe und/oder einer Alkylenoxidgruppe und/oder einer Alkoxygruppe und/oder einer weiteren positiv geladenen Gruppe, zum Beispiel einer quartären Ammoniumgruppe, substituierte Benzylengruppe, und/oder eine Ketongruppe, beispielsweise Alkylcarbonylgruppe, stehen. Dabei können zum Beispiel zumindest zwei der Reste R20, R21 und R22, gegebenenfalls alle Reste R20, R21 und R22, für unterschiedliche Gruppen, beispielsweise Alkylgruppen und/oder Oligo-Alkylenoxidgruppen, zum Beispiel mit unterschiedlicher Länge und/oder Substitution und/oder Sättigungsgrad und/oder Verzweigungsgrad und/oder Halogenierungsgrad, insbesondere Fluorierungsgrad, stehen.
  • Im Rahmen einer speziellen Ausgestaltung stehen R20 und R21 für gleiche oder unterschiedliche, insbesondere gesättigte, Alkylgruppen mit einer Kettenlänge von ≥ 1 bis ≤ 4 Kohlenstoffatomen, beispielsweise eine Methylgruppe, und R22 für eine, insbesondere gesättigte, Alkylgruppe mit einer Kettenlänge von ≥ 9 bis ≤ 13 Kohlenstoffatomen, beispielsweise eine Undecylgruppe (-C11H23).
  • Beispiele für derartige Ausgestaltungen sind:
    Figure DE102015210404A1_0085
  • Im Rahmen einer weiteren, alternativen oder zusätzlichen Ausführungsform umfasst der mindestens eine Polymerelektrolyt beziehungsweise das mindestens eine Polymer mindestens eine imidazoliumbasierte Wiederholungseinheit der allgemeinen chemischen Formel:
    Figure DE102015210404A1_0086
  • Dabei steht -[Ac]- für eine Polymerrücken bildende Einheit. (Xc) steht dabei für einen Spacer. xc steht dabei für die Anzahl, insbesondere das Vorhandensein beziehungsweise die Abwesenheit, des Spacers (Xc). Dabei kann xc insbesondere 1 oder 0, beispielsweise 1, sein. Die Polymerrücken bildende Einheit -[Ac]- kann beispielsweise wie im Zusammenhang mit der Polymerrücken bildenden Einheit -[A]- erläutert ausgestaltet sein. Die Spacer (Xc) kann beispielsweise wie im Zusammenhang mit dem Spacer X erläutert ausgestaltet sein. R30, R31, R32 und/oder R33 können beispielsweise ebenfalls wie vorstehend erläutert ausgestaltet sein.
  • Z– kann dabei insbesondere für Perchlorat und/oder Trifluormethansulfonat und/oder Tetrafluoroborat und/oder Bisoxalatoborat und/oder Hexafluorophosphat und/oder Bis(trifluormethansulfonyl)imid und/oder Difluorooxalatoborat und/oder Bromid und/oder Iodid und/oder Chlorid stehen.
  • (Xc) kann dabei beispielsweise für einen, insbesondere gesättigten oder ungesättigten, linearen oder verzweigten, beispielsweise teilweise oder vollständig halogenierten, insbesondere fluorierten, Alkylenspacer, beispielsweise der allgemeinen chemischen Formel: -(CH2)a1- mit 1 ≤ a1 ≤ 12, zum Beispiel mit 3 ≤ a1 ≤ 5, und/oder einen, insbesondere gesättigten oder ungesättigten, linearen oder verzweigten, beispielsweise teilweise oder vollständig halogenierten, insbesondere fluorierten, Alkylenoxidspacer, insbesondere Ethylenoxidspacer, insbesondere mit ≥ 1 oder ≥ 2 bis ≤ 10 Wiederholungseinheiten, beispielsweise mit ≥ 1 oder ≥ 2 bis ≤ 4 Wiederholungseinheiten, zum Beispiel der allgemeinen chemischen Formel: -CH2-[CH2-CH2-O]b1-CH2- mit 1 ≤ b1 ≤ 10, beispielsweise mit 2 ≤ b1 ≤ 4, und/oder der allgemeinen chemischen Formel: -[CH2-CH2-O-]b mit 1 ≤ b ≤ 10, beispielsweise mit 2 ≤ b ≤ 4, und/oder eine weitere positiv geladene Gruppe, zum Beispiel eine Pyridiniumgruppe und/oder eine quartäre Ammoniumgruppe, und/oder eine Phenylengruppe, beispielsweise eine, mit mindestens einer Alkylgruppe und/oder einer Alkylenoxidgruppe und/oder einer Alkoxygruppe und/oder einer weiteren positiv geladenen Gruppe, zum Beispiel einer quartären Ammoniumgruppe, substituierte Phenylengruppe, und/oder eine Benzylengruppe, beispielsweise eine, mit mindestens einer Alkylgruppe und/oder einer Alkylenoxidgruppe und/oder einer Alkoxygruppe und/oder einer weiteren positiv geladenen Gruppe, zum Beispiel einer quartären Ammoniumgruppe, substituierte Benzylengruppe, beispielsweise der allgemeinen chemischen Formel:
    Figure DE102015210404A1_0087
    mit 1 ≤ z1 ≤ 4, und/oder eine Ketongruppe, beispielsweise Alkylcarbonylgruppe, stehen.
  • R30, R32 und/oder R33 können dabei beispielsweise jeweils unabhängig voneinander für Wasserstoff oder eine, insbesondere gesättigte oder ungesättigte, lineare oder verzweigte, beispielsweise teilweise oder vollständig halogenierte, insbesondere fluorierte, Alkylgruppe, beispielsweise der allgemeinen chemischen Formel: -(CH2)a1*-CH3 mit 0 ≤ oder 1 ≤ oder 2 ≤ a1* ≤ 15, zum Beispiel mit 0 ≤ oder 1 oder ≤ 2 ≤ a1* ≤ 4, und/oder eine, insbesondere gesättigte oder ungesättigte, lineare oder verzweigte, beispielsweise teilweise oder vollständig halogenierte, insbesondere fluorierte, Alkylenoxidgruppe, beispielsweise eine Ethylenoxidgruppe, insbesondere eine Oligo-Alkylenoxidgruppe, zum Beispiel eine Oligo-Ethylenoxidgruppe, insbesondere mit ≥ 1 bis ≤ 10 Wiederholungseinheiten, beispielsweise mit ≥ 1 oder ≥ 2 bis ≤ 5 Wiederholungseinheiten, und/oder eine weitere positiv geladene Gruppe, zum Beispiel eine Pyridiniumgruppe und/oder eine quartäre Ammoniumgruppe, und/oder eine Phenylengruppe, beispielsweise eine, mit mindestens einer Alkylgruppe und/oder einer Alkylenoxidgruppe und/oder einer Alkoxygruppe und/oder einer weiteren positiv geladenen Gruppe, zum Beispiel einer quartären Ammoniumgruppe, substituierte Phenylengruppe, und/oder eine Benzylengruppe, beispielsweise eine, mit mindestens einer Alkylgruppe und/oder einer Alkylenoxidgruppe und/oder einer Alkoxygruppe und/oder einer weiteren positiv geladenen Gruppe, zum Beispiel einer quartären Ammoniumgruppe, substituierte Benzylengruppe, und/oder eine Ketongruppe, beispielsweise Alkylcarbonylgruppe, stehen. Dabei können zum Beispiel zumindest zwei, insbesondere zumindest drei, der Reste R30, R31, R32 und R33, gegebenenfalls alle Reste R30, R31, R32 und R33, für unterschiedliche Gruppen, beispielsweise Alkylgruppen und/oder Oligo-Alkylenoxidgruppen, zum Beispiel mit unterschiedlicher Länge und/oder Substitution und/oder Sättigungsgrad und/oder Verzweigungsgrad und/oder Halogenierungsgrad, insbesondere Fluorierungsgrad, stehen. Insbesondere können R30, R31, R32 und R33 jeweils unabhängig voneinander für Wasserstoff oder eine Methylgruppe oder eine Alkylgruppe mit einer Kettenlänge von ≥ 2 bis ≤ 15 Kohlenstoffatomen, beispielsweise von ≥ 2 bis ≤ 4 Kohlenstoffatomen, stehen. R31 kann insbesondere für eine Methylgruppe stehen.
  • Im Rahmen einer weiteren, alternativen oder zusätzlichen Ausführungsform umfasst der mindestens eine Polymerelektrolyt beziehungsweise das mindestens eine Polymer mindestens eine piperidiniumbasierte Wiederholungseinheit der allgemeinen chemischen Formel:
    Figure DE102015210404A1_0088
  • Dabei steht -[Ad]- für eine Polymerrücken bildende Einheit. (Xd) steht dabei für einen Spacer. xd steht dabei für die Anzahl, insbesondere das Vorhandensein beziehungsweise die Abwesenheit, des Spacers (Xd). Dabei kann xd insbesondere 1 oder 0, beispielsweise 1, sein. Die Polymerrücken bildende Einheit -[Ad]- kann beispielsweise wie im Zusammenhang mit der Polymerrücken bildenden Einheit -[A]- erläutert ausgestaltet sein. Die Spacer (Xd) kann beispielsweise wie im Zusammenhang mit dem Spacer X erläutert ausgestaltet sein. R40, R41, R41’, R42, R42’, R43, R43’, R44, R44’, R45 und/oder R45’ können beispielsweise ebenfalls wie vorstehend erläutert ausgestaltet sein.
  • Z– kann dabei insbesondere für Perchlorat und/oder Trifluormethansulfonat und/oder Tetrafluoroborat und/oder Bisoxalatoborat und/oder Hexafluorophosphat und/oder Bis(trifluormethansulfonyl)imid und/oder Difluorooxalatoborat und/oder Bromid und/oder Iodid und/oder Chlorid stehen.
  • (Xd) kann dabei insbesondere für einen, insbesondere gesättigten oder ungesättigten, linearen oder verzweigten, beispielsweise teilweise oder vollständig halogenierten, insbesondere fluorierten, Alkylenspacer, beispielsweise der allgemeinen chemischen Formel: -(CH2)a1- mit 1 ≤ a1 ≤ 15, zum Beispiel mit 3 ≤ a1 ≤ 5, und/oder einen, insbesondere gesättigten oder ungesättigten, linearen oder verzweigten, beispielsweise teilweise oder vollständig halogenierten, insbesondere fluorierten, Alkylenoxidspacer, insbesondere Ethylenoxidspacer, insbesondere mit ≥ 1 oder ≥ 2 bis ≤ 10 Wiederholungseinheiten, beispielsweise mit ≥ 1 oder ≥ 2 bis ≤ 4 Wiederholungseinheiten, zum Beispiel der allgemeinen chemischen Formel: -CH2-[CH2-CH2-O]b1-CH2- mit 1 ≤ b1 ≤ 10, beispielsweise mit 2 ≤ b1 ≤ 4, und/oder der allgemeinen chemischen Formel: -[CH2-CH2-O-]b mit 1 ≤ b ≤ 10, beispielsweise mit 2 ≤ b ≤ 4, und/oder eine weitere positiv geladene Gruppe, zum Beispiel eine Pyridiniumgruppe und/oder eine quartäre Ammoniumgruppe, und/oder eine Phenylengruppe, beispielsweise eine, mit mindestens einer Alkylgruppe und/oder einer Alkylenoxidgruppe und/oder einer Alkoxygruppe und/oder einer weiteren positiv geladenen Gruppe, zum Beispiel einer quartären Ammoniumgruppe, substituierte Phenylengruppe, und/oder eine Benzylengruppe, beispielsweise eine, mit mindestens einer Alkylgruppe und/oder einer Alkylenoxidgruppe und/oder einer Alkoxygruppe und/oder einer weiteren positiv geladenen Gruppe, zum Beispiel einer quartären Ammoniumgruppe, substituierte Benzylengruppe, und/oder eine Ketongruppe, beispielsweise Alkylcarbonylgruppe, stehen. Insbesondere kann der Spacer X ein gesättigter Alkylspacer mit einer Kettenlänge von ≥ 1 bis ≤ 15 Kohlenstoffatomen, beispielsweise von ≥ 3 bis ≤ 5 Kohlenstoffatomen, sein.
  • R40, R41, R41’, R42, R42’, R43, R43’, R44, R44’, R45 und/oder R45’ können dabei beispielsweise jeweils unabhängig voneinander für Wasserstoff oder eine, insbesondere gesättigte oder ungesättigte, lineare oder verzweigte, beispielsweise teilweise oder vollständig halogenierte, insbesondere fluorierte, Alkylgruppe, beispielsweise der allgemeinen chemischen Formel: -(CH2)a1*-CH3 mit 0 ≤ oder 1 ≤ oder 2 ≤ a1* ≤ 15, zum Beispiel mit 0 ≤ oder 1 oder ≤ 2 ≤ a1* ≤ 4, und/oder eine, insbesondere gesättigte oder ungesättigte, lineare oder verzweigte, beispielsweise teilweise oder vollständig halogenierte, insbesondere fluorierte, Alkylenoxidgruppe, beispielsweise eine Ethylenoxidgruppe, insbesondere eine Oligo-Alkylenoxidgruppe, zum Beispiel eine Oligo-Ethylenoxidgruppe, insbesondere mit ≥ 1 bis ≤ 10 Wiederholungseinheiten, beispielsweise mit ≥ 1 oder ≥ 2 bis ≤ 5 Wiederholungseinheiten, und/oder eine eine weitere positiv geladene Gruppe, zum Beispiel eine Pyridiniumgruppe und/oder eine quartäre Ammoniumgruppe, und/oder eine Phenylengruppe, beispielsweise eine, mit mindestens einer Alkylgruppe und/oder einer Alkylenoxidgruppe und/oder einer Alkoxygruppe und/oder einer weiteren positiv geladenen Gruppe, zum Beispiel einer quartären Ammoniumgruppe, substituierte Phenylengruppe, und/oder eine Benzylengruppe, beispielsweise eine, mit mindestens einer Alkylgruppe und/oder einer Alkylenoxidgruppe und/oder einer Alkoxygruppe und/oder einer weiteren positiv geladenen Gruppe, zum Beispiel einer quartären Ammoniumgruppe, substituierte Benzylengruppe, und/oder eine Ketongruppe, beispielsweise Alkylcarbonylgruppe, stehen. Dabei können zum Beispiel zumindest zwei, insbesondere zumindest drei, der Reste R40, R41, R41’, R42, R42’, R43, R43’, R44, R44’, R45 und/oder R45’, gegebenenfalls alle Reste R40, R41, R41’, R42, R42’, R43, R43’, R44, R44’, R45 und/oder R45’, für unterschiedliche Gruppen, beispielsweise Alkylgruppen und/oder Oligo-Alkylenoxidgruppen, zum Beispiel mit unterschiedlicher Länge und/oder Substitution und/oder Sättigungsgrad und/oder Verzweigungsgrad und/oder Halogenierungsgrad, insbesondere Fluorierungsgrad, stehen. Insbesondere können R40, R41, R41’, R42, R42’, R43, R43’, R44, R44’, R45 und/oder R45’ jeweils unabhängig voneinander für Wasserstoff oder eine Methylgruppe oder eine Alkylgruppe mit einer Kettenlänge von ≥ 2 bis ≤ 15 Kohlenstoffatomen, beispielsweise von ≥ 2 bis ≤ 4 Kohlenstoffatomen, stehen. R41, R41’, R42, R42’, R43, R43’, R44, R44’, R45 und/oder R45’ können insbesondere für Wasserstoff stehen. R40 kann insbesondere für eine Methylgruppe stehen.
  • Im Rahmen einer weiteren, alternativen oder zusätzlichen Ausführungsform umfasst der mindestens eine Polymerelektrolyt beziehungsweise das mindestens eine Polymer mindestens eine pyrrolidiniumbasierte Wiederholungseinheit der allgemeinen chemischen Formel:
    Figure DE102015210404A1_0089
  • Dabei steht -[Ae]- für eine Polymerrücken bildende Einheit. (Xe) steht dabei für einen Spacer. xe steht dabei für die Anzahl, insbesondere das Vorhandensein beziehungsweise die Abwesenheit, des Spacers (Xe). Dabei kann xe insbesondere 1 oder 0, beispielsweise 1, sein. Die Polymerrücken bildende Einheit -[Ae]- kann beispielsweise wie im Zusammenhang mit der Polymerrücken bildenden Einheit -[A]- erläutert ausgestaltet sein. Die Spacer (Xe) kann beispielsweise wie im Zusammenhang mit dem Spacer X erläutert ausgestaltet sein. R50, R51, R51’, R52, R52’, R53, R53’, R54 und/oder R54’ können beispielsweise ebenfalls wie vorstehend erläutert ausgestaltet sein.
  • Z– kann dabei insbesondere für Perchlorat und/oder Trifluormethansulfonat und/oder Tetrafluoroborat und/oder Bisoxalatoborat und/oder Hexafluorophosphat und/oder Bis(trifluormethansulfonyl)imid und/oder Difluorooxalatoborat und/oder Bromid und/oder Iodid und/oder Chlorid stehen.
  • (Xe) kann dabei insbesondere für einen, insbesondere gesättigten oder ungesättigten, linearen oder verzweigten, beispielsweise teilweise oder vollständig halogenierten, insbesondere fluorierten, Alkylenspacer, beispielsweise der allgemeinen chemischen Formel: -(CH2)a1- mit 1 ≤ a1 ≤ 15, zum Beispiel mit 3 ≤ a1 ≤ 5, und/oder einen, insbesondere gesättigten oder ungesättigten, linearen oder verzweigten, beispielsweise teilweise oder vollständig halogenierten, insbesondere fluorierten, Alkylenoxidspacer, insbesondere Ethylenoxidspacer, insbesondere mit ≥ 1 oder ≥ 2 bis ≤ 10 Wiederholungseinheiten, beispielsweise mit ≥ 1 oder ≥ 2 bis ≤ 4 Wiederholungseinheiten, zum Beispiel der allgemeinen chemischen Formel: -CH2-[CH2-CH2-O]b1-CH2- mit 1 ≤ b1 ≤ 10, beispielsweise mit 2 ≤ b1 ≤ 4, und/oder der allgemeinen chemischen Formel: -[CH2-CH2-O-]b mit 1 ≤ b ≤ 10, beispielsweise mit 2 ≤ b ≤ 4, und/oder eine weitere positiv geladene Gruppe, zum Beispiel eine Pyridiniumgruppe und/oder eine quartäre Ammoniumgruppe, und/oder eine Phenylengruppe, beispielsweise eine, mit mindestens einer Alkylgruppe und/oder einer Alkylenoxidgruppe und/oder einer Alkoxygruppe und/oder einer weiteren positiv geladenen Gruppe, zum Beispiel einer quartären Ammoniumgruppe, substituierte Phenylengruppe, und/oder eine Benzylengruppe, beispielsweise eine, mit mindestens einer Alkylgruppe und/oder einer Alkylenoxidgruppe und/oder einer Alkoxygruppe und/oder einer weiteren positiv geladenen Gruppe, zum Beispiel einer quartären Ammoniumgruppe, substituierte Benzylengruppe, und/oder eine Ketongruppe, beispielsweise Alkylcarbonylgruppe, stehen. Insbesondere kann der Spacer X ein gesättigter Alkylspacer mit einer Kettenlänge von ≥ 1 bis ≤ 15 Kohlenstoffatomen, beispielsweise von ≥ 3 bis ≤ 5 Kohlenstoffatomen, sein.
  • R50, R51, R51’, R52, R52’, R53, R53’, R54 und/oder R54’ können dabei beispielsweise jeweils unabhängig voneinander für Wasserstoff oder eine, insbesondere gesättigte oder ungesättigte, lineare oder verzweigte, beispielsweise teilweise oder vollständig halogenierte, insbesondere fluorierte, Alkylgruppe, beispielsweise der allgemeinen chemischen Formel: -(CH2)a1*-CH3 mit 0 ≤ oder 1 ≤ oder 2 ≤ a1* ≤ 15, zum Beispiel mit 0 ≤ oder 1 oder ≤ 2 ≤ a1* ≤ 4, und/oder eine, insbesondere gesättigte oder ungesättigte, lineare oder verzweigte, beispielsweise teilweise oder vollständig halogenierte, insbesondere fluorierte, Alkylenoxidgruppe, beispielsweise eine Ethylenoxidgruppe, insbesondere eine Oligo-Alkylenoxidgruppe, zum Beispiel eine Oligo-Ethylenoxidgruppe, insbesondere mit ≥ 1 bis ≤ 10 Wiederholungseinheiten, beispielsweise mit ≥ 1 oder ≥ 2 bis ≤ 5 Wiederholungseinheiten, und/oder eine weitere positiv geladene Gruppe, zum Beispiel eine Pyridiniumgruppe und/oder eine quartäre Ammoniumgruppe, und/oder eine Phenylengruppe, beispielsweise eine, mit mindestens einer Alkylgruppe und/oder einer Alkylenoxidgruppe und/oder einer Alkoxygruppe und/oder einer weiteren positiv geladenen Gruppe, zum Beispiel einer quartären Ammoniumgruppe, substituierte Phenylengruppe, und/oder eine Benzylengruppe, beispielsweise eine, mit mindestens einer Alkylgruppe und/oder einer Alkylenoxidgruppe und/oder einer Alkoxygruppe und/oder einer weiteren positiv geladenen Gruppe, zum Beispiel einer quartären Ammoniumgruppe, substituierte Benzylengruppe, und/oder eine Ketongruppe, beispielsweise Alkylcarbonylgruppe, stehen. Dabei können zum Beispiel zumindest zwei, insbesondere zumindest drei, der Reste R50, R51, R51’, R52, R52’, R53, R53’, R54 und/oder R54’, gegebenenfalls alle Reste R50, R51, R51’, R52, R52’, R53, R53’, R54 und/oder R54’, für unterschiedliche Gruppen, beispielsweise Alkylgruppen und/oder Oligo-Alkylenoxidgruppen, zum Beispiel mit unterschiedlicher Länge und/oder Substitution und/oder Sättigungsgrad und/oder Verzweigungsgrad und/oder Halogenierungsgrad, insbesondere Fluorierungsgrad, stehen. Insbesondere können R50, R51, R51’, R52, R52’, R53, R53’, R54 und/oder R54’ jeweils unabhängig voneinander für Wasserstoff oder eine Methylgruppe oder eine Alkylgruppe mit einer Kettenlänge von ≥ 2 bis ≤ 15 Kohlenstoffatomen, beispielsweise von ≥ 2 bis ≤ 4 Kohlenstoffatomen, stehen. R51, R51’, R52, R52’, R53, R53’, R54 und/oder R54’ können insbesondere für Wasserstoff stehen. R50 kann insbesondere für eine Methylgruppe oder eine Ethylgruppe stehen.
  • Im Rahmen einer weiteren, alternativen oder zusätzlichen Ausführungsform umfasst der mindestens eine Polymerelektrolyt beziehungsweise das mindestens eine Polymer mindestens eine phosphoniumbasierte Wiederholungseinheit der allgemeinen chemischen Formel:
    Figure DE102015210404A1_0090
  • Dabei steht -[Af]- für eine Polymerrücken bildende Einheit. (Xf) steht dabei für einen Spacer. xf steht dabei für die Anzahl, insbesondere das Vorhandensein beziehungsweise die Abwesenheit, des Spacers (Xf). Dabei kann xf insbesondere 1 oder 0, beispielsweise 1, sein. Die Polymerrücken bildende Einheit -[Af]- kann beispielsweise wie im Zusammenhang mit der Polymerrücken bildenden Einheit -[A]- erläutert ausgestaltet sein. Die Spacer (Xf) kann beispielsweise wie im Zusammenhang mit dem Spacer X erläutert ausgestaltet sein. R60, R61 und/oder R62 können beispielsweise ebenfalls wie vorstehend erläutert ausgestaltet sein.
  • Z– kann dabei insbesondere für Perchlorat und/oder Trifluormethansulfonat und/oder Tetrafluoroborat und/oder Bisoxalatoborat und/oder Hexafluorophosphat und/oder Bis(trifluormethansulfonyl)imid und/oder Difluorooxalatoborat und/oder Bromid und/oder Iodid und/oder Chlorid stehen.
  • (Xf) kann dabei insbesondere für einen, insbesondere gesättigten oder ungesättigten, linearen oder verzweigten, beispielsweise teilweise oder vollständig halogenierten, insbesondere fluorierten, Alkylenspacer, beispielsweise der allgemeinen chemischen Formel: -(CH2)a1- mit 1 ≤ a1 ≤ 15, zum Beispiel mit 2 ≤ a1 ≤ 8, und/oder einen, insbesondere gesättigten oder ungesättigten, linearen oder verzweigten, beispielsweise teilweise oder vollständig halogenierten, insbesondere fluorierten, Alkylenoxidspacer, insbesondere Ethylenoxidspacer, insbesondere mit ≥ 1 oder ≥ 2 bis ≤ 10 Wiederholungseinheiten, beispielsweise mit ≥ 1 oder ≥ 2 bis ≤ 4 Wiederholungseinheiten, zum Beispiel der allgemeinen chemischen Formel: -CH2-[CH2-CH2-O]b1-CH2- mit 1 ≤ b1 ≤ 10, beispielsweise mit 2 ≤ b1 ≤ 4, und/oder der allgemeinen chemischen Formel: -[CH2-CH2-O-]b mit 1 ≤ b ≤ 10, beispielsweise mit 2 ≤ b ≤ 4, und/oder eine weitere positiv geladene Gruppe, zum Beispiel eine Pyridiniumgruppe und/oder eine quartäre Ammoniumgruppe, und/oder eine Phenylengruppe, beispielsweise eine, mit mindestens einer Alkylgruppe und/oder einer Alkylenoxidgruppe und/oder einer Alkoxygruppe und/oder einer weiteren positiv geladenen Gruppe, zum Beispiel einer quartären Ammoniumgruppe, substituierte Phenylengruppe, und/oder eine Benzylengruppe, beispielsweise eine, mit mindestens einer Alkylgruppe und/oder einer Alkylenoxidgruppe und/oder einer Alkoxygruppe und/oder einer weiteren positiv geladenen Gruppe, zum Beispiel einer quartären Ammoniumgruppe, substituierte Benzylengruppe, und/oder eine Ketongruppe, beispielsweise Alkylcarbonylgruppe, stehen. Insbesondere kann der Spacer X ein gesättigter Alkylspacer mit einer Kettenlänge von ≥ 1 bis ≤ 16 Kohlenstoffatomen, beispielsweise von ≥ 3 bis ≤ 9 Kohlenstoffatomen, sein.
  • R60, R61 und R61 können dabei beispielsweise jeweils unabhängig voneinander für Wasserstoff oder eine, insbesondere gesättigte oder ungesättigte, lineare oder verzweigte, beispielsweise teilweise oder vollständig halogenierte, insbesondere fluorierte, Alkylgruppe, beispielsweise der allgemeinen chemischen Formel: -(CH2)a1*-CH3 mit 0 ≤ oder 1 ≤ oder 2 ≤ a1* ≤ 15, zum Beispiel mit 0 ≤ oder 1 oder ≤ 2 ≤ a1* ≤ 4, und/oder eine, insbesondere gesättigte oder ungesättigte, lineare oder verzweigte, beispielsweise teilweise oder vollständig halogenierte, insbesondere fluorierte, Alkylenoxidgruppe, beispielsweise eine Ethylenoxidgruppe, insbesondere eine Oligo-Alkylenoxidgruppe, zum Beispiel eine Oligo-Ethylenoxidgruppe, insbesondere mit ≥ 1 bis ≤ 10 Wiederholungseinheiten, beispielsweise mit ≥ 1 oder ≥ 2 bis ≤ 5 Wiederholungseinheiten, und/oder eine weitere positiv geladene Gruppe, zum Beispiel eine Pyridiniumgruppe und/oder eine quartäre Ammoniumgruppe, und/oder eine Phenylengruppe, beispielsweise eine, mit mindestens einer Alkylgruppe und/oder einer Alkylenoxidgruppe und/oder einer Alkoxygruppe und/oder einer weiteren positiv geladenen Gruppe, zum Beispiel einer quartären Ammoniumgruppe, substituierte Phenylengruppe, und/oder eine Benzylengruppe, beispielsweise eine, mit mindestens einer Alkylgruppe und/oder einer Alkylenoxidgruppe und/oder einer Alkoxygruppe und/oder einer weiteren positiv geladenen Gruppe, zum Beispiel einer quartären Ammoniumgruppe, substituierte Benzylengruppe, und/oder eine Ketongruppe, beispielsweise Alkylcarbonylgruppe, stehen. Dabei können zum Beispiel zumindest zwei der Reste R60, R61 und R61, gegebenenfalls alle Reste R60, R61 und R61, für unterschiedliche Gruppen, beispielsweise Alkylgruppen und/oder Oligo-Alkylenoxidgruppen, zum Beispiel mit unterschiedlicher Länge und/oder Substitution und/oder Sättigungsgrad und/oder Verzweigungsgrad und/oder Halogenierungsgrad, insbesondere Fluorierungsgrad, stehen. Insbesondere können R60, R61 und R61 jeweils unabhängig voneinander für eine Alkylgruppe mit einer Kettenlänge von ≥ 1 bis ≤ 16 Kohlenstoffatomen, beispielsweise von ≥ 3 bis ≤ Kohlenstoffatomen, stehen.
  • Im Rahmen einer weiteren, alternativen oder zusätzlichen Ausführungsform umfasst der mindestens eine Polymerelektrolyt beziehungsweise das mindestens eine Polymer mindestens eine, auf einem Benzolsulfonat basierende Wiederholungseinheit der allgemeinen chemischen Formel:
    Figure DE102015210404A1_0091
  • Dabei steht -[AZ]- für eine Polymerrücken bildende Einheit. (XZ) steht dabei für einen Spacer. xz steht dabei für die Anzahl, insbesondere das Vorhandensein beziehungsweise die Abwesenheit, des Spacers (XZ). Dabei kann xz insbesondere 1 oder 0, beispielsweise 1, sein. Die Polymerrücken bildende Einheit -[AZ]- kann beispielsweise wie im Zusammenhang mit der Polymerrücken bildenden Einheit -[A]- erläutert ausgestaltet sein. Die Spacer (XZ) kann beispielsweise wie im Zusammenhang mit dem Spacer X erläutert ausgestaltet sein. R200, R201, R202 und/oder R203 können beispielsweise ebenfalls wie vorstehend erläutert ausgestaltet sein.
  • Z+ kann dabei insbesondere für ein Kation, insbesondere Metallkation, beispielsweise Alkaliion, zum Beispiel Lithiumion und/oder Natriumion, insbesondere Lithiumion (Li+), stehen.
  • (XZ) kann dabei insbesondere für einen, insbesondere gesättigten oder ungesättigten, linearen oder verzweigten, beispielsweise teilweise oder vollständig halogenierten, insbesondere fluorierten, Alkylenspacer, beispielsweise der allgemeinen chemischen Formel: -(CH2)a1- mit 1 ≤ a1 ≤ 15, zum Beispiel mit 1 ≤ a1 ≤ 3, und/oder einen, insbesondere gesättigten oder ungesättigten, linearen oder verzweigten, beispielsweise teilweise oder vollständig halogenierten, insbesondere fluorierten, Alkylenoxidspacer, insbesondere Ethylenoxidspacer, insbesondere mit ≥ 1 oder ≥ 2 bis ≤ 10 Wiederholungseinheiten, beispielsweise mit ≥ 1 oder ≥ 2 bis ≤ 4 Wiederholungseinheiten, zum Beispiel der allgemeinen chemischen Formel: -CH2-[CH2-CH2-O]b1-CH2- mit 1 ≤ b1 ≤ 10, beispielsweise mit 2 ≤ b1 ≤ 4, und/oder der allgemeinen chemischen Formel: -[CH2-CH2-O-]b mit 1 ≤ b ≤ 10, beispielsweise mit 2 ≤ b ≤ 4, und/oder -(CH2)a2-O-[CH2-CH2-O-]b2-(CH2)a2’- mit 1 ≤ a2 ≤ 3, 1 ≤ b2 ≤ 10, insbesondere 1 ≤ b2 ≤ 4, und 1 ≤ a2’ ≤ 3, und/oder eine weitere Lithiumsulfonatgruppe und/oder eine Phenylengruppe, beispielsweise eine, mit mindestens einer Lithiumsulfonatgruppe substituierte Phenylengruppe (Phenylene-Sulfonat-Einheit), und/oder eine Benzylengruppe, beispielsweise eine, mit mindestens einer Lithiumsulfonatgruppe substituierte Benzylengruppe, und/oder eine Ketongruppe, beispielsweise Alkylcarbonylgruppe, und/oder einen Ethersauerstoff steht.
  • R200, R201, R202 und R203 können dabei beispielsweise jeweils unabhängig voneinander für Wasserstoff oder eine, insbesondere gesättigte oder ungesättigte, lineare oder verzweigte, beispielsweise teilweise oder vollständig halogenierte, insbesondere fluorierte, Alkylgruppe, beispielsweise der allgemeinen chemischen Formel: -(CH2)a1*-CH3 mit 0 ≤ oder 1 ≤ a1* ≤ 15, zum Beispiel mit 1 ≤ a1* ≤ 2, und/oder eine, insbesondere gesättigte oder ungesättigte, lineare oder verzweigte, beispielsweise teilweise oder vollständig halogenierte, insbesondere fluorierte, Alkylenoxidgruppe, beispielsweise eine Ethylenoxidgruppe, insbesondere eine Oligo-Alkylenoxidgruppe, zum Beispiel eine Oligo-Ethylenoxidgruppe, insbesondere mit ≥ 1 bis ≤ 10 Wiederholungseinheiten, beispielsweise mit ≥ 1 oder ≥ 2 bis ≤ 5 Wiederholungseinheiten, und/oder eine weitere negative geladene Gruppe, beispielsweise Lithiumsulfonatgruppe, und/oder eine Phenylengruppe, beispielsweise eine, mit mindestens einer negativen Gruppe, beispielsweise Lithiumsulfonatgruppe, substituierte Phenylengruppe, und/oder eine Benzylengruppe, beispielsweise eine, mit mindestens einer negativen Gruppe, beispielsweise Lithiumsulfonatgruppe, substituierte Benzylengruppe, und/oder eine Ketongruppe, beispielsweise Alkylcarbonylgruppe, stehen. Dabei können zum Beispiel zumindest zwei der Reste R200, R201, R202 und R203, gegebenenfalls alle Reste R200, R201, R202 und R203, für unterschiedliche Gruppen, beispielsweise Alkylgruppen und/oder Oligo-Alkylenoxidgruppen, zum Beispiel mit unterschiedlicher Länge und/oder Substitution und/oder Sättigungsgrad und/oder Verzweigungsgrad und/oder Halogenierungsgrad, insbesondere Fluorierungsgrad, stehen. Insbesondere können R200, R201, R202 und R203 jeweils unabhängig voneinander für Wasserstoff oder eine Lithiumsulfonatgruppe oder eine, insbesondere mit mindestens einer Lithiumsulfonatgruppe substituierte, Alkylgruppe mit einer Kettenlänge von ≥ 1 bis ≤ 15 Kohlenstoffatomen, beispielsweise von ≥ 1 bis ≤ 2 Kohlenstoffatomen, beispielsweise der allgemeinen chemischen Formel: -(CH2)s1-SO3Li mit 0 ≤ s1 ≤ 15, beispielsweise mit 0 ≤ s1 ≤ 2, stehen. Insbesondere können R200, R201, R202 und R203 jeweils unabhängig voneinander für Wasserstoff, eine, insbesondere gesättigte, beispielsweise teilweise oder vollständig, sulfonierte und/oder halogenierte, insbesondere fluorierte, Alkylgruppe mit einer Kettenlänge von ≥ 1 bis ≤ 16 Kohlenstoffatomen, beispielsweise von ≥ 1 oder ≥ 2 bis ≤ 4 Kohlenstoffatomen, und/oder eine, beispielsweise teilweise oder vollständig, sulfonierte und/oder halogenierte, insbesondere fluorierte, Alkylenoxidgruppe, insbesondere eine Oligo-Alkylenoxidgruppe, zum Beispiel eine Oligo-Ethylenoxidgruppe, stehen.
  • Insbesondere können R200, R201, R202 und/oder R203 mit mindestens einer Sulfonatgruppe, insbesondere Lithiumsulfonatgruppe, substituiert sein.
  • Im Rahmen einer weiteren, alternativen oder zusätzlichen Ausführungsform umfasst der mindestens eine Polymerelektrolyt beziehungsweise das mindestens eine Polymer mindestens eine, auf einem Trifluormethansulfonylimid-Benzol-Gruppe basierende Wiederholungseinheit der allgemeinen chemischen Formel:
    Figure DE102015210404A1_0092
  • Dabei steht -[AZ1]- für eine Polymerrücken bildende Einheit. (XZ1) steht dabei für einen Spacer. xz1 steht dabei für die Anzahl, insbesondere das Vorhandensein beziehungsweise die Abwesenheit, des Spacers (XZ1). Dabei kann xz1 insbesondere 1 oder 0, beispielsweise 1, sein. Die Polymerrücken bildende Einheit -[AZ1]- kann beispielsweise wie im Zusammenhang mit der Polymerrücken bildenden Einheit -[A]- erläutert ausgestaltet sein. Die Spacer (XZ1) kann beispielsweise wie im Zusammenhang mit dem Spacer X erläutert ausgestaltet sein. R210, R211, R212, 213 und/oder R214 können beispielsweise ebenfalls wie vorstehend erläutert ausgestaltet sein.
  • Z+ kann dabei insbesondere für ein Kation, insbesondere Metallkation, beispielsweise Alkaliion, zum Beispiel Lithiumion und/oder Natriumion, insbesondere Lithiumion (Li+), stehen.
  • (XZ1) kann dabei insbesondere für einen, insbesondere gesättigten oder ungesättigten, linearen oder verzweigten, beispielsweise teilweise oder vollständig halogenierten, insbesondere fluorierten, Alkylenspacer, beispielsweise der allgemeinen chemischen Formel: -(CH2)a1- mit 1 ≤ a1 ≤ 15, zum Beispiel mit 1 ≤ a1 ≤ 3, und/oder einen, insbesondere gesättigten oder ungesättigten, linearen oder verzweigten, beispielsweise teilweise oder vollständig halogenierten, insbesondere fluorierten, Alkylenoxidspacer, insbesondere Ethylenoxidspacer, insbesondere mit ≥ 1 oder ≥ 2 bis ≤ 10 Wiederholungseinheiten, beispielsweise mit ≥ 1 oder ≥ 2 bis ≤ 4 Wiederholungseinheiten, zum Beispiel der allgemeinen chemischen Formel: -CH2-[CH2-CH2-O]b1-CH2- mit 1 ≤ b1 ≤ 10, beispielsweise mit 2 ≤ b1 ≤ 4, und/oder der allgemeinen chemischen Formel: -[CH2-CH2-O-]b mit 1 ≤ b ≤ 10, beispielsweise mit 2 ≤ b ≤ 4, und/oder -(CH2)a2-O-[CH2-CH2-O-]b2-(CH2)a2’- mit 1 ≤ a2 ≤ 3, 1 ≤ b2 ≤ 10, insbesondere 1 ≤ b2 ≤ 4, und 1 ≤ a2’ ≤ 3, und/oder eine weitere Lithium-Trifluormethansulfonylimid-Benzol-Gruppe und/oder eine Phenylengruppe, beispielsweise eine, mit mindestens einer Lithium-Trifluormethansulfonylimid-Benzol-Gruppe substituierte Phenylengruppe (Phenylene-Bis(trifluormethansulfonyl)imid-Benzol-Einheit), und/oder eine Benzylengruppe, beispielsweise eine, mit mindestens einer Lithium-Trifluormethansulfonylimid-Benzol-Gruppe substituierte Benzylengruppe, und/oder eine Ketongruppe, beispielsweise Alkylcarbonylgruppe, und/oder einen Ethersauerstoff steht.
  • R210, R211, R212, 213 und R214 können dabei beispielsweise jeweils unabhängig voneinander für Wasserstoff oder eine, insbesondere gesättigte oder ungesättigte, lineare oder verzweigte, beispielsweise teilweise oder vollständig halogenierte, insbesondere fluorierte, Alkylgruppe, beispielsweise der allgemeinen chemischen Formel: -(CH2)a1*-CH3 mit 0 ≤ oder 1 ≤ a1* ≤ 15, zum Beispiel mit 1 ≤ a1* ≤ 2, und/oder eine, insbesondere gesättigte oder ungesättigte, lineare oder verzweigte, beispielsweise teilweise oder vollständig halogenierte, insbesondere fluorierte, Alkylenoxidgruppe, beispielsweise eine Ethylenoxidgruppe, insbesondere eine Oligo-Alkylenoxidgruppe, zum Beispiel eine Oligo-Ethylenoxidgruppe, insbesondere mit ≥ 1 bis ≤ 10 Wiederholungseinheiten, beispielsweise mit ≥ 1 oder ≥ 2 bis ≤ 5 Wiederholungseinheiten, und/oder eine weitere Lithium-Trifluormethansulfonylimid-Benzol-Gruppe und/oder eine Phenylengruppe, beispielsweise eine, mit mindestens einer Lithium-Trifluormethansulfonylimid-Benzol-Gruppe substituierte Phenylengruppe, und/oder eine Benzylengruppe, beispielsweise eine, mit mindestens einer Lithium-Trifluormethansulfonylimid-Benzol-Gruppe substituierte Benzylengruppe, und/oder eine Ketongruppe, beispielsweise Alkylcarbonylgruppe, stehen. Dabei können zum Beispiel zumindest zwei der Reste R210, R211, R212, 213 und R214, gegebenenfalls alle Reste R210, R211, R212, 213 und R214, für unterschiedliche Gruppen, beispielsweise Alkylgruppen und/oder Oligo-Alkylenoxidgruppen, zum Beispiel mit unterschiedlicher Länge und/oder Substitution und/oder Sättigungsgrad und/oder Verzweigungsgrad und/oder Halogenierungsgrad, insbesondere Fluorierungsgrad, stehen. Insbesondere können R210, R211, R212, 213 und R214 jeweils unabhängig voneinander für Wasserstoff oder eine Lithium-Trifluormethansulfonylimid-Benzol-Gruppe oder eine, insbesondere mit mindestens einer Lithium-Trifluormethansulfonylimid-Benzol-Gruppe substituierte, Alkylgruppe mit einer Kettenlänge von ≥ 1 bis ≤ 15 Kohlenstoffatomen, beispielsweise von ≥ 1 bis ≤ 2 Kohlenstoffatomen, beispielsweise der allgemeinen chemischen Formel: -(CH2)s2-SO2NSO2CF3Li mit 0 ≤ s2 ≤ 15, beispielsweise mit 0 ≤ s2 ≤ 2, stehen. Insbesondere können R210, R211, R212, 213 und R214 jeweils unabhängig voneinander für Wasserstoff, eine, insbesondere gesättigte, beispielsweise teilweise oder vollständig, Bis(trifluormethansulfonyl)imid-substituierte und/oder halogenierte, insbesondere fluorierte, Alkylgruppe mit einer Kettenlänge von ≥ 1 bis ≤ 16 Kohlenstoffatomen, beispielsweise von ≥ 1 oder ≥ 2 bis ≤ 4 Kohlenstoffatomen, und/oder eine, beispielsweise teilweise oder vollständig, Bis(trifluormethansulfonyl)imid-substituierte und/oder halogenierte, insbesondere fluorierte, Alkylenoxidgruppe, insbesondere eine Oligo-Alkylenoxidgruppe, zum Beispiel eine Oligo-Ethylenoxidgruppe, stehen.
  • Insbesondere können R210, R211, R212, 213 und/oder R214 in Form einer weiteren Sulfonylimidgruppe, beispielsweise Trifluormethansulfonylimid-Gruppe, insbesondere Lithium-Trifluormethansulfonylimid-Gruppe, ausgeführt sein.
  • Insbesondere kann der Polymerrücken -[Az]- beziehungsweise -[Az1]- für eine Phenylen-Einheit, insbesondere eines Polyphenylens, beispielsweise eines para-Polyphenylens, beispielsweise mit Etherfunktion, zum Beispiel der allgemeinen chemischen Formel:
    Figure DE102015210404A1_0093
    stehen, insbesondere wobei xq die Anbindungsstelle/n kennzeichnet beziehungsweise für XQ steht.
  • Dabei kann das Polymer beispielsweise mindestens eine, beispielsweise unsubstituierte, weitere Phenylen-Einheit und/oder mindestens eine, mit mindestens einer Lithiumsulfonatgruppe substituierte, weitere Phenylen-Einheit umfassen. Zum Beispiel kann der Polymerrücken -[Az]- beziehungsweise -[Az1]- für eine Phenylen-Einheit der allgemeinen chemischen Formel:
    Figure DE102015210404A1_0094
    stehen, wobei n und n* für die Wiederholungszahlen der unsubstituierten Phenylen-Einheit stehen und beispielsweise dabei 0 ≤ n ≤ 3 und 0 ≤ n* ≤ 3 sind, insbesondere wobei xq die Anbindungsstelle/n kennzeichnet beziehungsweise für XQ steht.
  • Im Rahmen einer weiteren, alternativen oder zusätzlichen, speziellen Ausgestaltung umfasst beziehungsweise basiert das Polymer, insbesondere die mindestens eine erste Wiederholungseinheit -[A1]-, auf einer, auf einem einfach oder mehrfach, sulfonierten Polyphenylen basierenden Wiederholungseinheit der allgemeinen chemischen Formel:
    Figure DE102015210404A1_0095
  • Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform umfasst der mindestens eine Polymerelektrolyt beziehungsweise das mindestens eine Polymer mindestens eine Wiederholungseinheit der allgemeinen chemischen Formel:
    Figure DE102015210404A1_0096
    Figure DE102015210404A1_0097
    Figure DE102015210404A1_0098
    Figure DE102015210404A1_0099
  • Dabei steht -[AI]-, -[AII]-, -[AIII]-, -[AIV]-, -[AV]-, -[AVI]-, -[AVII]-, -[AVIII]-, -[AIX]-, -[Aa]-, -[Ab]-, -[Ac]-, -[Ad]-, -[Ae]-, -[Af]-, -[AZ]- beziehungsweise -[AZ1]- insbesondere für eine Polymerrücken bildende Einheit. (XI), (XII), (XIII), (XIV), (XV), (XVI), (XVII), (XVIII), (XIX), (Xa), (Xb), (Xc), (Xd), (Xe), (Xf), (XZ) beziehungsweise (XZ1) steht dabei insbesondere für einen Spacer. xi, xii, xiii, xiv, xv, xvi, xvii, xviii, xix, xa, xb, xc, xd, xe, xf beziehungsweise xz steht dabei für die Anzahl, insbesondere das Vorhandensein beziehungsweise die Abwesenheit, des (jeweiligen) Spacers. Insbesondere kann dabei xi, xii, xiii, xiv, xv, xvi, xvii, xviii, xix, xa, xb, xc, xd, xe, xf beziehungsweise xz 1 oder 0, beispielsweise 1, sein. Dabei steht nIV für die Anzahl der Ethylenoxideinheiten und ist insbesondere 1 ≤ nIV ≤ 15, beispielsweise 2 ≤ nIV ≤ 6. Dabei steht nIX für die Anzahl der Ethylenoxideinheiten und ist insbesondere 1 ≤ nIX ≤ 15, beispielsweise 2 ≤ nIX ≤ 6.
  • Die Polymerrücken bildende Einheit -[AI]-, -[AII]-, -[AIII]-, -[AIV]-, -[AV]-, -[AVI]-, -[AVII]-, -[AVIII]-, -[AIX]-, -[Aa]-, -[Ab]-, -[Ac]-, -[Ad]-, -[Ae]-, -[Af]-, -[AZ]- beziehungsweise -[AZ1]- kann beispielsweise wie im Zusammenhang mit der Polymerrücken bildenden Einheit -[A]- erläutert ausgestaltet sein. Der Spacer (XI), (XII), (XIII), (XIV), (XV), (XVI), (XVII), (XVIII), (XIX), (Xa), (Xb), (Xc), (Xd), (Xe), (Xf), (XZ) beziehungsweise (XZ1) kann beispielsweise wie im Zusammenhang mit dem Spacer X erläutert ausgestaltet sein. R10, R11, R12, R13, R14, R20, R21 R22, R30, R31, R32, R33, R40, R41, R41’, R42, R42’, R43, R43’, R44, R44’, R45, R45’, R50, R51, R51’, R52, R52’, R53, R53’, R54, R54’, R60, R61, R62, R100, R101, R101’, R110, R111, R111’, R112, R112’, R120, R120’, R121, R121’, R130, R130’, R131, R131’, R132, R140, R150, R160, R170, R180, R180’ R181, R181’, R182, R200, R201, R202, R203, R210, R211, R212, 213 und/oder R214 können beispielsweise ebenfalls wie vorstehend erläutert ausgestaltet sein.
  • Der Spacer (XI), (XII), (XIII), (XIV), (XV), (XVI), (XVII), (XVIII), (XIX), (Xa), (Xb), (Xc), (Xd), (Xe), (Xf), (XZ) beziehungsweise (XZ1) kann insbesondere – wie im Zusammenhang mit dem Spacer X erläutert – mindestens eine Alkylenoxidgruppe, beispielsweise Ethylenoxid-Gruppe, insbesondere Oligo-Alkylenoxid-Gruppe, beispielsweise Oligo-Ethylenoxid-Gruppe, umfassen beziehungsweise ein Alkylenoxid-Spacer, beispielsweise Ethylenoxid-Spacer insbesondere Oligo-Alkylenoxid-Spacer, beispielsweise Oligo-Ethylenoxid-Spacer, sein.
  • Beispielsweise kann die Polymerrücken bildende Einheit -[AI]-, -[AII]-, -[AIII]-, -[AIV]-, -[AV]-, -[AVI]-, -[AVII]-, -[AVIII]-, -[AIX]-, -[Aa]-, -[Ab]-, -[Ac]-, -[Ad]-, -[Ae]-, -[Af]-, -[AZ]- beziehungsweise -[AZ1]- (zumindest) für eine Alkylenoxid-Einheit, insbesondere eine Ethylenoxid-Einheit und/oder Propylenoxid-Einheit, und/oder eine Alkylen-Einheit und/oder eine, eine Carbonatgruppe umfassende Einheit und/oder eine Methacrylat-Einheit und/oder eine Methylmethacrylat-Einheit und/oder eine Siloxan-Einheit und/oder eine Phosphazen-Einheit und/oder eine Phenylen-Einheit stehen. Zum Beispiel kann die Polymerrücken bildende Einheit -[AI]-, -[AII]-, -[AIII]-, -[AIV]-, -[AV]-, -[AVI]-, -[AVII]-, -[AVIII]-, -[AIX]-, -[Aa]-, -[Ab]-, -[Ac]-, -[Ad]-, -[Ae]-, -[Af]-, -[AZ]- beziehungsweise -[AZ1]- (zumindest) für eine Siloxan-Einheit und/oder eine Phosphazen-Einheit und/oder eine Methacrylat-Einheit und/oder eine Methylmethacrylat-Einheit und/oder eine Phenylen-Einheit stehen. Insbesondere kann die Polymerrücken bildende Einheit -[AI]-, -[AII]-, -[AIII]-, -[AIV]-, -[AV]-, -[AVI]-, -[AVII]-, -[AVIII]-, -[AIX]-, -[Aa]-, -[Ab]-, -[Ac]-, -[Ad]-, -[Ae]-, -[Af]-, -[AZ]- beziehungsweise -[AZ1]- (zumindest) für eine Siloxan-Einheit und/oder eine Phosphazen-Einheit und/oder eine Methacrylat-Einheit und/oder eine Methylmethacrylat-Einheit stehen.
  • R10, R11, R13 und/oder R14 beziehungsweise R30, R32 und/oder R33 beziehungsweise R41, R41’, R42, R42’, R43, R43’, R44, R44’, R45 und/oder R45’ beziehungsweise R51, R51’, R52, R52’, R53, R53’, R54 und/oder R54’ beziehungsweise R200, R201, R202 und/oder R203 beziehungsweise R210, R211, R212, 213 und/oder R214 beziehungsweise R100, R101 und/oder R101’ beziehungsweise R110, R111, R111’, R112 und/oder R112’ beziehungsweise R120, R120’, R121 und/oder R121’ beziehungsweise R130, R130’, R131 und/oder R131’ beziehungsweise R150 beziehungsweise R180, R180’ R181, R181’ und/oder R182 können insbesondere jeweils unabhängig voneinander für Wasserstoff und/oder ein Halogenatom, insbesondere Fluor, und/oder eine Alkylgruppe und/oder eine Alkylenoxidgruppe, insbesondere Oligo-Alkylenoxidgruppe, und/oder eine Alkoxygruppe und/oder eine Phenylenoxidgruppe, insbesondere Oligo-Phenylenoxidgruppe, und/oder eine Phenoxygruppe und/oder eine Phenylengruppe, insbesondere Oligo-Phenylengruppe, und/oder eine Phenylgruppe und/oder eine Benzylengruppe, insbesondere Oligo-Benzylengruppe, und/oder eine Benzylgruppe und/oder eine Carbonylgruppe und/oder eine, insbesondere cyclische und/oder acyclische, Carbonatgruppe, und/oder eine, insbesondere cyclische und/oder acyclische, Carbonsäureestergruppe, insbesondere eine Lactongruppe, und/oder eine, insbesondere cyclische und/oder acyclische, Carbamatgruppe und/oder eine geladene Gruppe, beispielsweise eine positiv geladene Gruppe, insbesondere auf der Basis eines Kations einer ionischen Flüssigkeit, zum Beispiel eine quartäre Ammoniumgruppe und/oder eine quartäre Phosphoniumgruppe, und/oder eine negativ geladene Gruppe, insbesondere auf der Basis eines Leitsalzanions, insbesondere eines Lithium-Leitsalzanions, und/oder eines Anions einer ionischen Flüssigkeit, insbesondere eine Sulfonylimidgruppe, und/oder eine Sulfonatgruppe, beispielsweise eine Lithiumsulfonatgruppe und/oder eine Lithiumsulfonatgruppe, stehen.
  • R12 beziehungsweise R20, R21 und R22 beziehungsweise R31 beziehungsweise R40 beziehungsweise R50 beziehungsweise R60, R61 und R62 beziehungsweise R132 beziehungsweise R140 beziehungsweise R160 beziehungsweise R170 können insbesondere jeweils unabhängig voneinander für eine Alkylgruppe und/oder eine Alkylenoxidgruppe, insbesondere Oligo-Alkylenoxidgruppe, und/oder eine Alkoxygruppe und/oder eine Phenylenoxidgruppe, insbesondere Oligo-Phenylenoxidgruppe, und/oder eine Phenoxygruppe und/oder eine Phenylengruppe, insbesondere Oligo-Phenylengruppe, und/oder eine Phenylgruppe und/oder eine Benzylengruppe, insbesondere Oligo-Benzylengruppe, und/oder eine Benzylgruppe und/oder eine Carbonylgruppe und/oder eine, insbesondere cyclische und/oder acyclische, Carbonatgruppe und/oder eine, insbesondere cyclische und/oder acyclische, Carbonsäureestergruppe und/oder eine, insbesondere cyclische und/oder acyclische, Carbamatgruppe stehen.
  • Der mindestens eine Polymerelektrolyt beziehungsweise das mindestens eine Polymer kann sowohl ein Homo-Polymer als auch ein Co-Polymer, beispielsweise ein Block-Co-Polymer, zum Beispiel ein Multi-Block-Co-Polymer, und/oder ein alternierendes Co-Polymer und/oder ein statistisches Co-Polymer, sein. Das Kathodenmaterial beziehungsweise der mindestens eine Polymerelektrolyt kann beispielsweise sowohl ein Homo-Polymer als auch mehrere Homo-Polymere und/oder sowohl ein Co-Polymer als auch mehrere Co-Polymere, als auch eine Homo-Polymer-Co-Polymer-Mischung umfassen oder sein.
  • Im Rahmen einer Ausführungsform ist der mindestens eine Polymerelektrolyt ein Homo-Polymer beziehungsweise umfasst das Kathodenmaterial mindestens ein Homo-Polymer, welches mindestens eine Wiederholungseinheit der allgemeinen chemischen Formel:
    Figure DE102015210404A1_0100
    umfasst. A, X, x und Q können dabei wie vorstehend erläutert ausgestaltet sein. Insbesondere kann dabei das Homo-Polymer eine der vorstehend erläuterten speziellen Wiederholungseinheiten umfassen.
  • Im Rahmen einer anderen Ausführungsform ist der mindestens eine Polymerelektrolyt ein Co-Polymer beziehungsweise umfasst das Kathodenmaterial mindestens ein Co-Polymer, beispielsweise ein Block-Co-Polymer, zum Beispiel ein Multi-Block-Co-Polymer, und/oder ein alternierendes Co-Polymer und/oder ein statistisches Co-Polymer, welches mindestens eine erste Wiederholungseinheit und mindestens eine zweite, von der mindestens einen ersten Wiederholungseinheit unterschiedliche Wiederholungseinheit umfasst, wobei die mindestens eine erste Wiederholungseinheit die allgemeine chemische Formel:
    Figure DE102015210404A1_0101
    aufweist. A, X, x und Q können dabei wie vorstehend erläutert ausgestaltet sein. Beispielsweise kann dabei das Co-Polymer mindestens eine der vorstehend erläuterten speziellen Wiederholungseinheiten umfassen. Insbesondere kann die mindestens eine erste Wiederholungseinheit eine der vorstehend erläuterten speziellen Wiederholungseinheiten umfassen beziehungsweise sein.
  • Die mindestens eine zweite Wiederholungseinheit kann dabei beispielsweise eine beliebige Polymerrücken bildende Einheit sein. Beispielsweise kann die mindestens eine zweite Wiederholungseinheit eine Alkylenoxid-Einheit, beispielsweise eine perfluorierte Alkylenoxid-Einheit und/oder eine Perfluoropolyether-Einheit, und/oder eine Carbonat-Einheit und/oder eine Siloxan-Einheit und/oder eine Phosphazen-Einheit und/oder eine Methylmethacrylat-Einheit und/oder eine Methacrylat-Einheit und/oder eine Phenylen-Einheit und/oder eine Phenylenoxid-Einheit und/oder eine Benzylen-Einheit und/oder eine Alkylen-Einheit und/oder eine Styrol-Einheit umfassen oder sein. Insbesondere kann die mindestens eine zweite Wiederholungseinheit eine Alkylenoxid-Einheit und/oder eine Siloxan-Einheit und/oder eine Phosphazen-Einheit und/oder eine Methylmethacrylat-Einheit und/oder eine Methacrylat-Einheit, beispielsweise eine Phenylenoxid-Einheit, und/oder eine Alkylen-Einheit und/oder eine Phenylen-Einheit umfassen oder sein.
  • Gegebenenfalls kann die mindestens eine zweite Wiederholungseinheit keine Gruppe Q aufweisen und beispielsweise eine, insbesondere einfache, Alkylenoxid-Einheit, beispielsweise eine perfluorierte Alkylenoxid-Einheit und/oder eine Perfluoropolyether-Einheit, und/oder eine Carbonat-Einheit und/oder eine Siloxan-Einheit und/oder eine Phosphazen-Einheit und/oder eine Methylmethacrylat-Einheit und/oder eine Methacrylat-Einheit und/oder eine Phenylen-Einheit und/oder eine Phenylenoxid-Einheit und/oder eine Benzylen-Einheit und/oder eine Alkylen-Einheit, zum Beispiel eine Alkylenoxid-Einheit und/oder eine Phenylen-Einheit, oder eine sonstige Polymerrücken bildende Einheit, beispielsweise eine (Poly-)Styrol-Einheit, sein. (Poly-)phenylen-Einheiten und/oder (Poly-)Styrol-Einheiten, welche zu höheren Glasübergangstemperaturen führen können, können im Hinblick auf mechanische Eigenschaften vorteilhaft sein.
  • Die Polymerrücken bildende Einheit -[A]-, beispielsweise -[AI]-, -[AII]-, -[AIII]-, -[AIV]-, -[AV]-, -[AVI]-, -[AVII]-, -[AVIII]-, -[AIX]-, -[Aa]-, -[Ab]-, -[Ac]-, -[Ad]-, -[Ae]-, -[Af]-, -[AZ]- beziehungsweise -[AZ1]-, der mindestens einen ersten Wiederholungseinheit und die Polymerrücken bildende Einheit der mindestens einen zweiten Wiederholungseinheit können gleichartig oder voneinander unterschiedlich sein und beispielsweise ausgewählt sein, aus der Gruppe der Alkylenoxid-Einheit/en, insbesondere Ethylenoxid-Einheit/en und/oder Propylenoxid-Einheit/en, und/oder, insbesondere organische, Carbonatgruppen umfassenden Einheit/en und/oder Siloxan-Einheit/en und/oder Phosphazen-Einheit/en und/oder Methylmethacrylat-Einheit/en und/oder Methacrylat-Einheit/en und/oder eine Phenylen-Einheit und/oder eine Phenylenoxid-Einheit/en und/oder eine Benzylen-Einheit/en und/oder eine Alkylen-Einheit/en.
  • Insbesondere kann die Polymerrücken bildende Einheit -[A]-, beispielsweise -[AI]-, -[AII]-, -[AIII]-, -[AIV]-, -[AV]-, -[AVI]-, -[AVII]-, -[AVIII]-, -[AIX]-, -[Aa]-, -[Ab]-, -[Ac]-, -[Ad]-, -[Ae]-, -[Af]-, -[AZ]- beziehungsweise -[AZ1]-, der mindestens einen ersten Wiederholungseinheit und die Polymerrücken bildende Einheit der mindestens einen zweiten Wiederholungseinheit aus derselben Polymerklasse, beispielsweise aus den im Zusammenhang mit -[A]-, -[AI]-, -[AII]-, -[AIII]-, -[AIV]-, -[AV]-, -[AVI]-, -[AVII]-, -[AVIII]-, -[AIX]-, -[Aa]-, -[Ab]-, -[Ac]-, -[Ad]-, -[Ae]-, -[Af]-, -[AZ]- beziehungsweise -[AZ1]- erläuterten Polymerklassen, zum Beispiel der Siloxan-Einheiten (aus der Klasse der Polysiloxane), ausgewählt sein. So kann vorteilhafterweise die Synthese vereinfacht werden. Gegebenenfalls können dabei die Polymerrücken bildende Einheit -[A]-, beispielsweise -[AI]-, -[AII]-, -[AIII]-, -[AIV]-, -[AV]-, -[AVI]-, -[AVII]-, -[AVIII]-, -[AIX]-, -[Aa]-, -[Ab]-, -[Ac]-, -[Ad]-, -[Ae]-, -[Af]-, -[AZ]- beziehungsweise -[AZ1]-, der mindestens einen ersten Wiederholungseinheit und die Polymerrücken bildende Einheit der mindestens einen zweiten Wiederholungseinheit jedoch voneinander unterschiedlich funktionalisiert sein.
  • Beispielsweise können jedoch auch die Polymerrücken bildende Einheit -[A]-, beispielsweise -[AI]-, -[AII]-, -[AIII]-, -[AIV]-, -[AV]-, -[AVI]-, -[AVII]-, -[AVIII]-, -[AIX]-, -[Aa]-, -[Ab]-, -[Ac]-, -[Ad]-, -[Ae]-, -[Af]-, -[AZ]- beziehungsweise -[AZ1]-, der mindestens einen ersten Wiederholungseinheit und die Polymerrücken bildende Einheit der mindestens einen zweiten Wiederholungseinheit aus unterschiedlichen Polymerklassen, beispielsweise aus den im Zusammenhang mit -[A]-, -[AI]-, -[AII]-, -[AIII]-, -[AIV]-, -[AV]-, -[AVI]-, -[AVII]-, -[AVIII]-, -[AIX]-, -[Aa]-, -[Ab]-, -[Ac]-, -[Ad]-, -[Ae]-, -[Af]-, -[AZ]- beziehungsweise -[AZ1]- erläuterten Polymerklassen, zum Beispiel Siloxan-Einheiten (aus der Klasse der Polysiloxane) und der Alkylenoxid-Einheiten (aus der Klasse der Polyalkylene beziehungsweise Polyether), ausgewählt sein und/oder sich durch unterschiedliche Funktionalisierungen, voneinander unterscheiden. So können vorteilhafterweise Polymerblöcke mit verschiedenen unter anderem mechanischen und/oder solvatisierenden und/oder elektrischen Eigenschaften realisiert werden, um so vorteilhafte Solvatationseigenschaften kombiniert mit hohen Ionenleitfähigkeiten einzustellen.
  • Ein Beispiel hiefür ist das Siloxan-Ethylenoxid-Co-Polymer der allgemeinen chemischen Formel:
    Figure DE102015210404A1_0102
    insbesondere wobei R für eine Alkylgruppe, zum Beispiel eine Methyl-, Ethyl- oder Propyl-Gruppe steht und wobei n für die Wiederholungszahl der Ethylenoxid-Einheit, beispielsweise 1 ≤ n ≤ 10, steht.
  • Die Polymerrücken bildende Einheit -[A]-, beispielsweise -[AI]-, -[AII]-, -[AIII]-, -[AIV]-, -[AV]-, -[AVI]-, -[AVII]-, -[AVIII]-, -[AIX]-, -[Aa]-, -[Ab]-, -[Ac]-, -[Ad]-, -[Ae]-, -[Af]-, -[AZ]- beziehungsweise -[AZ1]-, der mindestens einen ersten Wiederholungseinheit und die Polymerrücken bildende Einheit der mindestens einen zweiten Wiederholungseinheit können jedoch insbesondere aus derselben Polymerklasse, beispielsweise der Phenylen-Einheiten (Polyphenylene) beziehungsweise der Alkylen-Einheiten (Polyolefine), ausgewählt sein und sich durch unterschiedliche Funktionalisierungen beziehungsweise fehlende Funktionalisierungen, beispielsweise unterschiedliche Gruppen Q und/oder unterschiedliche Spacer, voneinander unterscheiden.
  • Beispiele hiefür sind das Phenylen-Phenylen-Co-Polymer der allgemeinen chemischen Formel:
    Figure DE102015210404A1_0103
    insbesondere wobei n für die Wiederholungszahl der Phenylen-Einheit der unsubstituierten Wiederholungseinheit, beispielsweise für 0 ≤ n ≤ 3, steht, und/oder
    das Phenylen-Phenylen-Co-Polymer der allgemeinen chemischen Formel:
    Figure DE102015210404A1_0104
    insbesondere wobei n und n* für die Wiederholungszahlen der unsubstituierten Phenylen-Einheiten stehen und beispielsweise dabei 0 ≤ n ≤ 3 und 0 ≤ n* ≤ 3 ist, und/oder das Alkylen-Alkylen-Co-Polymer der allgemeinen chemischen Formel:
  • Figure DE102015210404A1_0105
  • Zum Beispiel kann die mindestens eine zweite Wiederholungseinheit eine Polymerrücken bildendende Struktureinheit, beispielsweise ausgewählt aus der Gruppe der Siloxan-Einheit/en und/oder Phosphazen-Einheit/en und/oder Methylmethacrylat-Einheit/en und/oder Methacrylat-Einheit/en und/oder Phenylen-Einheit/en, zum Beispiel mit einer, eine Carbonatgruppe und/oder eine Alkylenoxidgruppe, beispielsweise Oligo-Alkylenoxid, enthaltenden Seitengruppe aufweisen. Dabei kann die, die Carbonatgruppe und/oder Alkylenoxidgruppe enthaltende Seitengruppe zum Beispiel an ein Atom der Polymerrücken bildenden Struktureinheit angebunden sein. Die, die Carbonatgruppe und/oder Alkylenoxidgruppe enthaltende Seitengruppe, insbesondere die Carbonatgruppe, kann jedoch auch cyclisch an zwei Atome der Polymerrücken bildenden Struktureinheit, angebunden sein. Der ausgebildete Polymerrücken kann dabei selbst Carbonatgruppen beziehungsweise Alyklenoxidgruppen umfassen, beispielsweise ein Polycarbonat beziehungsweise ein Polyalkylenoxid, sein oder auch Carbonatgruppen beziehungsweise Alyklenoxidgruppen frei sein.
  • Im Rahmen einer speziellen Ausgestaltung umfasst die mindestens eine zweite Wiederholungseinheit jedoch eine von der mindestens einen ersten Wiederholungseinheit unterschiedliche Wiederholungseinheit der allgemeinen chemischen Formel:
    Figure DE102015210404A1_0106
    Beispielsweise kann die mindestens eine zweite Wiederholungseinheit eine der vorstehend erläuterten speziellen Wiederholungseinheiten umfassen beziehungsweise sein.
  • Beispielsweise können dabei die Polymerrücken bildende Einheit -[A]-, beispielsweise -[AI]-, -[AII]-, -[AIII]-, -[AIV]-, -[AV]-, -[AVI]-, -[AVII]-, -[AVIII]-, -[AIX]-, -[Aa]-, -[Ab]-, -[Ac]-, -[Ad]-, -[Ae]-, -[Af]-, -[AZ]- beziehungsweise -[AZ1]-, der mindestens einen ersten Wiederholungseinheit und die Polymerrücken bildende Einheit -[A]-, beispielsweise -[AI]-, -[AII]-, -[AIII]-, -[AIV]-, -[AV]-, -[AVI]-, -[AVII]-, -[AVIII]-, -[AIX]-, -[Aa]-, -[Ab]-, -[Ac]-, -[Ad]-, -[Ae]-, -[Af]-, -[AZ]- beziehungsweise -[AZ1]-, der mindestens einen zweiten Wiederholungseinheit aus unterschiedlichen Polymerklassen, beispielsweise der Siloxan-Einheiten (Polysiloxane) und der Alkylenoxid-Einheiten (Polyalkylene, Polyether), ausgewählt sein und/oder sich durch unterschiedliche Funktionalisierungen, voneinander unterscheiden.
  • Die Polymerrücken bildende Einheit -[A]-, beispielsweise -[AI]-, -[AII]-, -[AIII]-, -[AIV]-, -[AV]-, -[AVI]-, -[AVII]-, -[AVIII]-, -[AIX]-, -[Aa]-, -[Ab]-, -[Ac]-, -[Ad]-, -[Ae]-, -[Af]-, -[AZ]- beziehungsweise -[AZ1]-, der mindestens einen ersten Wiederholungseinheit und die Polymerrücken bildende Einheit -[A]-, beispielsweise beispielsweise -[AI]-, -[AII]-, -[AIII]-, -[AIV]-, -[AV]-, -[AVI]-, -[AVII]-, -[AVIII]-, -[AIX]-, -[Aa]-, -[Ab]-, -[Ac]-, -[Ad]-, -[Ae]-, -[Af]-, -[AZ]- beziehungsweise -[AZ1]-, der mindestens einen zweiten Wiederholungseinheit können jedoch insbesondere aus derselben Polymerklasse, beispielsweise der Siloxan-Einheit/en (Polysiloxane) und/oder Phosphazen-Einheit/en (Polyphosphazene) und/oder Methylmethacrylat-Einheit/en (Methylmethacrylate) und/oder Methacrylat-Einheit/en (Methacrylate) und/oder der Phenylen-Einheit/en (Polyphenylene) beziehungsweise der Alkylen-Einheiten (Polyolefine), ausgewählt sein und sich durch unterschiedliche Funktionalisierungen beziehungsweise fehlende Funktionalisierungen, beispielsweise unterschiedliche Gruppen Q und/oder unterschiedliche Spacer, voneinander unterscheiden.
  • Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform umfasst beziehungsweise ist der Polymerelektrolyt mindestens ein Co-Polymer (P), beispielsweise ein Block-Co-Polymer, zum Beispiel ein Multi-Block-Co-Polymer, und/oder ein alternierendes Co-Polymer und/oder ein statistisches Co-Polymer, insbesondere ein Block-Co-Polymer, beispielsweise ein Kamm-Co-Polymer, der allgemeinen chemischen Formel:
    Figure DE102015210404A1_0107
    wobei die Wiederholungseinheit
    Figure DE102015210404A1_0108
    voneinander unterschiedliche Wiederholungseinheiten der allgemeinen chemischen Formel:
    Figure DE102015210404A1_0109
    sind. Beispielsweise können dabei die Wiederholungseinheiten vorstehend erläuterte spezielle Wiederholungseinheiten umfassen beziehungsweise sein.
  • Im Rahmen einer Ausgestaltung dieser Ausführungsform umfassen dabei die Wiederholungseinheiten
    Figure DE102015210404A1_0110
    voneinander unterschiedliche Wiederholungseinheiten der allgemeinen chemischen Formel:
    Figure DE102015210404A1_0111
    Figure DE102015210404A1_0112
    Figure DE102015210404A1_0113
    stehen für mindestens eine Wiederholungseinheit der vorstehenden allgemeinen chemischen Formeln. Die Kombination von den vorstehenden Wiederholungseinheiten, kann – verglichen mit den entsprechenden Homopolymeren – zu einer Erhöhung der Ionenleitfähigkeit, insbesondere Lithiumionenleitfähigkeit, gegebenenfalls in Mischung mit Lithiumsalz, führen. Das Molekulargewicht beziehungsweise die mittlere Anzahl an Wiederholungseinheiten der Polymere kann dabei eng mit der Glastemperatur des reinen Polymers zusammenhängen, welche die resultierenden Lithiumionenleitfähigkeit der Polymer/Salzmischung maßgeblich bestimmen kann.
  • Im Rahmen einer speziellen Ausgestaltung dieser Ausführungsform umfasst die mindestens eine erste Wiederholungseinheit, beispielsweise die Wiederholungseinheit:
    Figure DE102015210404A1_0114
    (mindestens) eine Wiederholungseinheit der allgemeinen chemischen Formel:
    Figure DE102015210404A1_0115
    Figure DE102015210404A1_0116
    Figure DE102015210404A1_0117
    von den vorstehenden Wiederholungseinheiten mit Wiederholungseinheiten die eine Oligo-Ethylenoxid-Funktion, zum Beispiel eine (Oligo-)Ethylenoxidgruppe mit 1 ≤ nIV beziehungsweise nIX ≤ 15, beispielsweise 2 ≤ nIV beziehungsweise nIX ≤ 6, Wiederholungseinheiten, tragen, kann – verglichen mit den entsprechenden Homopolymeren – zu einer Erhöhung der Ionenleitfähigkeit, insbesondere Lithiumionenleitfähigkeit, gegebenenfalls in Mischung mit Lithiumsalz, führen.
  • Die mindestens eine zweite Wiederholungseinheit, beispielsweise die Wiederholungseinheit:
    Figure DE102015210404A1_0118
    kann daher beispielsweise eine oder mehrere Wiederholungseinheiten die eine Oligo-Ethylenoxid-Funktion, zum Beispiel eine (Oligo-)Ethylenoxidgruppe mit 1 ≤ n ≤ 15, beispielsweise 2 ≤ n ≤ 6, Wiederholungseinheiten, tragen, umfassen beziehungsweise sein.
  • Im Rahmen einer weiteren, zusätzlichen oder alternativen, speziellen Ausgestaltung dieser Ausführungsform umfasst die mindestens eine zweite Wiederholungseinheit, beispielsweise die Wiederholungseinheit:
    Figure DE102015210404A1_0119
    (mindestens) eine Wiederholungseinheit der allgemeinen chemischen Formel:
    Figure DE102015210404A1_0120
    beziehungsweise steht dafür.
  • Um die Lösung von Polysulfiden möglichst gering zu halten, kann beispielsweise der Anteil an Ethylenoxideinheiten gering, beispielsweise möglichst gering, gehalten werden. Durch das Fluorieren der Ethylenoxideinheiten beziehungsweise auch von Polyethern, insbesondere von Polyethylenoxid und/oder Polypropylenoxid, kann die Polysulfidlöslichkeit jedoch zurückgedrängt werden. Insbesondere kann daher die mindestens eine zweite Widerholungseinheit perfluorierte Alkylenoxideinheiten, insbesondere perfluorierte Ethylenoxideinheiten, aufweisen beziehungsweise ein Perfluoropolyether sein. Beispielsweise könne die Gruppe R130–132 beziehungsweise R180–R182 perfluoriert sein und/oder für ein Fluoratom stehen.
  • Wie bereits erläutert, kann aus diesen Gründen auch der Spacer X, (XI), (XII), (XIII), (XIV), (XV), (XVI), (XVII), (XVIII), (XIX), (Xa), (Xb), (Xc), (Xd), (Xe), (Xf), (XZ) beziehungsweise (XZ1) und/oder die Polymerrücken bildende Einheit -[A]-, -[AI]-, -[AII]-, -[AIII]-, -[AIV]-, -[AV]-, -[AVI]-, -[AVII]-, -[AVIII]-, -[AIX]-, -[Aa]-, -[Ab]-, -[Ac]-, -[Ad]-, -[Ae]-, -[Af]-, -[AZ]- beziehungsweise -[AZ1]- – und/oder die Gruppe Q beziehungsweise Q+ beziehungsweise Q– – beziehungsweise die Gruppen mit R10–R213 perfluorierte Alkylenoxidgruppen, insbesondere perfluorierte Ethylenoxidgruppen und/oder perfluorierte Propylenoxidgruppen, beispielsweise perfluorierte Oligo-Alkylenoxidgruppen, beispielsweise perfluorierte Oligo-Ethylenoxidgruppen und/oder perfluorierte Oligo-Propylenoxidgruppen, aufweisen und/oder perfluoriert sein.
  • Im Rahmen einer speziellen Ausgestaltung umfasst beziehungsweise ist der Polymerelektrolyt (mindestens) ein Co-Polymer (P), beispielsweise ein Block-Co-Polymer, zum Beispiel ein Multi-Block-Co-Polymer, und/oder ein alternierendes Co-Polymer und/oder ein statistisches Co-Polymer, insbesondere ein Block-Co-Polymer, beispielsweise ein Kamm-Co-Polymer, der allgemeinen chemischen Formel:
    Figure DE102015210404A1_0121
  • Beispielsweise kann der Polymerelektrolyt auf einem Co-Polymer, beispielsweise einem Block-Co-Polymer, zum Beispiel einem Multi-Block-Co-Polymer, und/oder einem alternierenden Co-Polymer und/oder einem statistischen Co-Polymer, dieser allgemeinen chemischen Formel basieren beziehungsweise ein solches sein. Beispielsweise kann das Co-Polymer ein Block-Co-Polymer oder ein alternierendes Co-Polymer oder ein statistisches Co-Polymer, zum Beispiel ein Block-Co-Polymer oder ein alternierendes Co-Polymer, sein. Insbesondere kann das Co-Polymer dieser allgemeinen chemischen Formel ein Block-Co-Polymer sein. Durch ein derartiges Co-Polymer, beispielsweise Block-Co-Polymere, zum Beispiel Kamm-Co-Polymer, kann vorteilhafterweise eine vergleichsweise hohe Lithiumionenleitfähigkeit erzielt werden.
  • Zum Beispiel kann dabei der Polymerelektrolyt ein Co-Polymer, beispielsweise ein Block-Co-Polymer, zum Beispiel ein Multi-Block-Co-Polymer, und/oder ein alternierendes Co-Polymer und/oder ein statistisches Co-Polymer, insbesondere ein Block-Co-Polymer, beispielsweise ein Kamm-Co-Polymer, der allgemeinen chemischen Formel:
    Figure DE102015210404A1_0122
    basieren, zum Beispiel sein.
  • Im Rahmen einer speziellen Ausgestaltung umfasst beziehungsweise ist der Polymerelektrolyt (mindestens) ein Co-Polymer (P), beispielsweise ein Block-Co-Polymer, zum Beispiel ein Multi-Block-Co-Polymer, und/oder ein alternierendes Co-Polymer und/oder ein statistisches Co-Polymer, insbesondere ein Block-Co-Polymer, beispielsweise ein Kamm-Co-Polymer, der allgemeinen chemischen Formel:
    Figure DE102015210404A1_0123
  • Beispielsweise kann der Polymerelektrolyt auf einem Co-Polymer, beispielsweise einem Block-Co-Polymer, zum Beispiel einem Multi-Block-Co-Polymer, und/oder einem alternierenden Co-Polymer und/oder einem statistischen Co-Polymer, dieser allgemeinen chemischen Formel basieren beziehungsweise ein solches sein. Beispielsweise kann das Co-Polymer ein Block-Co-Polymer oder ein alternierendes Co-Polymer oder ein statistisches Co-Polymer, zum Beispiel ein Block-Co-Polymer oder ein alternierendes Co-Polymer, sein. Insbesondere kann das Co-Polymer dieser allgemeinen chemischen Formel ein Block-Co-Polymer sein. Durch ein derartiges Co-Polymer, beispielsweise Block-Co-Polymere, zum Beispiel Kamm-Co-Polymer, kann vorteilhafterweise eine vergleichsweise hohe Lithiumionenleitfähigkeit erzielt werden.
  • Zum Beispiel kann dabei der Polymerelektrolyt ein Co-Polymer, beispielsweise ein Block-Co-Polymer, zum Beispiel ein Multi-Block-Co-Polymer, und/oder ein alternierendes Co-Polymer und/oder ein statistisches Co-Polymer, insbesondere ein Block-Co-Polymer, beispielsweise ein Kamm-Co-Polymer, der allgemeinen chemischen Formel:
    Figure DE102015210404A1_0124
    umfassen, beispielsweise darauf basieren, zum Beispiel sein.
  • Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform umfasst der Polymerelektrolyt (weiterhin) mindestens ein (einfach oder mehrfach) fluoriertes, beispielsweise perfluoriertes, und/oder Lithiumsulfonat substituiertes Polymer. Beispielsweise kann das mindestens eine, fluorierte und/oder Lithiumsulfonat substituierte Polymer ein Perfluoropolyether und/oder ein Lithiumsulfonat substituiertes, insbesondere fluoriertes, beispielsweise perfluoriertes, Polyolefin, beispielsweise Tetrafluorethylen-Polymer, und/oder ein Lithiumsulfonat substituierter, insbesondere fluorierter, beispielsweise perfluorierter, Polyether, zum Beispiel ein Lithiumionen haltiges, zum Beispiel Lithiumionen ausgetauschtes, Nafion, und/oder ein Lithiumsulfonat substituiertes, insbesondere fluoriertes, beispielsweise perfluoriertes, Polyphenylen, sein. So kann die Lithiumleitfähigkeit gegebenenfalls weiter gesteigert werden. Lithiumsulfonat substituierte und/oder fluorierte Polymere, wie Lithium-Nafion und/oder mit Lithiumsulfonat substituierte Polyphenylene und/oder fluorierte, insbesondere perfluorierte, Polyether (Perfluoropolyether), können vorteilhaft in Lithium-Schwefel-Zellen, zum Beispiel mit einem Schwefel-Kohlenstoff-Komposit, beispielsweise SPAN, als Kathodenaktivmaterial, eingesetzt werden, insbesondere da so eine reduzierte Polysulfidlöslichkeit erzielt werden kann. Fluorierte, insbesondere perfluorierte, Polyether (Perfluoropolyether), können dabei in Lithium-Schwefel-Zellen, zum Beispiel mit einem Schwefel-Kohlenstoff-Komposit, beispielsweise SPAN, als Kathodenaktivmaterial, besonders vorteilhaft in Kombination mit mindestens einem Lithium-Leitsalz eingesetzt werden. Lithium-Nafion kann beispielsweise eine Wiederholungseinheitenkombination aus einer unsubstituierten Tetrafluorethylen-Einheit und einer Lithiumsulfonat substituierten Tetrafluorethylen-Einheit, beispielsweise mit einem Oligo-Alkylenoxid-Spacer, aufweisen und beispielsweise auf der allgemeinen chemischen Formel:
    Figure DE102015210404A1_0125
    basieren, wobei n für die Wiederholungszahl der unsubstituierten Tetrafluorethylen-Einheiten und n* für die Wiederholungszahl der Wiederholungseinheitenkombination steht.
  • Ein weiteres Beispiel für ein Lithiumsulfonat substituiertes, beispielsweise fluoriertes, zum Beispiel perfluoriertes, Polymer, ist ein Lithiumsulfonat substituiertes Polyphenylen mit einer Lithiumsulfonat substituierten Phenylen-Einheit und gegebenenfalls einer unsubstituierten Phenylen-Einheit, beispielsweise welches auf der allgemeinen chemischen Formel:
    Figure DE102015210404A1_0126
    basiert, insbesondere wobei n für die Wiederholungszahl der unsubstituierten Phenylen-Einheiten, beispielsweise 0 ≤ n ≤ 3, steht.
  • Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform umfasst der Polymerelektrolyt eine Polymermischung, insbesondere ein Polymerblend, aus mindestens einem ersten Polymer und mindestens einem zweiten Polymer. Dabei kann das mindestens eine erste Polymer (mindestens) ein erfindungsgemäßes Polymer, beispielsweise Homo-Polymer und/oder Co-Polymer, beispielsweise ein Block-Co-Polymer, zum Beispiel ein Multi-Block-Co-Polymer, und/oder ein alternierendes Co-Polymer und/oder ein statistisches Co-Polymer, insbesondere ein Block-Co-Polymer, beispielsweise ein Kamm-Co-Polymer, umfassen beziehungsweise sein, insbesondere welches mindestens eine Wiederholungseinheit der allgemeinen chemischen Formel:
    Figure DE102015210404A1_0127
    umfasst. A, X, x und Q können dabei wie vorstehend erläutert ausgestaltet sein. Beispielsweise kann dabei die Polymermischung Co-Polymer mindestens eine der vorstehend erläuterten speziellen Wiederholungseinheiten umfassen. Insbesondere kann die mindestens eine erste Wiederholungseinheit eine der vorstehend erläuterten speziellen Wiederholungseinheiten umfassen beziehungsweise sein.
  • Das mindestens eine zweite Polymer kann dabei beispielsweise (mindestens) ein beliebiges Polymer sein. Beispielsweise kann das mindestens eine zweite Polymer ein Polyalkylenoxid (Polyether), insbesondere einen Perfluoropolyether, und/oder ein Polycarbonat und/oder ein Polysiloxan und/oder ein Polyphosphazen und/oder ein Polymethylmethacrylat und/oder ein Polymethacrylat und/oder ein Polyphenylen und/oder ein Polyphenylenoxid und/oder ein Polybenzylen und/oder ein Polyolefin und/oder ein Polystyrrol umfassen oder sein. Zum Beispiel kann das mindestens eine zweite Polymer ein Polyalkylenoxid und/oder ein Polysiloxan und/oder ein Polyphosphazen und/oder ein Polymethylmethacrylat und/oder ein Polymethacrylat und/oder ein Polyolefin und/oder ein Polyphenylen, insbesondere ein Polyalkylenoxid und/oder Polyolefin und/oder ein Polyphenylen, umfassen oder sein.
  • Zum Beispiel kann die mindestens eine zweite Polymer keine Gruppe Q aufweisen und beispielsweise eine, insbesondere einfaches, Polyalkylenoxid (Polyether), insbesondere einen Perfluoropolyether, und/oder Polycarbonat und/oder Polysiloxan und/oder Polyphosphazen und/oder Polymethylmethacrylat und/oder Polymethacrylat und/oder Polyphenylen und/oder Polyphenylenoxid und/oder Polybenzylen-Einheit und/oder Polyolefin, zum Beispiel ein Polyalkylenoxid (Polyether) und/oder Polyphenylen, beispielsweise einem para-Polyphenylen, und/oder Polystyrrole oder ein sonstiges Polymer sein.
  • Perfluoropolyether, gegebenenfalls in Kombination mit mindestens einem Lithium-Leitsalz, können als Polymerelektrolyt insbesondere in Lithium-Schwefel-Zellen, insbesondere mit SPAN als Kathodenmaterial, vorteilhaft verwendet werden. (Poly-)phenylen-Einheiten und/oder (Poly-)Styrol-Einheiten, welche zu höheren Glasübergangstemperaturen führen können, können im Hinblick auf mechanische Eigenschaften, insbesondere als lithiumionen-leitfähige Matrix für SPAN, vorteilhaft sein.
  • Im Rahmen einer speziellen Ausgestaltung umfasst beziehungsweise ist das mindestens eine zweite Polymer jedoch (mindestens) ein erfindungsgemäßes Polymer, insbesondere Homopolymer und/oder Co-Polymer, mit mindestens einer, von der mindestens einen Wiederholungseinheit des mindestens einen ersten Polymers unterschiedlichen Wiederholungseinheit, insbesondere der allgemeinen chemischen Formel:
    Figure DE102015210404A1_0128
    und/oder mindestens ein, fluoriertes und/oder Lithiumsulfonat substituiertes Polymer, insbesondere einen Perfluoropolyether und/oder ein Lithiumsulfonat substituiertes, insbesondere fluoriertes, Polyolefin und/oder einen Lithiumsulfonat substituierten, insbesondere fluorierten, Polyether und/oder ein Lithiumsulfonat substituiertes, insbesondere fluoriertes, Polyphenylen, beispielsweise ein Lithiumionen haltiges, zum Beispiel Lithiumionen ausgetauschtes, Nafion. A, X, x und Q können dabei wie vorstehend erläutert ausgestaltet sein. So kann die Lithiumleitfähigkeit gegebenenfalls weiter gesteigert werden.
  • Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform umfasst beziehungsweise ist der mindestens eine Polymerelektrolyt mindestens ein Polymer, insbesondere Polymerelektrolyten, aufweisend mindestens eine Wiederholungseinheit der allgemeinen chemischen Formel:
    Figure DE102015210404A1_0129
    wobei -[A]- für eine Polymerrücken bildende Einheit steht,
    wobei X für einen Spacer steht, wobei x für die Anzahl des Spacers X steht und 1 oder 0 ist, und wobei Q für eine negativ geladene Gruppe Q– und ein Gegenion Z+ steht oder wobei Q für eine positiv geladene Gruppe Q+ und ein Gegenion Z– steht. Dies hat sich als besonders vorteilhaft herausgestellt, da hierdurch die Ionendissoziation erhöht und die Polysulfidlöslichkeit verringert werden kann.
  • Im Rahmen einer Ausgestaltung dieser Ausführungsform umfasst beziehungsweise ist der mindestens eine Polymerelektrolyt:
    • – (mindestens) ein Co-Polymer, beispielsweise ein Block-Co-Polymer, zum Beispiel ein Multi-Block-Co-Polymer, und/oder ein alternierendes Co-Polymer und/oder ein statistisches Co-Polymer, insbesondere ein Block-Co-Polymer, beispielsweise ein Kamm-Co-Polymer, welches mindestens eine erste Wiederholungseinheit und mindestens eine zweite, von der mindestens einen ersten Wiederholungseinheit unterschiedliche Wiederholungseinheit aufweist, wobei die mindestens eine erste Wiederholungseinheit die allgemeine chemische Formel:
      Figure DE102015210404A1_0130
      aufweist, und/oder
    • – eine Polymermischung, insbesondere ein Polymerblend, aus mindestens einem ersten Polymer und mindestens einem zweiten Polymer, wobei das mindestens eine erste Polymer mindestens eine Wiederholungseinheit der allgemeinen chemischen Formel:
      Figure DE102015210404A1_0131
      aufweist.
  • A, X, x und Q können dabei wie vorstehend erläutert ausgestaltet sein. Beispielsweise kann dabei das (Co-)Polymer beziehungsweise die Polymermischung mindestens eine der vorstehend erläuterten speziellen Wiederholungseinheiten umfassen.
  • Besonders vorteilhaft können Wiederholungseinheiten mit einer positiv geladenen Gruppe Q+ und einem Gegenion Z– und/oder mit einer negativ geladenen Gruppe Q– und einem Gegenion Z+ in Kombination mit ungeladenen, ionenleitfähigen beziehungsweise -leitenden, Gruppen, beispielsweise Alkylenoxidgruppen und/oder cyclischen und/oder acyclischen Carbonatgruppen und/oder cyclischen und/oder acyclischen Carbonsäureestergruppen, beispielsweise Lactongruppen und/oder cyclischen und/oder acyclischen Carbamatgruppen, insbesondere Alkylenoxidgruppen, wie Oligo-Alkylenoxid-Gruppen und/oder Polyethern, herausgestellt, da durch die positiv beziehungsweise negativ geladene Gruppe Q+ beziehungsweise Q– die Ionendissoziation erhöht und durch die ungeladene Gruppe Q die Ionenmobilität erhöht werden kann, was insgesamt zu einer deutlichen Steigerung der Ionenleitfähigkeit, beispielsweise Lithiumionenleitfähigkeit, führen kann.
  • Daher kann die mindestens eine zweite Wiederholungseinheit und/oder das mindestens eine zweite Polymer insbesondere ein Alkylenoxid und/oder eine cyclische Carbonatgruppe und/oder eine Lactongruppe und/oder eine cyclische Carbamatgruppe und/oder eine acyclische Carbonatgruppe und/oder eine acyclische Carbonsäureestergruppe und/oder eine acyclische Carbamatgruppe aufweisen.
  • Im Rahmen einer Ausgestaltung dieser Ausführungsform ist
    • – die mindestens eine zweite Wiederholungseinheit eine Alkylenoxid-Einheit und/oder eine Wiederholungseinheit, die eine Alkylenoxid-Funktion (Alkylenoxid-Gruppe) trägt, und/oder
    • – das mindestens eine zweite Polymer ein Polyalkylenoxid (Polyether) und/oder weist eine Wiederholungseinheit auf, die eine Alkylenoxid-Funktion (Alkylenoxid-Gruppe) trägt.
    Eine Kombination von einer positiv oder negativ geladenen Gruppe Q+, Q– und einem Alkylenoxid, beispielsweise einer Alkylenoxid-Einheit und/oder einer Alkylenoxid-Funktion und/oder einem Polyalkylenoxid, hat sich als besonders vorteilhaft herausgestellt, da durch die positiv beziehungsweise negativ geladene Gruppe Q+ beziehungsweise Q– die Ionendissoziation erhöht und durch das Alkylenoxid die Ionenmobilität erhöht werden kann, was insgesamt zu einer deutlichen Steigerung der Ionenleitfähigkeit, beispielsweise Lithiumionenleitfähigkeit, führen kann.
  • Insbesondere kann das Co-Polymer ein Block-Co-Polymer, zum Beispiel ein Multi-Block-Co-Polymer, sein. Dabei kann insbesondere die Länge der Blöcke so gewählt sein, dass das Leitsalz, insbesondere Lithium-Leitsalz, dissoziert vorliegt und gleichzeitig eine ausreichende Beweglichkeit der Ionen, insbesondere Lithiumionen, im Alkylenoxid, beispielsweise Polyether, vorliegt.
  • Die mindestens eine zweite Wiederholungseinheit kann insbesondere eine Alkylenoxid-Einheit und/oder eine Wiederholungseinheit, die eine Alkylenoxid-Funktion, beispielsweise eine Oligo-Alkylenoxid-Funktion, zum Beispiel mit 1 beziehungsweise 2 bis 15, beispielsweise 2 bis 6 Wiederholungseinheiten, trägt, sein. Beispielsweise kann die mindestens eine zweite Wiederholungseinheit eine Ethylenoxid-Einheit und/oder eine Propylenoxid-Einheit und/oder eine Wiederholungseinheit sein, die eine Ethylenoxid-Funktion und/oder eine Propylenoxid-Funktion, zum Beispiel eine Oligo-Ethylenoxid-Funktion und/oder eine Oligo-Propylenoxid-Funktion, beispielsweise mit 1 beziehungsweise 2 bis 15, beispielsweise 2 bis 6 Wiederholungseinheiten, trägt. Insbesondere kann die mindestens eine zweite Wiederholungseinheit eine Ethylenoxid-Einheit und/oder eine Wiederholungseinheit sein, die eine Ethylenoxid-Funktion, zum Beispiel eine Oligo-Ethylenoxid-Funktion, beispielsweise eine (Oligo-)Ethylenoxidgruppe mit 1 beziehungsweise 2 bis 15, beispielsweise 2 bis 6 Wiederholungseinheiten, trägt.
  • Das mindestens eine zweite Polymer kann insbesondere ein Polyalkylenoxid (Polyether) sein und/oder eine Wiederholungseinheit aufweisen, die eine Alkylenoxid-Funktion, beispielsweise eine Oligo-Alkylenoxid-Funktion, zum Beispiel mit 1 beziehungsweise 2 bis 15, beispielsweise 2 bis 6 Wiederholungseinheiten, trägt. Beispielsweise kann das mindestens eine zweite Polymer ein Polyethylenoxid (PEO) und/oder Polypropylenoxid sein und/oder eine Wiederholungseinheit aufweisen, die eine Ethylenoxid-Funktion und/oder eine Propylenoxid-Funktion, zum Beispiel eine Oligo-Ethylenoxid-Funktion und/oder eine Oligo-Propylenoxid-Funktion, beispielsweise mit 1 beziehungsweise 2 bis 15, beispielsweise 2 bis 6 Wiederholungseinheiten, trägt. Insbesondere kann das mindestens eine zweite Polymer ein Polyethylenoxid (PEO) sein und/oder eine Wiederholungseinheit aufweisen, die eine Ethylenoxid-Funktion, zum Beispiel eine Oligo-Ethylenoxid-Funktion, beispielsweise eine (Oligo-)Ethylenoxidgruppe mit 1 beziehungsweise 2 bis 15, beispielsweise 2 bis 6 Wiederholungseinheiten, trägt.
  • Gegebenenfalls kann die mindestens eine zweite Wiederholungseinheit und/oder das mindestens eine zweite Polymer fluoriert und/oder mit Lithiumsulfonat substituiert sein. Beispielsweise kann die mindestens eine zweite Wiederholungseinheit und/oder das mindestens eine zweite Polymer ein Perfluoropolyether und/oder ein Lithiumsulfonat substituiertes, insbesondere fluoriertes, Polyolefin und/oder ein Lithiumsulfonat substituierter, insbesondere fluorierter, Polyether und/oder ein Lithiumsulfonat substituiertes, gegebenenfalls fluoriertes, Polyphenylen umfassen oder sein.
  • Im Rahmen einer speziellen Ausgestaltung dieser Ausführungsform ist
    • – die mindestens eine zweite Wiederholungseinheit eine teilweise oder vollständig fluorierte, insbesondere perfluorierte, Alkylenoxid-Einheit und/oder eine Wiederholungseinheit, die eine teilweise oder vollständig fluorierte, insbesondere perfluorierte, Alkylenoxid-Funktion, beispielsweise Oligo-Alkylenoxid-Funktion, trägt, und/oder
    • – das mindestens eine zweite Polymer ein teilweise oder vollständig fluoriertes, insbesondere perfluoriertes, Polyalkylenoxid (Perfluorpolyether) und/oder weist eine Wiederholungseinheit auf, die eine teilweise oder vollständig fluorierte, insbesondere perfluorierte, Alkylenoxid-Funktion, beispielsweise Oligo-Alkylenoxid-Funktion, trägt.
    Durch eine Fluorierung kann vorteilhafterweise die Polysulfidlöslichkeit reduziert werden.
  • Die mindestens eine zweite Wiederholungseinheit kann insbesondere eine teilweise oder vollständig fluorierte, insbesondere perfluorierte, Alkylenoxid-Einheit und/oder eine Wiederholungseinheit, die eine eine teilweise oder vollständig fluorierte, insbesondere perfluorierte, Alkylenoxid-Funktion, beispielsweise eine Oligo-Alkylenoxid-Funktion, zum Beispiel mit 1 beziehungsweise 2 bis 15, beispielsweise 2 bis 6 Wiederholungseinheiten, trägt, sein. Beispielsweise kann die mindestens eine zweite Wiederholungseinheit eine teilweise oder vollständig fluorierte, insbesondere perfluorierte, Ethylenoxid-Einheit und/oder Propylenoxid-Einheit und/oder eine Wiederholungseinheit sein, die eine teilweise oder vollständig fluorierte, insbesondere perfluorierte, Ethylenoxid-Funktion und/oder Propylenoxid-Funktion trägt. Insbesondere kann die mindestens eine zweite Wiederholungseinheit eine teilweise oder vollständig fluorierte, insbesondere perfluorierte, Ethylenoxid-Einheit und/oder eine Wiederholungseinheit sein, die eine teilweise oder vollständig fluorierte, insbesondere perfluorierte, Ethylenoxid-Funktion, zum Beispiel eine Oligo-Ethylenoxid-Funktion, trägt.
  • Das mindestens eine zweite Polymer kann insbesondere ein teilweise oder vollständig fluoriertes, insbesondere perfluoriertes, Polyalkylenoxid (Polyether) sein und/oder eine Wiederholungseinheit aufweisen, die eine teilweise oder vollständig fluorierte, insbesondere perfluorierte, Alkylenoxid-Funktion, beispielsweise eine Oligo-Alkylenoxid-Funktion, zum Beispiel mit 1 beziehungsweise 2 bis 15, beispielsweise 2 bis 6 Wiederholungseinheiten, trägt. Beispielsweise kann das mindestens eine zweite Polymer ein teilweise oder vollständig fluoriertes, insbesondere perfluoriertes, Polyethylenoxid und/oder Propylenoxid sein und/oder eine Wiederholungseinheit aufweisen, die eine teilweise oder vollständig fluorierte, insbesondere perfluorierte, Ethylenoxid-Funktion und/oder Propylenoxid-Funktion trägt. Insbesondere kann das mindestens eine zweite Polymer ein teilweise oder vollständig fluoriertes, insbesondere perfluoriertes, Polyethylenoxid sein und/oder eine Wiederholungseinheit aufweisen, die eine teilweise oder vollständig fluorierte, insbesondere perfluorierte, Ethylenoxid-Funktion, zum Beispiel eine Oligo-Ethylenoxid-Funktion, trägt.
  • Im Rahmen einer speziellen Ausgestaltung dieser Ausführungsform umfasst beziehungsweise ist der mindestens eine Polymerelektrolyt mindestens eine Wiederholungseinheit der allgemeinen chemischen Formel:
    Figure DE102015210404A1_0132
    Figure DE102015210404A1_0133
    insbesondere wobei die mindestens eine erste Wiederholungseinheit, beispielsweise die Wiederholungseinheit:
    Figure DE102015210404A1_0134
    und/oder das mindestens eine erste Polymer mindestens eine Wiederholungseinheit der vorstehenden allgemeinen chemischen Formel aufweist. Die mindestens eine zweite Wiederholungseinheit, beispielsweise die Wiederholungseinheit:
    Figure DE102015210404A1_0135
    kann dabei beispielsweise (mindestens) eine Wiederholungseinheit der allgemeinen chemischen Formel:
    Figure DE102015210404A1_0136
    Figure DE102015210404A1_0137
    stehen. Insbesondere kann die mindestens eine zweite Wiederholungseinheit, beispielsweise die Wiederholungseinheit:
    Figure DE102015210404A1_0138
    dabei beispielsweise (mindestens) eine Wiederholungseinheit der allgemeinen chemischen Formel:
    Figure DE102015210404A1_0139
    beziehungsweise dafür stehen. Zum Beispiel kann das Co-Polymer Poly[(4-styrolsulfonyl)(trifluoromethansulfonyl)imid] sein,
  • Gegebenenfalls kann das Co-Polymer (P) weiterhin mindestens eine dritte Wiederholungseinheit und/oder die Polymermischung weiterhin mindestens ein drittes, insbesondere von dem ersten Polymer und dem zweiten Polymer unterschiedliches, Polymer umfassen.
  • Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform umfasst der Polymerelektrolyt weiterhin mindestens ein Leitsalz, insbesondere Lithium-Leitsalz. So kann gegebenenfalls die Ionenleitfähigkeit, insbesondere Lithiumionenleitfähigkeit, weiter erhöht werden. Je nach Block-Co-Polymer kann trotz einer hohen Transferzahl eine geringe Beimischung eines Leitsalzes, insbesondere Lithium-Leitsalzes, von Vorteil sein, um den Glaspunkt des Block-Co-Polymers zu verringern und damit die Gesamtmobilität der Lithiumionen im System zu erhöhen, was jedoch auf Kosten einer Reduktion der Transferzahl gehen kann. Idealerweise kann in diesem Fall ein Leitsalz, insbesondere Lithium-Leitsalz, verwendet werden, dessen Anion gut mit der Gruppe Q wechselwirkt. Zum Beispiel kann Lithiumbis(trifluormethansulfonyl)imid (LiTFSI) bei einer Sulfonylimidgruppe eingesetzt werden. Das Leitsalz kann beispielsweise ein Lithiumleitsalz oder ein Natriumleitsalz, insbesondere ein Lithiumleitsalz, sein. Als Lithiumsalze können gängige Lithium-Leitsalze eingesetzt werden. Beispielsweise kann das mindestens eine Lithium-Leitsalz Lithiumhexafluorophosphat (LiPF6) und/oder Lithiumbis(trifluormethansulfonyl)imid (LiTFSI) und/oder Lithiumbisoxalatoborat (LiBOB) und/oder Trifluormethansulfonat (LiTriflate) und/oder Lithiumperchlorat (LiClO4) und/oder Lithiumdifluorooxalatoborat (LiDFOB) und/oder Lithiumtetrafluoroborat (LiBF4) und/oder Lithiumbromid (LiBr) und/oder Lithiumiodid (LiI) und/oder Lithiumchlorid (LiCl) umfassen oder sein. Dabei können das Anion Z– und das Anion des mindestens einen Lithium-Leitsalzes unterschiedlich oder identisch sein.
  • Im Rahmen einer Ausgestaltung dieser Ausführungsform sind das Anion des mindestens einen Leitsalzes, insbesondere Lithium-Leitsalzes, und Z– beziehungsweise Q– aus der gleichen Anionenklasse, beispielsweise der Sulfonylimide, zum Beispiel Trifluormethansulfonylimid und/oder Pentafluorethansulfonylimid und/oder Fluorsulfonylimid, insbesondere Ttrifluormethansulfonylimid, ausgewählt. So können vorteilhafterweise unerwünschte Nebenreaktionen vermieden werden und insbesondere zudem erzielt werden, dass das Anion des mindestens einen Leitsalzes und Z– beziehungsweise Q– Alkaliionen, insbesondere Lithiumionen, ähnlich, beispielsweise gleich, stark koordinieren, was sich vorteilhaft auf die Ionenmobilität auswirken kann.
  • Im Rahmen einer speziellen Ausgestaltung dieser Ausführungsform weist das mindestens eine Leitsalz, insbesondere Lithium-Leitsalz, das Gegenion Z– beziehungsweise Z+ des Polymers beziehungsweise Polymerelektrolyten, insbesondere der positiv geladenen Gruppe Q+ beziehungsweise der negativ geladenen Gruppe Q–, auf. Beispielsweise kann das Anion Z– gleich dem Anion des mindestens einen Leitsalzes, insbesondere Lithium-Leitsalzes, sein.
  • Die Lithiumsalzkonzentration kann insbesondere von der Anzahl der Sauerstoffatome im Polymer beziehungsweise Polymerelektrolyten abhängen. Insbesondere kann das stöchiometrische Verhältnis von Lithiumionen des mindestens einen Lithium-Leitsalzes zu Sauerstoffatomen des Polymerelektrolyten beziehungsweise des Polymers in einem Bereich 1:2 bis 1:100, insbesondere von 1:5 beziehungsweise 1:10 bis 1:25, beispielsweise vom 1:10 bis 1:15, liegen. Dies kann vorteilhafterweise ein optimaler Bereich im Hinblick auf die effektiven, mobilen Ladungsträger und die Mobilität in Abhängigkeit von der Glastemperatur sein. Das stöchiometrische Verhältnis von Lithiumionen des mindestens einen Lithium-Leitsalzes zu Wiederholungseinheiten des Polymerelektrolyten beziehungsweise des Polymers kann beispielsweise in einem Bereich von 2:1 bis 1:100 liegen.
  • Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform sind die Partikel mit einem ionenleitfähigen beziehungsweise ionenleitenden, insbesondere lithiumionenleitfähigen beziehungsweise lithiumionenleitenden, Polymer beziehungsweise Polymerelektrolyten, beispielsweise der allgemeinen chemischen Formel:
    Figure DE102015210404A1_0140
    und/oder mit Polyethylenglycol und/oder Polyethylenoxid, beschichtet. So können Polysulfide vorteilhafterweise besonders effektiv an einem Wegdiffundieren gehindert werden. A, X, x und Q können dabei wie vorstehend erläutert ausgestaltet sein. Die Beschichtung kann dabei beispielsweise ein vorstehend beschriebenes Polymer beziehungsweise Polymerelektrolyten umfassen beziehungsweise daraus ausgebildet sein. Beispielsweise kann dabei das Polymer der Beschichtung mindestens eine der vorstehend erläuterten speziellen Wiederholungseinheiten umfassen.
  • Des Weiteren ist es möglich die Leitfähigkeit durch die Beimischung von ionischen Flüssigkeiten (Englisch: Ionic Liquids) zu erhöhen.
  • Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform umfasst der mindestens eine Polymerelektrolyt beziehungsweise das Kathodenmaterial daher weiterhin mindestens eine ionische Flüssigkeit. So kann vorteilhafterweise die Mobilität im System erhöht beziehungsweise die Glastemperatur reduziert werden und so die Ionenleitfähigkeit, insbesondere Lithiumionenleitfähigkeit, erhöht werden. Insbesondere kann die ionische Flüssigkeit mindestens ein Kation, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Pyridinium-Kationen und/oder, insbesondere quartären, Ammonium-Kationen und/oder Imidazolium-Kationen und/oder Piperidinium-Kationen und/oder Pyrrolidinium-Kationen und/oder, insbesondere quartäre, Phosphonium-Kationen und/oder Guanidinium-Kationen und/oder Morpholinium-Kationen und/oder Uronium-Kationen und/oder Thiouronium-Kationen, und/oder mindestens ein Anion, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Trifluormethansulfonat (Triflat) und/oder Tetrafluoroborat und/oder Bisoxalatoborat und/oder Hexafluorophosphat und/oder Bis(trifluormethansulfonyl)imid und/oder Bis(perfluorethansulfonyl)imid und/oder Bis(fluormethansulfonyl)imid und/oder Difluorooxalatoborat und/oder Perchlorat und/oder Bromid und/oder Iodid und/oder Chlorid, umfassen. Dabei können das Anion Z– und das Anion des mindestens einen Lithium-Leitsalzes und/oder der ionischen Flüssigkeit unterschiedlich oder gleich sein. Insbesondere kann jedoch das Anion Z– gleich dem Anion des mindestens einen Lithium-Leitsalzes und/oder der ionischen Flüssigkeit sein. So können vorteilhafterweise unerwünschte Nebenreaktionen beziehungsweise ein Auskristallisieren von Lithiumsalz vermieden werden.
  • Darüber hinaus ist es möglich die Leitfähigkeit durch die Beimischung von nicht-wässrigen Lösungsmitteln und/oder Komponenten, die in Flüssigelektrolyten eingesetzt werden, beispielsweise Carbonat- und/oder Ether-basierte Substanzen beziehungsweise Lösungsmittel, zu erhöhen.
  • Gegebenenfalls kann der mindestens eine Polymerelektrolyt beziehungsweise das Kathodenmaterial weiterhin mindestens einen Carbonat-basierten und/oder Ether-basierten Zusatzstoff, beispielsweise mindestens ein Carbonat-basiertes und/oder Ether-basiertes Lösungsmittel, umfassen.
  • Im Rahmen einer speziellen Ausgestaltung umfasst der Polymerelektrolyt, mindestens eine Wiederholungseinheit der allgemeinen chemischen Formel:
    Figure DE102015210404A1_0141
    wobei -[A]- für eine Polymerrücken bildende Einheit steht,
    wobei X für einen Spacer steht, wobei x für die Anzahl des Spacers X steht und 1 oder 0 ist, und
    wobei Q für eine positiv geladene Gruppe Q+ und ein Gegenion Z– steht, insbesondere wobei Q+ für eine Gruppe auf der Basis eines Kations einer ionischen Flüssigkeit steht, beispielsweise wobei Q+ für wobei Pyridiniumgruppe oder eine Ammoniumgruppe oder eine Imidazoliumgruppe oder eine Piperidiniumgruppe oder eine Pyrrolidiniumgruppe oder eine Phosphoniumgruppe oder eine Guanidiniumgruppe oder eine Morpholiniumgruppe oder eine Uroniumgruppe oder eine Thiouroniumgruppe und/oder wobei Z– für ein Anion, insbesondere ein Lithium-Leitsalzanion, steht, oder
    wobei Q für eine negativ geladene Gruppe Q– und ein Gegenion Z+ steht, insbesondere wobei Q– für eine Gruppe auf der Basis eines Lithium-Leitsalzanions und/oder eines Anions einer ionischen Flüssigkeit oder eine Sulfonatgruppe steht, beispielsweise wobei Q– für eine Sulfonylimidgruppe und/oder eine Sulfonatgruppe, und/oder Z+ für ein Alkaliion, beispielsweise ein Lithiumion und/oder Natriumion, insbesondere ein Lithiumion, steht, oder
    wobei Q für eine cyclische Carbonatgruppe oder eine Lactongruppe oder eine cyclische Carbamatgruppe oder eine acyclische Carbonatgruppe oder eine acyclische Carbonsäureestergruppe oder eine acyclische Carbamatgruppe oder eine Alkylenoxidgruppe steht, insbesondere wobei Q für eine cyclische Carbonatgruppe oder eine Lactongruppe oder eine cyclische Carbamatgruppe oder eine acyclische Carbonatgruppe oder eine acyclische Carbonsäureestergruppe oder eine acyclische Carbamatgruppe steht, und
    wobei die Polymerrücken bildende Einheit -[A]- zumindest eine polyfunktionalisierte Siloxan-Einheit und/oder eine polyfunktionalisierte Phosphazen-Einheit und/oder eine polyfunktionalisierte Phenylen-Einheit, beispielsweise eine polyfunktionalisierte Siloxan-Einheit, umfasst.
  • Insbesondere kann dabei die Polymerrücken bildende Einheit -[A]- für eine polyfunktionalisierte Polymerrücken bildende Einheit der allgemeinen chemischen Formel:
    Figure DE102015210404A1_0142
    stehen beziehungsweise diese umfassen, wobei xq jeweils für eine Anbindungsstelle steht, an welcher jeweils eine Gruppe Q, insbesondere Q+ beziehungsweise Q– beziehungsweise Q, über einen Spacer Xx an die Polymerrücken bildende Einheit -[A]- angebunden ist, insbesondere wobei R’ für Wasserstoff oder eine Alkylgruppe steht.
  • Dabei kann die Polymerrücken bildende Einheit -[A]- und/oder der Spacer X und/oder die Gruppe Q, beispielsweise Q+ beziehungsweise Q– beziehungsweise Q, und/oder das Anion Z– und/oder das Kation Z+ wie vorstehend erläutert ausgestaltet sein. Beispielsweise kann dabei die mindestens eine Wiederholungseinheit (mindestens) eine vorstehend erläuterte spezielle Wiederholungseinheit umfassen beziehungsweise sein.
  • Im Rahmen einer weiteren speziellen Ausgestaltung umfasst der Polymerelektrolyt mindestens ein Co-Polymer (P), insbesondere Block-Co-Polymer, beispielsweise Multi-Block-Co-Polymer, aufweisend mindestens eine erste Wiederholungseinheit und mindestens eine zweite, von der mindestens einen ersten Wiederholungseinheit unterschiedliche Wiederholungseinheit, wobei die mindestens eine erste Wiederholungseinheit die allgemeine chemische Formel:
    Figure DE102015210404A1_0143
    aufweist,
    wobei -[A]- für eine Polymerrücken bildende Einheit steht,
    wobei X für einen Spacer steht, wobei x für die Anzahl des Spacers X steht und 1 oder 0 ist, und
    wobei Q für eine positiv geladene Gruppe Q+ und ein Gegenion Z– steht, insbesondere wobei Q+ für eine Gruppe auf der Basis eines Kations einer ionischen Flüssigkeit steht, beispielsweise wobei Q+ für wobei Pyridiniumgruppe oder eine Ammoniumgruppe oder eine Imidazoliumgruppe oder eine Piperidiniumgruppe oder eine Pyrrolidiniumgruppe oder eine Phosphoniumgruppe oder eine Guanidiniumgruppe oder eine Morpholiniumgruppe oder eine Uroniumgruppe oder eine Thiouroniumgruppe und/oder wobei Z– für ein Anion, insbesondere ein Lithium-Leitsalzanion, steht, insbesondere wobei der Spacer X mindestens eine weitere, positiv geladene Gruppe Q+, insbesondere auf der Basis eines Kations einer ionischen Flüssigkeit, insbesondere mindestens eine Ammoniumiongruppe und/oder mindestens eine Pyridiniumgruppe und/oder mindestens eine Imidazoliumgruppe und/oder mindestens eine Piperidiniumgruppe und/oder mindestens eine Pyrrolidiniumgruppe und/oder mindestens eine Phosphoniumgruppe und/oder mindestens eine Guanidiniumgruppe und/oder mindestens eine Morpholiniumgruppe und/oder mindestens eine Uroniumgruppe und/oder mindestens eine Thiouroniumgruppe, insbesondere mindestens eine Ammoniumgruppe und/oder mindestens eine Pyridiniumgruppe und/oder mindestens eine Imidazoliumgruppe, beispielsweise mindestens eine Ammoniumgruppe und/oder mindestens eine Pyridiniumgruppe, umfasst, oder
    wobei Q für eine negativ geladene Gruppe Q– und ein Gegenion Z+, beispielsweise Alkaliion, insbesondere Lithiumion, steht, insbesondere wobei Q– für eine Gruppe auf der Basis eines Lithium-Leitsalzanions und/oder eines Anions einer ionischen Flüssigkeit oder eine Sulfonatgruppe steht, beispielsweise wobei Q– für eine Sulfonylimidgruppe und/oder eine Sulfonatgruppe, und/oder Z+ für ein Alkaliion, beispielsweise ein Lithiumion und/oder Natriumion, insbesondere ein Lithiumion, steht, wobei der Spacer X mindestens eine weitere, negativ geladene Gruppe Q–, insbesondere auf der Basis eines Lithium-Leitsalzanions und/oder eines Anions einer ionischen Flüssigkeit und/oder eine Sulfonatgruppe, insbesondere mindestens eine Sulfonylimidgruppe und/oder mindestens eine Sulfonatgruppe, umfasst.
  • Dabei kann die mindestens eine zweite Wiederholungseinheit die allgemeine chemische Formel:
    Figure DE102015210404A1_0144
    aufweisen, wobei -[A]- für eine Polymerrücken bildende Einheit steht,
    wobei X für einen Spacer steht, wobei x für die Anzahl des Spacers X steht und 1 oder 0 ist,
    wobei Q jedoch für eine ungeladene Gruppe Q, beispielsweise für eine Alkylenoxidgruppe oder eine cyclische Carbonatgruppe oder eine Lactongruppe oder eine cyclische Carbamatgruppe oder eine acyclische Carbonatgruppe oder eine acyclische Carbonsäureestergruppe oder eine acyclische Carbamatgruppe steht, insbesondere für eine Alkylenoxidgruppe, steht.
  • Dabei kann die Polymerrücken bildende Einheit -[A]- und/oder der Spacer X und/oder die Gruppe Q, beispielsweise Q+ beziehungsweise Q– beziehungsweise Q, und/oder das Anion Z– und/oder das Kation Z+ wie vorstehend erläutert ausgestaltet sein. Beispielsweise kann dabei die mindestens eine erste und/oder zweite Wiederholungseinheit (mindestens) eine vorstehend erläuterte spezielle Wiederholungseinheit umfassen beziehungsweise sein.
  • Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform weist der mindestens eine als Kathodenmaterialbinder dienende Polymerelektrolyt mindestens eine Wiederholungseinheit der allgemeinen chemischen Formel:
    Figure DE102015210404A1_0145
    auf. Dabei kann die Polymerrücken bildende Einheit -[A]- und/oder der Spacer X und/oder die Gruppe Q, beispielsweise Q+ beziehungsweise Q– beziehungsweise Q, und/oder das Anion Z– und/oder das Kation Z+ wie vorstehend erläutert ausgestaltet sein. Dabei kann der mindestens eine Kathodenmaterialbinder dienende Polymerelektrolyt gleich oder unterschiedlich zu dem vorstehend erläuterten mindestens einen Polymerelektrolyten sein.
  • Das Kathodenmaterial kann beispielsweise, bezogen auf das Gesamtgewicht des Kathodenmaterials, ≥ 50 Gew.-% bis ≤ 90 Gew.-%, beispielsweise ≥ 50 Gew.-% bis ≤ 80 Gew.-%, insbesondere ≥ 60 Gew.-% bis ≤ 70 Gew.-%, an Kathodenaktivmaterial, und ≥ 5 Gew.-% bis ≤ 30 Gew.-%, beispielsweise ≥ 20 Gew.-% bis ≤ 30 Gew.-% an Festelektrolyt, insbesondere aus dem mindestens einen anorganischen Ionenleiter und dem mindestens einen Polymerelektrolyten beziehungsweise Polymer, umfassen. Gegebenenfalls kann das Kathodenmaterial weiterhin, bezogen auf das Gesamtgewicht des Kathodenmaterials, ≥ 5 Gew.-% bis ≤ 10 Gew.-% an Zusätzen und/oder Additiven, beispielsweise Leitfähigkeitszusätzen und/oder -Additiven, umfassen. Beispielsweise kann der Festelektrolyt ≥ 50 Gew.-% bis ≤ 90 Gew.-%, insbesondere ≥ 70 Gew.-% bis ≤ 90 Gew.-%, an dem mindestens einen sulfidischen Ionenleiter und ≥ 10 Gew.-% bis ≤ 50 Gew.-%, insbesondere ≥ 10 Gew.-% bis ≤ 30 Gew.-%, an dem mindestens einen, insbesondere ionenleitfähigen beziehungsweise ionenleitenden, Polymer umfassen.
  • Beispielsweise kann das Kathodenmaterial mindestens einen Leitfähigkeitszusatz- und/oder -additiv, insbesondere zur Steigerung der elektrischen Leitfähigkeit in der Kathode, umfassen.
  • Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform umfasst das Kathodenmaterial mindestens einen, insbesondere elektrischen, Leitzusatz beziehungsweise Leitadditiv. Beispielsweise kann das Kathodenaktivmaterial mindestens eine Kohlenstoffmodifikation, zum Beispiel Leitkohlenstoff, wie Ruß, Kohlenstofffasern, Graphit, et cetera, umfassen.
  • Alternativ oder zusätzlich kann das Kathodenmaterial mindestens ein Leitsalz, insbesondere Lithium-Leitsalz, umfassen. Gegebenenfalls kann das Kathodenmaterial weiterhin mindestens eine ionische Flüssigkeit umfassen.
  • Das Kathodenmaterial kann insbesondere für eine erfindungsgemäße Zelle ausgelegt sein.
  • Hinsichtlich weiterer technischer Merkmale und Vorteile des erfindungsgemäßen Kathodenmaterials wird hiermit explizit auf die Erläuterungen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren, dem erfindungsgemäßen Elektrospinnsystem, dem erfindungsgemäßen Separator, der erfindungsgemäßen Kathode, der erfindungsgemäßen Zelle und der erfindungsgemäßen Batterie sowie auf die Figuren und die Figurenbeschreibung verwiesen.
  • Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Elektrospinnsystem, insbesondere zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens. Das Elektrospinnsystem kann beispielsweise mindestens eine Elektrospinndüse, insbesondere mindestens zwei Elektrospinndüsen, und eine Gegenelektrode aufweisen.
  • Im Rahmen einer Ausführungsform ist mindestens eine Elektrospinndüse und/oder die Gegenelektrode und/oder ein Kathodenstromkollektorträger drehbar. Beispielsweise können mindestens eine Elektrospinndüse und/oder die Gegenelektrode und/oder der Kathodenstromkollektorträger um eine Achse, gegebenenfalls auch um mehrere Achsen, parallel zur Elektrospinnrichtung drehbar.
  • Im Rahmen einer Ausgestaltung umfasst das Elektrospinnsystem zwei oder mehr Elektrospinndüsen. Beispielsweise kann das Elektrospinnsystem zwei oder mehr umeinander, insbesondere parallel zueinander, beispielsweise um eine Achse oder gegebenenfalls auch mehrere Achsen parallel zur Elektrospinnrichtung, drehbare Elektrospinndüsen umfassen.
  • Im Rahmen einer speziellen Ausgestaltung umfasst das Elektrospinnsystem mindestens zwei Elektrospinndüsenanordnungen aus mehreren Elektrospinndüsen, insbesondere jeweils zur Ausbildung eines Faserbündels. Dabei können die Elektrospinndüsenanordnungen beispielsweise umeinander und/oder um eine (weitere) Achse parallel zur Elektrospinnrichtung drehbar angeordnet sein. Beispielsweise können dabei die Elektrospinndüsen der Elektrospinndüsenanordnungen und die Elektrospinndüsenanordnungen untereinander gegenläufig drehbar sein. So können vorteilhafterweise seilartige Faserstrukturen mit einer hohen Dichte und guten Kontaktierung hergestellt werden.
  • Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung ist der Kathodenstromkollektorträger lateral, beispielsweise in eine X-Richtung und/oder in eine Y-Richtung, verschiebbar. So kann vorteilhaferweise eine gleichmäßig verteilte Auftragung der gesponnenen Fasern auf den Kathodenstromkollektor erzielt und/oder das Verfahren als kontinuierlicher Prozess ausgestaltet werden.
  • Im Rahmen einer Ausgestaltung umfasst das Elektrospinnsystem mindestens eine Kathodenaktivmaterialfaser-Elektrospinndüse, insbesondere Polymerfaser-Elektrospinndüse, und/oder mindestens eine Elektronenleiterfaser-Elektrospinndüse und/oder mindestens eine Ionenleiterfaser-Elektrospinndüse und/oder mindestens eine weitere Kathodenaktivmaterialfaser-Elektrospinndüse, beispielsweise Schwefelfaser-Elektrospinndüse. Insbesondere kann das Elektrospinnsystem mindestens eine Kathodenaktivmaterialfaser-Elektrospinndüse, insbesondere Polymerfaser-Elektrospinndüse, und mindestens eine Elektronenleiterfaser-Elektrospinndüse und/oder mindestens eine Ionenleiterfaser-Elektrospinndüse und/oder mindestens eine weitere Kathodenaktivmaterialfaser-Elektrospinndüse, beispielsweise Schwefelfaser-Elektrospinndüse, umfassen.
  • Beispielsweise können die Kathodenaktivmaterialfaser-Elektrospinndüse/n, insbesondere Polymerfaser-Elektrospinndüse/n, und/oder die Elektronenleiterfaser-Elektrospinndüse/n und/oder die Ionenleiterfaser-Elektrospinndüse/n und/oder die weitere Kathodenaktivmaterialfaser-Elektrospinndüse/n, beispielsweise Schwefelfaser-Elektrospinndüse/n, drehbar, zum Beispiel umeinander drehbar und/oder um eine oder mehrere Achsen parallel zur Elektrospinnrichtung, sein.
  • Die Gegenelektrode und die Elektrospinndüse/n, insbesondere die Kathodenaktivmaterialfaser-Elektrospinndüse/n, insbesondere Polymerfaser-Elektrospinndüse/n, und/oder die Elektronenleiterfaser-Elektrospinndüse/n und/oder Ionenleiterfaser-Elektrospinndüse/n und/oder weitere Kathodenaktivmaterialfaser-Elektrospinndüse/n, beispielsweise Schwefelfaser-Elektrospinndüse/n, können dabei gegebenenfalls in gegenläufige Richtungen drehbar sein.
  • Im Rahmen einer speziellen Ausgestaltung umfasst das Elektrospinnsystem mehrere Kathodenaktivmaterialfaser-Elektrospinndüsen, insbesondere mehrere Polymerfaser-Elektrospinndüsen, und mindestens eine Elektronenleiterfaser-Elektrospinndüse und/oder mindestens eine Ionenleiterfaser-Elektrospinndüse und/oder mindestens eine weitere Kathodenaktivmaterialfaser-Elektrospinndüse, beispielsweise Schwefelfaser-Elektrospinndüse. Gegebenenfalls kann das Elektrospinnsystem auch mehrere Elektronenleiterfaser-Elektrospinndüsen und/oder mehrere Ionenleiterfaser-Elektrospinndüsen und/oder weitere Kathodenaktivmaterialfaser-Elektrospinndüsen, beispielsweise Schwefelfaser-Elektrospinndüsen, umfassen.
  • Beispielsweise können eine oder mehrere Kathodenaktivmaterialfaser-Elektrospinndüse/n, insbesondere eine oder mehrere Polymerfaser-Elektrospinndüse/n, um mindestens eine Elektronenleiterfaser-Elektrospinndüse und/oder um mindestens eine Ionenleiterfaser-Elektrospinndüse und/oder um mindestens eine weitere Kathodenaktivmaterialfaser-Elektrospinndüse, beispielsweise Schwefelfaser-Elektrospinndüse, (herum) angeordnet sein.
  • Zum Beispiel können eine oder mehrere Kathodenaktivmaterialfaser-Elektrospinndüse/n, insbesondere Polymerfaser-Elektrospinndüse/n, und/oder eine oder mehrere weitere Kathodenaktivmaterialfaser-Elektrospinndüse/n, beispielsweise Schwefelfaser-Elektrospinndüse/n, insbesondere eine oder mehrere Kathodenaktivmaterialfaser-Elektrospinndüse/n beziehungsweise Polymerfaser-Elektrospinndüse/n, um mindestens eine Elektronenleiterfaser-Elektrospinndüse herum angeordnet sein. So kann vorteilhafterweise die elektrische Kontaktierung des Kathodenaktivmaterials verbessert werden.
  • Alternativ oder zusätzlich können zum Beispiel auch eine oder mehrere Kathodenaktivmaterialfaser-Elektrospinndüse/n, insbesondere Polymerfaser-Elektrospinndüse/n, und/oder eine oder mehrere weitere Kathodenaktivmaterialfaser-Elektrospinndüse/n, beispielsweise Schwefelfaser-Elektrospinndüse/n, insbesondere eine oder mehrere Kathodenaktivmaterialfaser-Elektrospinndüse/n beziehungsweise Polymerfaser-Elektrospinndüse/n, um mindestens eine Ionenleiterfaser-Elektrospinndüse herum angeordnet sein. So kann vorteilhafterweise die ionische Kontaktierung des Kathodenaktivmaterials verbessert werden.
  • Insofern mehrere Elektrospinndüsen um mindestens eine Elektronenleiterfaser-Elektrospinndüse und/oder Ionenleiterfaser-Elektrospinndüse herum angeordnet sind, kann das Elektrospinnsystem beispielsweise dazu ausgelegt sein, das Elektrospinnen der mindestens einen Elektronenleiterfaser-Elektrospinndüse und/oder Ionenleiterfaser-Elektrospinndüse beispielsweise vor dem Elektrospinnen der darum herum angeordneten Elektrospinndüsen zu beginnen und/oder nach dem Elektrospinnen der darum herum angeordneten Elektrospinndüsen zu beenden. So kann vorteilhafterweise bewirkt werden, dass die durch die mindestens eine innen liegende Elektrospinndüse ausgebildete Elektronenleiterfaser und/oder Ionenleiterfaser am Anfang und/oder am Ende des Faserbündels herausragt und auf diese Weise von außen gut kontaktierbar ist.
  • Alternativ oder zusätzlich können zum Beispiel auch um eine oder mehrere (weitere) Kathodenaktivmaterialfaser-Elektrospinndüse/n, insbesondere Schwefelfaser-Elektrospinndüse/n, herum eine oder mehrere Kathodenaktivmaterialfaser-Elektrospinndüse/n, insbesondere Polymerfaser-Elektrospinndüse/n, und/oder Elektronenleiterfaser-Elektrospinndüse/n und/oder Ionenleiterfaser-Elektrospinndüse/n angeordnet sein. So kann vorteilhafterweise durch die äußeren Fasern – beispielsweise im Fall von elementarem Schwefel als Kathodenaktivmaterial der inneren Faser/n – ein Abdiffundieren von Polysulfiden behindert werden.
  • Beispielsweise können auch um die Kathodenaktivmaterialfaser-Elektrospinndüse/n, insbesondere Polymerfaser-Elektrospinndüse/n, und/oder die weiteren Kathodenaktivmaterialfaser-Elektrospinndüse/n, insbesondere Schwefelfaser-Elektrospinndüse/n, herum eine oder mehrere, gegebenenfalls weitere, Elektronenleiterfaser-Elektrospinndüse/n und/oder Ionenleiterfaser-Elektrospinndüse/n angeordnet sein.
  • Zum Beispiel kann das Elektrospinnsystem mindestens eine erste Elektrospinndüsenanordnung und mindestens eine zweite Elektrospinndüsenanordnung umfassen. Dabei kann die mindestens eine erste Elektrospinndüsenanordnung eine oder mehrere Kathodenaktivmaterialfaser-Elektrospinndüse/n, insbesondere Polymerfaser-Elektrospinndüse/n, und/oder eine oder mehrere weitere Kathodenaktivmaterialfaser-Elektrospinndüse/n, insbesondere Schwefelfaser-Elektrospinndüse/n, und mindestens eine Ionenleiter-Elektrospinndüse umfassen und wobei die mindestens ein zweite Elektrospinndüsenanordnung eine oder mehrere Kathodenaktivmaterialfaser-Elektrospinndüse/n, insbesondere Polymerfaser-Elektrospinndüse/n, und/oder eine oder mehrere weitere Kathodenaktivmaterialfaser-Elektrospinndüse/n, insbesondere Schwefelfaser-Elektrospinndüse/n, und mindestens eine Elektronenleiterfaser-Elektrospinndüse umfasst.
  • Insbesondere kann dabei die mindestens eine Ionenleiterfaser-Elektrospinndüse der mindestens einen ersten Elektrospinndüsenanordnung benachbart zu mindestens einer Kathodenaktivmaterialfaser-Elektrospinndüse, insbesondere Polymerfaser-Elektrospinndüse, und/oder mindestens einer weiteren Kathodenaktivmaterialfaser-Elektrospinndüse, insbesondere Schwefelfaser-Elektrospinndüse, der mindestens einen zweiten Elektrospinndüsenanordnung und/oder die mindestens eine Elektronenleiterfaser-Elektrospinndüse der mindestens einen zweiten Elektrospinndüsenanordnung benachbart zu mindestens einer Kathodenaktivmaterialfaser-Elektrospinndüse, insbesondere Polymerfaser-Elektrospinndüse, und/oder mindestens einer weiteren Kathodenaktivmaterialfaser-Elektrospinndüse, insbesondere Schwefelfaser-Elektrospinndüse, der mindestens einen ersten Elektrospinndüsenanordnung angeordnet sein. So kann vorteilhafterweise erzielt werden, dass die Kathodenaktivmaterialfasern der beiden Faserbündel von beiden Leiterarten kontaktiert werden.
  • Gegebenenfalls können die mindestens eine erste Elektrospinndüsenanordnung und die mindestens eine zweite Elektrospinndüsenanordnung umeinander drehbar angeordnet sein.
  • Hinsichtlich weiterer technischer Merkmale und Vorteile des erfindungsgemäßen Elektrospinnsystems wird hiermit explizit auf die Erläuterungen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren, dem erfindungsgemäßen Kathodenmaterial, dem erfindungsgemäßen Separator, der erfindungsgemäßen Kathode, der erfindungsgemäßen Zelle und der erfindungsgemäßen Batterie sowie auf die Figuren und die Figurenbeschreibung verwiesen.
  • Weiterhin betriff die Erfindung einen Separator für eine elektrochemische Zelle, zum Beispiel für eine Alkalimetall-Zelle, beispielsweise für eine Lithium-Zelle und/oder Natrium-Zelle, insbesondere für eine Lithium-Zelle, zum Beispiel für eine Alkalimetall-Schwefel-Zelle, beispielsweise für eine Lithium-Schwefel-Zellen und/oder Natrium-Schwefel-Zellen, insbesondere für eine Lithium-Schwefel-Zelle.
  • Im Rahmen einer Ausführungsform umfasst der Separator eine mehrlagige Separatorschicht, beispielsweise aus mehreren Folien. Zum Beispiel kann der Separator eine zweilagige Separatorschicht, beispielsweise aus zwei Folien.
  • Im Rahmen einer Ausführungsform umfasst wobei die mehrlagige Separatorschicht mindestens eine erste Separatorlage, insbesondere Folie, mit durchgängigen Aussparungen, Abstandshalter, insbesondere Erhebungen, insbesondere abstandhaltenden Erhebungen, beispielsweise Noppen, und unerhabenen Flächenabschnitten, insbesondere planen Flächenabschnitten, und weiterhin mindestens eine zweite Separatorlage, insbesondere Folie, mit durchgängigen Aussparungen und unerhabenen Flächenabschnitten, insbesondere planen Flächenabschnitten.
  • Dabei können insbesondere die durchgängigen Aussparungen der ersten Separatorlage gegenüberliegend zu unerhabenen Flächenabschnitten der zweiten Separatorlage angeordnet sein. Die Abstandshalter, insbesondere Erhebungen, der ersten Separatorlage können dabei insbesondere gegenüberliegend zu unerhabenen Flächenabschnitten der zweiten Separatorlage angeordnet sein. Die durchgängigen Aussparungen der zweiten Separatorlage können dabei insbesondere gegenüberliegend zu unerhabenen Flächenabschnitte der ersten Separatorlage angeordnet sein.
  • Durch die Abstandshalter, insbesondere Erhebungen, der ersten Separatorlage kann vorteilhafterweise eine Beabstandung beziehungsweise ein Zwischenraum zwischen der ersten und zweiten Separatorlage realisiert werden. Dadurch, dass die durchgängigen Aussparungen der ersten Separatorlage gegenüberliegend zu unerhabenen Flächenabschnitten der zweiten Separatorlage angeordnet sind und die durchgängigen Aussparungen der zweiten Separatorlage gegenüberliegend zu unerhabenen Flächenabschnitte der ersten Separatorlage angeordnet sind und damit die durchgängigen Aussparungen der ersten und zweiten Separatorlage einander nicht überlappen, kann vorteilhafterweise eine direkte Durchdringung des Separators mit Fasern vermieden werden. So können vorteilhafterweise Kurzschlüsse vermieden und die Sicherheit einer faserbasierten Zelle, insbesondere mit einem faserbasierten Kathodenmaterial, erhöht werden.
  • Gegebenenfalls kann auch die zweite Separatorlage, insbesondere Folie, Abstandshalter, insbesondere Erhebungen, beispielsweise abstandhaltende Erhebungen, zum Beispiel Noppen, aufweisen. Dabei können die Abstandshalter, insbesondere Erhebungen, der zweiten Separatorlage gegenüberliegend zu unerhabenen Flächenabschnitten der ersten Separatorlage angeordnet sein.
  • Im Rahmen einer Ausführungsform sind die erste Separatorlage und die zweite Separatorlage über die Abstandshalter, insbesondere Erhebungen der ersten Separatorlage und/oder der zweiten Separatorlage, miteinander verbunden, insbesondere verklebt. So kann vorteilhafterweise die Stabilität des Separators erhöht und die Sicherheit gesteigert werden.
  • Weiterhin kann der Separator eine poröse Separatorschicht und/oder eine anorganische Separatorschicht aufweisen. Die poröse Separatorschicht kann beispielsweise aus einem porösen, polymeren Material ausgebildet sein. Die poröse Separatorschicht kann insbesondere als Träger dienen. Die anorganische Separatorschicht kann beispielsweise Partikel mindestens einer anorganischen, beispielsweise keramischen und/oder mineralischen, Komponente und mindestens einen polymeren Binder umfasst. Durch die anorganischen Partikel kann vorteilhafterweise ein Hindurchwachsen von Lithium-Denditen von der Anodenseite durch den Separator zur Kathodenseiten vermieden werden. Insbesondere können die Partikel beziehungsweise die mindestens eine anorganische Komponente lithiumionenleitend sein. Zum Beispiel können die Partikel aus mindestens einem vorstehend erläuterten anorganischen Ionenleiter, insbesondere Lithiumionenleiter, beispielsweise mit granatartiger Struktur, ausgebildet sein.
  • Insofern die mehrlagige Separatorschicht ausreichend stabil ist, kann der Separator auch aus einer mehrlagigen Separatorschicht ausgebildet sein beziehungsweise lediglich eine mehrlagige Separatorschicht aufweisen.
  • Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform umfasst der Separator mindestens zwei Separatorschichten aufweisen. Zum Beispiel kann der Separator eine mehrlagige Separatorschicht und eine poröse Separatorschicht aufweisen. Alternativ oder zusätzlich kann der Separator eine mehrlagige Separatorschicht und eine anorganische Separatorschicht aufweisen. Alternativ oder zusätzlich kann der Separator eine anorganische Separatorschicht und eine poröse Separatorschicht aufweisen.
  • Die die mehrlagige Separatorschicht und/oder die anorganische Separatorschicht können kathodenseitig angeordnet ist. So kann vorteilhafterweise ein Eindringen von Fasern in den Separator und damit auch ein Durchdringen von Fasern durch den Separator in den Anodenraum besonders effektiv verhindert werden.
  • Alternativ oder zusätzlich kann die anorganische Separatorschicht anodenseitig angeordnet sein. So kann vorteilhafterweise ein Eindringen von Lithium-Dendriten in den Separator und damit ein Durchwachsen von Dendriten durch den Separator in den Kathodenraum besonders effektiv verhindert werden.
  • Hinsichtlich weiterer technischer Merkmale und Vorteile des erfindungsgemäßen Separators wird hiermit explizit auf die Erläuterungen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren, dem erfindungsgemäßen Elektrospinnsystem, dem erfindungsgemäßen Kathodenmaterial, der erfindungsgemäßen Kathode, der erfindungsgemäßen Zelle und der erfindungsgemäßen Batterie sowie auf die Figuren und die Figurenbeschreibung verwiesen.
  • Weitere Gegenstände der vorliegenden Erfindung sind eine Kathode für eine elektrochemische Zelle, zum Beispiel für eine Alkalimetall-Zelle, beispielsweise für eine Lithium-Zelle und/oder Natrium-Zelle, insbesondere für eine Lithium-Zelle, zum Beispiel für eine Alkalimetall-Schwefel-Zelle, beispielsweise für eine Lithium-Schwefel-Zellen und/oder Natrium-Schwefel-Zellen, insbesondere für eine Lithium-Schwefel-Zelle, und/oder eine elektrochemische Zelle, zum Beispiel eine Alkalimetall-Zelle, beispielsweise eine Lithium-Zelle und/oder Natrium-Zelle, insbesondere eine Lithium-Zelle, zum Beispiel eine Alkalimetall-Schwefel-Zelle, beispielsweise eine Lithium-Schwefel-Zelle und/oder Natrium-Schwefel-Zelle, insbesondere eine Lithium-Schwefel-Zelle, umfassend ein erfindungsgemäßes Kathodenmaterial und/oder einen erfindungsgemäßen Separator.
  • Die Kathode kann insbesondere ein erfindungsgemäßes Kathodenmaterial umfassen. Weiterhin kann die Kathode beispielsweise einen Kathodenstromkollektor umfassen. Insbesondere kann die Kathode durch ein erfindungsgemäßes Verfahren hergestellt sein. Weiterhin kann die Kathode insbesondere einen Separator, beispielsweise einen erfindungsgemäßen Separator aufweisen. Das Kathodenmaterial kann dabei insbesondere zwischen dem Kathodenstromkollektor und dem Separator angeordnet sein.
  • Die Zelle kann insbesondere eine Kathode und eine Anode umfassen. Dabei umfasst insbesondere die Kathode ein erfindungsgemäßes Kathodenmaterial. Die Zelle kann, insbesondere zwischen der Anode und der Kathode, einen Separator und/oder eine Schutzschicht, beispielsweise eine Anodenschutzschicht und/oder eine Kathodenschutzschicht, aufweisen. Insbesondere kann der Separator ein erfindungsgemäßer Separator sein. Beispielsweise kann die Kathode eine erfindungsgemäße Kathode sein.
  • Die Anode kann beispielsweise Lithium und/oder Natrium umfassen. Insbesondere kann die Anode Lithium umfassen. Insbesondere kann die Anode eine metallische Anode sein und beispielsweise metallisches Lithium beziehungsweise eine Lithiumlegierung umfassen.
  • Im Rahmen einer Ausgestaltung umfasst der Separator und/oder die Schutzschicht, beispielsweise die Anodenschutzschicht und/oder die Kathodenschutzschicht, ein Block-Co-Polymer. Das Block-Co-Polymer kann dabei beispielsweise ein Di-Block-Co-Polymer oder Tri-Block-Co-Polymer sein. Insbesondere kann dabei der Separator und/oder die Schutzschicht, beispielsweise Anodenschutzschicht, aus dem Block-Co-Polymer, insbesondere aus dem Di- Block-Co-Polymer oder Tri-Block-Co-Polymer, ausgebildet sein. Dabei kann das Block-Co-Polymer insbesondere eine ionisch leitfähige Phase und eine mechanisch stabile Phase aufweisen, die chemisch miteinander verbunden sind und durch Selbstorganisation ein bikontinuierliches Netzwerk ausbilden. Das erfindungsgemäße Kathodenmaterial, beispielsweise auf der Basis eines Schwefel-Polymer-Komposits mit, beispielsweise kovalent und/oder ionisch, insbesondere ionisch, an das Polymer des Komposits gebundenem Schwefel, beispielsweise auf der Basis eines Schwefel-Polyacrylnitril-Komposits, zum Beispiel SPAN, kann mit derartigen Block-Co-Polymeren besonders vorteilhaft eingesetzt werden, da auf den Einsatz von niedermolekularen Etherverbindungen beziehungsweise -lösungsmitteln, welche beispielsweise ansonsten Block-Co-Polymere aufquellen und in ein Polymergel überführen könnten, verzichtet und auf diese Weise ein Aufquellen des Block-Co-Polymers des Separators und/oder der Schutzschicht, beispielsweise der Anodenschutzschicht, verhindert und dessen beziehungsweise deren Funktionsfähigkeit gewährleistet werden kann.
  • Im Rahmen einer speziellen Ausgestaltung umfasst der Separator und/oder die Schutzschicht, beispielsweise die Anodenschutzschicht und/oder die Kathodenschutzschicht, mindestens ein Polystyrol-Polyalkylenoxid-Block-Co-Polymer, insbesondere Polystyrol-Polyetyhlenoxid-Block-Co-Polymer, zum Beispiel Poly(styrol-b-ethylenoxid), insbesondere mit einer Molmasse der Blöcke von ≥ 5000 Dalton, beispielsweise mit einer Gesamtmolmasse von ≥ 150.000 Dalton, insbesondere mit einer Gesamtmolmasse von ≥ 350.000 Dalton.
  • Insbesondere kann dabei der Separator und/oder die Schutzschicht aus dem Polystyrol-Polyalkylenoxid-Block-Co-Polymer, insbesondere Polystyrol-Polyetyhlenoxid-Block-Co-Polymer, zum Beispiel Poly(styrol-b-ethylenoxid), insbesondere mit einer Molmasse der Blöcke von ≥ 5000 Dalton, beispielsweise mit einer Gesamtmolmasse von ≥ 150.000 Dalton, insbesondere mit einer Gesamtmolmasse von ≥ 350.000 Dalton, ausgebildet sein. Der Separator und/oder die Schutzschicht, beispielsweise die Anodenschutzschicht und/oder die Kathodenschutzschicht, kann jedoch auch ein Block-Co-Polymer, beispielsweise Tri-Block-Co-Polymer, umfassen beziehungsweise daraus ausgebildet sein, welches mindestens eine Polystyrolkomponente und mindestens eine Polyethylenoxidkomponente und mindestens eine weitere Polymerkomponente, beispielsweise eine Polyisoprenkomponente, umfasst. Polystyrol-Polyetyhlenoxid-Block-Co-Polymer können vorteilhafterweise bei Betriebstemperaturen von elektrochemischen Zellen, insbesondere Lithium-Schwefel-Zellen, eine ionische Leitfähigkeit von > 10–5 S/cm aufweisen.
  • Im Rahmen einer weiteren, alternativen oder zusätzlichen, speziellen Ausgestaltung umfasst der Separator und/oder die Schutzschicht, beispielsweise die Anodenschutzschicht und/oder die Kathodenschutzschicht, mindestens ein Polyacrylat-Polyalkylenoxid-Block-Co-Polymer, insbesondere Polyacrylat-Polyethylenoxid-Block-Co-Polymer, zum Beispiel Poly(acrylate-ethyleneoxid), insbesondere mit einer Molmasse der Blöcke von ≥ 5000 Dalton, beispielsweise mit einer Gesamtmolmasse von ≥ 150.000 Dalton, insbesondere mit einer Gesamtmolmasse von ≥ 350.000 Dalton. Insbesondere kann dabei der Separator und/oder die Schutzschicht aus dem Polyacrylat-Polyalkylenoxid-Block-Co-Polymer, insbesondere Polyacrylat-Polyethylenoxid-Block-Co-Polymer, zum Beispiel Poly(acrylate-ethyleneoxid), insbesondere mit einer Molmasse der Blöcke von ≥ 5000 Dalton, beispielsweise mit einer Gesamtmolmasse von ≥ 150.000 Dalton, insbesondere mit einer Gesamtmolmasse von ≥ 350.000 Dalton, ausgebildet sein. Der Separator und/oder die Schutzschicht, beispielsweise die Anodenschutzschicht und/oder die Kathodenschutzschicht, kann jedoch auch ein Block-Co-Polymer, beispielsweise Tri-Block-Co-Polymer, umfassen beziehungsweise daraus ausgebildet sein, welches mindestens eine Polyacrylatkomponente und mindestens eine Polyethylenoxidkomponente und mindestens eine weitere Polymerkomponente, beispielsweise eine Polyisoprenkomponente, umfasst. Polyacrylat-Polyethylenoxid-Block-Co-Polymer können vorteilhafterweise ebenfalls bei Betriebstemperaturen von elektrochemischen Zellen, insbesondere Lithium-Schwefel-Zellen, eine hohe ionische Leitfähigkeit aufweisen.
  • Im Rahmen einer weiteren, alternativen oder zusätzlichen, speziellen Ausgestaltung umfasst der Separator und/oder die Schutzschicht, beispielsweise Anodenschutzschicht und/oder die Kathodenschutzschicht, mindestens ein Polymer, zum Beispiel in Form eines Block-Co-Polymers, aufweisend mindestens eine Wiederholungseinheit der allgemeinen chemischen Formel:
    Figure DE102015210404A1_0146
    wobei -[A]- für eine Polymerrücken bildende Einheit steht, wobei X für einen Spacer steht, wobei x für die Anzahl des Spacers X steht und 1 oder 0 ist, und wobei Q für eine positiv geladene Gruppe Q+ und ein Gegenion Z– steht, oder wobei Q für eine negativ geladene Gruppe Q– und ein Gegenion Z+ steht, oder wobei Q für eine ungeladene Gruppe Q, insbesondere für eine cyclische Carbonatgruppe oder eine Lactongruppe oder eine cyclische Carbamatgruppe oder eine acyclische Carbonatgruppe oder eine acyclische Carbonsäureestergruppe oder eine acyclische Carbamatgruppe oder eine Alkylenoxidgruppe, steht.
  • Dabei kann die Polymerrücken bildende Einheit -[A]- und/oder der Spacer X und/oder die Gruppe Q, beispielsweise Q+ beziehungsweise Q– beziehungsweise Q, und/oder das Anion Z– und/oder das Kation Z+ wie vorstehend erläutert ausgestaltet sein. Beispielsweise kann dabei die mindestens eine Wiederholungseinheit (mindestens) eine vorstehend erläuterte spezielle Wiederholungseinheit umfassen beziehungsweise sein.
  • Gegebenenfalls kann der Kathodenstromkollektor (Kathodenstromableiter) mit einer Beschichtung zur Verbesserung der Haftung und/oder der der elektrischen Kontaktierung und/oder der chemischen Stabilität und/oder der Korrosionsstabilität versehen sein. Die Beschichtung kann beispielsweise eine Polymerschicht, insbesondere eine Kohlenstoffmodifikation-Polymerschicht, gegebenenfalls mit einem oder mehreren Additiven, wie Haftvermittlern, Korrosionsschutzadditive, etc., sein. Beispielsweise kann die Beschichtung einen erfindungsgemäßen Festelektrolyten umfassen und/oder eine erfindungsgemäße Schutzschicht, insbesondere Kathodenschutzschicht und/oder Anodenschutzschicht, sein.
  • Hinsichtlich weiterer technischer Merkmale und Vorteile der erfindungsgemäßen Zelle wird hiermit explizit auf die Erläuterungen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren, dem erfindungsgemäßen Kathodenmaterial, dem erfindungsgemäßen Elektrospinnsystem, dem erfindungsgemäßen Separator und der erfindungsgemäßen Batterie sowie auf die Figuren und die Figurenbeschreibung verwiesen.
  • Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine Alkalimetall-Batterie, beispielsweise eine Lithium-Batterie und/oder Natrium-Batterie, zum Beispiel eine Lithium-Batterie, insbesondere eine Alkalimetall-Schwefel-Batterie, beispielsweise eine Lithium-Schwefel-Batterie und/oder Natrium-Schwefel-Batterie, insbesondere eine Lithium-Schwefel-Batterie, welche eine oder mehrere erfindungsgemäße Zellen umfasst.
  • Hinsichtlich weiterer technischer Merkmale und Vorteile der erfindungsgemäßen Batterie wird hiermit explizit auf die Erläuterungen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren, dem erfindungsgemäßen Kathodenmaterial, dem erfindungsgemäßen Elektrospinnsystem, dem erfindungsgemäßen Separator und der erfindungsgemäßen Zelle sowie auf die Figuren und die Figurenbeschreibung verwiesen.
  • Zeichnungen
  • Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Gegenstände werden durch die Zeichnungen veranschaulicht und in der nachfolgenden Beschreibung erläutert. Dabei ist zu beachten, dass die Zeichnungen nur beschreibenden Charakter haben und nicht dazu gedacht sind, die Erfindung in irgendeiner Form einzuschränken. Es zeigen
  • 1a eine schematische, perspektivische Darstellung einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Elektrospinnsystems mit drehbaren Elektrospinndüsen und/oder drehbarem Kathodenstromkollektorträger und veranschaulicht eine Ausführungsform des erfidnungsgemäßen Verfahrens;
  • 1b eine schematische, perspektivische Darstellung einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Elektrospinnsystems mit umeinander drehbaren Elektrospinndüsen und drehbarem Kathodenstromkollektorträger;
  • 2a–i schematische Querschnitte durch Faserbündel, welche durch Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens herstellbar sind;
  • 3 einen schematischen Querschnitt durch eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kathodenmaterials; und
  • 4 einen schematischen Querschnitt durch eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Separators.
  • 1a zeigt eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Elektrospinnsystems 100 und veranschaulicht eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
  • 1a zeigt, dass das Elektrospinnsystems 100 zwei Elektrospinndüse 110; 120, 130, 140 umfasst. Dabei umfasst das Elektrospinnsystem 100 insbesondere eine Kathodenaktivmaterialfaser-Elektrospinndüse und eine weitere Elektrospinndüse 120, 130, 140. Die Kathodenaktivmaterialfaser-Elektrospinndüse 110 kann beispielsweise eine Polymerfaser-Elektrospinndüse sein. Die weitere Elektrospinndüse 120, 130, 140 kann beispielsweise eine Elektronenleiterfaser-Elektrospinndüse 120 oder eine Ionenleiterfaser-Elektrospinndüse 130 oder eine weitere Kathodenaktivmaterialfaser-Elektrospinndüse 140, beispielsweise eine Schwefelfaser-Elektrospinndüse, sein.
  • 1a veranschaulicht, dass das Elektrospinnen direkt auf den Kathodenstromkollektor 15 erfolgen kann.
  • 1a deutet an, dass die Elektrospinndüsen 110; 120, 130, 140 und/oder die Gegenelektrode (nicht dargestellt) hierzu drehbar sein können. Dabei kann die Gegenelektrode um eine zur Elektrospinnrichtung E parallele Achsen, E insbesondere längs der Elektrospinnrichtung E, drehbar sein kann. Alternativ oder zusätzlich können die Elektrospinndüsen 110; 120, 130, 140 um eine zur Elektrospinnrichtung E parallele Achsen E, insbesondere längs der Elektrospinnrichtung E, umeinander drehbar sein. Insofern auch die Elektrospinndüsen 110; 120, 130, 140 drehbar sind, können diese 110; 120, 130, 140 beispielsweise zur Gegenelektrode gegenläufig drehbar sein.
  • 1a veranschaulicht, dass durch ein derartiges Elektrospinnsystem 100 Fasern 11; 12, 13, 14 versponnen werden können. Dazu können beim Elektrospinnen die Gegenelektrode und/oder die Elektrospinndüsen 110, 120, 130, 140 gedreht werden.
  • 1 veranschaulicht, dass so eine Kathodenaktivmaterialfaser 11 beziehungsweise eine Polymerfaser 11’ zur Ausbildung einer Kathodenaktivmaterialfaser 11 mit einer Elektronenleiterfaser 12 oder Ionenleiterfaser 13 oder weiteren Kathodenaktivmaterialfaser 14 versponnen werden kann.
  • Dabei kann beispielsweise zunächst, beispielsweise in einem Verfahrensschritt a), eine Polymerfaser 11’ elektrogesponnen werden (siehe 1a) und die Polymerfaser 11’ dann, beispielsweise in einem Verfahrensschritt b), (nicht dargestellt) unter Ausbildung einer Kathodenaktivmaterialfaser 11 sulfidisiert werden. Die Sulfidisierung kann dabei beispielsweise durch Erhitzen der Polymerfaser 11’ in Gegenwart von elementarem Schwefel auf eine Temperatur von ≥ 300 °C erfolgen. Die Polymerfaser 11’ kann dabei aus einer Elektrospinnflüssigkeit elektrogesponnen werden, welche mindestens ein intrinsisch elektrisch leitendes Polymer und/oder mindestens einen Polymer-Präkursor, insbesondere Polyacrylnitril und/oder Anilin, zur Ausbildung eines intrinsisch elektrisch leitenden Polymers, insbesondere von cyclisiertem Polyacrylnitril und/oder von Polyanilin, umfasst. Dabei kann insbesondere eine Kathodenaktivmaterialfaser 11 ausgebildet werden, welche einen Schwefel-Kohlenstoff-Komposit, insbesondere einen Schwefel-Polymer-Komposit, mit, insbesondere kovalent, beispielsweise an Kohlenstoff, gebundenem Schwefel, zum Beispiel SPAN, enthält.
  • Die in 1b gezeigte Ausführungsform unterscheidet sich im Wesentlichen dadurch von der in 1a gezeigten Ausführungsform, dass das Elektrospinnsystem 100 zwei Elektrospinndüsenanordnungen 110, 120; 110, 130 aus jeweils zwei Elektrospinndüsen 110, 120; 110, 130 umfasst.
  • 1b zeigt, dass die eine Elektrospinndüsenanordnung 110, 120 eine Kathodenaktivmaterialfaser-Elektrospinndüse 110, beispielsweise eine Polymerfaser-Elektrospinndüse, und eine Elektronenleiterfaser-Elektrospinndüse 120 umfasst, wobei die andere Elektrospinndüsenanordnung 110, 130 eine Kathodenaktivmaterialfaser-Elektrospinndüse 110, beispielsweise eine Polymerfaser-Elektrospinndüsen, und eine Ionenleiterfaser-Elektrospinndüse 130 umfasst.
  • 1b veranschaulicht, dass dabei die Elektrospinndüsenanordnungen 110, 120; 110, 130 jeweils um eine zur Elektrospinnrichtung E parallel Achsen A,A’ drehbar sind. Zusätzlich ist dabei der Kathodenstromkollektorträger und damit der Kathodenstromkollektor 15 um eine zur Elektrospinnrichtung E parallel Achse, insbesondere längs der Elektrospinnrichtung E, drehbar. Dabei sind die Elektrospinndüsen der Elektrospinndüsenanordnungen und der Kathodenstromkollektorträger gegenläufig drehbar.
  • 1b veranschaulicht, dass durch ein derartiges Elektrospinnsystem 100 vorteilhafterweise seilartige Faserstrukturen mit einer hohen Dichte und guten Kontaktierung hergestellt werden können.
  • Die 2a bis 2i zeigen schematische Querschnitte von durch Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens herstellbaren Kathodenmaterialien beziehungsweise Faserbündeln, in denen mindestens eine Kathodenaktivmaterialfaser 11 mit mindestens einer Elektronenleiterfaser 12 und/oder mindestens einer Ionenleiterfaser 13 und/oder mindestens einer weiteren Kathodenaktivmaterialfaser 13 zusammen elektrogesponnen, insbesondere versponnen, sind.
  • Die 2a bis 2c zeigen Ausführungsformen, in denen mehrere Kathodenaktivmaterialfasern 11 und mindestens eine Elektronenleiterfaser 12 und/oder mindestens eine Ionenleiterfaser 13 und/oder mindestens eine weitere Kathodenaktivmaterialfaser 14 zusammen elektrogesponnen, insbesondere versponnen, sind. Dabei können insbesondere mehrere Kathodenaktivmaterialfasern 11 um mindestens eine Elektronenleiterfaser 12 und/oder mindestens eine Ionenleiterfaser 13 und/oder mindestens eine weitere Kathodenaktivmaterialfaser 14 herum gesponnen sein.
  • Die Kathodenaktivmaterialfasern 11 können insbesondere einen Schwefel-Kohlenstoff-Komposit, insbesondere einen Schwefel-Polymer-Komposit, zum beispielsweise mit, insbesondere kovalent, gebundenem Schwefel, zum Beispiel sulfidisiertes, cyclisiertes Polyacrylnitril (SPAN), enthalten. Zusätzlich oder alternativ können die Kathodenaktivmaterialfasern 11 mindestens ein Übergangsmetallsulfid enthalten.
  • Die mindestens eine Elektronenleiterfaser 12 kann insbesondere mindestens ein elektrisch leitendes Material, zum Beispiel eine Kohlenstoffmodifikation, umfassen.
  • Die mindestens eine Ionenleiterfaser 13 kann insbesondere mindestens ein ionenleitfähiges oder ionenleitendes, insbesondere lithiumionenleitfähiges oder lithiumionenleitendes, Material umfassen. Beispielsweise kann die mindestens eine Ionenleiterfaser 13 eine Polymerelektrolytfaser, welche mindestens einen ionenleitfähigen oder ionenleitenden, insbesondere lithiumionenleitfähigen oder lithiumionenleitenden, Polymerelektrolyten umfasst, und/oder eine Anorganikionenleiterfaser, welche mindestens einen anorganischen Ionenleiter, insbesondere Lithiumionenleiter, umfasst, sein. Insbesondere kann die mindestens eine Ionenleiterfaser 13 eine Polymerelektrolytfaser sein.
  • Die weiteren Kathodenaktivmaterialfasern 14 können insbesondere mindestens ein weiteres schwefelhaltiges Kathodenaktivmaterial umfassen. Zum Beispiel können die weiteren Kathodenaktivmaterialfasern 14 Schwefelfasern aus elementarem Schwefel sein. Beispielsweise können die Schwefelfasern zusätzlich mindestens ein Übergangsmetallsulfid und/oder mindestens ein Metallsulfid mindestens eines Metalls der dritten, vierten und/oder fünften Hauptgruppe enthalten.
  • 2a zeigt eine Ausführungsform, in der mehrere Kathodenaktivmaterialfasern 11 um eine Elektronenleiterfaser 12 herum gesponnen sind. Dabei kann beispielsweise die mindestens eine Elektronenleiterfaser 12 am Anfang und/oder am Ende des Faserbündels 11, 12 herausragen (nicht dargestellt). So kann vorteilhafterweise die elektrische Kontaktierung des Kathodenaktivmaterials verbessert werden.
  • 2b zeigt eine Ausführungsform, in der mehrere Kathodenaktivmaterialfasern 11 um eine Ionenleiterfaser 13 herum gesponnen sind. Dabei kann beispielsweise die mindestens eine Ionenleiterfaser 13 am Anfang und/oder am Ende des Faserbündels 11, 13 herausragen (nicht dargestellt). So kann vorteilhafterweise die ionische Kontaktierung des Kathodenaktivmaterials verbessert werden.
  • 2c zeigt eine Ausführungsform, in der mehrere Kathodenaktivmaterialfasern 11 um eine weitere Kathodenaktivmaterialfaser 14 herum gesponnen sind. Dabei kann die weitere Kathodenaktivmaterialfaser 14 beispielsweise eine Schwefelfaser sein, welche elementaren Schwefel sowie gegebenenfalls mindestens ein Übergangsmetallsulfid und/oder mindestens ein Metallsulfid mindestens eines Metalls der dritten, vierten und/oder fünften Hauptgruppe umfasst. Die Kathodenaktivmaterialfasern 11 können dabei beispielsweise zunächst, beispielsweise in einem Verfahrensschritt a), in Form von Polymerfasern ausgebildet werden, welche dann, beispielsweise in einem Verfahrensschritt b), unter Ausbildung der Kathodenaktivmaterialfasern 11 sulfidisiert werden. Dabei kann die Schwefelfaser 14 elementaren Schwefel für die elektrochemische Reaktion sowie beispielsweise auch für die Sulfidisierung der Polymerfasern bereitstellen. Durch die Sulfidisierung der Polymerfasern können insbesondere Kathodenaktivmaterialfasern 11 ausgebildet werden, welche einen Schwefel-Kohlenstoff-Komposit, insbesondere einen Schwefel-Polymer-Komposit, mit, insbesondere kovalent, beispielsweise an Kohlenstoff, gebundenem Schwefel, zum Beispiel SPAN, enthalten. Dabei kann der Schwefel-Kohlenstoff-Komposit der Kathodenaktivmaterialfasern 11 vorteilhafterweise eine gewisse elektrische Leitfähigkeit aufweisen. Die Schwefelfasern 14 können, beispielsweise beim Entladen einer damit ausgestatteten Zelle, Polysulfide bilden, welche eine gewisse ionische Leitfähigkeit aufweisen. So kann vorteilhafterweise sowohl eine elektrische als auch ionische Kontaktierung der Kathodenaktivmaterialien realisiert und ein Kathodenmaterial mit einer hohen spezifischen Energiedichte bereitgestellt werden. Dadurch, dass die Kathodenaktivmaterialfasern 11 um die Schwefelfaser 14 herum gesponnen sind, können vorteilhafterweise die äußeren Kathodenaktivmaterialfasern 11 aus dem elementaren Schwefel der inneren Schwefelfaser 14 gebildete Polysulfide an einem Abdiffundieren hindern und auf diese Weise eine verbesserte Zyklenbeständigkeit realisieren.
  • 2d zeigt eine Ausführungsform, in der mehrere Kathodenaktivmaterialfasern 11 und Ionenleiterfasern 13 gemeinsam, insbesondere in einer symmetrischen Anordnung, um eine Elektronenleiterfaser 12 herum gesponnen sind. So kann vorteilhafterweise eine verbesserte elektrische und ionische Kontaktierung des Kathodenaktivmaterials realisiert werden.
  • 2e zeigt eine Ausführungsform, in der mehrere Kathodenaktivmaterialfasern 11 und Elektronenleiterfasern 12 gemeinsam, insbesondere in einer symmetrischen Anordnung, um eine Ionenleiterfaser 13 herum gesponnen sind. So kann vorteilhafterweise ebenfalls eine verbesserte elektrische und ionische Kontaktierung des Kathodenaktivmaterials realisiert werden.
  • 2f zeigt eine Ausführungsform, in der mehrere Kathodenaktivmaterialfasern 11 und Elektronenleiterfasern 12 gemeinsam, insbesondere in einer symmetrischen Anordnung, um eine weitere Kathodenaktivmaterialfaser, insbesondere Schwefelfaser, 14 herum gesponnen sind. So kann vorteilhafterweise – zusätzlich zu den im Rahmen von 2c erläuterten Vorteilen – eine verbesserte elektrische Kontaktierung der Kathodenaktivmaterialien realisiert werden.
  • Die in 2g gezeigte Ausführungsform unterscheidet sich im Wesentlichen dadurch von der in 2a gezeigten Ausführungsform, dass um die, die Elektronenleiterfaser 12 umspinnenden Kathodenaktivmaterialfasern 11 herum Ionenleiterfasern 13 gesponnen sind. So kann vorteilhafterweise zusätzlich eine verbesserte ionische Kontaktierung der Kathodenaktivmaterialien realisiert werden.
  • 2h zeigt eine Ausführungsform, in der mehrere weitere Kathodenaktivmaterialfasern 11, insbesondere Schwefelfasern, um eine Elektronenleiterfaser 12 herum gesponnen sind, wobei um die weiteren Kathodenaktivmaterialfasern 11, insbesondere Schwefelfasern, herum mehrere Kathodenaktivmaterialfasern gesponnen sind. So kann vorteilhafterweise eine gute elektrische und ionische Kontaktierung der Kathodenaktivmaterialien sowie eine hohe spezifische Energiedichte und verbesserte Zyklenbeständigkeit des Kathodenmaterials erzielt werden.
  • Die in 2i gezeigte Ausführungsform unterscheidet sich im Wesentlichen dadurch von der in 2c gezeigten Ausführungsform, dass um die, die weitere Kathodenaktivmaterialfaser, insbesondere Schwefelfaser, 14 umspinnenden Kathodenaktivmaterialfasern 11 herum Kathodenaktivmaterialfasern 11 und Elektronenleiterfasern 12 und Ionenleiterfasern 13 gemeinsam, insbesondere in einer alternierenden Anordnung, herum gesponnen sind. So kann vorteilhafterweise die elektrische und ionische Kontaktierung weiter verbessert werden.
  • Die in 2i gezeigte Ausführungsform kann beispielsweise durch ein Elektrospinnsystem hergestellt werden, welche drei, erste Elektrospinndüsenanordnungen und drei, zweite Elektrospinndüsenanordnung umfasst, wobei die ersten Elektrospinndüsenanordnungen jeweils zwei Kathodenaktivmaterialfaser-Elektrospinndüsen, insbesondere Polymerfaser-Elektrospinndüsen, und eine Ionenleiter-Elektrospinndüse umfassen und wobei die zweiten Elektrospinndüsenanordnung jeweils zwei Kathodenaktivmaterialfaser-Elektrospinndüsen, insbesondere Polymerfaser-Elektrospinndüsen, und eine Elektronenleiterfaser-Elektrospinndüse umfassen. Dabei kann jeweils die Ionenleiterfaser-Elektrospinndüse einer ersten Elektrospinndüsenanordnung benachbart zu Kathodenaktivmaterialfaser-Elektrospinndüsen, insbesondere Polymerfaser-Elektrospinndüsen, einer zweiten Elektrospinndüsenanordnung und die Elektronenleiterfaser-Elektrospinndüse einer zweiten Elektrospinndüsenanordnung benachbart zu Kathodenaktivmaterialfaser-Elektrospinndüsen einer ersten Elektrospinndüsenanordnung angeordnet sind. Zentral kann das Elektrospinnsystem dabei eine weitere Kathodenmaterialfaser-Elektrospinndüse, insbesondere Schwefelfaser-Elektrospinndüse aufweisen.
  • 3 zeigt eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kathodenmaterials 10 für eine Alkalimetall-Zelle, insbesondere Alkalimetall-Schwefel-Zelle, zum Beispiel Lithium-Schwefel-Zelle, welches 10 Kathodenaktivmaterialfasern 11 und Elektronenleiterfasern 12 umfasst. Die Kathode kann dabei beispielsweise eine Zwei-Faser-Kathode sein.
  • 3 illustriert, dass dabei die Kathodenaktivmaterialfasern 11 und Elektronenleiterfasern 12 eine durchschnittliche Faserlänge aufweisen, welche größer als die Erstreckung des Kathodenmaterials 10 in Ionentransportrichtung I beziehungsweise zwischen Kathodenstromkollektor 15 und Separator 20 ist. Beispielsweise kann die Erstreckung des Kathodenmaterials 10 in Ionentransportrichtung I beziehungsweise die Erstreckung des Kathodenmaterials 10 zwischen Kathodenstromkollektor 15 und Separator 20, beispielsweise die Schichtdicke des Kathodenmaterials 10, in einem Bereich von ≥ 10 µm bis ≤ 300 µm, zum Beispiel von ≥ 50 µm bis ≤ 150 µm, liegen. Die Kathodenaktivmaterialfasern 11 und die Elektronenleiterfasern 12 können dabei beispielsweise eine mindestens doppelt so große durchschnittliche Faserlänge aufweisen. Zum Beispiel können die Kathodenaktivmaterialfasern 11 und die Elektronenleiterfasern 12 eine durchschnittliche Faserlänge im Millimeterbereich, beispielsweise von ≥ 1 mm, oder sogar im Zentimeterbereich, beispielsweise von ≥ 1 cm, gegebenenfalls sogar im Dezimeterbereich, beispielsweise von ≥ 10 cm, aufweisen. So können vorteilhafterweise elektrochemischaktive und leitende Bahnen, insbesondere welche sich über die komplette Ionentransportrichtung I des Kathodenmaterials erstrecken, in der Kathode ausgebildet werden.
  • 3 zeigt, dass dabei das Kathodenmaterial 10, insbesondere die Kathodenaktivmaterialfasern 11 und Elektronenleiterfasern 12, auf einen Kathodenstromkollektor 15 aufgebracht sind.
  • 3 zeigt weiterhin, dass auf das Kathodenmaterial 10, insbesondere die Kathodenaktivmaterialfasern 11 und Elektronenleiterfasern 12, ein Separator 20 aufgebracht ist.
  • Der Kathodenstromkollektor 15, das Kathodenmaterial 10 und der Separator 20 können dabei insbesondere eine Kathodenanordnung bilden, zum Beispiel welche als solche zu einer Zelle verbaubar ist beziehungsweise verbaut werden kann.
  • 3 zeigt, dass der Separator eine mehrlagige Separatorschicht 21, 22, welche im Rahmen von 4 näher erläutert wird, eine poröse, polymere Separatorschicht 23 und eine anorganische Separatorschicht 24 aufweist.
  • 3 zeigt, dass die mehrlagige Separatorschicht 21, 22 insbesondere kathodenseitig angeordnet ist. Durch die mehrlagige Separatorschicht 21, 22 kann vorteilhafterweise ein Hindurchdringen von Fasern durch den Separator 20 und damit auch ein Durchdringen von Fasern durch den Separator 20 in den Anodenraum besonders effektiv verhindert werden.
  • 3 zeigt weiterhin, dass die anorganische Separatorschicht 24 anodenseitig angeordnet ist. So kann vorteilhafterweise ein Eindringen von Lithium-Dendriten in den Separator 20 und damit ein Durchwachsen von Dendriten durch den Separator 20 in den Kathodenraum besonders effektiv verhindert werden.
  • Dabei ist die poröse polymere Separatorschicht 23 zwischen der mehrlagigen Separatorschicht 21, 22 und der anorganischen Separatorschicht 24 angeordnet. So kann vorteilhafterweise eine erhöhte Kurzschlusssicherheit gewährleistet werden.
  • 4 zeigt eine Ausführungsform einer mehrlagigen Separatorschicht 21, 22 eines Separators, insbesondere für faserbasierte Kathodenmaterialien. 4 zeigt, dass die mehrlagige Separatorschicht 21, 22 eine erste Separatorlage 21 mit durchgängigen Aussparungen 21a, Erhebungen 21b und unerhabenen Flächenabschnitten 21c und eine zweite Separatorlage 22 mit durchgängigen Aussparungen 22a, Erhebungen 22b und unerhabenen Flächenabschnitten 22c aufweist. Dabei sind die durchgängigen Aussparungen 21a und die Erhebungen 21b der ersten Separatorlage 21 gegenüberliegend zu unerhabenen Flächenabschnitten 22c der zweiten Separatorlage 22 angeordnet und die durchgängigen Aussparungen 22a und Erhebungen 22b der zweiten Separatorlage 22 gegenüberliegend zu unerhabenen Flächenabschnitte 21c der ersten Separatorlage 22 angeordnet.
  • Dadurch, dass die durchgängigen Aussparungen 21a der ersten Separatorlage 21 gegenüberliegend zu unerhabenen Flächenabschnitten 22c der zweiten Separatorlage 22 angeordnet sind und die durchgängigen Aussparungen 22a der zweiten Separatorlage 22 gegenüberliegend zu unerhabenen Flächenabschnitte 21a der ersten Separatorlage 22 angeordnet sind und damit die durchgängigen Aussparungen 21a, 22a der ersten 21 und zweiten 22 Separatorlage nicht einander überlappen, kann vorteilhafterweise eine direkte Durchdringung des Separators mit Fasern vermieden werden.
  • Die erste Separatorlage 21 und die zweite Separatorlage 22 können insbesondere über die Erhebungen 21b, 22b der ersten Separatorlage 21 und/oder der zweiten Separatorlage 22 miteinander verbunden, insbesondere verklebt, sein. So kann eine hohe mechanische Stabilität und damit Faserbeständigkeit erzielt werden.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
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Claims (26)

  1. Verfahren zur Herstellung eines Kathodenmaterials (10) für eine Alkalimetall-Zelle, insbesondere für eine Lithium-Schwefel-Zelle, in dem mindestens eine Kathodenaktivmaterialfaser (11), welche mindestens ein, insbesondere schwefelhaltiges, Kathodenaktivmaterial enthält, durch Elektrospinnen hergestellt wird.
  2. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei in dem Verfahren weiterhin – mindestens eine Elektronenleiterfaser (12), welche mindestens ein elektrisch leitendes Material umfasst oder daraus ausgebildet ist, und/oder – mindestens eine Ionenleiterfaser (13), welche mindestens ein ionenleitfähiges oder ionenleitendes, insbesondere lithiumionenleitfähiges oder lithiumionenleitendes, Material umfasst oder daraus ausgebildet ist, und/oder – mindestens eine weitere Kathodenaktivmaterialfaser (14), welche mindestens ein weiteres Kathodenaktivmaterial umfasst oder daraus ausgebildet ist, durch Elektrospinnen hergestellt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das mindestens eine Kathodenaktivmaterial schwefelhaltig ist, insbesondere wobei das Verfahren zur Herstellung eines Kathodenmaterials (10) für eine Alkalimetall-Schwefel-Zelle ausgelegt ist.
  4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das mindestens eine Kathodenaktivmaterial einen Schwefel-Kohlenstoff-Komposit und/oder elementaren Schwefel und/oder mindestens eine Übergangsmetallsulfid umfasst.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, umfassend die Verfahrensschritte: a) Elektrospinnen mindestens einer Polymerfaser, und b) Sulfidisierung der mindestens einen Polymerfaser unter Ausbildung der mindestens einen Kathodenaktivmaterialfaser (11).
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei, insbesondere in Verfahrensschritt a), die mindestens eine Kathodenaktivmaterialfaser (11), insbesondere die mindestens eine Polymerfaser, mit der mindestens einen Elektronenleiterfaser (12) und/oder der mindestens einen Ionenleiterfaser (13) und/oder der mindestens einen weiteren Kathodenaktivmaterialfaser (14) zusammen elektrogesponnen wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 5, wobei in Verfahrensschritt a) auch die mindestens eine Elektronenleiterfaser (12) und/oder die mindestens eine Ionenleiterfaser (13) und/oder die mindestens eine weitere Kathodenaktivmaterialfaser (14) elektrogesponnen werden.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die mindestens eine Ionenleiterfaser (13) eine Polymerelektrolytfaser, welche mindestens einen ionenleitfähigen oder ionenleitenden, insbesondere lithiumionenleitfähigen oder lithiumionenleitenden, Polymerelektrolyten umfasst, und/oder eine Anorganikionenleiterfaser, welche mindestens einen anorganischen Ionenleiter, insbesondere Lithiumionenleiter, umfasst, ist, und/oder wobei die mindestens eine weitere Kathodenaktivmaterialfaser (14) mindestens ein weiteres schwefelhaltiges Kathodenaktivmaterial umfasst, insbesondere wobei die mindestens eine weitere Kathodenaktivmaterialfaser (14) eine Schwefelfaser ist, welche elementaren Schwefel umfasst.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, wobei die mindestens eine Polymerfaser in Verfahrensschritt a) aus einer Elektrospinnflüssigkeit elektrogesponnen wird, welche mindestens ein Polymer, insbesondere Polyacrylnitril, und/oder mindestens einen Polymer-Präkursor umfasst.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 9, wobei die mindestens eine Polymerfaser in Verfahrensschritt a) aus einer Elektrospinnflüssigkeit elektrogesponnen wird, welche mindestens ein intrinsisch elektrisch leitendes Polymer, insbesondere Polyanilin, und/oder mindestens einen Polymer-Präkursor, insbesondere Polyacrylnitril, zur Ausbildung eines intrinsisch elektrisch leitenden Polymers, insbesondere von cyclisiertem Polyacrylnitril und/oder von Polyanilin, umfasst.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 10, wobei die Elektrospinnflüssigkeit zur Ausbildung der mindestens einen Polymerfaser in Verfahrensschritt a) weiterhin elementaren Schwefel und/oder mindestens ein Übergangsmetallsulfid, und/oder mindestens Metallsulfid mindestens eines Metalls der dritten, vierten und/oder fünften Hauptgruppe, und/oder mindestens eine elektrisch leitende Metallverbindung, insbesondere mindestens ein elektrisch leitendes Metalloxid und/oder mindestens ein elektrisch leitendes Metallcarbid, umfasst.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 11, wobei die Sulfidisierung in Verfahrensschritt b) durch Erhitzen der mindestens einen Polymerfaser in Gegenwart von elementarem Schwefel auf eine Temperatur von ≥ 300 °C erfolgt.
  13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei das Elektrospinnen, insbesondere in Verfahrensschritt a), auf einen Kathodenstromkollektor (15) erfolgt.
  14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei beim Elektrospinnen, insbesondere in Verfahrensschritt a), mindestens eine Elektrospinndüse (110, 120, 130, 140) und/oder eine Gegenelektrode und/oder ein Kathodenstromkollektor (15) gedreht wird.
  15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei, insbesondere in Verfahrensschritt a), eine oder mehrere Kathodenaktivmaterialfasern (11), insbesondere Polymerfasern, um mindestens eine Elektronenleiterfaser (12) und/oder mindestens eine Ionenleiterfaser (13) und/oder mindestens eine weitere Kathodenaktivmaterialfaser (14), herum elektrogesponnen werden, und/oder wobei, insbesondere in Verfahrensschritt a), um eine oder mehrere Schwefelfasern (14) herum eine oder mehrere Polymerfasern und/oder Elektronenleiterfasern (12) und/oder Ionenleiterfasern (13) elektrogesponnen werden.
  16. Kathodenmaterial (10) für eine Alkalimetall-Zelle, insbesondere eine Alkalimetall-Schwefel-Zelle, beispielsweise für eine Lithium-Schwefel-Zelle, umfassend – Kathodenaktivmaterialfasern (11), welche einen Schwefel-Komposit, insbesondere Schwefel-Kohlenstoff-Komposit, und/oder mindestens ein Übergangsmetallsulfid und/oder elementaren Schwefel enthalten und/oder durch ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15 und/oder mittels eines Elektrospinnsystems (100) nach Anspruch 24 hergestellt sind.
  17. Kathodenmaterial (10) nach Anspruch 16, wobei das Kathodenmaterial (10) weiterhin – Elektronenleiterfaser (12), welche mindestens ein elektrisch leitendes Material umfassen, und/oder – Ionenleiterfasern (13), welche mindestens ein ionenleitfähiges oder ionenleitendes, insbesondere lithiumionenleitfähiges oder lithiumionenleitendes, Material umfassen, und/oder – weitere Kathodenaktivmaterialfasern (14), welche mindestens ein weiteres, insbesondere schwefelhaltiges, Kathodenaktivmaterial umfassen, umfasst.
  18. Kathodenmaterial (10) nach Anspruch 17, wobei die Elektronenleiterfaser (12) und/oder die Ionenleiterfasern (13) und/oder die weiteren Kathodenaktivmaterialfasern (14) durch ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14 und/oder durch ein Elektrospinnsystem (100) nach Anspruch 15, hergestellt sind.
  19. Kathodenmaterial (10) nach einem der Ansprüche 16 bis 18, wobei die Kathodenaktivmaterialfasern (11) einen Schwefel-Kohlenstoff-Komposit, insbesondere einen Schwefel-Polymer-Komposit, und/oder mindestens ein Übergangsmetallsulfid enthalten.
  20. Kathodenmaterial (10) nach einem der Ansprüche 16 bis 19, wobei die Kathodenaktivmaterialfasern (11) einen Schwefel-Kohlenstoff-Komposit, insbesondere einen Schwefel-Polymer-Komposit, mit, insbesondere kovalent, gebundenem Schwefel, insbesondere sulfidisiertes, cyclisiertes Polyacrylnitril, enthalten.
  21. Kathodenmaterial (10) nach einem der Ansprüche 16 bis 20, wobei die Ionenleiterfasern (13) Polymerelektrolytfasern, welche mindestens einen ionenleitfähigen oder ionenleitenden, insbesondere lithiumionenleitfähigen oder lithiumionenleitenden, Polymerelektrolyten umfassen, und/oder Anorganikionenleiterfasern, welche mindestens einen anorganischen Ionenleiter, insbesondere Lithiumionenleiter, umfassen, sind und/oder wobei die weiteren Kathodenaktivmaterialfasern (14) Schwefelfasern sind, welche elementaren Schwefel umfassen.
  22. Kathodenmaterial (10) nach einem der Ansprüche 15 bis 20, wobei mindestens eine Kathodenaktivmaterialfaser (11) mit mindestens einer Elektronenleiterfaser (12) und/oder mindestens einer Ionenleiterfaser (13) und/oder mindestens einer weiteren Kathodenaktivmaterialfaser (14) zusammen elektrogesponnen ist, insbesondere wobei die mindestens eine Kathodenaktivmaterialfaser (11) mit der mindestens einen Elektronenleiterfaser (12) und/oder der mindestens einen Ionenleiterfaser (13) und/oder der mindestens einen weiteren Kathodenaktivmaterialfaser versponnen ist, und/oder wobei eine oder mehrere Kathodenaktivmaterialfasern (11) um mindestens eine Elektronenleiterfaser (12) und/oder mindestens eine Ionenleiterfaser (13) und/oder mindestens eine weitere Kathodenaktivmaterialfaser (14) herum gesponnen sind, und/oder wobei um eine oder mehrere Schwefelfasern (14) herum eine oder mehrere Kathodenaktivmaterialfasern (11) und/oder Elektronenleiterfasern (12) und/oder Ionenleiterfasern (13) gesponnen sind.
  23. Kathodenmaterial (10) nach einem der Ansprüche 15 bis 21, wobei die Kathodenaktivmaterialfasern (11) mindestens ein Übergangsmetallsulfid und/oder mindestens ein Metallsulfid mindestens eines Metalls der dritten, vierten und/oder fünften Hauptgruppe und/oder elementaren Schwefel und/oder mindestens eine elektrisch leitende Metallverbindung, insbesondere mindestens ein elektrisch leitendes Metalloxid und/oder mindestens ein elektrisch leitendes Metallcarbid, enthalten und/oder damit beschichtet sind, wobei die weiteren Kathodenaktivmaterialfasern (14), insbesondere Schwefelfasern, und/oder die Elektronenleiterfasern (12) mindestens ein Übergangsmetallsulfid und/oder mindestens ein Metallsulfid mindestens eines Metalls der dritten, vierten und/oder fünften Hauptgruppe und/oder mindestens eine elektrisch leitende Metallverbindung, insbesondere mindestens ein elektrisch leitendes Metalloxid und/oder mindestens ein elektrisch leitendes Metallcarbid, und/oder elementaren Kohlenstoff, insbesondere Kohlenstoffnanopartikel und/oder Kohlenstoffnanofasern und/oder Kohlenstoffnanoröhrchen, enthalten und/oder damit beschichtet sind.
  24. Elektrospinnsystem (100), insbesondere zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 14, umfassend mindestens zwei Elektrospinndüsen (110, 120, 130, 140) und eine Gegenelektrode, insbesondere wobei mindestens eine Elektrospinndüse (110, 120, 130, 140) und/oder die Gegenelektrode drehbar sind.
  25. Separator (20) für eine Alkalimetall-Zelle, insbesondere für eine Alkalimetall-Schwefel-Zelle, beispielsweise für eine Lithium-Schwefel-Zelle, wobei der Separator (20) eine mehrlagige Separatorschicht (21, 22) umfasst, wobei die mehrlagige Separatorschicht (21, 22) mindestens eine erste Separatorlage (21) mit – durchgängigen Aussparungen (21a), – Erhebungen (21b) und – unerhabenen Flächenabschnitten (21c), und weiterhin mindestens eine zweite Separatorlage (22) mit – durchgängigen Aussparungen (22a) und – unerhabenen Flächenabschnitten (22c) aufweist, wobei die durchgängigen Aussparungen (21a) der ersten Separatorlage (21) gegenüberliegend zu unerhabenen Flächenabschnitten (22c) der zweiten Separatorlage (22) angeordnet sind, wobei die Erhebungen (21b) der ersten Separatorlage (21) gegenüberliegend zu unerhabenen Flächenabschnitten (22c) der zweiten Separatorlage (22) angeordnet sind und wobei die durchgängigen Aussparungen (22a) der zweiten Separatorlage (22) gegenüberliegend zu unerhabenen Flächenabschnitte (21c) der ersten Separatorlage (22) angeordnet sind, insbesondere die erste Separatorlage (21) und die zweite Separatorlage (22) über die Erhebungen (21b, 22b) der ersten Separatorlage (21) und/oder der zweiten Separatorlage (22) miteinander verbunden, insbesondere verklebt, sind.
  26. Alkalimetall-Zelle, insbesondere Lithium-Schwefel-Zelle, oder Kathode (10) für eine Alkalimetall-Zelle, insbesondere Lithium-Schwefel-Zelle, umfassend ein Kathodenmaterial (10) nach einem der Ansprüche 15 bis 23 und/oder einen Separator nach Anspruch 24.
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