DE102016226289A1 - Schutzschicht mit verbesserter Kontaktierung für Lithium-Zellen und/oder Lithium-Batterien - Google Patents

Schutzschicht mit verbesserter Kontaktierung für Lithium-Zellen und/oder Lithium-Batterien Download PDF

Info

Publication number
DE102016226289A1
DE102016226289A1 DE102016226289.0A DE102016226289A DE102016226289A1 DE 102016226289 A1 DE102016226289 A1 DE 102016226289A1 DE 102016226289 A DE102016226289 A DE 102016226289A DE 102016226289 A1 DE102016226289 A1 DE 102016226289A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
lithium
lithium ion
protective layer
polymer
polyelectrolyte
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE102016226289.0A
Other languages
English (en)
Inventor
Marcus Wegner
Jean Fanous
Joerg THIELEN
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Priority to DE102016226289.0A priority Critical patent/DE102016226289A1/de
Priority to CN201711456933.1A priority patent/CN108258307B/zh
Publication of DE102016226289A1 publication Critical patent/DE102016226289A1/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/489—Separators, membranes, diaphragms or spacing elements inside the cells, characterised by their physical properties, e.g. swelling degree, hydrophilicity or shut down properties
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/056—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes
    • H01M10/0564—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes the electrolyte being constituted of organic materials only
    • H01M10/0565—Polymeric materials, e.g. gel-type or solid-type
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/46—Separators, membranes or diaphragms characterised by their combination with electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/409—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
    • H01M50/411—Organic material
    • H01M50/414—Synthetic resins, e.g. thermoplastics or thermosetting resins
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/409—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
    • H01M50/411—Organic material
    • H01M50/414—Synthetic resins, e.g. thermoplastics or thermosetting resins
    • H01M50/42—Acrylic resins
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/409—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
    • H01M50/449—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material having a layered structure
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/409—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
    • H01M50/449—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material having a layered structure
    • H01M50/457—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material having a layered structure comprising three or more layers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2220/00—Batteries for particular applications
    • H01M2220/20—Batteries in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2220/00—Batteries for particular applications
    • H01M2220/30—Batteries in portable systems, e.g. mobile phone, laptop
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2300/00—Electrolytes
    • H01M2300/0017—Non-aqueous electrolytes
    • H01M2300/0065—Solid electrolytes
    • H01M2300/0082—Organic polymers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2300/00—Electrolytes
    • H01M2300/0088—Composites
    • H01M2300/0094—Composites in the form of layered products, e.g. coatings
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Separator (4) für eine Lithium-Zelle und/oder -Batterie (1), insbesondere für eine Lithium-Metall-Zelle und/oder - Batterie. Um die Lebensdauer der damit ausgestatteten Zelle und/oder Batterie zu verbessern, umfasst der Separator (4) mindestens eine Schutzschicht (4a) und mindestens eine Kontaktschicht (4b,4b'), wobei die mindestens eine Schutzschicht (4a) mindestens einen einzellithiumionenleitenden Polyelektrolyten und/oder mindestens ein lithiumionenleitendes oder lithiumionenleitfähiges Block-Co-Polymer umfasst, wobei die mindestens eine Kontaktschicht (4b,4b') mindestens einen einzellithiumionenleitenden Polyelektrolyten und/oder mindestens einen Polymerelektrolyten aus mindestens einem lithiumionenleitfähigen Polymer und mindestens einem Lithium-Leitsalz umfasst und wobei die mindestens eine Kontaktschicht (4b,4b') weicher als die mindestens eine Schutzschicht (4a) ist. Darüber hinaus betrifft die Erfindung eine derartige Elektrode sowie Zelle und/oder Batterie (1) und ein Verfahren zu deren Herstellung.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen Separator und eine Elektrode für eine Lithium-Zelle und/oder -Batterie sowie eine damit ausgestattete Lithium-Zelle und/oder -Batterie und ein Verfahren zu deren Herstellung.
  • Stand der Technik
  • Lithium-Ionen-Zellen und/oder -Batterien können sehr hohe spezifische Energien aufweisen. Aufgrund dessen werden Lithium-Ionen-Zellen und/oder -Batterien derzeit als Energiequellen in vielen elektrischen Geräten und zur Elektrifizierung von Automobilen, zum Beispiel Elektroautos, verwendet.
  • Bei der Elektrifizierung des Automobils spielen sie als Energiespeicher eine entscheidende Rolle.
  • Um möglichst große Reichweiten von Elektroautos zu realisieren, sind jedoch Zellen mit noch höheren spezifischen Energien wünschenswert.
  • Lithium-Metall-Zellen und/oder -Batterien mit metallischen Lithiumanoden versprechen höhere spezifische Energien als konventionelle Lithium-Ionen-Zellen und/oder -Batterien mit Graphit basierten Anoden.
  • Beim Einsatz von metallischen Lithiumanoden kann jedoch beim Zyklieren eine inhomogene Abscheidung von metallischem Lithium an der Anode und dadurch gegebenenfalls eine Bildung von Lithium-Dendriten an der Anode auftreten. Diese Lithium-Dendrite können in Richtung der Kathode wachsen und gegebenenfalls den Separator perforieren und im Fall eines Kontaktes mit der Kathode gegebenenfalls sogar zu einem Kurzschluss führen.
  • Die Druckschrift US 2013/0017432 A1 beschreibt Separatorsysteme für elektrochemische Systeme.
  • Die Druckschrift US 2015/0188108 A1 betrifft einen Separator für einen elektrischen Energiespeicher.
  • Die Druckschrift EP 2 648 265 A1 beschreibt eine mehrlagige Elektrolytstruktur für eine Lithium-Ionen-Batterie.
  • Die Druckschrift US 2013/0149616 A1 betrifft eine Lithium-Titanoxid-Anode mit einer Schutzschicht.
  • Die Druckschrift DE 10 2013 220 785 A1 beschreibt eine Lithium-Elektrode.
  • Die Druckschrift US 5,925,483 betrifft mehrlagige polymere Elektrolyte für elektrochemische Vorrichtungen.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Separator für eine Lithium-Zelle und/oder -Batterie, insbesondere für eine Lithium-Metall-Zelle und/oder -Batterie.
  • Der Separator umfasst dabei insbesondere mindestens eine Schutzschicht und mindestens eine Kontaktschicht.
  • Die mindestens eine Schutzschicht umfasst dabei insbesondere mindestens einen einzellithiumionenleitenden Polyelektrolyten und/oder mindestens ein lithiumionenleitendes oder lithiumionenleitfähiges Block-Co-Polymer.
  • Die mindestens eine Kontaktschicht umfasst dabei insbesondere mindestens einen einzellithiumionenleitenden Polyelektrolyten und/oder mindestens einen Polymerelektrolyten aus mindestens einem lithiumionenleitfähigen Polymer und mindestens einem Lithium-Leitsalz, beispielsweise eine Kombination von, zum Beispiel eine Mischung aus, mindestens einem lithiumionenleitfähigen Polymer und mindestens einem Lithium-Leitsalz.
  • Dabei ist insbesondere die mindestens eine Kontaktschicht weicher als die mindestens eine Schutzschicht. Insbesondere kann der mindestens eine einzellithiumionenleitende Polyelektrolyt und/oder der mindestens eine Polymerelektrolyt der mindestens einen Kontaktschicht, insbesondere das mindestens eine lithiumionenleitfähige Polymer des mindestens einen Polymerelektrolyten der mindestens einen Kontaktschicht, weicher als der mindestens eine einzellithiumionenleitende Polyelektrolyt und/oder das mindestens eine lithiumionenleitende oder lithiumionenleitfähige Block-Co-Polymer der mindestens einen Schutzschicht sein. Beispielsweise kann die mindestens eine Kontaktschicht, insbesondere der mindestens eine einzellithiumionenleitende Polyelektrolyt und/oder der mindestens eine Polymerelektrolyt, beispielsweise das mindestens eine lithiumionenleitfähige Polymer, der mindestens einen Kontaktschicht, ein geringeres Schermodul als die mindestens eine Schutzschicht, insbesondere als der mindestens eine einzellithiumionenleitende Polyelektrolyt und/oder das mindestens eine lithiumionenleitende oder lithiumionenleitfähige Block-Co-Polymer der mindestens einen Schutzschicht, aufweisen.
  • Unter einer Lithium-Metall-Zelle und/oder -Batterie kann insbesondere eine Lithium-Zelle und/oder -Batterie verstanden werden, welche eine metallisches Lithium umfassende Anode, beispielsweise eine Anode aus metallischem Lithium oder einer Lithiumlegierung, zum Beispiel eine metallische Lithiumanode, aufweist.
  • Unter einem einzellithiumionenleitenden Polyelektrolyten (Englisch: single lithium-ion conducting polymer) kann insbesondere ein Polymer verstanden werden, welches kovalent an das Polymer angebundene - und damit insbesondere unmobile - Anionen und, insbesondere mobile, Lithiumionen aufweist.
  • Unter einem lithiumionenleitfähigen Polymer kann insbesondere ein Polymer verstanden werden, welches selbst frei von den zu leitenden Ionen, insbesondere Lithiumionen, sein kann, jedoch geeignet ist, die zu leitenden Ionen, insbesondere Lithiumionen, und/oder Gegenionen der zu leitenden Ionen, insbesondere Lithium-Leitsalz-Anionen, zu koordinieren und/oder solvatisieren und beispielsweise unter Zugabe der zu leitenden Ionen, insbesondere Lithiumionen, beispielsweise in Form mindestens eines Lithium-Leitsalzes, lithiumionenleitend wird.
  • Weiterhin betrifft die Erfindung eine später näher erläuterte Elektrode, beispielsweise Anode oder Kathode, für eine Lithium-Zelle und/oder -Batterie, insbesondere für eine Lithium-Metall-Zelle und/oder -Batterie, welche eine Elektrodenschicht sowie mindestens eine derartige Schutzschicht und mindestens eine derartige Kontaktschicht umfasst sowie eine später näher erläuterte Lithium-Zelle und/oder -Batterie, welche mindestens eine derartige Schutzschicht und mindestens eine derartige Kontaktschicht, insbesondere einen derartigen Separator und/oder eine derartige Elektrode, umfasst sowie ein Verfahren zu deren Herstellung.
  • Einzellithiumionenleitende Polyelektrolyte und/oder lithiumionenleitende oder lithiumionenleitfähige Block-Co-Polymer können vorteilhafterweise - insbesondere verglichen mit anderen, insbesondere lithiumionenleitfähigen, Polymeren und gegebenenfalls auch verglichen mit oft spröden anorganischen Lithiumionenleitern - eine vergleichsweise hohe mechanisch Stabilität und/oder Rigidität aufweisen. Daher kann hieraus vorteilhafterweise eine Schutzschicht ausgebildet werden, welche ausreichend mechanisch stabil ist, um Lithium-Dendrite am Durchwachsen zu hindern. So kann vorteilhafterweise ein Durchwachsen von Dendriten zur Kathode und damit einhergehende Kurzschlüsse vermieden beziehungsweise verhindert werden und auf diese Weise die Lebensdauer der damit ausgestatteten Lithium-Zelle und/oder - Batterie verlängert werden.
  • Einzellithiumionenleitende Polyelektrolyte haben überdies den Vorteil, dass sie lediglich Lithiumionen - und insbesondere nicht deren Gegenionen - leiten und somit zum Ladungstransport nur Lithiumionen zur Verfügung stehen. Dadurch können Konzentrationsüberspannungen, welche ansonsten erreichbare Stromdichten begrenzen beziehungsweise verringern könnten, vermieden und auf diese Weise hohe Stromdichten, beispielsweise auch über lange Zeiträume beziehungsweise große Δ-SOC-Bereiche, zum Beispiel für eine Konstant-Hochstrombelastung, insbesondere in Lade- und Entladerichtung, aufrechterhalten und beispielsweise ein schnelles Laden der Zelle und/oder Batterie realisiert werden.
  • Die weiche Kontaktschicht kann sich vorteilhafterweise gut an Oberflächen anpassen und Volumenänderungen kompensieren und so der rigiden beziehungsweise starren Schutzschicht eine gewisse Flexibilität verleihen und als Kontaktvermittler zwischen der Schutzschicht und anderen Feststoffschichten, wie der Anode und/oder Kathode, dienen. Insbesondere kann so durch die mindestens eine Kontaktschicht der Kontakt der mindestens einen Schutzschicht zu anderen Oberflächen, insbesondere die Kontaktierung der Schutzschicht zur Anode und/oder Kathode, verbessert und insbesondere auch über lange Zeiträume aufrechterhalten werden.
  • Polymerelektrolyte auf der Basis von lithiumionenleitfähigen Polymeren und Lithium-Leitsalzen - und/oder insbesondere auch speziell dahingehend eingestellte einzellithiumionenleitende Polyelektrolyte - können vorteilhafterweise eine vergleichbar hohe oder sogar höhere intrinsische Lithiumionenleitfähigkeit aufweisen als, insbesondere herkömmliche, einzellithiumionenleitende Polyelektrolyte und/oder lithiumionenleitende oder lithiumionenleitfähige Block-Co-Polymere. Beispielsweise können Polymerelektrolyte auf der Basis von Polyethylenoxid und Lithiumbis(trifluormethansulfonyl)imid (LiTFSI) bei 80 °C eine intrinsische Lithiumionenleitfähigkeit von > 10-5 S/cm aufweisen.
  • So können durch die mindestens eine Kontaktschicht Übergangswiderstände verringert und damit die Leistungsdichte der damit ausgestatteten Zelle und/oder Batterie erhöht sowie die Lebensdauer der damit ausgestatteten Lithium-Zelle und/oder -Batterie verlängert werden.
  • Insgesamt kann somit durch die Kombination aus der mindestens einen Schutzschicht und der mindestens einen Kontaktschicht, beispielsweise durch den erfindungsgemäßen Separator und/oder die erfindungsgemäße Elektrode und/oder die erfindungsgemäße Zelle, eine Lithium-Zelle und/oder -Batterie, insbesondere eine Lithium-Metall-Zelle und/oder -Batterie, mit einer verlängerten Lebensdauer bereitgestellt werden, insbesondere welche auch in Elektrofahrzeugen und/oder Hybridfahrzeugen, eingesetzt werden kann.
  • Die mindestens eine Schutzschicht kann zum Beispiel aus (dem) mindestens einem einzellithiumionenleitenden Polyelektrolyten und/oder (dem) mindestens einem lithiumionenleitfähigen oder lithiumionenleitenden Block-Co-Polymer ausgebildet sein.
  • Die mindestens eine Kontaktschicht kann zum Beispiel aus (dem) mindestens einem einzellithiumionenleitenden Polyelektrolyten, und/oder (dem) mindestens einem lithiumionenleitfähigen Polymer und (dem) mindestens einem Lithium-Leitsalz, beispielsweise einer Kombination von, zum Beispiel einer Mischung aus, (dem) mindestens einem lithiumionenleitfähigen Polymer und (dem) mindestens einem Lithium-Leitsalz, ausgebildet sein.
  • Im Rahmen einer Ausführungsform weist die mindestens eine Schutzschicht, insbesondere der mindestens eine einzellithiumionenleitende Polyelektrolyt und/oder das mindestens eine lithiumionenleitende oder lithiumionenleitfähige Block-Co-Polymer der mindestens einen Schutzschicht, ein Schermodul von ≥ 107 Pa, beispielsweise von ≥ 108 Pa, zum Beispiel von ≥ 109 Pa, auf. Ein hohes Schermodul hat sich im Hinblick auf eine Hinderung von Lithium-Dendriten und damit eine Verlängerung der Lebensdauer der Lithium-Zelle und/oder -Batterie als vorteilhaft erwiesen.
  • Zum Beispiel kann die mindestens eine Kontaktschicht, insbesondere der mindestens eine einzellithiumionenleitende Polyelektrolyt und/oder der mindestens eine Polymerelektrolyt, insbesondere das mindestens eine lithiumionenleitfähige Polymer des mindestens einen Polymerelektrolyten, der mindestens einen Kontaktschicht, ein Schermodul von < 107 Pa aufweisen. Ein geringes Schermodul hat sich im Hinblick auf eine verbesserte Kontaktierung und damit eine Verlängerung der Lebensdauer der Lithium-Zelle und/oder -Batterie als vorteilhaft erwiesen.
  • Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform ist die mindestens eine Schutzschicht beidseitig mit einer Kontaktschicht versehen. Insbesondere kann die mindestens eine Schutzschicht beidseitig mit einer Kontaktschicht beschichtet sein. Zum Beispiel kann der Separator sandwichartig ausgebildet sein. So kann vorteilhafterweise die Kontaktierung zwischen der mindestens einen Schutzschicht und anderen benachbarten Feststoffschichten, beispielsweise der Anode und der Kathode, weiter verbessert und damit die Lebensdauer weiter verlängert werden.
  • Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform weist die mindestens eine Kontaktschicht eine Schichtdicke (d) in einem Bereich von ≥ 500 nm bis ≤ 5 µm auf.
  • Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform umfasst das mindestens eine lithiumionenleitende oder lithiumionenleitfähige Block-Co-Polymer der mindestens einen Schutzschicht mindestens einen Block aus mindestens einem einzellithiumionenleitenden Polyelektrolyten und/oder mindestens einen Block aus mindestens einem lithiumionenleitfähigen Polymer, zum Beispiel Polyethylenoxid. Darüber hinaus kann das mindestens eine lithiumionenleitende oder lithiumionenleitfähige Block-Co-Polymer mindestens einen Block aus mindestens einem mechanisch stabilisierenden Polymer, zum Beispiel Polystyrol und/oder Polyacrylat, umfassen oder sein.
  • Der mindestens eine einzellithiumionenleitende Polyelektrolyt der mindestens einen Schutzschicht und/oder das mindestens eine lithiumionenleitende oder lithiumionenleitfähige Block-Co-Polymer, insbesondere der mindestens eine Block aus mindestens einem einzellithiumionenleitenden Polyelektrolyten des mindestens einen Block-Co-Polymers, der mindestens einen Schutzschicht und/oder der mindestens eine einzellithiumionenleitende Polyelektrolyt der mindestens einen Kontaktschicht kann zum Beispiel mindestens eine, insbesondere einzellithiumionenleitende, Wiederholungseinheit der allgemeinen chemischen Formel:
    Figure DE102016226289A1_0001
    , insbesondere
    Figure DE102016226289A1_0002
    , umfassen.
  • Dabei steht -[A]- insbesondere für eine Polymerrücken bildende Einheit. X steht dabei insbesondere für einen Spacer, insbesondere einen, beispielsweise kovalent, an die Polymerrücken bildende Einheit -[A]- beziehungsweise den Polymerrücken gebundenen Spacer. x steht dabei insbesondere 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 insbesondere für eine negativ geladene Gruppe Q- und ein Gegenion Z+. Q- steht dabei insbesondere für eine negativ geladene Gruppe Q-, welche, insbesondere kovalent, an den Spacer X (im Fall x = 1) oder an den Polymerrücken -[A]- (im Fall x = 0) angebunden ist. Z+ steht dabei insbesondere für ein Lithiumion Li+. Die negativ geladene Gruppe Q- kann beispielsweise für eine Gruppe auf der Basis eines Leitsalzanions, insbesondere Lithium-Leitsalzanions, beispielsweise für ein Sulfonat-Anion, beispielsweise für ein (einfaches) Sulfonat-Anion (-SO3-) oder für ein Trifluormethansulfonat-Anion (Triflat, -SO3CF2-), und/oder für ein Borat-Anion, insbesondere ein Trihalogenborat-Anion, beispielsweise ein Trifluorborat-Anion (-BF3 -), und/oder für ein Sulfonylimid-Anion, beispielsweise für ein Trifluormethansulfonylimid-Anion (TFSI-: F3C-SO2-(N-)-SO2-) und/oder Perfluorethansulfonylimid-Anion (PFSI-: F5C2-SO2-(N-)-SO2-) und/oder Fluorsulfonylimid-Anion (FSI: F-SO2-(N-)-SO2-), und/oder für eine Gruppe auf der Basis eines Anions einer ionischen Flüssigkeit (Englisch: lonic Liquid), beispielsweise für ein Pyrazolid-Anion oder für ein Imidazolium-Anion, und/oder für ein Sulfat-Anion und/oder für ein Carboxylat-Anion und/oder für ein Phosphat-Anion, und/oder für ein Amid-Anion, insbesondere für ein sekundären Amid-Anion, und/oder für ein Carbonsäureamid-Anion, insbesondere für sekundäres Carbonsäureamid-Anion, stehen.
  • Der Spacer X kann beispielsweise 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 und/oder mindestens eine, insbesondere substituierte oder unsubstituierte, Phenylengruppe und/oder mindestens eine, insbesondere substituierte oder unsubstituierte, Benzylengruppe und/oder mindestens eine Carbonylgruppe 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 (Ether-)Sauerstoff und/oder mindestens eine weitere negativ geladene Gruppe umfassen.
  • -[A]- kann beispielsweise für eine Polymerrücken bildende Einheit stehen, welche (zumindest) eine Alkylen-Einheit und/oder eine Alkylenoxid-Einheit, insbesondere Ethylenoxid-Einheit und/oder Propylenoxid-Einheit, und/oder eine Siloxan-Einheit und/oder eine Phosphazen-Einheit und/oder eine Acrylat-Einheit, beispielsweise eine Methylmethacrylat-Einheit und/oder eine Methacrylat-Einheit, und/oder eine Phenylen-Einheit, beispielsweise eine para-Phenylen-Einheit, und/oder eine Phenylenoxid-Einheit und/oder eine Benzylen-Einheit umfasst.
  • Die Polymerrücken bildende Einheit -[A]- kann sowohl monofunktionalisiert als auch polyfunktionalisiert, beispielsweise bifunktionalisiert, trifunktionalisiert oder tetrafunktionalisiert, mit der, gegebenenfalls über den Spacer X, angebundenen negativ geladenen Gruppe Q- sein. Dabei kann unter einer polyfunktionalisierten Polymerrücken bildende Einheit -[A]- insbesondere eine Polymerrücken bildende Einheit -[A]- verstanden werden, welche mit mindestens zwei negativ geladene Gruppen Q- funktionalisiert ist, insbesondere wobei jeweils eine negativ geladene Gruppe Q- - gegebenenfalls über einen Spacer X - an die Polymerrücken bildende Einheit -[A]- angebunden ist.
  • Im Rahmen einer speziellen Ausführungsform steht Q für mindestens eine Lithium-Trihalogenboratgruppe, insbesondere Lithium-Trifluorboratgruppe, und/oder mindestens eine Lithium-Trihalogenborat-Alkylenoxidgruppe, insbesondere Lithium-Trihalogenborat-Methylenoxidgruppe, zum Beispiel Lithium-Trifluorborat-Alkylenoxidgruppe, insbesondere Lithium-Trifluorborat-Methylenoxidgruppe, und/oder mindestens eine Lithium-Alkanolatgruppe, beziehungsweise, insbesondere substituierte oder unsubstituierte, Lithium-Methanolatgruppe.
  • Im Rahmen einer Ausgestaltung umfasst oder ist die mindestens eine Lithium-Trihalogenboratgruppe mindestens eine, insbesondere einfache, Lithium-Trihalogenboratgruppe, insbesondere der allgemeinen Formel: -BY3 -Li+, und/oder mindestens eine Lithium-Trihalogenborat-Alkylenoxidgruppe, insbesondere Lithium-Trihalogenborat-Methylenoxidgruppe, insbesondere der allgemeinen Formel: -CR1R2-O-BY3 -Li+, und/oder mindestens eine Lithium-Trihalogenborat-Oxid-Gruppe, insbesondere der allgemeinen Formel: -O-BY3 -Li+.
  • Y kann insbesondere für Fluor und/oder Chlor und/oder Brom und/oder Iod, beispielsweise Fluor, stehen.
  • Die Alkylenoxidgruppe, insbesondere Methylenoxidgruppe, kann insbesondere alkylsubstituiert, beispielsweise methylsubstituiert, sein. Beispielsweise kann die Alkylenoxidgruppe, insbesondere Methylenoxidgruppe, dabei zweifach alkylsubstituiert, beispielsweise zweifach methylsubstituiert, sein.
  • R1 und R2 können zum Beispiel gleich oder unterschiedlich voneinander, insbesondere gleich, sein und beispielsweise für Wasserstoff oder eine Alkylgruppe, insbesondere für eine Alkylgruppe, beispielsweise eine Methylgruppe oder Ethylgruppe oder Propylgruppe, insbesondere eine Methylgruppe, stehen.
  • Im Rahmen einer speziellen Ausgestaltung umfasst oder ist die mindestens eine Lithium-Trihalogenboratgruppe mindestens eine Lithium-Trifluorboratgruppe. Beispielsweise kann dabei die mindestens eine Lithium-Trihalogenboratgruppe beziehungsweise Lithium-Trifluorboratgruppe mindestens eine, insbesondere einfache, Lithium-Trifluorboratgruppe, insbesondere der Formel: -BF3 -Li+, und/oder mindestens eine Lithium-Trifluorborat-Alkylenoxidgruppe, insbesondere Lithium-Trifluorborat-Methylenoxidgruppe, insbesondere der allgemeinen Formel: -CR1R2-O-BF3 -Li+, und/oder mindestens eine Lithium-Trifluorborat-Oxid-Gruppe, insbesondere der Formel:-O-BF3 -Li+. Die Alkylenoxidgruppe, insbesondere Methylenoxidgruppe, kann dabei insbesondere alkylsubstituiert, beispielsweise methylsubstituiert, sein. Beispielsweise kann die Alkylenoxidgruppe, insbesondere Methylenoxidgruppe, dabei zweifach alkylsubstituiert, beispielsweise zweifach methylsubstituiert, sein. R1 und R2 können zum Beispiel gleich oder unterschiedlich voneinander, insbesondere gleich, sein und zum Beispiel für Wasserstoff oder eine Alkylgruppe, insbesondere für eine Alkylgruppe, beispielsweise eine Methylgruppe oder Ethylgruppe oder Propylgruppe, insbesondere eine Methylgruppe, stehen.
  • Im Rahmen einer weiteren alternativen oder zusätzlichen Ausgestaltung ist die mindestens eine Lithium-Alkanolatgruppe beziehungsweise, insbesondere substituierte oder unsubstituierte, Lithium-Methanolatgruppe alkylsubstituiert, beispielsweise methylsubstituiert. Insbesondere kann die mindestens eine Lithium-Alkanolatgruppe beziehungsweise, insbesondere substituierte oder unsubstituierte, Lithium-Methanolatgruppe zweifach alkylsubstituiert, beispielsweise zweifach methylsubstituiert, sein. Die mindestens eine Lithium-Alkanolatgruppe beziehungsweise, insbesondere substituierte oder unsubstituierte, Lithium-Methanolatgruppe kann beispielsweise die allgemeine Formel: -CR1R2-O-Li+ aufweisen. Dabei können die Alkylsubstituenten, insbesondere R1 und R2, beispielsweise gleich oder unterschiedlich sein und/oder für Wasserstoff oder eine Methylgruppe oder Ethylgruppe oder Propylgruppe stehen. Zum Beispiel können die Alkylsubstituenten, insbesondere R1 und R2, gleich sein und/oder für eine Methylgruppe stehen. Zum Beispiel kann die mindestens eine Lithium-Alkanolatgruppe beziehungsweise Lithium-Methanolatgruppe mindestens eine Lithium-1,1-Methylmethanolatgruppe (Lithium-1,1-Dimethylmethanolatgruppe) umfassen oder sein.
  • Im Rahmen einer Ausführungsform umfasst der mindestens eine einzellithiumionenleitende Polyelektrolyt der mindestens einen Schutzschicht und/oder das mindestens eine lithiumionenleitende oder lithiumionenleitfähige Block-Co-Polymer, insbesondere der mindestens eine Block aus mindestens einem einzellithiumionenleitenden Polyelektrolyten des mindestens einen Block-Co-Polymers, der mindestens einen Schutzschicht und/oder der mindestens eine einzellithiumionenleitende Polyelektrolyt der mindestens einen Kontaktschicht mindestens eine, insbesondere einzellithiumionenleitende, Wiederholungseinheit der allgemeinen chemischen Formel:
    Figure DE102016226289A1_0003
    insbesondere
    Figure DE102016226289A1_0004
    und/oder
    Figure DE102016226289A1_0005
    insbesondere
    Figure DE102016226289A1_0006
  • Y, R1 und/oder R2 können hierbei sowie im Folgenden insbesondere wie vorstehend erläutert ausgestaltet sein.
  • Derartige Polymerelektrolyte sind vorteilhafterweise einzellithiumionenleitende Lithium-Polyelektrolyte.
  • Im Rahmen einer Ausgestaltung steht die Polymerrücken bildende Einheit -[A]-für
    Figure DE102016226289A1_0007
    und/oder
    Figure DE102016226289A1_0008
    , insbesondere
    Figure DE102016226289A1_0009
    und/oder
    Figure DE102016226289A1_0010
  • Dabei steht xq für die Anbindungsstelle des Spacers X und/oder der Gruppe Q.
  • Im Rahmen einer weiteren alternativen oder zusätzlichen Ausgestaltung steht der Spacer X für eine Phenylengruppe, insbesondere eine p-Phenylengruppe, und/oder ein Sauerstoffatom, insbesondere einen Ethersauerstoff, wobei x gleich 1 ist.
  • Beispielsweise kann der mindestens eine einzellithiumionenleitende Polyelektrolyt der mindestens einen Schutzschicht und/oder das mindestens eine lithiumionenleitende oder lithiumionenleitfähige Block-Co-Polymer, insbesondere der mindestens eine Block aus mindestens einem einzellithiumionenleitenden Polyelektrolyten des mindestens einen Block-Co-Polymers, der mindestens einen Schutzschicht und/oder gegebenenfalls der mindestens eine einzellithiumionenleitende Polyelektrolyt der mindestens einen Kontaktschicht mindestens eine, insbesondere einzellithiumionenleitende, Wiederholungseinheit der allgemeinen chemischen Formel:
    Figure DE102016226289A1_0011
    und/oder
    Figure DE102016226289A1_0012
    und/oder
    Figure DE102016226289A1_0013
    und/oder
    Figure DE102016226289A1_0014
    und/oder
    Figure DE102016226289A1_0015
    und/oder
    Figure DE102016226289A1_0016
    umfassen.
  • Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform umfasst der mindestens eine einzellithiumionenleitende Polyelektrolyt der mindestens einen Schutzschicht und/oder das mindestens eine lithiumionenleitende oder lithiumionenleitfähige Block-Co-Polymer, insbesondere der mindestens eine Block aus mindestens einem einzellithiumionenleitenden Polyelektrolyten des mindestens einen Block-Co-Polymers, der mindestens einen Schutzschicht und/oder gegebenenfalls der mindestens eine einzellithiumionenleitende Polyelektrolyt der mindestens einen Kontaktschicht mindestens eine, insbesondere einzellithiumionenleitende, Wiederholungseinheit der allgemeinen chemischen Formel:
    Figure DE102016226289A1_0017
    und/oder
    Figure DE102016226289A1_0018
    und/oder
    Figure DE102016226289A1_0019
    und/oder
    Figure DE102016226289A1_0020
    und/oder
    Figure DE102016226289A1_0021
    und/oder
    Figure DE102016226289A1_0022
    und/oder
    Figure DE102016226289A1_0023
    und/oder
    Figure DE102016226289A1_0024
    und/oder
    Figure DE102016226289A1_0025
    und/oder
    Figure DE102016226289A1_0026
  • Die R können beispielsweise jeweils unabhängig voneinander für Wasserstoff oder Fluor oder einen lithiumionenleitfähigen Substituenten oder eine Alkylgruppe, beispielsweise eine Methylgruppe oder eine Ethylgruppe oder eine Propylgruppe, stehen.
  • Die R‘ können beispielsweise jeweils unabhängig voneinander für Wasserstoff oder Fluor oder einen lithiumionenleitfähigen Substituenten oder eine Alkylgruppe, beispielsweise eine Methylgruppe oder eine Ethylgruppe oder eine Propylgruppe, stehen.
  • Der lithiumionenleitfähige Substituent kann beispielsweise mindestens eine, beispielsweise eingebundene oder endständige, Carbonsäureestergruppe, zum Beispiel eine acyclische oder cyclische Carbonatgruppe und/oder Estergruppe und/oder Lactongruppe, insbesondere eine acyclische oder cyclische Carbonatgruppe, und/oder mindestens eine Alkylenoxidgruppe, beispielsweise eine Ethylenoxidgruppe, insbesondere eine Oligo- oder Polyalkylenoxidgruppe, beispielsweise eine Oligo- oder Polyethylenoxidgruppe, und/oder gegebenenfalls mindestens eine Polysiloxangruppe und/oder gegebenenfalls mindestens eine Alkylengruppe, beispielsweise eine Methylengruppe und/oder Ethylengruppe und/oder Propylengruppe, und/oder gegebenenfalls mindestens eine, beispielsweise endständige, Alkylgruppe, zum Beispiel Methylgruppe, umfassen.
  • Beispielsweise können die R und/oder R‘ für Fluor und/oder einen lithiumionenleitfähigen Substituenten stehen. So kann vorteilhafterweise die Lithiumionenmobilität erhöht werden. Oder R‘ und/oder R können für Wasserstoff stehen. So kann vorteilhafterweise die Herstellung vereinfacht werden.
  • Die R und/oder R‘ können im Folgenden insbesondere wie vorstehend erläutert ausgestaltet sein.
  • Im Rahmen einer Ausgestaltung dieser Ausführungsform umfasst der mindestens eine einzellithiumionenleitende Polyelektrolyt der mindestens einen Schutzschicht und/oder das mindestens eine lithiumionenleitende oder lithiumionenleitfähige Block-Co-Polymer, insbesondere der mindestens eine Block aus mindestens einem einzellithiumionenleitenden Polyelektrolyten des mindestens einen Block-Co-Polymers, der mindestens einen Schutzschicht und/oder gegebenenfalls der mindestens eine einzellithiumionenleitende Polyelektrolyt der mindestens einen Kontaktschicht mindestens eine, insbesondere einzellithiumionenleitende, Wiederholungseinheit der allgemeinen chemischen Formel
    Figure DE102016226289A1_0027
    und/oder
    Figure DE102016226289A1_0028
    und/oder
    Figure DE102016226289A1_0029
    und/oder
    Figure DE102016226289A1_0030
    und/oder
    Figure DE102016226289A1_0031
    und/oder
    Figure DE102016226289A1_0032
    und/oder
    Figure DE102016226289A1_0033
    und/oder
    Figure DE102016226289A1_0034
    und/oder
    Figure DE102016226289A1_0035
    und/oder
    Figure DE102016226289A1_0036
  • Polymerelektrolyte mit derartigen Wiederholungseinheiten können vorteilhafterweise aus besonders kostengünstigen, gut erhältlichen und/oder umweltfreundlichen Ausgangsmaterialien hergestellt werden.
  • Im Rahmen einer alternativen oder zusätzlichen Ausführungsform umfasst der mindestens eine einzellithiumionenleitende Polyelektrolyt der mindestens einen Schutzschicht und/oder das mindestens eine lithiumionenleitende oder lithiumionenleitfähige Block-Co-Polymer, insbesondere der mindestens eine Block aus mindestens einem einzellithiumionenleitenden Polyelektrolyten des mindestens einen Block-Co-Polymers, der mindestens einen Schutzschicht und/oder gegebenenfalls der mindestens eine einzellithiumionenleitende Polyelektrolyt der mindestens einen Kontaktschicht mindestens eine, insbesondere einzellithiumionenleitende, Wiederholungseinheit der allgemeinen chemischen Formel:
    Figure DE102016226289A1_0037
    und/oder
    Figure DE102016226289A1_0038
  • Dabei stehen R11 bis R17 beziehungsweise R21 bis R23 insbesondere jeweils unabhängig voneinander für Wasserstoff oder Fluor oder einen lithiumionenleitfähigen Substituenten oder eine Alkylgruppe. X1 beziehungsweise X2 stehen dabei insbesondere für einen Spacer, zum Beispiel welcher mindestens ein Sauerstoffatom und/oder 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, insbesondere Ethylenoxidgruppe, und/oder mindestens eine, insbesondere substituierte oder unsubstituierte, Phenylenoxidgruppe und/oder mindestens eine, insbesondere substituierte oder unsubstituierte, Phenylengruppe und/oder mindestens eine, insbesondere substituierte oder unsubstituierte, Benzylengruppe und/oder mindestens eine Carbonylgruppe umfasst. x1 beziehungsweise x2 stehen dabei insbesondere für die Anzahl, insbesondere das Vorhandensein beziehungsweise die Abwesenheit, des Spacers X1 beziehungsweise X2 und können 1 oder 0 sein, wobei beispielsweise bei 1 ein Spacer X1 beziehungsweise X2 vorhanden und bei 0 kein Spacer X1 beziehungsweise X2 vorhanden ist.
  • Der lithiumionenleitfähige Substituent kann zum Beispiel mindestens eine, beispielsweise eingebundene oder endständige, Carbonsäureestergruppe, zum Beispiel eine acyclische oder cyclische Carbonatgruppe und/oder Estergruppe und/oder Lactongruppe, insbesondere eine acyclische oder cyclische Carbonatgruppe, und/oder mindestens eine Alkylenoxidgruppe, beispielsweise eine Ethylenoxidgruppe, insbesondere eine Oligo- oder Polyalkylenoxidgruppe, beispielsweise eine Oligo- oder Polyethylenoxidgruppe, und/oder gegebenenfalls mindestens eine Polysiloxangruppe und/oder gegebenenfalls mindestens eine Alkylengruppe, beispielsweise eine Methylengruppe und/oder Ethylengruppe und/oder Propylengruppe, und/oder gegebenenfalls mindestens eine, beispielsweise endständige, Alkylgruppe, zum Beispiel Methylgruppe, umfassen.
  • Zum Beispiel kann der mindestens eine einzellithiumionenleitende Polyelektrolyt der mindestens einen Schutzschicht und/oder das mindestens eine lithiumionenleitende oder lithiumionenleitfähige Block-Co-Polymer, insbesondere der mindestens eine Block aus mindestens einem einzellithiumionenleitenden Polyelektrolyten des mindestens einen Block-Co-Polymers, der mindestens einen Schutzschicht und/oder gegebenenfalls der mindestens eine einzellithiumionenleitende Polyelektrolyt der mindestens einen Kontaktschicht mindestens eine, insbesondere einzellithiumionenleitende, Wiederholungseinheit der allgemeinen chemischen Formel:
    Figure DE102016226289A1_0039
    und/oder
    Figure DE102016226289A1_0040
    umfassen.
  • Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform umfasst der mindestens eine einzellithiumionenleitende Polyelektrolyt der mindestens einen Schutzschicht und/oder das mindestens eine lithiumionenleitende oder lithiumionenleitfähige Block-Co-Polymer, insbesondere der mindestens eine Block aus mindestens einem lithiumionenleitfähigen Polymer des mindestens einen Block-Co-Polymers, der mindestens einen Schutzschicht und/oder gegebenenfalls der mindestens eine einzellithiumionenleitende Polyelektrolyt der mindestens einen Kontaktschicht weiterhin mindestens eine lithiumionenleitfähige Wiederholungseinheit.
  • Zum Beispiel kann der mindestens eine einzellithiumionenleitende Polyelektrolyt der mindestens einen Schutzschicht und/oder das mindestens eine lithiumionenleitende oder lithiumionenleitfähige Block-Co-Polymer, insbesondere der mindestens eine Block aus mindestens einem lithiumionenleitfähigen Polymer des mindestens einen Block-Co-Polymers, der mindestens einen Schutzschicht und/oder gegebenenfalls der mindestens eine einzellithiumionenleitende Polyelektrolyt und/oder das mindestens eine lithiumionenleitfähige Polymer der mindestens einen Kontaktschicht (weiterhin) mindestens eine lithiumionenleitfähige Wiederholungseinheit der allgemeinen chemischen Formel:
    Figure DE102016226289A1_0041
    und/oder
    Figure DE102016226289A1_0042
    beispielsweise
    Figure DE102016226289A1_0043
    und/oder
    Figure DE102016226289A1_0044
    beispielsweise
    Figure DE102016226289A1_0045
    umfassen.
  • Beispielsweise kann der mindestens eine einzellithiumionenleitende Polyelektrolyt der mindestens einen Schutzschicht und/oder das mindestens eine lithiumionenleitende oder lithiumionenleitfähige Block-Co-Polymer, insbesondere der mindestens eine Block aus mindestens einem lithiumionenleitfähigen Polymer des mindestens einen Block-Co-Polymers, der mindestens einen Schutzschicht und/oder gegebenenfalls der mindestens eine einzellithiumionenleitende Polyelektrolyt und/oder das mindestens eine lithiumionenleitfähige Polymer der mindestens einen Kontaktschicht (weiterhin) mindestens eine lithiumionenleitfähige Wiederholungseinheit der allgemeinen chemischen Formel:
    Figure DE102016226289A1_0046
    und/oder
    Figure DE102016226289A1_0047
    und/oder
    Figure DE102016226289A1_0048
    und/oder
    Figure DE102016226289A1_0049
    und/oder
    Figure DE102016226289A1_0050
    umfassen.
  • R3 kann dabei insbesondere mindestens eine, beispielsweise eingebundene oder endständige, Carbonsäureestergruppe, zum Beispiel eine acyclische oder cyclische Carbonatgruppe und/oder Estergruppe und/oder Lactongruppe, insbesondere eine acyclische oder cyclische Carbonatgruppe, und/oder mindestens eine Alkylenoxidgruppe, beispielsweise eine Ethylenoxidgruppe, insbesondere eine Oligo- oder Polyalkylenoxidgruppe, beispielsweise eine Oligo- oder Polyethylenoxidgruppe, und/oder mindestens eine Polysiloxangruppe umfassen oder sein. Insbesondere kann R3 zumindest mindestens eine, beispielsweise eingebundene oder endständige, Carbonsäureestergruppe, zum Beispiel eine acyclische oder cyclische Carbonatgruppe und/oder Estergruppe und/oder Lactongruppe, insbesondere eine acyclische oder cyclische Carbonatgruppe, umfassen oder sein. Zum Beispiel kann R3 mindestens eine oder auch mehrere derartige Gruppen umfasst, und zum Beispiel ein Mono-, Oligo- oder Polycarbonat umfassen oder sein. Beispielsweise kann R3 jedoch auch mindestens eine Carbonsäureestergruppe, zum Beispiel eine acyclische oder cyclische Carbonatgruppe und/oder Estergruppe und/oder Lactongruppe, insbesondere eine acyclische oder cyclische Carbonatgruppe, und mindestens eine Alkylenoxidgruppe, beispielsweise eine Ethylenoxidgruppe, insbesondere eine Oligo- oder Polyalkylenoxidgruppe, beispielsweise eine Oligo- oder Polyethylenoxidgruppe, umfassen oder sein. Dabei kann die mindestens eine Carbonsäureestergruppe insbesondere eine endständige cyclische Carbonatgruppe und/oder Estergruppe und/oder Lactongruppe und/oder eine eingebundene acyclische Carbonatgruppe umfassen oder sein. Weiterhin kann R3 mindestens eine Alkylengruppe, beispielsweise eine Methylengruppe und/oder Ethylengruppe und/oder Propylengruppe, und/oder beispielsweise mindestens eine, beispielsweise endständige, Alkylgruppe, zum Beispiel Methylgruppe, umfassen. Zum Beispiel kann R3 ein, insbesondere alkylterminiertes, beispielsweise methylterminiertes, Poly(alkylencarbonat), beispielsweise der allgemeinen chemischen Formel: -(O-C=O-O-CH2-CH2-CH2)p-CH3, und/oder ein, insbesondere alkylterminiertes, beispielsweise methylterminiertes, Oligo- oder Polyethylenoxid, insbesondere Polyethylenglycol, beispielsweise der Formel -(CH2-CH2-O)p-CH3, umfassen oder sein.
  • Zum Beispiel kann der mindestens eine einzellithiumionenleitende Polyelektrolyt der mindestens einen Schutzschicht und/oder das mindestens eine lithiumionenleitende oder lithiumionenleitfähige Block-Co-Polymer, insbesondere der mindestens eine Block aus mindestens einem lithiumionenleitfähigen Polymer des mindestens einen Block-Co-Polymers, der mindestens einen Schutzschicht und/oder gegebenenfalls der mindestens eine einzellithiumionenleitende Polyelektrolyt und/oder das mindestens eine lithiumionenleitfähige Polymer der mindestens einen Kontaktschicht weiterhin mindestens eine lithiumionenleitfähige Wiederholungseinheit der allgemeinen chemischen Formel:
    Figure DE102016226289A1_0051
    und/oder
    Figure DE102016226289A1_0052
    und/oder
    Figure DE102016226289A1_0053
    und/oder
    Figure DE102016226289A1_0054
    und/oder
    Figure DE102016226289A1_0055
    umfassen.
  • Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform umfasst der mindestens eine einzellithiumionenleitende Polyelektrolyt der mindestens einen Schutzschicht und/oder das mindestens eine lithiumionenleitende oder lithiumionenleitfähige Block-Co-Polymer der mindestens einen Schutzschicht (weiterhin) mindestens eine mechanisch stabilisierende Wiederholungseinheit.
  • Unter einer mechanisch stabilisierenden Wiederholungseinheit kann insbesondere eine Wiederholungseinheit verstanden werden, welche rigide Gruppen, insbesondere aromatische Gruppen, umfasst. Beispielsweise kann die mechanisch stabilisierende Wiederholungseinheit eine aromatische Gruppe umfassen. Zum Beispiel kann die mechanisch stabilisierende Wiederholungseinheit eine Styrol- und/oder Phenylen-basierte Einheit sein. Die mindestens eine mechanisch stabilisierende Wiederholungseinheit kann insbesondere zur Ausbildung eines mechanisch stabilisierenden Polymers ausgelegt sein. Beispielsweise kann die mindestens eine mechanisch stabilisierende Wiederholungseinheit eine Styrol- und/oder Alkylstyrol-basierte Wiederholungseinheit umfassen oder sein.
  • Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform umfasst oder ist der mindestens eine einzellithiumionenleitende Polyelektrolyt der mindestens einen Schutzschicht und/oder das mindestens eine lithiumionenleitende oder lithiumionenleitfähige Block-Co-Polymer der mindestens einen Schutzschicht und/oder gegebenenfalls der mindestens eine einzellithiumionenleitende Polyelektrolyt und/oder das mindestens eine lithiumionenleitfähige Polymer der mindestens einen Kontaktschicht ein Copolymer, zum Beispiel ein Block-Copolymer, beispielsweise ein Di-Block-Copolymer oder ein Tri-Block-Copolymer, welches mindestens eine einzellithiumionenleitende Wiederholungseinheit, beispielsweise mindestens eine vorstehend beschriebene einzellithiumionenleitende Wiederholungseinheit, und mindestens eine lithiumionenleitfähige Wiederholungseinheit, beispielsweise mindestens eine vorstehend beschriebene lithiumionenleitfähige Wiederholungseinheit, und/oder mindestens eine mechanisch stabilisierende Wiederholungseinheit, beispielsweise mindestens eine Styrol- und/oder Alkylstyrol-basierte, Wiederholungseinheit, umfasst.
  • Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform ist der mindestens eine einzellithiumionenleitende Polyelektrolyt der mindestens einen Schutzschicht und/oder das mindestens eine lithiumionenleitende oder lithiumionenleitfähige Block-Co-Polymer der mindestens einen Schutzschicht und/oder gegebenenfalls der mindestens eine einzellithiumionenleitende Polyelektrolyt und/oder das mindestens eine lithiumionenleitfähige Polymer der mindestens einen Kontaktschicht Bestandteil einer Polymermischung, welche (weiterhin) mindestens einen einzellithiumionenleitenden Polyelektrolyten, beispielsweise mit mindestens einer vorstehend beschriebenen einzellithiumionenleitenden Wiederholungseinheit, und/oder mindestens ein lithiumionenleitfähiges Polymer, beispielsweise mit mindestens einer vorstehend beschriebenen lithiumionenleitfähigen Wiederholungseinheit, und/oder mindestens ein mechanisch stabilisierendes Polymer, beispielsweise mindestens ein Styrol- und/oder Alkylstyrol-basiertes Polymer, umfasst.
  • Geeignete einzellithiumionenleitende Polyelektrolyte werden beispielsweise in der Druckschrift WO 2015/185337 A2 und in der deutschen Patentanmeldung 10 2016 207 081.9 beschrieben.
  • Die Eigenschaften, zum Beispiel die Härte beziehungsweise Weichheit, beispielsweise das Schermodul, des mindestens einen einzellithiumionenleitenden Polyelektrolyten und/oder des mindestens einen lithiumionenleitenden oder lithiumionenleitfähigen Block-Co-Polymers der mindestens einen Schutzschicht und/oder des mindestens einen einzellithiumionenleitenden Polyelektrolyt und/oder des mindestens einen Polymerelektrolyten, insbesondere des mindestens einen lithiumionenleitfähigen Polymers des mindestens einen Polymerelektrolyten, der mindestens einen Kontaktschicht können sehr gut über das Molekulargewicht und/oder Wiederholungseinheit/en und/oder den Polymerrücken und/oder Seitenketten und/oder funktionelle Gruppen und/oder Copolymerisation eingestellt werden.
  • Der mindestens eine einzellithiumionenleitende Polyelektrolyt der mindestens einen Schutzschicht und/oder das mindestens eine lithiumionenleitende oder lithiumionenleitfähige Block-Co-Polymer, beispielsweise der mindestens eine Block aus mindestens einem einzellithiumionenleitenden Polyelektrolyten des mindestens einen Block-Co-Polymers, der mindestens einen Schutzschicht kann insbesondere mindestens eine Wiederholungseinheit mit einer rigiden Polymerrücken bildenden Einheit und/oder mit sperrigen Seitengruppen umfassen und/oder eine hohe Glasübergangstemperatur, beispielsweise von ≥ 100 °C, aufweisen und/oder vernetzt sein. So kann die Härte, beispielsweise das Schermodul, des mindestens einen einzellithiumionenleitenden Polyelektrolyten und/oder des mindestens einen lithiumionenleitenden oder lithiumionenleitfähigen Block-Co-Polymers der mindestens einen Schutzschicht erhöht werden.
  • Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform umfasst der mindestens eine einzellithiumionenleitende Polyelektrolyt der mindestens einen Schutzschicht und/oder das mindestens eine lithiumionenleitende oder lithiumionenleitfähige Block-Co-Polymer, beispielsweise der mindestens eine Block aus mindestens einem einzellithiumionenleitenden Polyelektrolyten des mindestens einen Block-Co-Polymers, der mindestens einen Schutzschicht mindestens eine Styrol-basierte Wiederholungseinheit und/oder ein Polystyrol und/oder mindestens eine Acrylat-basierte Wiederholungseinheit und/oder ein Polyacrylat. Acrylat-basiert Wiederholungseinheiten und/oder Polyacrylate können dabei insbesondere vernetzt sein. So kann ein mechanisch stabiler und/oder rigider Polymerrücken ausgebildet und dadurch Lithium-Dendriten an einer Perforation der mindestens einen Schutzschicht gehindert und damit die Lebensdauer der Lithium-Zelle und/oder -Batterie verlängert werden.
  • Unter einer Styrol-basierten Wiederholungseinheit kann insbesondere eine Wiederholungseinheit verstanden werden, welche durch Polymerisation von Styrol und/oder eines Styrol-Derivats, beispielsweise welches durch einfache oder mehrfache Substitution und/oder Funktionalisierung von Styrol ableitbar ist, erhältlich ist.
  • Unter einer Acrylat-basierten Wiederholungseinheit kann insbesondere eine Wiederholungseinheit verstanden werden, welche durch Polymerisation eines Acrylsäureesters und/oder eines Acrylsäureester-Derivats, beispielsweise welches durch einfache oder mehrfache Substitution und/oder Funktionalisierung von Acrylsäure ableitbar ist, erhältlich ist.
  • Darüber hinaus kann der mindestens eine einzellithiumionenleitende Polyelektrolyt der mindestens einen Schutzschicht und/oder das mindestens eine lithiumionenleitende oder lithiumionenleitfähige Block-Co-Polymer der mindestens einen Schutzschicht mindestens eine weitere Wiederholungseinheit umfassen. So können beispielsweise weitere Eigenschaftsverbesserungen erzielt werden. Zum Beispiel kann der mindestens eine einzellithiumionenleitende Polyelektrolyt der mindestens einen Schutzschicht und/oder das mindestens eine lithiumionenleitende oder lithiumionenleitfähige Block-Co-Polymer der mindestens einen Schutzschicht mindestens eine weitere Wiederholungseinheit umfassen, beispielsweise welche zur Kontaktverbesserung zwischen der mindestens einen Schutzschicht und der mindestens einen Kontaktschicht ausgelegt ist.
  • Darüber hinaus kann der mindestens eine einzellithiumionenleitende Polyelektrolyt der mindestens einen Schutzschicht und/oder das mindestens eine lithiumionenleitende oder lithiumionenleitfähige Block-Co-Polymer, beispielsweise der mindestens eine Block aus mindestens einem einzellithiumionenleitenden Polyelektrolyten und/oder der mindestens eine Block aus mindestens einem lithiumionenleitfähigen Polymer des mindestens einen Block-Co-Polymers, der mindestens einen Schutzschicht mindestens eine weitere funktionelle Gruppe umfassen. So können beispielsweise weitere Eigenschaftsverbesserungen erzielt werden. Zum Beispiel kann der mindestens eine einzellithiumionenleitende Polyelektrolyt der mindestens einen Schutzschicht und/oder das mindestens eine lithiumionenleitende oder lithiumionenleitfähige Block-Co-Polymer, beispielsweise der mindestens eine Block aus mindestens einem einzellithiumionenleitenden Polyelektrolyten und/oder der mindestens eine Block aus mindestens einem lithiumionenleitfähigen Polymer des mindestens einen Block-Co-Polymers, der mindestens einen Schutzschicht mindestens eine weitere funktionelle Gruppe, beispielsweise welche zur Kontaktverbesserung zwischen der mindestens einen Schutzschicht und der mindestens einen Kontaktschicht ausgelegt ist, zum Beispiel mindestens eine Carboxygruppe und/oder Sulfonatgruppe und/oder Carbonylgruppe, umfassen. Carboxy-, Sulfonat- und/oder Carbonylgruppe haben sich als kontaktvermittelnde und/oder haftvermittelnde funktionelle Gruppe als besonders vorteilhaft erwiesen.
  • Insbesondere kann der mindestens eine einzellithiumionenleitende Polyelektrolyt der mindestens einen Schutzschicht und/oder das mindestens eine lithiumionenleitende oder lithiumionenleitfähige Block-Co-Polymer, beispielsweise der mindestens eine Block aus mindestens einem einzellithiumionenleitenden Polyelektrolyten des mindestens einen Block-Co-Polymers, der mindestens einen Schutzschicht Lithiumsulfonatgruppen und/oder Lithiumtrifluorboratgruppen und/oder Lithiumcarboxylatgruppen umfassen.
  • Im Rahmen einer speziellen Ausführungsform umfasst der mindestens eine einzellithiumionenleitende Polyelektrolyt der mindestens einen Schutzschicht und/oder das mindestens eine lithiumionenleitende oder lithiumionenleitfähige Block-Co-Polymer, beispielsweise der mindestens eine Block aus mindestens einem einzellithiumionenleitenden Polyelektrolyten des mindestens einen Block-Co-Polymers, der mindestens einen Schutzschicht Lithiumtrifluorboratgruppen und/oder Lithiumsulfonatgruppen. Insbesondere durch Lithiumtrifluorboratgruppen und/oder Lithiumsulfonatgruppen kann vorteilhafterweise eine, vergleichsweise schwache und damit die lonenmobilität und lonenleitfähigkeit erhöhende Koordination von Kationen, insbesondere Lithiumionen, erzielt werden.
  • Zum Beispiel kann der mindestens eine einzellithiumionenleitende Polyelektrolyt der mindestens einen Schutzschicht und/oder das mindestens eine lithiumionenleitende oder lithiumionenleitfähige Block-Co-Polymer, beispielsweise der mindestens eine Block aus mindestens einem einzellithiumionenleitenden Polyelektrolyten des mindestens einen Block-Co-Polymers, der mindestens einen Schutzschicht mit Lithiumsulfonatgruppen funktionalisierte Styrol-basierte Wiederholungseinheiten und/oder ein mit Lithiumsulfonatgruppen funktionalisiertes Polystyrol und/oder mit Lithiumsulfonatgruppen funktionalisierte, insbesondere vernetzte, Acrylat-basierte Wiederholungseinheiten und/oder ein mit Lithiumsulfonatgruppen funktionalisiertes, insbesondere vernetztes, Polyacrylat umfassen oder sein.
  • Der mindestens eine einzellithiumionenleitende Polyelektrolyt und/oder der mindestens eine Polymerelektrolyt, insbesondere das mindestens eine lithiumionenleitfähige Polymer des mindestens einen Polymerelektrolyten, der mindestens einen Kontaktschicht kann insbesondere beispielsweise über das Molekulargewicht und/oder Wiederholungseinheit/en und/oder den Polymerrücken und/oder Seitenketten und/oder funktionelle Gruppen und/oder Copolymerisation dahingehend eingestellt werden, dass, insbesondere über einen weiten Temperaturbereich, eine gute Kontaktvermittlung und/oder eine hohe Flexibilität bei gleichzeitig hoher ionische Leitfähigkeit gewährleisten werden kann.
  • Der mindestens eine einzellithiumionenleitende Polyelektrolyt und/oder der mindestens eine Polymerelektrolyt, insbesondere das mindestens eine lithiumionenleitfähige Polymer des mindestens einen Polymerelektrolyten, der mindestens einen Kontaktschicht kann insbesondere eine oder mehrere Wiederholungseinheit mit einer flexiblen Polymerrücken bildenden Einheit und/oder mit flexiblen Seitengruppen umfassen und/oder eine geringe Glasübergangstemperatur, insbesondere eine geringere Glasübergangstemperatur als der mindestens eine einzellithiumionenleitende Polyelektrolyt und/oder das mindestens eine lithiumionenleitende oder lithiumionenleitfähige Block-Co-Polymer der mindestens einen Schutzschicht, aufweisen und/oder unvernetzt sein.
  • Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform umfasst der mindestens eine einzellithiumionenleitende Polyelektrolyt und/oder der mindestens eine Polymerelektrolyt, insbesondere das mindestens eine lithiumionenleitfähige Polymer des mindestens einen Polymerelektrolyten, der mindestens einen Kontaktschicht mindestens eine Ether umfassende Wiederholungseinheit, insbesondere mindestens eine Ethylenoxid-basierte Wiederholungseinheit und/oder mindestens eine oligo- oder polyethersubstituierte Wiederholungseinheit, und/oder einen Polyether, insbesondere ein Polyethylenoxid.
  • Unter einer Ethylenoxid-basierten Wiederholungseinheit kann insbesondere eine Wiederholungseinheit verstanden werden, welche durch Polymerisation von Ethylenoxid und/oder eines Ethylenoxid-Derivats, beispielsweise welches durch einfache oder mehrfache Substitution und/oder Funktionalisierung von Ethylenoxid ableitbar ist, erhältlich ist.
  • So kann der mindestens eine einzellithiumionenleitende Polyelektrolyt und/oder der mindestens eine Polymerelektrolyt, insbesondere das mindestens eine lithiumionenleitfähige Polymer des mindestens einen Polymerelektrolyten, der mindestens einen Kontaktschicht weich beziehungsweise flexibel ausgestaltet werden und beispielsweise dessen Schermodul reduziert werden.
  • Darüber hinaus kann der mindestens eine einzellithiumionenleitende Polyelektrolyt und/oder der mindestens eine Polymerelektrolyt, insbesondere das mindestens eine lithiumionenleitfähige Polymer des mindestens einen Polymerelektrolyten, der mindestens einen Kontaktschicht mindestens eine weitere Wiederholungseinheit umfassen. So können beispielsweise weitere Eigenschaftsverbesserungen erzielt werden. Zum Beispiel kann der mindestens eine einzellithiumionenleitende Polyelektrolyt und/oder der mindestens eine Polymerelektrolyt, insbesondere das mindestens eine lithiumionenleitfähige Polymer des mindestens einen Polymerelektrolyten, der mindestens einen Kontaktschicht mindestens eine weitere Wiederholungseinheit umfassen, beispielsweise welche zur Kontaktverbesserung zwischen der mindestens einen Schutzschicht und der mindestens einen Kontaktschicht ausgelegt ist.
  • Darüber hinaus kann der mindestens eine einzellithiumionenleitende Polyelektrolyt und/oder der mindestens eine Polymerelektrolyt, insbesondere das mindestens eine lithiumionenleitfähige Polymer des mindestens einen Polymerelektrolyten, der mindestens einen Kontaktschicht mindestens eine weitere funktionelle Gruppe umfassen. So können beispielsweise weitere Eigenschaftsverbesserungen erzielt werden. Zum Beispiel kann der mindestens eine einzellithiumionenleitende Polyelektrolyt und/oder der mindestens eine Polymerelektrolyt, insbesondere das mindestens eine lithiumionenleitfähige Polymer des mindestens einen Polymerelektrolyten, der mindestens einen Kontaktschicht mindestens eine weitere funktionelle Gruppe, beispielsweise welche zur Kontaktverbesserung zwischen der mindestens einen Schutzschicht und der mindestens einen Kontaktschicht ausgelegt ist, zum Beispiel mindestens eine Carboxygruppe und/oder Sulfonatgruppe und/oder Carbonylgruppe, umfassen. So kann vorteilhafterweise die Anbindung der mindestens einen Kontaktschicht an der mindestens einen Schutzschicht und/oder an der Elektrode, insbesondere Anode und/oder Kathode, verbessert werden.
  • Insbesondere kann der mindestens eine einzellithiumionenleitende Polyelektrolyt der mindestens einen Kontaktschicht Lithiumsulfonatgruppen und/oder Lithiumtrifluorboratgruppen und/oder Lithiumcarboxylatgruppen umfassen.
  • Im Rahmen einer Ausgestaltung umfasst der mindestens eine einzellithiumionenleitende Polyelektrolyt der mindestens einen Kontaktschicht Lithiumtrifluorboratgruppen und/oder Lithiumsulfonatgruppen. Insbesondere durch Lithiumtrifluorboratgruppen und/oder Lithiumsulfonatgruppen kann vorteilhafterweise eine, vergleichsweise schwache und damit die lonenmobilität und lonenleitfähigkeit erhöhende Koordination von Kationen, insbesondere Lithiumionen, erzielt werden.
  • Zum Beispiel kann der mindestens eine einzellithiumionenleitende Polyelektrolyt der mindestens einen Kontaktschicht mit Lithiumsulfonatgruppen funktionalisierte Ethylenoxid-basierte Wiederholungseinheiten und/oder ein mit Lithiumsulfonatgruppen funktionalisiertes Polyethylenoxid und/oder der mindestens eine Polymerelektrolyt, insbesondere das mindestens eine lithiumionenleitfähige Polymer des mindestens einen Polymerelektrolyten, der mindestens einen Kontaktschicht Ethylenoxid-basierte Wiederholungseinheiten und/oder ein Polyethylenoxid, zum Beispiel Polyethylenoxid und/oder Siloxanfunktionalisiertes Polyethylenoxid, umfassen oder sein.
  • Im Rahmen einer speziellen Ausführungsform weist das mindestens eine lithiumionenleitfähige Polymer des mindestens einen Polymerelektrolyten der mindestens einen Kontaktschicht eine Hautkette und mindestens eine Seitenkette auf.
  • Im Rahmen einer Ausgestaltung hiervon weist das mindestens eine lithiumionenleitfähige Polymer des mindestens einen Polymerelektrolyten der mindestens einen Kontaktschicht mindestens zwei oder mehr Seitenketten auf. Über die Zahl und/oder Anordnung der Seitenketten können verschiedene geometrische Strukturen, wie Kammpolymere, hyperverzweigte Polymere, et cetera, realisiert werden, was sich vorteilhaft auf die kontaktvermittelden Eigenschaften der mindestens einen Kontaktschicht auswirken kann. Zum Beispiel kann das mindestens eine lithiumionenleitfähige Polymer der mindestens einen Kontaktschicht ein Kammpolymer und/oder ein verzeigtes, insbesondere hyperverzweigtes, Polymer sein.
  • Die Hauptkette und/oder die mindestens eine Seitenkette, beispielsweise die mindestens zwei oder mehr Seitenketten, des mindestens einen lithiumionenleitfähigen Polymers der mindestens einen Kontaktschicht kann beispielsweise mindestens eine Ether umfassende Wiederholungseinheit, insbesondere mindestens eine Ethylenoxid-basierte Wiederholungseinheit und/oder mindestens eine oligo- oder polyethersubstituierte, beispielsweise Acrylat-basierte, Wiederholungseinheit, und/oder einen Polyether, insbesondere ein Polyethylenoxid, und/oder mindestens eine, beispielsweise oligo- oder polyethersubstituierte, Acrylat-basierte Wiederholungseinheit und/oder ein, insbesondere oligo- oder polyethersubstituiertes, Polyacrylat und/oder mindestens eine Carbonat-basierte Wiederholungseinheit und/oder ein Polycarbonat und/oder mindestens eine Siloxan-basierte Wiederholungseinheit und/oder ein Polysiloxan und/oder mindestens eine Sulfid-basierte Wiederholungseinheit, beispielsweise eine Alkylensulfid-basierte, zum Beispiel Ethylensulfid-basierte, Wiederholungseinheit, und/oder ein Sulfid-basiertes Polymer, beispielsweise ein Polyalkylensulfid, zum Beispiel Polyethylensulfid, umfassen.
  • Insbesondere kann die Hauptkette und/oder die mindestens eine Seitenkette, beispielsweise die mindestens zwei oder mehr Seitenketten, des mindestens einen lithiumionenleitfähigen Polymers der mindestens einen Kontaktschicht zumindest mindestens eine Ether umfassende Wiederholungseinheit, insbesondere mindestens eine Ethylenoxid-basierte Wiederholungseinheit und/oder mindestens eine oligo- oder polyethersubstituierte, beispielsweise Acrylat-basierte, Wiederholungseinheit, und/oder einen Polyether, insbesondere ein Polyethylenoxid, insbesondere als lithiumionenleitfähige Einheit/en, umfassen.
  • Gegebenenfalls kann die Hauptkette und/oder die mindestens eine Seitenkette, beispielsweise die mindestens zwei oder mehr Seitenketten, des mindestens einen lithiumionenleitfähigen Polymers der mindestens einen Kontaktschicht weiterhin mindestens eine Styrol-basierte Einheit und/oder ein Polystyrol umfassen. So kann die vorteilhafterweise die mechanische Stabilität erhöht werden.
  • Das mindestens eine Lithium-Leitsalz kann beispielsweise Lithiumbis-(trifluormethansulfonyl)imid (LiTFSI) und/oder Lithiumhexafluorophosphat (LiPF6) 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 (Lil) und/oder Lithiumchlorid (LiCI), insbesondere Lithiumbis(trifluormethansulfonyl)imid (LiTFSI), umfassen oder sein.
  • Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform ist der Separator ein Multilagenseparator. Insbesondere kann der Separator dabei mindestens zwei Schutzschichten und beispielsweise mindestens drei Kontaktschichten aufweisen. So kann die Dendritenbeständigkeit und damit die Lebensdauer einer damit ausgestatteten Lithium-Zelle und/oder -Batterie vorteilhafterweise weiter gesteigert werden.
  • Zum Beispiel kann der Separator zumindest eine erste, gegebenenfalls äußere, Schutzschicht und eine zweite, gegebenenfalls äußere, Schutzschicht umfassen. Dabei kann insbesondere die Außenseite der ersten (äußeren) Schutzschicht mit einer ersten äußeren Kontaktschicht und die Außenseite der zweiten (äußeren) Schutzschicht mit einer zweiten äußeren Kontaktschicht versehen, insbesondere beschichtet, sein. Zwischen der ersten und zweiten (äußeren) Schutzschicht kann dabei insbesondere mindestens eine innere Kontaktschicht ausgebildet sein.
  • Im Rahmen einer Ausgestaltung kann dabei zwischen der ersten (äußeren) Schutzschicht und der zweiten (äußeren) Schutzschicht mindestens eine innere Schutzschicht angeordnet sein. Zwischen den äußeren Schutzschichten und der mindestens einen inneren Schutzschicht und gegebenenfalls zwischen den inneren Schutzschichten kann dabei jeweils eine innere Kontaktschicht ausgebildet sein.
  • Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung ist die mindestens eine Kontaktschicht, beispielsweise der mindestens eine einzellithiumionenleitende Polyelektrolyt und/oder der mindestens eine Polymerelektrolyt, insbesondere das mindestens eine lithiumionenleitfähige Polymer, der mindestens einen Kontaktschicht durch in-situ Polymerisation auf der mindestens einen Schutzschicht und/oder auf einer Elektrode, beispielsweise Anode und/oder Kathode, zum Beispiel auf einer später erläuterten Elektrodenschicht, beispielsweise Anodenschicht und/oder Kathodenschicht, hergestellt und/oder durch einen Beschichtungsprozess darauf aufgebracht. Durch eine in-situ-Polymerisation kann vorteilhafterweise die Kontaktierung weiter verbessert und dadurch die Lebensdauer einer damit ausgestatteten Lithium-Zelle und/oder -Batterie weiter verlängert werden.
  • Vor der in-situ-Polymerisation und/oder dem Beschichtungsprozess kann die mindestens eine Schutzschicht und/oder die Elektrode, beispielsweise Anode und/oder Kathode, zum Beispiel die später erläuterte Elektrodenschicht, beispielsweise Anodenschicht und/oder Kathodenschicht, aufgeraut worden sein. So kann vorteilhafterweise die Kontaktoberflächen vergrößert und auf diese Weise die Kontaktierung weiter verbessert und dadurch die Lebensdauer einer damit ausgestatteten Lithium-Zelle und/oder -Batterie weiter verlängert werden.
  • Der Separator kann sowohl in reinen Lithium-Festelektrolyt-Zellen und/oder - Batterien, als auch in Lithium-Zellen und/oder -Batterien, die - insbesondere zusätzlich - mindestens einen Flüssigelektrolyten enthalten, verwendet werden. Beispielsweise kann daher der Separator für eine Lithium-Festelektrolyt- und/oder -Flüssigelektrolyt-Zelle und/oder -Batterie ausgelegt sein beziehungsweise darin eingesetzt werden. Insbesondere kann der Separator für eine später erläuterte erfindungsgemäße Lithium-Zelle und/oder -Batterie ausgelegt sein beziehungsweise darin eingesetzt werden.
  • Hinsichtlich weiterer technischer Merkmale und Vorteile des erfindungsgemäßen Separators wird hiermit explizit auf die Erläuterungen im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Elektrode, der erfindungsgemäßen Zelle und/oder Batterie und dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren sowie auf die Figuren und die Figurenbeschreibung verwiesen.
  • Darüber hinaus betrifft die Erfindung eine Elektrode, insbesondere eine Anode und/oder eine Kathode, für eine Lithium-Zelle und/oder -Batterie, insbesondere für eine Lithium-Metall-Zelle und/oder -Batterie, welche eine Elektrodenschicht, insbesondere eine, beispielsweise metallisches Lithium umfassende, Anodenschicht, zum Beispiel eine metallische Lithiumschicht, und/oder eine Kathodenschicht, mindestens eine Schutzschicht und mindestens eine Kontaktschicht umfasst. Dabei ist zumindest zwischen der Elektrodenschicht und der mindestens einen Schutzschicht eine Kontaktschicht ausgebildet.
  • Die mindestens eine Schutzschicht umfasst dabei insbesondere mindestens einen einzellithiumionenleitenden Polyelektrolyten und/oder mindestens ein lithiumionenleitendes oder lithiumionenleitfähiges Block-Co-Polymer oder ist daraus ausgebildet.
  • Die mindestens eine Kontaktschicht umfasst dabei insbesondere mindestens einen einzellithiumionenleitenden Polyelektrolyten und/oder mindestens einen Polymerelektrolyten aus mindestens einem lithiumionenleitfähigen Polymer und mindestens einem Lithium-Leitsalz oder ist daraus ausgebildet.
  • Die mindestens eine Kontaktschicht ist dabei insbesondere weicher als die mindestens eine Schutzschicht.
  • Des Weiteren können die mindestens eine Schutzschicht und die mindestens eine Kontaktschicht beispielsweise wie im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Separator erläutert ausgestaltet sein.
  • Die Elektrode kann sowohl in reinen Lithium-Festelektrolyt-Zellen und/oder - Batterien, als auch in Lithium-Zellen und/oder -Batterien, die - insbesondere zusätzlich - mindestens einen Flüssigelektrolyten enthalten, verwendet werden. Beispielsweise kann daher die Elektrode, zum Beispiel Anode oder Kathode, für eine Lithium-Festelektrolyt- und/oder -Flüssigelektrolyt-Zelle und/oder -Batterie ausgelegt sein beziehungsweise darin eingesetzt werden. Insbesondere kann die Elektrode, zum Beispiel Anode oder Kathode, für eine später erläuterte erfindungsgemäße Lithium-Zelle und/oder -Batterie ausgelegt sein beziehungsweise darin eingesetzt werden.
  • Hinsichtlich weiterer technischer Merkmale und Vorteile der erfindungsgemäßen Elektrode wird hiermit explizit auf die Erläuterungen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Separator, der erfindungsgemäßen Zelle und/oder Batterie und dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren sowie auf die Figuren und die Figurenbeschreibung verwiesen.
  • Ferner betrifft die Erfindung eine Lithium-Zelle und/oder -Batterie, insbesondere eine Lithium-Metall-Zelle und/oder -Batterie, welche eine, beispielsweise metallisches Lithium umfassende, Anode, zum Beispiel eine metallische Lithiumanode, und eine Kathode umfasst. Dabei ist zwischen der Anode und der Kathode mindestens eine Schutzschicht und mindestens eine Kontaktschicht angeordnet beziehungsweise ausgebildet.
  • Die mindestens eine Schutzschicht umfasst dabei insbesondere mindestens einen einzellithiumionenleitenden Polyelektrolyten und/oder mindestens ein lithiumionenleitendes oder lithiumionenleitfähiges Block-Co-Polymer oder ist daraus ausgebildet.
  • Die mindestens eine Kontaktschicht umfasst dabei insbesondere mindestens einen einzellithiumionenleitenden Polyelektrolyten und/oder mindestens einen Polymerelektrolyten aus mindestens einem lithiumionenleitfähigen Polymer und mindestens einem Lithium-Leitsalz oder ist daraus ausgebildet.
  • Die mindestens eine Kontaktschicht ist dabei insbesondere weicher als die mindestens eine Schutzschicht.
  • Des Weiteren können die mindestens eine Schutzschicht und die mindestens eine Kontaktschicht beispielsweise wie im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Separator erläutert ausgestaltet sein.
  • Insbesondere kann dabei zwischen der Anode und der Kathode ein erfindungsgemäßer Separator vorgesehen beziehungsweise die Anode oder die Kathode eine erfindungsgemäße Elektrode sein.
  • Die Lithium-Zelle und/oder -Batterie kann eine reine Lithium-Festelektrolyt-Zelle und/oder -Batterie als auch eine Lithium-Zelle und/oder -Batterie, die - insbesondere zusätzlich - mindestens einen Flüssigelektrolyten enthält, sein. Beispielsweise kann daher die Lithium-Zelle und/oder -Batterie eine Lithium-Festelektrolyt- und/oder -Flüssigelektrolyt-Zelle und/oder -Batterie sein.
  • Die Lithium-Zelle und/oder -Batterie kann beispielsweise für ein Fahrzeug, zum Beispiel ein Elektrofahrzeug und/oder Hybridfahrzeug und/oder ein Plugin-Hybridfahrzeug, und/oder für ein Elektrogerät, zum Beispiel für ein Elektro- und/oder Gartenwerkzeug und/oder für ein Elektronikgerät, wie einen Laptop-, PDA- und/oder Tablet-PC und/oder ein Mobiltelefon und/oder eine andere Consumeranwendung, ausgelegt sein und/oder darin verwendet werden.
  • Hinsichtlich weiterer technischer Merkmale und Vorteile der erfindungsgemäßen Zelle und/oder Batterie wird hiermit explizit auf die Erläuterungen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Separator und der erfindungsgemäßen Elektrode und dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren sowie auf die Figuren und die Figurenbeschreibung verwiesen.
  • Schließlich betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Separators, insbesondere eines erfindungsgemäßen Separators, und/oder einer Elektrode, insbesondere einer erfindungsgemäßen Elektrode, beispielsweise Anode und/oder Kathode, für eine Lithium-Zelle und/oder -Batterie, beispielsweise für eine Lithium-Metall-Zelle und/oder -Batterie, insbesondere für eine erfindungsgemäße Lithium-Zelle und/oder -Batterie, und/oder zur Herstellung einer Lithium-Zelle und/oder -Batterie, beispielsweise Lithium-Metall-Zelle und/oder -Batterie, insbesondere einer erfindungsgemäßen Lithium-Zelle und/oder -Batterie, in dem mindestens eine Schutzschicht und/oder mindestens eine Elektrodenschicht, beispielsweise eine, insbesondere metallisches Lithium umfassende, Anodenschicht, zum Beispiel eine metallische Lithiumanode, und/oder eine Kathodenschicht, mit einem Material zur Ausbildung mindestens einer Kontaktschicht beschichtet wird, wobei die mindestens eine Schutzschicht und/oder die mindestens eine Elektrodenschicht vor dem Beschichten aufgeraut wird und/oder wobei das Material zur Ausbildung mindestens einer Kontaktschicht, insbesondere in-situ, auf der mindestens einen Schutzschicht und/oder der mindestens einen Elektrodenschicht polymerisiert wird. Durch Aufrauhen und/oder eine in-situ-Polymerisation kann vorteilhafterweise die Kontaktierung (weiter) verbessert und dadurch die Lebensdauer einer damit ausgestatteten Lithium-Zelle und/oder -Batterie (weiter) verlängert werden.
  • Das Material zur Ausbildung mindestens einer Kontaktschicht kann insbesondere zur Ausbildung einer - wie im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Separator erläutert ausgestalteten - Kontaktschicht ausgelegt sein.
  • Die mindestens eine Schutzschicht und/oder die mindestens eine Elektrodenschicht können beispielsweise wie im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Separator und/oder der erfindungsgemäßen Elektrode erläutert ausgestaltet sein.
  • Ein erfindungsgemäßer beziehungsweise erfindungsgemäß hergestellter Separator und/oder eine erfindungsgemäße beziehungsweise erfindungsgemäß hergestellte Elektrode und/oder eine erfindungsgemäße beziehungsweise erfindungsgemäß hergestellte Lithium-Zelle und/oder -Batterie kann beispielsweise mittels Spektroskopiemethoden, wie Kernresonanzspektroskopie (NMR) und/oder Infrarotspektroskopie (IR), und/oder mittels Oberflächenanalysemethoden analysiert werden.
  • Hinsichtlich weiterer technischer Merkmale und Vorteile des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens wird hiermit explizit auf die Erläuterungen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Separator und der erfindungsgemäßen Elektrode und der erfindungsgemäßen Lithium-Zelle und/oder -Batterie sowie auf die Figuren und die Figurenbeschreibung verwiesen.
  • Figurenliste
  • 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
    • 1 einen schematischen Querschnitt durch eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Lithium-Zelle und/oder -Batterie;
    • 2 einen schematischen Querschnitt durch eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Separators mit einem sandwichartigen Aufbau; und
    • 3 einen schematischen Querschnitt durch eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Separators in Form eines Multilagenseparators.
  • 1 zeigt, dass die Lithium-Zelle und/oder -Batterie 1 eine Anode 2, beispielsweise eine metallische Lithiumanode, und eine Kathode 3 umfasst. Zwischen der Anode 2 und der Kathode 3 sind dabei eine Schutzschicht 4a und mindestens eine Kontaktschicht 4b,4b' angeordnet.
  • Dabei kann zwischen der Anode 2 und der Kathode 3 lediglich eine Kontaktschicht, beispielsweise eine anodenseitige Kontaktschicht oder eine kathodenseitige Kontaktschicht, angeordnet sein (nicht dargestellt) oder können zwischen der Anode 2 und der Kathode 3 wie in 1 dargestellt zwei Kontaktschichten 4b,4b', beispielsweise eine anodenseitige Kontaktschicht 4b und eine kathodenseitige Kontaktschicht 4b', angeordnet sein.
  • Die Schutzschicht 4a ist dabei rigide und dient dazu Lithium-Dentriten von der Anode 2 an einem Hindurchwachsen zu der Kathode 3 zu hindern. Dazu umfasst die Schutzschicht 4a mindestens einen einzellithiumionenleitenden Polyelektrolyten und/oder mindestens ein lithiumionenleitendes oder lithiumionenleitfähiges Block-Co-Polymer oder ist daraus ausgebildet.
  • Die Kontaktschichten 4b,4b' sind dabei weicher als die Schutzschicht 4a und dienen als Kontaktvermittler zwischen der Schutzschicht 4a und der Anode 2 einerseits beziehungsweise der Kathode 3 andererseits. Dazu umfassen die Kontaktschichten 4b,4b' mindestens einen einzellithiumionenleitenden Polyelektrolyten und/oder mindestens einen Polymerelektrolyten, welcher mindestens ein lithiumionenleitfähiges Polymer und mindestens ein Lithium-Leitsalz umfasst, oder sind daraus ausgebildet. Dabei können die Kontaktschichten 4b,4b' gleich oder unterschiedlich zueinander ausgebildet sein.
  • Die in 1 gezeigte Kontaktschicht-Schutzschicht-Kontaktschicht-Anordnung 4b-4a-4b' kann sowohl Bestandteil eines Separator 4 in Form einer beidseitig mit jeweils einer Kontaktschicht 4b,4b' versehenen, beispielsweise beschichteten, Schutzschicht 4a als auch Bestandteil einer oder beider Elektroden 2,3, beispielsweise in Form einer Schichtanordnung aus einer Elektrodenschicht 2,3, der einen Kontaktschicht 4b,4b' und der Schutzschicht 4a sowie gegebenenfalls der anderen Kontaktschicht 4b',4b, sein.
  • 2 zeigt eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Separators 4 mit einem sandwichartigen Aufbau. Dabei weist der sandwichartige Separator 4 eine Schutzschicht 4a auf, welche beidseitig mit jeweils einer Kontaktschicht 4b,4b' versehenen, beispielsweise beschichteten, ist, so dass die Schutzschicht 4a in den Kontaktschichten 4b,4b' eingebettet ist.
  • 2 zeigt weiterhin, dass die Kontaktschichten 4b,4b', insbesondere angrenzend an die Hauptflächen H der Schutzschicht 4a, eine Schichtdicke d, beispielsweise in einem Bereich von ≥ 500 nm bis ≤ 5 µm , aufweisen.
  • 3 zeigt eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Separators 4 in Form eines Multilagenseparators. Dabei weist der Multilagenseparator 4 zwei Schutzschichten 4a und drei Kontaktschichten 4b,4b‘,4b“ auf. Insbesondere umfasst dabei der Multilagenseparator 4 eine erste und zweite Schutzschicht 4a. Zwischen der ersten und zweiten Schutzschicht 4a ist dabei eine innere Kontaktschicht 4b“ vorgesehen. Zudem sind die Außenseiten der ersten und zweiten Schutzschicht 4a jeweils mit einer äußeren Kontaktschicht 4b,4b' versehen, insbesondere beschichtet. Durch einen derartigen Aufbau kann die Dendritenbeständigkeit des Separators 4 und damit die Lebensdauer einer damit ausgestatteten Lithium-Zelle und/oder -Batterie vorteilhafterweise weiter gesteigert 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
    • US 2013/0017432 A1 [0007]
    • US 2015/0188108 A1 [0008]
    • EP 2648265 A1 [0009]
    • US 2013/0149616 A1 [0010]
    • DE 102013220785 A1 [0011]
    • US 5925483 [0012]
    • WO 2015/185337 A2 [0076]
    • DE 102016207081 [0076]

Claims (15)

  1. Separator (4) für eine Lithium-Zelle und/oder -Batterie (1), insbesondere für eine Lithium-Metall-Zelle und/oder -Batterie, umfassend - mindestens eine Schutzschicht (4a) und - mindestens eine Kontaktschicht (4b,4b‘,4b“), wobei die mindestens eine Schutzschicht (4a) - mindestens einen einzellithiumionenleitenden Polyelektrolyten und/oder - mindestens ein lithiumionenleitendes oder lithiumionenleitfähiges Block-Co-Polymer umfasst, wobei die mindestens eine Kontaktschicht (4b,4b‘,4b“) - mindestens einen einzellithiumionenleitenden Polyelektrolyten und/oder - mindestens einen Polymerelektrolyten aus mindestens einem lithiumionenleitfähigen Polymer und mindestens einem Lithium-Leitsalz umfasst, und wobei die mindestens eine Kontaktschicht (4b,4b‘,4b“) weicher als die mindestens eine Schutzschicht (4a) ist.
  2. Separator (4) nach Anspruch 1, wobei die mindestens eine Kontaktschicht (4b,4b‘,4b“), insbesondere der mindestens eine einzellithiumionenleitende Polyelektrolyt und/oder der mindestens eine Polymerelektrolyt der mindestens einen Kontaktschicht (4b,4b‘,4b“), ein geringeres Schermodul als die mindestens eine Schutzschicht (4a), insbesondere als der mindestens eine einzellithiumionenleitende Polyelektrolyt und/oder das mindestens eine lithiumionenleitende oder lithiumionenleitfähige Block-Co-Polymer der mindestens einen Schutzschicht (4a), aufweist.
  3. Separator (4) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die mindestens eine Schutzschicht (4a), insbesondere der mindestens eine einzellithiumionenleitende Polyelektrolyt und/oder das mindestens eine lithiumionenleitende oder lithiumionenleitfähige Block-Co-Polymer der mindestens einen Schutzschicht (4a), ein Schermodul von ≥ 107 Pa aufweist.
  4. Separator (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die mindestens eine Schutzschicht (4a) beidseitig mit einer Kontaktschicht (4b,4b‘,4b“) versehen, insbesondere beschichtet, ist.
  5. Separator (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die mindestens eine Kontaktschicht (4b,4b‘,4b“) eine Schichtdicke (d) in einem Bereich von ≥ 500 nm bis ≤ 5 µm aufweist.
  6. Separator (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das mindestens eine lithiumionenleitende oder lithiumionenleitfähige Block-Co-Polymer mindestens einen Block aus mindestens einem einzellithiumionenleitenden Polyelektrolyten und/oder mindestens einen Block aus mindestens einem lithiumionenleitfähigen Polymer umfasst.
  7. Separator (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der mindestens eine einzellithiumionenleitende Polyelektrolyt der mindestens einen Schutzschicht (4a) und/oder das mindestens eine lithiumionenleitende oder lithiumionenleitfähige Block-Co-Polymer, insbesondere der mindestens eine Block aus mindestens einem einzellithiumionenleitenden Polyelektrolyten des Block-Co-Polymers, der mindestens einen Schutzschicht (4a) mindestens eine Styrol-basierte Wiederholungseinheit und/oder ein Polystyrol und/oder mindestens eine Acrylat-basierte Wiederholungseinheit und/oder ein Polyacrylat umfasst.
  8. Separator (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der mindestens eine einzellithiumionenleitende Polyelektrolyt der mindestens einen Schutzschicht (4a) und/oder das mindestens eine lithiumionenleitende oder lithiumionenleitfähige Block-Co-Polymer, insbesondere der mindestens eine Block aus mindestens einem einzellithiumionenleitenden Polyelektrolyten des mindestens einen Block-Co-Polymers, der mindestens einen Schutzschicht (4a) und/oder der mindestens eine einzellithiumionenleitende Polyelektrolyt der mindestens einen Kontaktschicht (4b,4b‘,4b“) Lithiumsulfonatgruppen und/oder Lithiumtrifluorboratgruppen umfasst.
  9. Separator (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der mindestens eine einzellithiumionenleitende Polyelektrolyt der mindestens einen Schutzschicht (4a) und/oder das mindestens eine lithiumionenleitende oder lithiumionenleitfähige Block-Co-Polymer, insbesondere der mindestens eine Block aus mindestens einem einzellithiumionenleitenden Polyelektrolyten des mindestens einen Block-Co-Polymers, der mindestens einen Schutzschicht (4a) mindestens eine Wiederholungseinheit der allgemeinen chemischen Formel:
    Figure DE102016226289A1_0056
    und/oder
    Figure DE102016226289A1_0057
    und/oder
    Figure DE102016226289A1_0058
    und/oder
    Figure DE102016226289A1_0059
    und/oder
    Figure DE102016226289A1_0060
    und/oder
    Figure DE102016226289A1_0061
    und/oder
    Figure DE102016226289A1_0062
    und/oder
    Figure DE102016226289A1_0063
    und/oder
    Figure DE102016226289A1_0064
    und/oder
    Figure DE102016226289A1_0065
    und/oder
    Figure DE102016226289A1_0066
    und/oder
    Figure DE102016226289A1_0067
    umfasst, wobei die R beziehungsweise R‘ beziehungsweise R11 bis R17 beziehungsweise R21 bis R23 jeweils unabhängig voneinander für Wasserstoff oder Fluor oder einen lithiumionenleitfähigen Substituenten oder eine Alkylgruppe stehen, wobei X1 beziehungsweise X2 für einen Spacer stehen und wobei x1 beziehungsweise x2 für die Anzahl des Spacers X1 beziehungsweise X2 steht und 1 oder 0 ist.
  10. Separator (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei der mindestens eine einzellithiumionenleitende Polyelektrolyt und/oder der mindestens eine Polymerelektrolyt, insbesondere das mindestens eine lithiumionenleitfähige Polymer des mindestens einen Polymerelektrolyten, der mindestens einen Kontaktschicht (4b,4b‘,4b“) mindestens eine Ether umfassende Wiederholungseinheit, insbesondere mindestens eine Ethylenoxid-basierte Wiederholungseinheit und/oder mindestens eine oligo- oder polyethersubstituierte Wiederholungseinheit, und/oder einen Polyether, insbesondere ein Polyethylenoxid, umfasst.
  11. Elektrode (2,3), insbesondere Anode oder Kathode, für eine Lithium-Zelle und/oder -Batterie (1), insbesondere für eine Lithium-Metall-Zelle und/oder -Batterie, umfassend - eine Elektrodenschicht (2,3), insbesondere eine metallisches Lithium umfassende Anodenschicht, - mindestens eine Schutzschicht (4a) und - mindestens eine Kontaktschicht (4b,4b‘,4b“), wobei zumindest zwischen der Elektrodenschicht (2,3) und der mindestens einen Schutzschicht (4a) eine Kontaktschicht (4b,4b‘,4b“) ausgebildet ist, wobei die mindestens eine Schutzschicht (4a) - mindestens einen einzellithiumionenleitenden Polyelektrolyten und/oder - mindestens ein lithiumionenleitendes oder lithiumionenleitfähiges Block-Co-Polymer umfasst, wobei die mindestens eine Kontaktschicht (4b,4b‘,4b“) - mindestens einen einzellithiumionenleitenden Polyelektrolyten, und/oder - mindestens einen Polymerelektrolyten aus mindestens einem lithiumionenleitfähigen Polymer und mindestens einem Lithium-Leitsalz umfasst, und wobei die mindestens eine Kontaktschicht (4b,4b‘,4b“) weicher als die mindestens eine Schutzschicht (4a) ist.
  12. Elektrode (2,3), insbesondere Anode oder Kathode, nach Anspruch 11, wobei die mindestens eine Schutzschicht (4a) und/oder die mindestens eine Kontaktschicht (4b,4b‘,4b“) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10 ausgestaltet ist.
  13. Lithium-Zelle und/oder -Batterie (1), insbesondere Lithium-Metall-Zelle und/oder -Batterie, umfassend - eine Anode (2), insbesondere eine metallisches Lithium umfassende Anode, und - eine Kathode (3) und wobei zwischen der Anode (2) und der Kathode (3) mindestens eine Schutzschicht (4a) und mindestens eine Kontaktschicht (4b,4b‘,4b“) angeordnet sind, wobei die mindestens eine Schutzschicht (4a) mindestens einen einzellithiumionenleitenden Polyelektrolyten und/oder - mindestens ein lithiumionenleitendes oder lithiumionenleitfähiges Block-Co-Polymer umfasst, wobei die mindestens eine Kontaktschicht (4b,4b‘,4b“) - mindestens einen einzellithiumionenleitenden Polyelektrolyten, und/oder - mindestens einen Polymerelektrolyten aus mindestens einem lithiumionenleitfähigen Polymer und mindestens einem Lithium-Leitsalz umfasst und wobei die mindestens eine Kontaktschicht (4b,4b‘,4b“) weicher als die mindestens eine Schutzschicht (4a) ist.
  14. Lithium-Zelle und/oder -Batterie (1) nach Anspruch 13, wobei die mindestens eine Schutzschicht (4a) und/oder die mindestens eine Kontaktschicht (4b,4b‘,4b“) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10 ausgestaltet ist.
  15. Lithium-Zelle und/oder -Batterie (1) nach Anspruch 13 oder 14, wobei zwischen der Anode (2) und der Kathode (3) ein Separator (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 10 vorgesehen ist oder wobei die Anode (2) oder die Kathode (3) eine Elektrode nach Anspruch 11 oder 12 ist.
DE102016226289.0A 2016-12-29 2016-12-29 Schutzschicht mit verbesserter Kontaktierung für Lithium-Zellen und/oder Lithium-Batterien Pending DE102016226289A1 (de)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102016226289.0A DE102016226289A1 (de) 2016-12-29 2016-12-29 Schutzschicht mit verbesserter Kontaktierung für Lithium-Zellen und/oder Lithium-Batterien
CN201711456933.1A CN108258307B (zh) 2016-12-29 2017-12-28 用于锂-电池和/或锂-电池组的具有改善的接触性的保护层

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102016226289.0A DE102016226289A1 (de) 2016-12-29 2016-12-29 Schutzschicht mit verbesserter Kontaktierung für Lithium-Zellen und/oder Lithium-Batterien

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102016226289A1 true DE102016226289A1 (de) 2018-07-05

Family

ID=62567953

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102016226289.0A Pending DE102016226289A1 (de) 2016-12-29 2016-12-29 Schutzschicht mit verbesserter Kontaktierung für Lithium-Zellen und/oder Lithium-Batterien

Country Status (2)

Country Link
CN (1) CN108258307B (de)
DE (1) DE102016226289A1 (de)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109560238A (zh) * 2018-11-29 2019-04-02 中兴高能技术有限责任公司 改性隔膜及其制备方法和锂离子电池
CN111490228B (zh) * 2019-01-29 2021-07-27 广州汽车集团股份有限公司 一种锂电池用电极及其制备方法与含有该电极的锂电池
CN114649570A (zh) * 2020-12-17 2022-06-21 北京卫蓝新能源科技有限公司 一种可聚合电解质及其制备方法和应用

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5925483A (en) 1996-05-06 1999-07-20 Kejha; Joseph B. Multi-layer polymeric electrolytes for electrochemical devices
US20130017432A1 (en) 2011-07-11 2013-01-17 Roumi Farshid Novel separators for electrochemical systems
US20130149616A1 (en) 2011-12-13 2013-06-13 National University Corporation Mie University Protected anode and lithium air battery and all-solid battery including protected anode
EP2648265A1 (de) 2012-04-02 2013-10-09 Samsung Corning Precision Materials Co., Ltd. Elektrolyt für eine sekundäre Lithium-Ion-Batterie und sekundäre Lithium-Ion-Batterie damit
DE102013219602A1 (de) * 2013-09-27 2015-04-16 Robert Bosch Gmbh Herstellungsverfahren für Lithium-Zellen-Funktionsschicht
DE102013220785A1 (de) 2013-10-15 2015-04-16 Robert Bosch Gmbh Lithium-Elektrode für einen Lithium-Ionen-Akkumulator und Verfahren zu ihrer Herstellung
US20150188108A1 (en) 2012-07-26 2015-07-02 Asahi Kasei E-Materials Corporation Separator for Electricity Storage Device, Laminate and Porous Film
WO2015185337A2 (de) 2014-06-06 2015-12-10 Robert Bosch Gmbh Polymerelektrolyt für lithium-schwefel-zelle
DE102014221736A1 (de) * 2014-10-24 2016-04-28 Robert Bosch Gmbh Polymerelektrolyt für Lithium-Schwefel-Zelle
DE102016207081A1 (de) 2016-04-26 2017-10-26 Robert Bosch Gmbh Verfahren zur Herstellung eines einzelionenleitenden Lithium-Polyelektrolyten

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW593347B (en) * 1997-03-11 2004-06-21 Univ Carnegie Mellon Improvements in atom or group transfer radical polymerization
JP2000285929A (ja) * 1999-03-31 2000-10-13 Sony Corp 固体電解質電池
JP2013107916A (ja) * 2010-03-16 2013-06-06 Tokuyama Corp 水難溶性陰イオン伝導性樹脂
US9861941B2 (en) * 2011-07-12 2018-01-09 Kraton Polymers U.S. Llc Modified sulfonated block copolymers and the preparation thereof
US20140234726A1 (en) * 2013-02-21 2014-08-21 John F. Christensen Lithium Battery with Composite Solid Electrolyte
CN103214677A (zh) * 2013-05-06 2013-07-24 曹曙光 一种具有两亲性的碱性嵌段共聚物聚电解质及其合成方法
CN106165178B (zh) * 2013-08-15 2020-05-19 罗伯特·博世有限公司 具有复合固体电解质的Li/金属电池
US10205190B2 (en) * 2014-08-28 2019-02-12 Samsung Electronics Co., Ltd. Composite electrolyte including polymeric ionic liquid and inorganic particles and lithium battery including the same
DE102014221261A1 (de) * 2014-10-20 2016-04-21 Robert Bosch Gmbh Separator und galvanische Zelle mit robuster Trennung von Kathode und Anode
JP6690261B2 (ja) * 2016-02-01 2020-04-28 三菱ケミカル株式会社 非水系電解液及びそれを用いた非水系電解液電池

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5925483A (en) 1996-05-06 1999-07-20 Kejha; Joseph B. Multi-layer polymeric electrolytes for electrochemical devices
US20130017432A1 (en) 2011-07-11 2013-01-17 Roumi Farshid Novel separators for electrochemical systems
US20130149616A1 (en) 2011-12-13 2013-06-13 National University Corporation Mie University Protected anode and lithium air battery and all-solid battery including protected anode
EP2648265A1 (de) 2012-04-02 2013-10-09 Samsung Corning Precision Materials Co., Ltd. Elektrolyt für eine sekundäre Lithium-Ion-Batterie und sekundäre Lithium-Ion-Batterie damit
US20150188108A1 (en) 2012-07-26 2015-07-02 Asahi Kasei E-Materials Corporation Separator for Electricity Storage Device, Laminate and Porous Film
DE102013219602A1 (de) * 2013-09-27 2015-04-16 Robert Bosch Gmbh Herstellungsverfahren für Lithium-Zellen-Funktionsschicht
DE102013220785A1 (de) 2013-10-15 2015-04-16 Robert Bosch Gmbh Lithium-Elektrode für einen Lithium-Ionen-Akkumulator und Verfahren zu ihrer Herstellung
WO2015185337A2 (de) 2014-06-06 2015-12-10 Robert Bosch Gmbh Polymerelektrolyt für lithium-schwefel-zelle
DE102014221736A1 (de) * 2014-10-24 2016-04-28 Robert Bosch Gmbh Polymerelektrolyt für Lithium-Schwefel-Zelle
DE102016207081A1 (de) 2016-04-26 2017-10-26 Robert Bosch Gmbh Verfahren zur Herstellung eines einzelionenleitenden Lithium-Polyelektrolyten

Also Published As

Publication number Publication date
CN108258307A (zh) 2018-07-06
CN108258307B (zh) 2023-05-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102016226291A1 (de) Schutzschicht mit verbesserter Kontaktierung für Lithium-Zellen und/oder Lithium-Batterien
Yasin et al. Understanding and suppression strategies toward stable Li metal anode for safe lithium batteries
EP3396736B1 (de) Negative elektrode für lithiummetallbatterie, verfahren zur herstellung von negativelektrode und lithiummetallbatterie die diese enthält
EP3001495B1 (de) Verbundstoff, verfahren zur herstellung des verbundstoffs, elektrolyt mit dem verbundstoff und lithiumsekundärbatterie mit dem elektrolyt
EP3136475B1 (de) Lithium-metall-batterie
EP3002814B1 (de) Elektrolyt, verfahren zur herstellung des elektrolyts und sekundärbatterie mit dem elektrolyt
KR102618538B1 (ko) 리튬 금속 음극을 포함한 리튬금속전지, 상기 리튬 금속 음극을 보호하는 방법 및 그 방법에 따라 제조된 보호막
EP3240087A1 (de) Negativelektrode für lithium-metall-batterie und lithium-metall-batterie damit
DE102017110902A1 (de) Ein Polymerisations-Verfahren zur Bildung polymerer ultradünner konformer Beschichtungen auf Elektroden-Materialien
CN107978733B (zh) 用于金属二次电池的正极、包括其的金属二次电池及制备其的方法
EP3240088A1 (de) Verfahren zur herstellung eines einzelionenleitenden lithium-polyelektrolyten
DE102015210404A1 (de) Elektrospinnen von Kathodenaktivmaterialfasern
WO2015165702A1 (de) Schutzschichtsystem für eine metallische lithiumanode
DE102016226289A1 (de) Schutzschicht mit verbesserter Kontaktierung für Lithium-Zellen und/oder Lithium-Batterien
DE102020131754A1 (de) Gelierungsreagenz zur herstellung eines gel-elektrolyten und diesbezügliche verfahren
DE102015224345A1 (de) SIC-Separator und SIC-Zelle
DE112019002209T5 (de) Elektrodenkonfiguration mit einem Protrusioninhibitions-Trennelement
Lee et al. Tough polymer electrolyte with an intrinsically stabilized interface with Li metal for all-solid-state lithium-ion batteries
US9680182B2 (en) Solid polymer electrolyte composition for lithium ion battery
DE112018007588T5 (de) Poly(pyrocarbonat)-basierte polymerelektrolyte für hochspannungs-lithiumionenbatterien
EP3216073B1 (de) Elektrode für eine batteriezelle und batteriezelle
DE102014221736A1 (de) Polymerelektrolyt für Lithium-Schwefel-Zelle
DE102016200079A1 (de) Elektrolyt und Batteriezelle diesen enthaltend
DE102018210443A1 (de) Elektrode für Batteriezellen, Batteriezelle diese enthaltend sowie deren Verwendung
DE102019132370B4 (de) Semi-interpenetrierende Polymernetzwerke auf Basis von Polycarbonaten als Separatoren für den Einsatz in Alkali-Metall-Batterien und damit hergestellte Alkali-Metall-Batterien

Legal Events

Date Code Title Description
R163 Identified publications notified
R012 Request for examination validly filed