DE102020131754A1 - Gelierungsreagenz zur herstellung eines gel-elektrolyten und diesbezügliche verfahren - Google Patents

Gelierungsreagenz zur herstellung eines gel-elektrolyten und diesbezügliche verfahren Download PDF

Info

Publication number
DE102020131754A1
DE102020131754A1 DE102020131754.9A DE102020131754A DE102020131754A1 DE 102020131754 A1 DE102020131754 A1 DE 102020131754A1 DE 102020131754 A DE102020131754 A DE 102020131754A DE 102020131754 A1 DE102020131754 A1 DE 102020131754A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
lithium
equal
electrolyte
procedure according
crosslinking agents
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
DE102020131754.9A
Other languages
English (en)
Inventor
Fang DAI
Shuru Chen
Mei Cai
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.)
GM Global Technology Operations LLC
Original Assignee
GM Global Technology Operations LLC
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 GM Global Technology Operations LLC filed Critical GM Global Technology Operations LLC
Publication of DE102020131754A1 publication Critical patent/DE102020131754A1/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08F—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
    • C08F283/00—Macromolecular compounds obtained by polymerising monomers on to polymers provided for in subclass C08G
    • C08F283/06—Macromolecular compounds obtained by polymerising monomers on to polymers provided for in subclass C08G on to polyethers, polyoxymethylenes or polyacetals
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08F—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
    • C08F122/00—Homopolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by a carboxyl radical and containing at least one other carboxyl radical in the molecule; Salts, anhydrides, esters, amides, imides or nitriles thereof
    • C08F122/10—Esters
    • C08F122/12—Esters of phenols or saturated alcohols
    • C08F122/20—Esters containing oxygen in addition to the carboxy oxygen
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08F—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
    • C08F2/00—Processes of polymerisation
    • C08F2/46—Polymerisation initiated by wave energy or particle radiation
    • C08F2/48—Polymerisation initiated by wave energy or particle radiation by ultraviolet or visible light
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08F—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
    • C08F222/00—Copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by a carboxyl radical and containing at least one other carboxyl radical in the molecule; Salts, anhydrides, esters, amides, imides, or nitriles thereof
    • C08F222/10—Esters
    • C08F222/1006—Esters of polyhydric alcohols or polyhydric phenols
    • C08F222/103—Esters of polyhydric alcohols or polyhydric phenols of trialcohols, e.g. trimethylolpropane tri(meth)acrylate
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08F—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
    • C08F259/00—Macromolecular compounds obtained by polymerising monomers on to polymers of halogen containing monomers as defined in group C08F14/00
    • C08F259/08—Macromolecular compounds obtained by polymerising monomers on to polymers of halogen containing monomers as defined in group C08F14/00 on to polymers containing fluorine
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08F—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
    • C08F265/00—Macromolecular compounds obtained by polymerising monomers on to polymers of unsaturated monocarboxylic acids or derivatives thereof as defined in group C08F20/00
    • C08F265/04—Macromolecular compounds obtained by polymerising monomers on to polymers of unsaturated monocarboxylic acids or derivatives thereof as defined in group C08F20/00 on to polymers of esters
    • C08F265/06—Polymerisation of acrylate or methacrylate esters on to polymers thereof
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08F—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
    • C08F265/00—Macromolecular compounds obtained by polymerising monomers on to polymers of unsaturated monocarboxylic acids or derivatives thereof as defined in group C08F20/00
    • C08F265/08—Macromolecular compounds obtained by polymerising monomers on to polymers of unsaturated monocarboxylic acids or derivatives thereof as defined in group C08F20/00 on to polymers of nitriles
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
    • C08K3/32—Phosphorus-containing compounds
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K5/00—Use of organic ingredients
    • C08K5/36—Sulfur-, selenium-, or tellurium-containing compounds
    • C08K5/43—Compounds containing sulfur bound to nitrogen
    • 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
    • H01M10/0525—Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
    • 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
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08F—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
    • C08F2810/00—Chemical modification of a polymer
    • C08F2810/20—Chemical modification of a polymer leading to a crosslinking, either explicitly or inherently
    • 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
    • H01M2300/0085—Immobilising or gelification of electrolyte
    • 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

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Abstract

Die vorliegende Technologie bezieht sich auf Gel-Elektrolyte zur Verwendung in elektrochemischen Lithiumionen-Zellen und Verfahren zu deren Herstellung. Zum Beispiel kann das Verfahren das Zugeben eines oder mehrerer Gelierungsreagenzien zu einer elektrochemischen Zelle beinhalten, die einen oder mehrere flüssige Elektrolytvorläufer enthält. Die ein oder mehreren Gelierungsreagenzien umfassen einen oder mehrere Initiatoren und ein oder mehrere Vernetzungsmittel. Jeder der ein oder mehreren Initiatoren kann einer von einem thermischen Initiator und einem aktinischen/Elektronenstrahl-Initiator sein. Jedes der ein oder mehreren Vernetzungsmittel kann eines aus einem dreizähnigen Alkan und einem vierzähnigen Alkan mit einem oder mehreren Substituenten sein, die eine endständige Gruppe enthalten, die dargestellt ist durch:

Description

  • EINLEITUNG
  • Dieser Abschnitt enthält Hintergrundinformationen im Zusammenhang mit der vorliegenden Offenbarung, die nicht unbedingt zum Stand der Technik gehören.
  • Die vorliegende Technologie bezieht sich auf Gel-Elektrolyte zur Verwendung in elektrochemischen Lithiumionen-Zellen und Verfahren zu deren Herstellung, wobei das Verfahren beispielsweise das Zugeben eines oder mehrerer Gelierungsreagenzien zu einer elektrochemischen Zelle umfasst, die einen oder mehrere flüssige Elektrolytvorläufer enthält, und das eine oder die mehreren Gelierungsreagenzien einen oder mehrere Initiatoren und ein oder mehrere Vernetzungsmittel umfassen.
  • Fortschrittliche Energiespeicher und -systeme sind gefragt, um den Energie- und/oder Leistungsbedarf für eine Vielzahl von Produkten zu decken, einschließlich Automobilprodukten wie Start-Stopp-Systeme (z.B. 12V-Start-Stopp-Systeme), batteriegestützte Systeme, Hybrid-Elektrofahrzeuge („HEVs“) und Elektrofahrzeuge („EVs“). Typische Lithiumionen-Batterien enthalten mindestens zwei Elektroden und einen Elektrolyten und/oder Separator. Eine der beiden Elektroden dient als positive Elektrode oder Kathode, und die andere Elektrode dient als negative Elektrode oder Anode. Zwischen der negativen und der positiven Elektrode kann ein Separator und/oder Elektrolyt angeordnet sein. Der Elektrolyt ist für die Leitung von Lithiumionen zwischen den Elektroden geeignet und kann, wie die beiden Elektroden, in verschiedenen Fällen in fester und/oder flüssiger Form und/oder als Hybrid davon vorliegen. Flüssige Elektrolyte, die leicht entflammbare organische Lösungsmittel enthalten, stellen jedoch oft erhebliche Sicherheitsbedenken dar und sind anfällig für Leckagen. Auch wenn Festelektrolyte im Vergleich zu flüssigen Elektrolyten oft eine verbesserte Sicherheit sowie gute mechanische Eigenschaften aufweisen, sind elektrochemische Zellen mit Festelektrolyten oft durch Hohlräume beeinträchtigt. Gel-Polymer-Elektrolyte („GPEs“) sind von großem Interesse, da sie Eigenschaften von festen und flüssigen Elektrolyten vereinen, z.B. eine hohe Ionendiffusionsfähigkeit ähnlich wie bei flüssigen Elektrolyten sowie eine Dimensionsstabilität ähnlich wie bei Festkörperelektrolyten liefern. Gängige Gelierungsmethoden sind jedoch in der Regel nicht mit den gängigen Herstellungsprozessen für Lithiumionen-Batterien kompatibel und erfordern oft zusätzliche Herstellungsschritte. Dementsprechend wäre es wünschenswert, verbesserte Elektrolytmaterialien und Verfahren zu deren Herstellung für eine elektrochemische Zelle zu entwickeln, die diesen Herausforderungen Rechnung tragen können.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • Dieser Abschnitt enthält eine allgemeine Zusammenfassung der Offenbarung und ist keine umfassende Offenbarung ihres vollen Umfangs oder aller ihrer Merkmale.
  • In verschiedenen Aspekten stellt die vorliegende Offenbarung ein Verfahren zur Herstellung eines Gel-Polymer-Elektrolyten zur Verwendung in einer elektrochemischen Zelle bereit, die Lithiumionen zyklisch bewegt. Das Verfahren kann die Zugabe eines Gelierungsreagenzes zu einem flüssigen Elektrolyten umfassen, um eine Elektrolytmischung zu bilden, die den Gel-Polymer-Elektrolyten definiert. Das Gelierungsreagenz kann einen oder mehrere Initiatoren und ein oder mehrere Vernetzungsmittel enthalten. Jeder der ein oder mehreren Initiatoren kann einer von einem thermischen Initiator und einem aktinischen/Elektronenstrahl-Initiator sein. Jedes der ein oder mehreren Vernetzungsmittel kann eines aus einem dreizähnigen Alkan und einem vierzähnigen Alkan mit einem oder mehreren Substituenten sein, die eine endständige Gruppe enthalten, die dargestellt ist durch:
    Figure DE102020131754A1_0002
  • In einem Aspekt können das eine oder die mehreren Vernetzungsmittel aus der Gruppe ausgewählt sein, die besteht aus: Trimethylolpropantriacrylat (TMPTA), Pentaerythrittriacrylat, ethoxyliertem Trimethylolpropantriacrylat, alkyloylmodifiziertem Dipentaerythrittriacrylat, ethoxyliertem Glycerintriacrylat, Pentaerythrittetraacrylat, Di(trimethylolpropan)tetraacrylat, ethoxyliertem Pentaerythrittetraacrylat und Kombinationen davon.
  • In einem Aspekt kann der Gel-Polymer-Elektrolyt ein polymeres Grundgerüst enthalten. Das polymere Rückgrat kann durch das eine oder die mehreren Vernetzungsmittel definiert sein.
  • In einem Aspekt können der eine oder die mehreren Initiatoren einen thermischen Initiator umfassen, der aus der Gruppe ausgewählt ist, die besteht aus: Azobisisobutyronitril (AIBN), 1,1'-Azobis(cyclohexancarbonitril) (ABCN), Benzoylperoxid (BPO), Di-tert-butylperoxid und Kombinationen davon.
  • In einem Aspekt kann das Verfahren nach dem Zugeben des Gelierungsreagenzes zu dem flüssigen Elektrolyten ferner das Erhitzen der Elektrolytmischung auf eine Temperatur von mehr als oder gleich etwa 45 °C bis weniger als oder gleich etwa 120 °C für einen Zeitraum von mehr als oder gleich etwa 5 Minuten bis weniger als oder gleich etwa 180 Minuten umfassen, um den Gel-Polymer-Elektrolyten zu bilden.
  • In einem Aspekt können der eine oder die mehreren Initiatoren einen aktinischen/Elektronenstrahl-Initiator umfassen, der aus der Gruppe ausgewählt ist, die besteht aus: Benzophenon, Diaryliodoniumhexafluorantimonat, Acetophenon, Anisoin, Benzil, Benzoin, 2-Benzyl-2-(dimethylamino)-4'-morpholinobutyrophenon, Campherchinon, 4,4'-Dihydroxybenzophenon, 4'-Ethoxyacetophenon, Methybenzoylformiat, 2-Methyl-4'-(methylthio)-2-morpholinopropiophenon, Thioxanthen-9-on und Kombinationen davon.
  • In einem Aspekt kann das Verfahren nach dem Zugeben des Gelierungsreagenzes zu dem flüssigen Elektrolyten ferner das Beaufschlagen der Elektrolytmischung mit einem Elektronenstrahl oder aktinischer bzw. radioaktiver Strahlung umfassen, um den Gel-Polymerelektrolyten zu bilden.
  • In einem Aspekt kann das Gelierungsreagenz mehr als oder gleich etwa 0,1 Gew.-% bis weniger als oder gleich etwa 10 Gew.-% des einen oder der mehreren Initiatoren und als Rest das eine oder die mehreren Vernetzungsmittel enthalten.
  • In einem Aspekt kann der Gel-Polymer-Elektrolyt mehr als oder gleich etwa 1 Gew.-% bis weniger als oder gleich etwa 99 Gew.-% des Gelierungsreagenzes enthalten.
  • In einem Aspekt kann der flüssige Elektrolyt enthalten ein oder mehrere Lithiumsalze , die aus der Gruppe ausgewählt sind, die besteht aus: Lithiumhexafluorphosphat (LiPF6); Lithiumperchlorat (LiClO4), Lithiumtetrachloraluminat (LiAlCl4), Lithiumiodid (Lil), Lithiumbromid (LiBr), Lithiumthiocyanat (LiSCN), Lithiumtetrafluorborat (LiBF4), Lithiumdifluoroxalatborat (LiBF2(C2O4)) (LiODFB), Lithiumtetraphenylborat (LiB(C6H5)4), Lithiumbis(oxalat)borat (LiB(C2O4)2) (LiBOB), Lithiumtetrafluoroxalatphosphat (LiPF4(C2O4)) (LiFOP), Lithiumnitrat (LiNO3), Lithiumhexafluorarsenat (LiAsF6), Lithiumtrifluormethansulfonat (LiCF3SO3), Lithiumbis(trifluormethansulfonimid) (LiTFSI) (LiN(CF3SO2)2), Lithiumfluorsulfonylimid (LiN(FSO2)2) (LiFSI), Lithiumfluoralkylphosphat (LiFAP) (Li3O4P) und Kombinationen davon; und ein oder mehrere Lösungsmittel, die aus der Gruppe ausgewählt sind, die besteht aus: Ethylencarbonat (EC), Propylencarbonat (PC), Butylencarbonat (BC), Fluorethylencarbonat (FEC), Dimethylcarbonat (DMC), Diethylcarbonat (DEC), Ethylmethylcarbonat (EMC), Methylformiat, Methylacetat, Methylpropionat, γ-Butyrolacton, γ-Valerolacton, 1,2-Dimethoxyethan (DME), 1-2-Diethoxyethan, Ethoxymethoxyethan, Tetrahydrofuran, 2-Methyltetrahydrofuran, 1,3-Dioxolan (DOL), Sulfolan und Kombinationen davon.
  • In einem Aspekt kann das Verfahren ferner das Einspritzen des Gel-Polymer-Elektrolyten in eine elektrochemische Zelle umfassen.
  • In verschiedenen anderen Aspekten stellt die vorliegende Offenbarung ein Verfahren zur Herstellung eines Gel-Polymer-Elektrolyten für eine elektrochemische Zelle bereit, die Lithiumionen zyklisch bewegt. Das Verfahren kann das Inkontaktbringen eines Gelierungsreagenzes und eines flüssigen Elektrolyten umfassen, um einen Elektrolytvorläufer zu bilden. Das Gelierungsreagenz kann einen oder mehrere Initiatoren und ein oder mehrere Vernetzungsmittel enthalten. Jeder der ein oder mehreren Initiatoren kann einer von einem thermischen Initiator und einem aktinischen/Elektronenstrahl-Initiator sein. Jedes der ein oder mehreren Vernetzungsmittel kann eines aus einem dreizähnigen Alkan und einem vierzähnigen Alkan mit einem oder mehreren Substituenten sein, die eine endständige Gruppe enthalten, die dargestellt ist durch:
    Figure DE102020131754A1_0003
  • Das Verfahren kann ferner das Einbringen des Elektrolytvorläufers in eine elektrochemische Zelle und das Aushärten des Elektrolytvorläufers zur Bildung des Gel-Polymer-Elektrolyten umfassen.
  • In einem Aspekt kann der Gel-Polymer-Elektrolyt ein polymeres Grundgerüst enthalten. Das polymere Grundgerüst kann durch die eine oder mehreren Vernetzungen definiert sein. Das eine oder die mehreren Vernetzungsmittel können aus der Gruppe ausgewählt sein, die besteht aus: Trimethylolpropantriacrylat (TMPTA), Pentaerythrittriacrylat, ethoxyliertem Trimethylolpropantriacrylat, alkyloylmodifiziertem Dipentaerythrittriacrylat, ethoxyliertem Glycerintriacrylat, Pentaerythrittetraacrylat, Di(trimethylolpropan)tetraacrylat, ethoxyliertem Pentaerythrittetraacrylat und Kombinationen davon.
  • In einem Aspekt können der eine oder die mehreren Initiatoren einen thermischen Initiator umfassen, der aus der Gruppe ausgewählt ist, die besteht aus: Azobisisobutyronitril (AIBN), 1,1'-Azobis(cyclohexancarbonitril) (ABCN), Benzoylperoxid (BPO), Di-tert-butylperoxid und Kombinationen davon. Der Elektrolytvorläufer kann durch Erhitzen des Elektrolytvorläufers auf eine Temperatur von mehr als oder gleich etwa 45 °C bis weniger als oder gleich etwa 120 °C für einen Zeitraum von mehr als oder gleich etwa 5 Minuten bis weniger als oder gleich etwa 180 Minuten ausgehärtet werden.
  • In einem Aspekt können der eine oder die mehreren Initiatoren einen aktinischen/Elektronenstrahl-Initiator umfassen, der aus der Gruppe ausgewählt ist, die besteht aus: Benzophenon, Diaryliodoniumhexafluorantimonat, Acetophenon, Anisoin, Benzil, Benzoin, 2-Benzyl-2-(dimethylamino)-4'-morpholinobutyrophenon, Campherchinon, 4,4'-Dihydroxybenzophenon, 4'-Ethoxyacetophenon, Methybenzoylformiat, 2-Methyl-4'-(methylthio)-2-morpholinopropiophenon, Thioxanthen-9-on und Kombinationen davon.
  • In einem Aspekt kann das Gelierungsreagenz mehr als oder gleich etwa 0,1 Gew.-% bis weniger als oder gleich etwa 10 Gew.-% des einen oder der mehreren Initiatoren und als Rest das eine oder die mehreren Vernetzungsmittel enthalten.
  • In verschiedenen anderen Aspekten stellt die vorliegende Offenbarung ein Gelierungsreagenz zur Bildung eines Gel-Polymer-Elektrolyten bereit. Das Gelierungsreagenz kann einen oder mehrere Initiatoren und ein oder mehrere Vernetzungsmittel enthalten. Jeder der ein oder mehreren Initiatoren kann einer von einem thermischen Initiator und einem aktinischen/Elektronenstrahl-Initiator sein. Jedes der ein oder mehreren Vernetzungsmittel kann eines aus einem dreizähnigen Alkan und einem vierzähnigen Alkan mit einem oder mehreren Substituenten sein, die eine endständige Gruppe enthalten, die dargestellt ist durch:
    Figure DE102020131754A1_0004
  • Der Gel-Polymer-Elektrolyt kann ein polymeres Grundgerüst enthalten. Die ein oder mehreren Vernetzungsmittel können das polymere Grundgerüst definieren.
  • In einem Aspekt können das eine oder die mehreren Vernetzungsmittel aus der Gruppe ausgewählt sein, die besteht aus: Trimethylolpropantriacrylat (TMPTA), Pentaerythrittriacrylat, ethoxyliertem Trimethylolpropantriacrylat, alkyloylmodifiziertem Dipentaerythrittriacrylat, ethoxyliertem Glycerintriacrylat, Pentaerythrittetraacrylat, Di(trimethylolpropan)tetraacrylat, ethoxyliertem Pentaerythrittetraacrylat und Kombinationen davon.
  • In einem Aspekt können der eine oder die mehreren Initiatoren einen thermischen Initiator umfassen, der aus der Gruppe ausgewählt ist, die besteht aus: Azobisisobutyronitril (AIBN), 1,1'-Azobis(cyclohexancarbonitril) (ABCN), Benzoylperoxid (BPO), Di-tert-butylperoxid und Kombinationen davon.
  • In einem Aspekt können der eine oder die mehreren Initiatoren einen aktinischen/Elektronenstrahl-Initiator umfassen, der aus der Gruppe ausgewählt ist, die besteht aus: Benzophenon, Diaryliodoniumhexafluorantimonat, Acetophenon, Anisoin, Benzil, Benzoin, 2-Benzyl-2-(dimethylamino)-4'-morpholinobutyrophenon, Campherchinon, 4,4'-Dihydroxybenzophenon, 4'-Ethoxyacetophenon, Methybenzoylformiat, 2-Methyl-4'-(methylthio)-2-morpholinopropiophenon, Thioxanthen-9-on und Kombinationen davon.
  • Weitere Anwendungsbereiche werden sich aus der hier gegebenen Beschreibung ergeben. Die Beschreibung und die spezifischen Beispiele in dieser Zusammenfassung dienen lediglich der Veranschaulichung und sollen den Umfang der vorliegenden Offenbarung nicht einschränken.
  • Figurenliste
  • Die hier beschriebenen Zeichnungen dienen nur zur Veranschaulichung ausgewählter Ausführungsformen und nicht aller möglichen Implementierungen und sollen den Umfang der vorliegenden Offenbarung nicht einschränken.
    • 1 ist eine schematische Darstellung einer beispielhaften elektrochemischen Batterie, die Lithiumionen zirkulieren lässt bzw. zyklisch bewegt;
    • 2 ist eine grafische Darstellung der Kapazitätserhaltung und des Coulomb-Wirkungsgrades von elektrochemischen Vergleichszellen; und
    • 3 ist eine grafische Darstellung der Kapazitätserhaltung und des Coulomb-Wirkungsgrades von anderen elektrochemischen Vergleichszellen.
  • Entsprechende Bezugszeichen bezeichnen entsprechende Teile in den verschiedenen Ansichten der Zeichnungen.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
  • Es werden beispielhafte Ausführungsformen angegeben, so dass diese Offenbarung gründlich ist und Fachleuten der volle Umfang vermittelt wird. Es werden zahlreiche spezifische Details aufgeführt, wie z.B. Beispiele spezifischer Zusammensetzungen, Komponenten, Vorrichtungen und Verfahren, um ein gründliches Verständnis der Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung zu vermitteln. Fachleuten ist klar, dass spezifische Details nicht verwendet werden müssen, dass beispielhafte Ausführungsformen in vielen verschiedenen Formen realisiert sein können und dass keine davon so ausgelegt werden sollte, dass sie den Umfang der Offenbarung einschränkt. In einigen beispielhaften Ausführungsformen werden bekannte Prozesse, bekannte Vorrichtungsstrukturen und bekannte Technologien nicht im Detail beschrieben.
  • Die hier verwendete Terminologie dient nur der Beschreibung bestimmter beispielhafter Ausführungsformen und soll nicht einschränkend wirken. Wie hier verwendet, können die Singularformen „ein“, „eine“ und „der/die/das“ auch die Pluralformen einschließen, es sei denn, aus dem Kontext geht eindeutig etwas anderes hervor. Die Begriffe „umfasst“, „umfassend“, „enthaltend“ und „aufweisend“ sind inklusiv und spezifizieren daher das Vorhandensein von angegebenen Merkmalen, Elementen, Zusammensetzungen, Schritten, ganzen Zahlen, Vorgängen und/oder Komponenten, schließen aber das Vorhandensein oder die Hinzufügung von einem oder mehreren anderen Merkmalen, ganzen Zahlen, Schritten, Vorgängen, Elementen, Komponenten und/oder Gruppen davon nicht aus. Obwohl der offene Begriff „umfassend“ als ein nicht einschränkender Begriff zu verstehen ist, der verwendet wird, um die verschiedenen hier dargelegten Ausführungsformen zu beschreiben und zu beanspruchen, kann der Begriff unter bestimmten Aspekten alternativ auch als ein einschränkenderer und restriktiverer Begriff verstanden werden, wie z.B. „bestehend aus“ oder „bestehend im Wesentlichen aus“. Daher umfasst die vorliegende Offenbarung für jede gegebene Ausführungsform, die Zusammensetzungen, Materialien, Komponenten, Elemente, Merkmale, ganze Zahlen, Vorgänge und/oder Verfahrensschritte nennt, ausdrücklich auch Ausführungsformen, die aus solchen genannten Zusammensetzungen, Materialien, Komponenten, Elementen, Merkmalen, ganzen Zahlen, Vorgängen und/oder Verfahrensschritten bestehen oder im Wesentlichen daraus bestehen. Im Falle von „bestehend aus“ schließt die alternative Ausführungsform alle zusätzlichen Zusammensetzungen, Materialien, Komponenten, Elemente, Merkmale, ganzen Zahlen, Vorgänge und/oder Verfahrensschritte aus, während im Falle von „bestehend im Wesentlichen aus“ alle zusätzlichen Zusammensetzungen, Materialien, Komponenten, Elemente, Merkmale, ganzen Zahlen, Vorgänge und/oder Verfahrensschritte, die die grundlegenden und neuartigen Merkmale wesentlich beeinflussen, von einer solchen Ausführungsform ausgeschlossen sind, aber alle Zusammensetzungen, Materialien, Komponenten, Elemente, Merkmale, ganzen Zahlen, Vorgänge und/oder Verfahrensschritte, die die grundlegenden und neuartigen Merkmale nicht wesentlich beeinflussen, können in die Ausführungsform einbezogen werden.
  • Alle hier beschriebenen Verfahrensschritte, Prozesse und Vorgänge sind nicht so auszulegen, dass sie notwendigerweise in der besprochenen oder dargestellten Reihenfolge durchgeführt werden müssen, es sei denn, sie sind ausdrücklich als Reihenfolge der Durchführung gekennzeichnet. Es versteht sich außerdem, dass zusätzliche oder alternative Schritte angewandt werden können, sofern nicht anders angegeben.
  • Wenn eine Komponente, ein Element oder eine Schicht als „auf“, „in Eingriff“, „verbunden“ oder „gekoppelt“ mit einem anderen Element oder einer anderen Schicht bezeichnet wird, kann sie bzw. es direkt auf, in Eingriff, verbunden oder gekoppelt mit der anderen Komponente, dem anderen Element oder der anderen Schicht sein, oder es können dazwischenliegende Elemente oder Schichten vorhanden sein. Wenn dagegen ein Element als „direkt auf“, „direkt in Eingriff mit“, „direkt verbunden mit“ oder „direkt gekoppelt mit“ einem anderen Element oder einer anderen Schicht bezeichnet wird, dürfen keine dazwischenliegenden Elemente oder Schichten vorhanden sein. Andere Wörter, die verwendet werden, um die Beziehung zwischen Elementen zu beschreiben, sollten in ähnlicher Weise interpretiert werden (z.B. „zwischen“ versus „direkt zwischen“, „neben“ versus „direkt neben“ usw.). Wie hier verwendet, schließt der Begriff „und/oder“ alle Kombinationen von einem oder mehreren der zugehörigen aufgelisteten Elemente ein.
  • Obwohl die Begriffe erste, zweite, dritte usw. hier verwendet werden können, um verschiedene Schritte, Elemente, Komponenten, Bereiche, Schichten und/oder Abschnitte zu beschreiben, sollten diese Schritte, Elemente, Komponenten, Bereiche, Schichten und/oder Abschnitte nicht durch diese Begriffe eingeschränkt werden, sofern nicht anders angegeben. Diese Begriffe dürfen nur verwendet werden, um einen Schritt, ein Element, eine Komponente, einen Bereich, eine Schicht oder einen Abschnitt von einem anderen Schritt, Element, Komponente, Bereich, Schicht bzw. Abschnitt zu unterscheiden. Begriffe wie „erste“, „zweite“ und andere numerische Begriffe implizieren, wenn sie hier verwendet werden, keine Abfolge oder Reihenfolge, es sei denn, dies ist durch den Kontext klar angegeben. So könnte ein erster Schritt, Element, Komponente, Bereich, Schicht oder Abschnitt, der/die/das im Folgenden erörtert wird, als zweiter Schritt, Element, Komponente, Bereich, Schicht oder Abschnitt bezeichnet werden, ohne von den Lehren der beispielhaften Ausführungsformen abzuweichen.
  • Räumlich oder zeitlich relative Begriffe wie „vorher“, „nachher“, „innen“, „außen“, „unter“, „unterhalb“, „unten“, „oben“, „oberhalb“ und dergleichen können hier der Einfachheit halber verwendet werden, um die Beziehung eines Elements oder Merkmals zu einem oder mehreren anderen Elementen oder Merkmalen zu beschreiben, wie in den Abbildungen dargestellt. Räumlich oder zeitlich relative Begriffe können dazu gedacht sein, zusätzlich zu der in den Abbildungen dargestellten Ausrichtung unterschiedliche Ausrichtungen der in Gebrauch oder Betrieb befindlichen Vorrichtung oder des Systems zu umfassen.
  • In dieser gesamten Offenbarung stellen die Zahlenwerte ungefähre Maße oder Grenzen für Bereiche dar, die geringfügige Abweichungen von den angegebenen Werten und Ausführungsformen mit etwa dem genannten Wert sowie solche mit genau dem genannten Wert umfassen. Anders als in den Arbeitsbeispielen am Ende der ausführlichen Beschreibung sind alle Zahlenwerte von Parametern (z.B. von Größen oder Bedingungen) in dieser Spezifikation, einschließlich der beigefügten Ansprüche, so zu verstehen, dass sie in allen Fällen durch den Begriff „ungefähr“ modifiziert sind, unabhängig davon, ob „ungefähr“ tatsächlich vor dem Zahlenwert erscheint oder nicht. „Etwa“ bedeutet, dass der angegebene Zahlenwert eine leichte Ungenauigkeit zulässt (mit einer gewissen Annäherung an die Genauigkeit des Wertes; ungefähr oder ziemlich nahe am Wert; fast). Wenn die Ungenauigkeit, die durch „ungefähr“ gegeben ist, in der Technik mit dieser gewöhnlichen Bedeutung nicht anderweitig verstanden wird, dann bedeutet „ungefähr“, wie es hier verwendet wird, zumindest Abweichungen, die sich aus gewöhnlichen Verfahren zur Messung und Verwendung solcher Parameter ergeben können. Zum Beispiel kann „etwa“ eine Variation von weniger als oder gleich 5 %, optional weniger als oder gleich 4 %, optional weniger als oder gleich 3 %, optional weniger als oder gleich 2 %, optional weniger als oder gleich 1 %, optional weniger als oder gleich 0,5 % und in bestimmten Aspekten optional weniger als oder gleich 0,1 % umfassen.
  • Darüber hinaus umfasst die Offenbarung von Bereichen die Offenbarung aller Werte und weiter unterteilten Bereiche innerhalb des gesamten Bereichs, einschließlich der Endpunkte und der für die Bereiche angegebenen Unterbereiche.
  • Beispielhafte Ausführungsformen werden nun unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen ausführlicher beschrieben.
  • Eine typische Lithiumionen-Batterie umfasst eine erste Elektrode (z.B. eine positive Elektrode oder Kathode), die einer zweiten Elektrode (z.B. einer negativen Elektrode oder Anode) gegenüberliegt, und einen dazwischen angeordneten Separator und/oder Elektrolyten. In einem Lithiumionen-Batteriepack können oft Batterien oder Zellen in einer Stapel- oder Wicklungskonfiguration elektrisch verbunden werden, um die Gesamtleistung zu erhöhen. Lithiumionen-Batterien arbeiten, indem sie Lithiumionen reversibel zwischen der ersten und zweiten Elektrode transportieren. Zum Beispiel können sich Lithiumionen während des Ladens der Batterie von der positiven Elektrode zur negativen Elektrode und beim Entladen der Batterie in die entgegengesetzte Richtung bewegen. Der Elektrolyt ist für die Leitung von Lithiumionen geeignet und kann in verschiedenen Aspekten in flüssiger, gelartiger oder fester Form vorliegen. Eine beispielhafte und schematische Darstellung einer elektrochemischen Zelle (auch als Batterie bezeichnet) 20 ist in 1 dargestellt. Obwohl das dargestellte Beispiel eine einzelne Kathode 24 und eine einzelne Anode 22 umfasst, ist Fachleuten klar, dass sich die vorliegenden Lehren auf verschiedene andere Konfigurationen erstrecken, einschließlich solcher mit einer oder mehreren Kathoden und einer oder mehreren Anoden, sowie verschiedene Stromkollektoren mit elektroaktiven Schichten, die auf oder neben einer oder mehreren Oberflächen davon angeordnet sind.
  • Die Batterie 20 enthält eine negative Elektrode (Anode) 22, eine positive Elektrode (Kathode) 24 und einen Separator 26, der zwischen den Elektroden 22, 24 angeordnet ist. Der Separator 26 sorgt für eine elektrische Trennung - er verhindert den physischen Kontakt - zwischen den Elektroden 22, 24. Ferner bietet der Separator 26 einen Weg minimalen Widerstands für den internen Durchgang von Lithiumionen und in bestimmten Fällen von zugeordneten Anionen während der zyklischen Bewegung der Lithiumionen. In verschiedenen Aspekten umfasst der Separator 26 einen Elektrolyten 30, der in bestimmten Aspekten auch in der negativen Elektrode 22 und der positiven Elektrode 24 vorhanden sein kann.
  • Ein Stromkollektor 32 für die negative Elektrode kann an oder nahe der negativen Elektrode 22 positioniert sein, und ein Stromkollektor 34 für die positive Elektrode kann an oder nahe der positiven Elektrode 24 positioniert sein. Der Stromkollektor 32 für die negative Elektrode und der Stromkollektor 34 für die positive Elektrode sammeln jeweils freie Elektronen und bewegen sie zu und von einem externen Stromkreis 40. Beispielsweise können ein unterbrechbarer externer Stromkreis 40 und eine Lastvorrichtung 42 die negative Elektrode 22 (über den Stromkollektor 32 der negativen Elektrode) und die positive Elektrode 24 (über den Stromkollektor 34 der positiven Elektrode) verbinden. Der Stromkollektor 34 der positiven Elektrode kann eine Metallfolie, ein Metallgitter oder -schirm oder Streckmetall aus Aluminium oder einem anderen geeigneten elektrisch leitenden Material sein, das den Fachleuten bekannt ist. Der Stromkollektor 32 der negativen Elektrode kann eine Metallfolie, ein Metallgitter oder -schirm oder Streckmetall aus Kupfer oder einem anderen geeigneten elektrisch leitenden Material sein, das den Fachleuten bekannt ist.
  • Die Batterie 20 kann während der Entladung einen elektrischen Strom durch reversible elektrochemische Reaktionen erzeugen, die auftreten, wenn der externe Stromkreis 40 geschlossen ist (um die negative Elektrode 22 und die positive Elektrode 24 zu verbinden) und die negative Elektrode 22 eine relativ größere Menge an Lithium als die positive Elektrode 24 enthält. Die chemische Potentialdifferenz zwischen der positiven Elektrode 24 und der negativen Elektrode 22 treibt die durch die Oxidation des an der negativen Elektrode 22 eingelagerten Lithiums erzeugten Elektronen durch den äußeren Stromkreis 40 in Richtung der positiven Elektrode 24. Lithiumionen, die auch an der negativen Elektrode 22 erzeugt werden, werden gleichzeitig durch den im Separator 26 enthaltenen Elektrolyten 30 zur positiven Elektrode 24 transportiert. Die Elektronen fließen durch den externen Stromkreis 40, und die Lithiumionen wandern durch den Separator 26, der den Elektrolyten 30 enthält, um an der positiven Elektrode 24 eingelagertes Lithium zu bilden. Der durch den externen Stromkreis 40 fließende elektrische Strom kann nutzbar gemacht und durch die Lastvorrichtung 42 geleitet werden, bis das verfügbare Lithium in der negativen Elektrode 22 verbraucht ist und die Kapazität der Batterie 20 abgenommen hat.
  • Die Batterie 20 kann jederzeit durch Anschluss einer externen Stromquelle an die Batterie 20 geladen oder wieder mit Strom versorgt werden, um die elektrochemischen Reaktionen, die bei der Entladung der Batterie auftreten, umzukehren. Das Anschließen einer externen elektrischen Energiequelle an die Batterie 20 fördert eine Reaktion, z.B. die nicht spontane Oxidation von eingelagertem Lithium, an der positiven Elektrode 24, so dass Elektronen und Lithiumionen erzeugt werden. Die Lithiumionen fließen durch den Elektrolyten 30 über den Separator 26 zurück zur negativen Elektrode 22, um die negative Elektrode 22 mit Lithium (z.B. eingelagertem Lithium) zur Verwendung während des nächsten Batterieentladevorgangs aufzufüllen. Somit wird ein vollständiger Entladevorgang, gefolgt von einem vollständigen Ladevorgang, als ein Zyklus betrachtet, bei dem Lithiumionen zwischen der positiven Elektrode 24 und der negativen Elektrode 22 zyklisch bewegt werden. Die externe Stromquelle, die zum Laden der Batterie 20 verwendet werden kann, kann je nach Größe, Konstruktion und besonderer Endanwendung der Batterie 20 variieren. Einige bemerkenswerte und beispielhafte externe Stromquellen sind unter anderem ein AC-DC-Wandler, der über eine Steckdose an ein Wechselstromnetz angeschlossen ist, und eine Lichtmaschine eines Kraftfahrzeugs.
  • In vielen Konfigurationen der Lithiumionen-Batterie werden jeweils der Stromkollektor 32 für die negative Elektrode, die negative Elektrode 22, der Separator 26, die positive Elektrode 24 und der Stromkollektor 34 für die positive Elektrode als relativ dünne Schichten (z.B. von einigen Mikrometern bis zu einem Bruchteil eines Millimeters oder weniger Dicke) hergestellt und in elektrisch parallelgeschalteten Schichten zusammengesetzt, um ein geeignetes elektrisches Energie- und Leistungspaket zu erhalten. In verschiedenen Aspekten kann die Batterie 20 auch eine Vielzahl anderer Komponenten enthalten, die hier zwar nicht dargestellt sind, die aber dennoch den Fachleuten bekannt sind. Zum Beispiel kann die Batterie 20 ein Gehäuse, Dichtungen, Anschlusskappen und alle anderen herkömmlichen Komponenten oder Materialien enthalten, die sich innerhalb der Batterie 20 befinden können, u.a. zwischen oder um die negative Elektrode 22, die positive Elektrode 24 und/oder den Separator 26 herum.
  • Wie oben erwähnt, können Größe und Form der Batterie 20 je nach den speziellen Anwendungen, für die sie ausgelegt ist, variieren. Batteriebetriebene Fahrzeuge und tragbare Geräte der Unterhaltungselektronik sind beispielsweise zwei Beispiele, bei denen die Batterie 20 höchstwahrscheinlich nach unterschiedlichen Größen-, Kapazitäts- und Leistungsspezifikationen ausgelegt ist. Die Batterie 20 kann auch mit anderen ähnlichen Lithiumionen-Zellen oder -Batterien in Reihe oder parallelgeschaltet werden, um eine höhere Ausgangsspannung, Energie und Leistung zu erzeugen, wenn dies von der Lastvorrichtung 42 benötigt wird. Dementsprechend kann die Batterie 20 elektrischen Strom für eine Lastvorrichtung 42 erzeugen, die Teil des externen Stromkreises 40 ist. Die Lastvorrichtung 42 kann ganz oder teilweise durch den elektrischen Strom gespeist werden, der durch den externen Stromkreis 40 fließt, wenn die Lithiumionen-Batterie 20 entladen wird.
  • Bei der elektrischen Lastvorrichtung 42 kann es sich um eine beliebige Anzahl bekannter elektrisch betriebener Geräte handeln. Einige spezifische Beispiele sind ein Elektromotor für ein elektrifiziertes Fahrzeug, ein Laptop-Computer, ein Tablet-Computer, ein Mobiltelefon und schnurlose Elektrowerkzeuge oder Geräte. Die Lastvorrichtung 42 kann auch ein stromerzeugendes Gerät sein, das die Batterie 20 zum Zwecke der Speicherung von elektrischer Energie auflädt.
  • Mit erneutem Bezug auf 1 können die positive Elektrode 24, die negative Elektrode 22 und der Separator 26 jeweils eine Elektrolytlösung oder ein Elektrolytsystem 30, zum Beispiel innerhalb ihrer Poren, enthalten, die in der Lage sind, Lithiumionen zwischen der negativen Elektrode 22 und der positiven Elektrode 24 zu leiten. Der Elektrolyt 30 kann beispielsweise ein Gel-Polymer-Elektrolyt („GPE“) mit einer Viskosität von größer oder gleich etwa 10 mPs·S bis kleiner oder gleich etwa 10.000 mPs-S und in bestimmten Aspekten optional größer oder gleich etwa 50 mPs·S bis kleiner oder gleich etwa 1000 mPs·S sein und eine nichtwässrige flüssige Elektrolytlösung enthalten, die in einer Polymermatrix immobilisiert ist. Zum Beispiel kann der Elektrolyt mehr als oder gleich etwa 1 Gew.-% bis weniger als oder gleich etwa 99 Gew.-% und in bestimmten Aspekten optional mehr als oder gleich etwa 50 Gew.-% bis weniger als oder gleich etwa 95 Gew.-% der nichtwässrigen flüssigen Elektrolytlösung und mehr als oder gleich etwa 1 Gew.-% bis weniger als oder gleich etwa 99 Gew.-% und in bestimmten Aspekten optional mehr als oder gleich etwa 5 Gew.-% bis weniger als oder gleich etwa 50 Gew.-% der polymeren Matrix enthalten.
  • In verschiedenen Aspekten kann die polymere Matrix durch ein Polymergerüst definiert sein, das ein oder mehrere Polymere enthält, die aus der Gruppe ausgewählt sind, die besteht aus: Poly(ethylenoxid) (PEO), Poly(acrylnitril) (PAN), Poly(methylmethacrylat) (PMMA), Poly(vinylidenfluorid) (PVDF) und Kombinationen davon. Die nichtwässrige flüssige Elektrolytlösung, die ein in einem organischen Lösungsmittel oder einem Gemisch organischer Lösungsmittel gelöstes Lithiumsalz enthält. So können z.B. zahlreiche herkömmliche nichtwässrige flüssige Elektrolytlösungen eingesetzt werden.
  • Geeignete Lithiumsalze haben im Allgemeinen inerte Anionen. Eine nicht einschränkende Liste von Lithiumsalzen, die in einem organischen Lösungsmittel oder einem Gemisch aus organischen Lösungsmitteln gelöst sein können, um die nichtwässrige flüssige Elektrolytlösung zu bilden, umfasst Lithiumhexafluorphosphat (LiPF6); Lithiumperchlorat (LiClO4), Lithiumtetrachloraluminat (LiAlCl4), Lithiumiodid (LiI), Lithiumbromid (LiBr), Lithiumthiocyanat (LiSCN), Lithiumtetrafluorborat (LiBF4), Lithiumdifluoroxalatborat (LiBF2(C2O4)) (LiODFB), Lithiumtetraphenylborat (LiB(C6H5)4), Lithiumbis(oxalat)borat (LiB(C2O4)2) (LiBOB), Lithiumtetrafluoroxalatphosphat (LiPF4(C2O4)) (LiFOP), Lithiumnitrat (LiNO3), Lithiumhexafluorarsenat (LiAsF6), Lithiumtrifluormethansulfonat (LiCF3SO3), Lithiumbis(trifluormethansulfonimid) (LiTFSI) (LiN(CF3SO2)2), Lithiumfluorsulfonylimid (LiN(FSO2)2) (LiFSI), Lithiumfluoralkylphosphat (LiFAP) (Li3O4P) und Kombinationen davon.
  • Diese und andere ähnliche Lithiumsalze können in einer Vielzahl von organischen Lösungsmitteln gelöst werden, einschließlich, aber nicht beschränkt auf verschiedene Alkylcarbonate, wie z.B. zyklische Carbonate (z.B. Ethylencarbonat (EC), Propylencarbonat (PC), Butylencarbonat (BC), Fluorethylencarbonat (FEC)), lineare Carbonate (z.B. Dimethylcarbonat (DMC), Diethylcarbonat (DEC), Ethylmethylcarbonat (EMC)), aliphatische Carbonsäureester (z.B. Methylformiat, Methylacetat, Methylpropionat), γ-Lactone (z.B. γ-Butyrolacton, γ-Valerolacton), Ether mit Kettenstruktur (z.B. 1,2-Dimethoxyethan (DME), 1-2-Diethoxyethan, Ethoxymethoxyethan), zyklische Ether (z.B. Tetrahydrofuran, 2-Methyltetrahydrofuran, 1,3-Dioxolan (DOL)), Schwefelverbindungen (z.B. Sulfolan) und Kombinationen davon. In verschiedenen Aspekten kann der flüssige Elektrolyt mehr als oder gleich 0,1 M bis weniger als oder gleich etwa 5 M Konzentration des einen oder der mehreren Lithiumsalze enthalten.
  • In verschiedenen Aspekten kann der Elektrolyt 30, der einen Gel-Polymer-Elektrolyten umfasst, sowohl als Leiter für Lithiumionen als auch als Separator, z.B. Separator 26, dienen, so dass eine separate Separatorkomponente nicht erforderlich ist. In verschiedenen anderen Aspekten kann der Separator 26 jedoch ein mikroporöser polymerer Separator sein, der z.B. ein Polyolefin enthält. Das Polyolefin kann ein Homopolymer (abgeleitet von einem einzigen Monomerbestandteil) oder ein Heteropolymer (abgeleitet von mehr als einem Monomerbestandteil) sein, das entweder linear oder verzweigt sein kann. Wenn ein Heteropolymer aus zwei Monomerbestandteilen abgeleitet ist, kann das Polyolefin jede beliebige Copolymer-Kettenanordnung annehmen, einschließlich der eines Block-Copolymers oder eines statistischen Copolymers. Wenn das Polyolefin in ähnlicher Weise ein Heteropolymer ist, das von mehr als zwei Monomerbestandteilen abgeleitet ist, kann es sich ebenfalls um ein Blockcopolymer oder ein statistisches Copolymer handeln.
  • In bestimmten Aspekten kann das Polyolefin Polyethylen (PE), Polypropylen (PP) oder eine Mischung aus PE und PP oder mehrschichtige strukturierte poröse Folien aus PE und/oder PP sein. Zu den kommerziell erhältlichen porösen Membranen gehören CELGARD® 2500 (ein einschichtiger Polypropylen-Separator) und CELGARD® 2320 (ein dreischichtiger Polypropylen/Polyethylen/Polypropylen-Separator), die bei Celgard LLC erhältlich sind. Verschiedene andere herkömmlich verfügbare Polymere und kommerzielle Produkte zur Herstellung des Separators 26 werden in Betracht gezogen, ebenso wie die vielen Herstellungsverfahren, die zur Herstellung eines solchen mikroporösen Polymerseparators 26 eingesetzt werden können.
  • Wenn der Separator 26 ein mikroporöser polymerer Separator ist, kann es sich um eine einzelne Schicht oder ein mehrlagiges Laminat handeln, das entweder in einem Trocken- oder Nassverfahren hergestellt werden kann. Zum Beispiel kann in bestimmten Fällen eine einzige Schicht des Polyolefins den gesamten Separator 26 bilden. In anderen Aspekten kann der Separator 26 eine faserige Membran mit einer Fülle von Poren sein, die sich zwischen den gegenüberliegenden Oberflächen erstrecken und beispielsweise eine Dicke von weniger als einem Millimeter aufweisen. Als weiteres Beispiel können jedoch mehrere diskrete Schichten aus ähnlichen oder unähnlichen Polyolefinen zur Bildung des Separators 26 zusammengesetzt werden.
  • Der Separator 26 kann neben dem Polyolefin auch andere Polymere enthalten, wie z.B. Polyethylenterephthalat (PET), Polyvinylidenfluorid (PVdF), Polyamid (Ny-Ions), Polyurethane, Polycarbonate, Polyester, Polyetheretherketone (PEEK), Polyethersulfone (PES), Polyimide (PI), Polyamidimide, Polyether, Polyoxymethylen (z.B. Acetal), Polybutylenterephthalat, Polyethylennaphthenat, Polybuten, Polymethylpenten, Polyolefin-Copolymere, Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymere (ABS), Polystyrol-Copolymere, Polymethylmethacrylat (PMMA), Polysiloxan-Polymere (z.B. Polydimethylsiloxan (PDMS)), Polybenzimidazol (PBI), Polybenzoxazol (PBO), Polyphenylene, Polyarylenetherketone, Polyperfluorcyclobutane, Polyvinylidenfluorid-Copolymere (z.B. PVdF-Hexafluorpropylen oder (PVdF-HFP)), Polyvinylidenfluorid-Terpolymere, Polyvinylfluorid, flüssigkristalline Polymere (z.B. VECTRAN™ (Hoechst AG, Deutschland) und ZENITE® (DuPont, Wilmington, DE)), Polyaramide, Polyphenylenoxid, Zellulosematerialien, mesoporöses Siliciumdioxid oder jedes andere Material, das geeignet ist, die erforderliche poröse Struktur zu erzeugen. Die Polyolefinschicht und alle anderen optionalen Polymerschichten können weiterhin als Faserschicht in den Separator 26 eingebracht werden, um zu helfen, dem Separator 26 geeignete Struktur- und Porositätseigenschaften zu verleihen.
  • In bestimmten Aspekten kann der Separator 26 außerdem eine oder mehrere keramische Beschichtungsschichten und eine Beschichtung aus hitzebeständigem Material enthalten. Die keramische Beschichtungsschicht und/oder die Beschichtung aus hitzebeständigem Material kann auf einer oder mehreren Seiten des Separators 26 angeordnet sein. Das Material, das die keramische Schicht bildet, kann aus der Gruppe ausgewählt sein, die besteht aus: Aluminiumoxid (Al2O3), Siliziumdioxid (SiO2), Titandioxid (TiO2) und Kombinationen davon. Das hitzebeständige Material kann aus der Gruppe ausgewählt sein, die besteht aus: Nomex, Aramid und Kombinationen daraus.
  • Die positive Elektrode 24 enthält in verschiedenen Aspekten ein positives elektroaktives Material auf Lithiumbasis, das in der Lage ist, Lithiumeinlagerung und -auslagerung, Legieren und Ablösen oder Plattieren und Abstreifen zu durchlaufen, während es als positiver Anschluss der Kondensatorbatterie 20 fungiert. In verschiedenen Aspekten kann die positive Elektrode 24 durch eine Vielzahl von elektroaktiven Materialteilchen gebildet sein (nicht gezeigt). Solche positiven elektroaktiven Materialteilchen können in einer oder mehreren Schichten angeordnet werden, um die dreidimensionale Struktur der positiven Elektrode 24 zu definieren. In bestimmten Variationen kann die positive Elektrode 24 zusätzlich den Elektrolyten 30 enthalten, z.B. eine Vielzahl von Elektrolytteilchen (nicht gezeigt).
  • In verschiedenen Aspekten kann die positive Elektrode 24 eine Kathode aus einem geschichteten Oxid, eine Spinell-Kathode oder eine Polyanionkathode sein. Beispielsweise umfassen Schichtoxidkathoden (z.B. Steinsalz-Schichtoxide) ein oder mehrere positive elektroaktive Materialien auf Lithiumbasis, die ausgewählt sind aus LiNixMnyCo1-x-yO2 (wobei 0 ≤ x ≤ 1 und 0 ≤ y ≤ 1), LiNixMn1-xO2 (wobei 0 ≤ x ≤ 1), Li1+XMO2 (wobei M eines von Mn, Ni, Co und Al ist und 0 ≤ x ≤ 1); (zum Beispiel LiCoO2 (LCO), LiNiO2, LiMnO2, LiNi0,5Mn0,5O2, NMC111, NMC523, NMC622, NMC 721, NMC811, NCA). Spinell-Kathoden enthalten ein oder mehrere positive elektroaktive Materialien auf Lithiumbasis, die ausgewählt sind aus LiMn2O4 (LMO) und LiNi0,5Mn1,5O4. Kathoden vom Olivin-Typ enthalten ein oder mehrere positive elektroaktive Materialien auf Lithium-Basis, wie z.B. LiV2(PO4)3, LiFePO4, LiCoPO4 und LiMnPO4. Kathoden vom Typ Tavorit enthalten z.B. LiVPO4F. Kathoden vom Borat-Typ enthalten z.B. eines oder mehrere von LiFeBO3, LiCoBO3, und LiMnBO3. Kathoden vom Silikat-Typ enthalten z.B. Li2FeSiO4, Li2MnSiO4 und LiMnSiO4F. In noch weiteren Variationen kann die positive Elektrode 24 ein oder mehrere andere positive elektroaktive Materialien enthalten, wie z.B. ein oder mehrere von Dilithium(2,5-dilithiooxy)terephthalat und Polyimid. In verschiedenen Aspekten kann das positive elektroaktive Material optional beschichtet (z.B. mit LiNbO3 und/oder Al2O3) und/oder dotiert sein (z.B. mit einem oder mehreren von Magnesium (Mg), Aluminium (AI) und Mangan (Mn)).
  • Das positive elektroaktive Material der positiven Elektrode 24 kann optional mit einem oder mehreren elektrisch leitfähigen Materialien, die einen elektronenleitenden Pfad bereitstellen, und/oder mindestens einem polymeren Bindemittelmaterial, das die strukturelle Integrität der positiven Elektrode 24 verbessert, vermischt sein. Zum Beispiel kann das positive elektroaktive Material in der positiven Elektrode 24 optional mit Bindemitteln wie Poly(tetrafluorethylen) (PTFE), Natriumcarboxymethylcellulose (CMC), Styrol-Butadien-Kautschuk (SBR), Polyvinylidenfluorid (PVDF), Nitril-Butadien-Kautschuk (NBR), Styrol-Ethylen-Butylen-Styrol-Copolymer (SEBS), Styrol-Butadien-Styrol-Copolymer (SBS), Lithium-Polyacrylat (LiPAA), Natriumpolyacrylat (NaPAA), Natriumalginat, Lithiumalginat, Ethylen-Propylen-Dien-Monomer (EPDM) und Kombinationen davon vermischt sein. Zu den elektrisch leitfähigen Materialien können Materialien auf Kohlenstoffbasis, Nickelpulver oder andere Metallteilchen oder ein leitfähiges Polymer gehören. Materialien auf Kohlenstoffbasis können z.B. Teilchen aus Ruß, Graphit, Acetylenruß (wie KETCHEN™-Ruß oder DENKA™-Ruß), Kohlenstofffasern und -Nanoröhren, Graphen und ähnliches enthalten. Beispiele für ein leitfähiges Polymer sind Polyanilin, Polythiophen, Polyacetylen, Polypyrrol und dergleichen.
  • Beispielsweise kann die positive Elektrode 24 enthalten mehr als oder gleich etwa 50 Gew.-% bis weniger als oder gleich etwa 99 Gew.-%, und in bestimmten Aspekten optional mehr als oder gleich etwa 50 Gew.-% bis weniger als oder gleich etwa 95 Gew.-%, des positiven elektroaktiven Materials; mehr als oder gleich etwa 0 Gew.-% bis weniger als oder gleich etwa 30 Gew.-% und in bestimmten Aspekten optional mehr als oder gleich etwa 2 Gew.-% bis weniger als oder gleich etwa 5 Gew.-% eines oder mehrerer elektrisch leitender Materialien; und mehr als oder gleich etwa 0 Gew.-% bis weniger als oder gleich etwa 20 Gew.-%, und in bestimmten Aspekten optional mehr als oder gleich etwa 2 Gew.-% bis weniger als oder gleich etwa 5 Gew.-%, eines oder mehrerer Bindemittel.
  • Die negative Elektrode 22 enthält in verschiedenen Aspekten ein Lithium-Wirtsmaterial, das in der Lage ist, als negativer Anschluss einer Lithiumionen-Batterie zu fungieren. Zum Beispiel kann die negative Elektrode 22 ein Lithium-Wirtsmaterial enthalten (z.B. negatives elektroaktives Material), das als negativer Anschluss der Batterie 20 fungieren kann. In verschiedenen Aspekten kann die negative Elektrode 22 durch eine Vielzahl negativer elektroaktiver Materialteilchen definiert sein (nicht gezeigt). Solche negativen elektroaktiven Materialteilchen können in einer oder mehreren Schichten angeordnet sein, um die dreidimensionale Struktur der negativen Elektrode 22 zu definieren. In bestimmten Variationen kann, wie oben angemerkt, die negative Elektrode 22 zusätzlich den Elektrolyten 30 enthalten, zum Beispiel eine Vielzahl von Elektrolytteilchen (nicht gezeigt).
  • Die negative Elektrode 22 kann ein negatives elektroaktives Material auf Lithiumbasis enthalten, das z.B. ein Lithiummetall und/oder eine Lithiumlegierung umfasst. In anderen Variationen kann die negative Elektrode 22 ein negatives elektroaktives Material auf Siliciumbasis enthalten, das z.B. Silicium, eine Siliciumlegierung, Siliciumoxid oder Kombinationen davon umfasst und in bestimmten Fällen weiter mit Graphit gemischt werden kann. In noch anderen Variationen kann die negative Elektrode 22 ein negatives elektroaktives Material sein, das eine kohlenstoffhaltige Anode ist, die z.B. ein oder mehrere negative elektroaktive Materialien wie Graphit, Graphen und/oder Kohlenstoff-Nanoröhren (CNTs) umfasst. In noch weiteren Variationen kann die negative Elektrode 22 ein oder mehrere Lithium aufnehmende negative elektroaktive Materialien, wie Lithium-Titanoxid (Li4Ti5O12), ein oder mehrere Übergangsmetalle (wie Zinn (Sn)), ein oder mehrere Metalloxide (wie Vanadiumoxid (V2O5), Zinnoxid (SnO), Titandioxid (TiO2)), Titan-Nioboxid (TixNbyOz, wobei 0 ≤ x ≤ 2, 0 ≤ y ≤ 24 und 0 ≤ z ≤ 64) und ein oder mehrere Metallsulfide (wie Eisen(II)- oder Eisensulfid (FeS)) umfassen. In verschiedenen Aspekten kann, wie unten weiter ausgeführt, das negative elektroaktive Material vorlithiiert sein.
  • In verschiedenen Aspekten kann das negative elektroaktive Material in der negativen Elektrode 22 optional mit einem oder mehreren elektrisch leitfähigen Materialien, die einen elektronenleitenden Pfad bereitstellen, und/oder mindestens einem polymeren Bindemittelmaterial, das die strukturelle Integrität der negativen Elektrode 22 verbessert, vermischt sein. Zum Beispiel kann das negative elektroaktive Material in der negativen Elektrode 22 optional mit Bindemitteln wie Poly(tetrafluorethylen) (PTFE), Natriumcarboxymethylcellulose (CMC), Styrol-Butadien-Kautschuk (SBR), Polyvinylidenfluorid (PVDF), Nitril-Butadien-Kautschuk (NBR), Styrol-Ethylen-Butylen-Styrol-Copolymer (SEBS), Styrol-Butadien-Styrol-Copolymer (SBS), Lithium-Polyacrylat (LiPAA), Natriumpolyacrylat (NaPAA), Natriumalginat, Lithiumalginat und Kombinationen davon vermischt sein. Zu den elektrisch leitfähigen Materialien können Materialien auf Kohlenstoffbasis, Nickelpulver oder andere Metallteilchen oder ein leitfähiges Polymer gehören. Materialien auf Kohlenstoffbasis können z.B. Teilchen aus Ruß, Graphit, Acetylenruß (wie KETCHEN™-Ruß oder DENKA™-Ruß), Kohlenstofffasern und -Nanoröhren, Graphen und ähnliches enthalten. Beispiele für ein leitfähiges Polymer sind Polyanilin, Polythiophen, Polyacetylen, Polypyrrol und dergleichen.
  • Beispielsweise kann die negative Elektrode 22 enthalten mehr als oder gleich etwa 50 Gew.-% bis weniger als oder gleich etwa 99 Gew.-%, und in bestimmten Aspekten optional mehr als oder gleich etwa 50 Gew.-% bis weniger als oder gleich etwa 95 Gew.-%, des negativen elektroaktiven Materials; mehr als oder gleich etwa 0 Gew.-% bis weniger als oder gleich etwa 30 Gew.-% und in bestimmten Aspekten optional mehr als oder gleich etwa 5 Gew.-% bis weniger als oder gleich etwa 20 Gew.-% eines oder mehrerer elektrisch leitender Materialien; und mehr als oder gleich etwa 0 Gew.-% bis weniger als oder gleich etwa 20 Gew.-%, und in bestimmten Aspekten optional mehr als oder gleich etwa 5 Gew.-% bis weniger als oder gleich etwa 15 Gew.-%, eines oder mehrerer Bindemittel.
  • In verschiedenen Aspekten stellt die vorliegende Offenbarung ein Verfahren zur Herstellung eines Gel-Polymer-Elektrolyten, z.B. des in 1 dargestellten Elektrolyten 30, bereit. Das Verfahren umfasst die Zugabe eines Gelierungsreagenzes zu einer nichtwässrigen flüssigen Elektrolytlösung, die ein in einem organischen Lösungsmittel oder einer Mischung organischer Lösungsmittel gelöstes Lithiumsalz umfasst. Zum Beispiel kann die nichtwässrige flüssige Elektrolytlösung ein oder mehrere Lithiumsalze enthalten, die aus der Gruppe ausgewählt sind, die besteht aus: Lithiumhexafluorphosphat (LiPF6), Lithiumperchlorat (LiClO4), Lithiumtetrachloraluminat (LiAlCl4), Lithiumiodid (LiI), Lithiumbromid (LiBr), Lithiumthiocyanat (LiSCN), Lithiumtetrafluorborat (LiBF4), Lithiumdifluoroxalatborat (LiBF2(C2O4)) (LiODFB), Lithiumtetraphenylborat (LiB(C6H5)4), Lithiumbis(oxalat)borat (LiB(C2O4)2) (LiBOB), Lithiumtetrafluoroxalatphosphat (LiPF4(C2O4)) (LiFOP), Lithiumnitrat (LiNO3), Lithiumhexafluorarsenat (LiAsF6), Lithiumtrifluormethansulfonat (LiCF3SO3), Lithiumbis(trifluormethansulfonimid) (LiTFSI) (LiN(CF3SO2)2), Lithiumfluorsulfonylimid (LiN(FSO2)2) (LiFSI), Lithiumfluoralkylphosphat (LiFAP) (Li3O4P) und Kombinationen davon.
  • Die nichtwässrige flüssige Elektrolytlösung kann ein oder mehrere Lösungsmittel enthalten, die aus der Gruppe ausgewählt sind, die besteht aus: Ethylencarbonat (EC), Propylencarbonat (PC), Butylencarbonat (BC), Fluorethylencarbonat (FEC), Dimethylcarbonat (DMC), Diethylcarbonat (DEC), Ethylmethylcarbonat (EMC), Methylformiat, Methylacetat, Methylpropionat, γ-Butyrolacton, γ-Valerolacton, 1,2-Dimethoxyethan (DME), 1-2-Diethoxyethan, Ethoxymethoxyethan, Tetrahydrofuran, 2-Methyltetrahydrofuran, 1,3-Dioxolan (DOL), Sulfolan und Kombinationen davon.
  • Das Gelierungsreagenz kann einen oder mehrere Initiatoren und ein oder mehrere Vernetzungsmittel enthalten. Zum Beispiel kann jedes der Vernetzungsmittel eines von einem dreizähnigen Alkan und einem vierzähnigen Alkan mit einem oder mehreren Substituenten sein, die eine endständige Gruppe enthalten, die dargestellt ist durch:
    Figure DE102020131754A1_0005
  • In verschiedenen Aspekten sind zum Beispiel das eine oder die mehreren Vernetzungsmittel ausgewählt aus der Gruppe, die besteht aus: Trimethylolpropantriacrylat (TMPTA), Pentaerythrittriacrylat, ethoxyliertem Trimethylolpropantriacrylat, alkyloylmodifiziertem Dipentaerythrittriacrylat, ethoxyliertem Glycerintriacrylat, Pentaerythrittetraacrylat, Di(trimethylolpropan)tetraacrylat, ethoxyliertem Pentaerythrittetraacrylat und Kombinationen davon.
  • Jeder der ein oder mehreren Initiatoren ist einer von einem thermischen Initiator und einem Initiator durch aktinische Strahlung/Elektronenstrahl. In bestimmten Variationen kann es sich bei dem einen oder den mehreren Initiatoren beispielsweise um einen thermischen Initiator handeln, der ausgewählt ist aus der Gruppe, die besteht aus: Azobisisobutyronitril (AIBN), 1,1'-Azobis(cyclohexancarbonitril) (ABCN), Benzoylperoxid (BPO), Di-tert-butylperoxid und Kombinationen davon. In solchen Fällen kann das Verfahren ferner das Erhitzen der Elektrolytmischung auf eine Temperatur von mehr als oder gleich etwa 45 °C bis weniger als oder gleich etwa 120 °C und in bestimmten Aspekten optional mehr als oder gleich etwa 50 °C bis weniger als oder gleich etwa 70 °C für einen Zeitraum von mehr als oder gleich etwa 5 Minuten bis weniger als oder gleich etwa 180 Minuten und in bestimmten Aspekten optional mehr als oder gleich etwa 30 Minuten bis weniger als oder gleich etwa 120 Minuten umfassen, um den Gel-Polymer-Elektrolyten zu bilden. Beispielsweise kann in verschiedenen Fällen die Elektrolytmischung, einschließlich des einen oder der mehreren Vernetzungsmittel und des thermischen Initiators, in eine elektrochemische Zelle, beispielsweise ähnlich der in 1 dargestellten Batterie 20, eingebracht oder injiziert werden und durch die Anwendung von Wärme eine Insitu-Polymerisation oder -Vernetzung des einen oder der mehreren Vernetzungsmittel induzieren.
  • In anderen Varianten können der eine oder die mehreren Initiatoren ein aktinischer/Elektronenstrahl-Initiator sein, der aus der Gruppe ausgewählt ist, die besteht aus: Benzophenon, Diaryliodoniumhexafluorantimonat, Acetophenon, Anisoin, Benzil, Benzoin, 2-Benzyl-2-(dimethylamino)-4'-morpholinobutyrophenon, Campherchinon, 4,4'-Dihydroxybenzophenon, 4'-Ethoxyacetophenon, Methybenzoylformiat, 2-Methyl-4'-(methylthio)-2-morpholinopropiophenon, Thioxanthen-9-on und Kombinationen davon. In solchen Fällen kann das Verfahren weiterhin das Anwenden eines Elektronenstrahls oder aktinischer Strahlung, z.B. ultraviolettes Licht (z.B. 200 nm bis 400 nm), umfassen, um den Gel-Polymer-Elektrolyten zu bilden. Beispielsweise kann in verschiedenen Fällen die Elektrolytmischung, die das eine oder die mehreren Vernetzungsmittel und den aktinischen/Elektronenstrahl-Initiator enthält, in eine elektrochemische Zelle eingeführt oder injiziert werden, beispielsweise ähnlich der in 1 dargestellten Batterie 20, und die Anwendung eines Elektronenstrahls und/oder aktinischer Strahlung, beispielsweise ultraviolettes Licht (z.B. 200 nm bis 400 nm), kann die Insitu-Polymerisation oder -Vernetzung des einen oder der mehreren Vernetzungsmittel induzieren.
  • Das Erhitzen und/oder Beaufschlagen der Elektrolytmischung durch den Elektronenstrahl oder die aktinische Strahlung kann die Polymerisation oder Vernetzung der Vernetzungsmittel induzieren, um ein polymeres Grundgerüst oder eine Matrix zu bilden, die den Gel-Polymer-Elektrolyten definiert. Das polymere Grundgerüst dient als Träger für den flüssigen Elektrolyten.
  • BEISPIELE
  • Ausführungsformen und Merkmale der vorliegenden Technologie werden anhand der folgenden nicht einschränkenden Beispiele näher erläutert:
  • Beispiel I
  • Eine beispielhafte elektrochemische Zelle wird in Übereinstimmung mit verschiedenen Aspekten der vorliegenden Offenbarung hergestellt. Zum Beispiel kann ein Gelierungsreagenz, das ethoxyliertes Trimethylolpropantriacrylat und 2-Benzyl-2-(dimethylamino)-4'-morpholinobutyrophenon enthält, zu einem flüssigen Elektrolyten hinzugefügt werden, der das Salz Lithiumhexafluorphosphat (LiPF6) und die Co-Lösungsmittel Fluorethylencarbonat (FEC) und Ethylmethylcarbonat (EMC) enthält. Die Elektrolytmischung kann z.B. etwa 5 Gew.-% des Gelierungsreagenzes enthalten. Die Elektrolytmischung kann in eine elektrochemische Zelle mit einer positiven Elektrode, die NMC622 enthält, und einer negativen Elektrode, die Lithiummetall umfasst, gegeben werden.
  • Die beispielhafte elektrochemische Zelle wird in Übereinstimmung mit verschiedenen Aspekten der vorliegenden Offenbarung hergestellt und kann mit einer vergleichbaren elektrochemischen Basiszelle verglichen werden, bei der das Gelierungsreagenz nicht vorhanden ist. Wie in 2 dargestellt, hat die beispielhafte elektrochemische Zelle 210 beispielsweise eine verbesserte Kapazitätserhaltung im Vergleich zur elektrochemischen Basiszelle 220. Zum Beispiel kann die beispielhafte elektrochemische Zelle 210 eine Verbesserung des Zyklushubs um etwa 30 % aufweisen. Die y1-Achse 202 in 2 stellt die Gesamtkapazität (mAh) und die y2-Achse 204 den Coulomb-Wirkungsgrad (%) dar, während die Zyklenzahl auf der x-Achse 206 angezeigt wird.
  • Beispiel II
  • Eine weitere beispielhafte elektrochemische Zelle wird in Übereinstimmung mit verschiedenen Aspekten der vorliegenden Offenbarung hergestellt. Zum Beispiel kann ein Gelierungsreagenz, das ethoxyliertes Trimethylolpropantriacrylat und Benzophenon enthält, zu einem flüssigen Elektrolyten hinzugefügt werden, der das Salz Lithiumfluorsulfonylimid (LiN(FSO2)2) (LiFSI) und das Lösungsmittel 1,2-Dimethoxyethan (DME) enthält. Die Elektrolytmischung kann z.B. etwa 5 Gew.-% des Gelierungsreagenzes enthalten. Die Elektrolytmischung kann in eine elektrochemische Zelle mit einer positiven Elektrode, die Schwefel enthält, und einer negativen Elektrode, die Lithiummetall enthält, gegeben werden.
  • Die beispielhafte elektrochemische Zelle wird in Übereinstimmung mit verschiedenen Aspekten der vorliegenden Offenbarung hergestellt und kann mit einer vergleichbaren elektrochemischen Basiszelle verglichen werden, bei der das Gelierungsreagenz nicht vorhanden ist. Wie in 3 dargestellt, hat die beispielhafte elektrochemische Zelle 310 beispielsweise eine verbesserte Kapazitätserhaltung im Vergleich zur elektrochemischen Basiszelle 320. Tatsächlich erleidet die vergleichbare beispielhafte elektrochemische Zelle 320 einen internen Kurzschluss bei etwa 20 Zyklen, während die beispielhafte elektrochemische Zelle 320 über mehr als 100 Zyklen läuft. Die y1-Achse 302 in 3 stellt die Gesamtkapazität (mAh) und die y2-Achse 304 den Coulomb-Wirkungsgrad (%) dar, während die Zyklenzahl auf der x-Achse 306 angezeigt wird.
  • Die vorstehende Beschreibung der Ausführungsformen dient der Veranschaulichung und Beschreibung. Sie soll nicht erschöpfend sein oder die Offenbarung einschränken. Einzelne Elemente oder Merkmale einer bestimmten Ausführungsform sind im Allgemeinen nicht auf diese bestimmte Ausführungsform beschränkt, sondern sind optional austauschbar und können in einer ausgewählten Ausführungsform verwendet werden, auch wenn sie nicht speziell gezeigt oder beschrieben werden. Dieselbe kann auch in vielerlei Hinsicht variiert werden. Solche Variationen sind nicht als außerhalb der Offenbarung zu betrachten, und alle derartigen Änderungen sollen in den Schutzbereich der Offenbarung einbezogen werden.

Claims (10)

  1. Verfahren zur Herstellung eines Gel-Polymer-Elektrolyten zur Verwendung in einer elektrochemischen Zelle, die Lithiumionen zyklisch bewegt, wobei das Verfahren umfasst: Zugeben eines Gelierungsreagenzes zu einem flüssigen Elektrolyten, um eine Elektrolytmischung zu bilden, die den Gel-Polymer-Elektrolyten definiert, wobei das Gelierungsreagenz einen oder mehrere Initiatoren und ein oder mehrere Vernetzungsmittel enthält, jeder der ein oder mehreren Initiatoren einer von einem thermischen Initiator und einem aktinischen/Elektronenstrahl-Initiator ist, jedes der ein oder mehreren Vernetzungsmittel eines aus einem dreizähnigen Alkan und einem vierzähnigen Alkan mit einem oder mehreren Substituenten ist, die eine endständige Gruppe enthalten, die dargestellt ist durch:
    Figure DE102020131754A1_0006
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das eine oder die mehreren Vernetzungsmittel ausgewählt sind aus der Gruppe, die besteht aus: Trimethylolpropantriacrylat (TMPTA), Pentaerythrittriacrylat, ethoxyliertem Trimethylolpropantriacrylat, alkyloylmodifiziertem Dipentaerythrittriacrylat, ethoxyliertem Glycerintriacrylat, Pentaerythrittetraacrylat, Di(trimethylolpropan)tetraacrylat, ethoxyliertem Pentaerythrittetraacrylat und Kombinationen davon.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei der Gel-Polymer-Elektrolyt ein polymeres Grundgerüst enthält, das durch das eine oder die mehreren Vernetzungsmittel definiert ist.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der eine oder die mehreren Initiatoren einen thermischen Initiator umfassen, der ausgewählt ist aus der Gruppe, die besteht aus: Azobisisobutyronitril (AIBN), 1,1'-Azobis(cyclohexancarbonitril) (ABCN), Benzoylperoxid (BPO), Di-tert-butylperoxid und Kombinationen davon.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei das Verfahren nach dem Zugeben des Gelierungsreagenzes zu dem flüssigen Elektrolyten ferner das Erhitzen der Elektrolytmischung auf eine Temperatur von mehr als oder gleich etwa 45 °C bis weniger als oder gleich etwa 120 °C für einen Zeitraum von mehr als oder gleich etwa 5 Minuten bis weniger als oder gleich etwa 180 Minuten umfasst, um den Gel-Polymer-Elektrolyten zu bilden.
  6. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der eine oder die mehreren Initiatoren einen aktinischen/Elektronenstrahl-Initiator umfassen, der aus der Gruppe ausgewählt ist, die besteht aus: Benzophenon, Diaryliodoniumhexafluorantimonat, Acetophenon, Anisoin, Benzil, Benzoin, 2-Benzyl-2-(dimethylamino)-4'-morpholinobutyrophenon, Campherchinon, 4,4'-Dihydroxybenzophenon, 4'-Ethoxyacetophenon, Methybenzoylformiat, 2-Methyl-4'-(methylthio)-2-morpholinopropiophenon, Thioxanthen-9-on und Kombinationen davon.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei das Verfahren nach dem Zugeben des Gelierungsreagenzes zu dem flüssigen Elektrolyten ferner das Beaufschlagen der Elektrolytmischung mit einem Elektronenstrahl oder einer aktinischen Strahlung umfasst, um den Gel-Polymer-Elektrolyten zu bilden.
  8. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Gelierungsreagenz mehr als oder gleich etwa 0,1 Gew.-% bis weniger als oder gleich etwa 10 Gew.-% des einen oder der mehreren Initiatoren und als Rest den einen oder die mehreren Vernetzungsmittel umfasst.
  9. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der flüssige Elektrolyt umfasst: ein oder mehrere Lithiumsalze, die aus der Gruppe ausgewählt sind, die besteht aus: Lithiumhexafluorphosphat (LiPF6); Lithiumperchlorat (LiClO4), Lithiumtetrachloraluminat (LiAlCl4), Lithiumiodid (LiI), Lithiumbromid (LiBr), Lithiumthiocyanat (LiSCN), Lithiumtetrafluorborat (LiBF4), Lithiumdifluoroxalatborat (LiBF2(C2O4)) (LiODFB), Lithiumtetraphenylborat (LiB(C6H5)4), Lithiumbis(oxalat)borat (LiB(C2O4)2) (LiBOB), Lithiumtetrafluoroxalatphosphat (LiPF4(C2O4)) (LiFOP), Lithiumnitrat (LiNO3), Lithiumhexafluorarsenat (LiAsF6), Lithiumtrifluormethansulfonat (LiCF3SO3), Lithiumbis(trifluormethansulfonimid) (LiTFSI) (LiN(CF3SO2)2), Lithiumfluorsulfonylimid (LiN(FSO2)2) (LiFSI), Lithiumfluoralkylphosphat (LiFAP) (Li3O4P) und Kombinationen davon; und ein oder mehrere Lösungsmittel, die aus der Gruppe ausgewählt sind, die besteht aus: Ethylencarbonat (EC), Propylencarbonat (PC), Butylencarbonat (BC), Fluorethylencarbonat (FEC), Dimethylcarbonat (DMC), Diethylcarbonat (DEC), Ethylmethylcarbonat (EMC), Methylformiat, Methylacetat, Methylpropionat, γ-Butyrolacton, γ-Valerolacton, 1,2-Dimethoxyethan (DME), 1-2-Diethoxyethan, Ethoxymethoxyethan, Tetrahydrofuran, 2-Methyltetrahydrofuran, 1,3-Dioxolan (DOL), Sulfolan und Kombinationen davon.
  10. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Verfahren ferner das Einspritzen des Gel-Polymer-Elektrolyten in eine elektrochemische Zelle umfasst.
DE102020131754.9A 2019-12-23 2020-12-01 Gelierungsreagenz zur herstellung eines gel-elektrolyten und diesbezügliche verfahren Pending DE102020131754A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US16/725,550 2019-12-23
US16/725,550 US11522221B2 (en) 2019-12-23 2019-12-23 Gelation reagent for forming gel electrolyte and methods relating thereto

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102020131754A1 true DE102020131754A1 (de) 2021-06-24

Family

ID=76206409

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102020131754.9A Pending DE102020131754A1 (de) 2019-12-23 2020-12-01 Gelierungsreagenz zur herstellung eines gel-elektrolyten und diesbezügliche verfahren

Country Status (3)

Country Link
US (1) US11522221B2 (de)
CN (1) CN113087856A (de)
DE (1) DE102020131754A1 (de)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11522221B2 (en) 2019-12-23 2022-12-06 GM Global Technology Operations LLC Gelation reagent for forming gel electrolyte and methods relating thereto
WO2023222812A1 (de) * 2022-05-18 2023-11-23 Technische Universität Braunschweig Festelektrolyt für lithium-basierte wiederaufladbare batterien

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7434203B2 (ja) * 2021-03-22 2024-02-20 株式会社東芝 二次電池、電池パック及び車両
CN114039088A (zh) * 2021-09-30 2022-02-11 国联汽车动力电池研究院有限责任公司 一种用于制备固态聚合物电解质的组合物及其应用
CN117384330B (zh) * 2023-12-12 2024-02-23 蓝固(淄博)新能源科技有限公司 一种氟代-1,3-二氧戊杂环化合物的制备方法、原位固态化电解质及其制备方法和应用

Family Cites Families (68)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1558463A (zh) * 2004-01-29 2004-12-29 复旦大学 含氟凝胶态电解质材料的在位热交联制备方法及其聚合物锂离子电池的制备方法
US7422826B2 (en) * 2004-04-07 2008-09-09 Greatbatch Ltd. In situ thermal polymerization method for making gel polymer lithium ion rechargeable electrochemical cells
US9160036B2 (en) 2013-03-15 2015-10-13 GM Global Technology Operations LLC Electrolyte additives for lithium sulfur rechargeable batteries
US8974946B2 (en) 2013-03-15 2015-03-10 Gm Global Technology Operations Coating for separator or cathode of lithium—sulfur or silicon—sulfur battery
US20150056493A1 (en) 2013-08-21 2015-02-26 GM Global Technology Operations LLC Coated porous separators and coated electrodes for lithium batteries
US9742028B2 (en) 2013-08-21 2017-08-22 GM Global Technology Operations LLC Flexible membranes and coated electrodes for lithium based batteries
US9373829B2 (en) 2013-10-11 2016-06-21 GM Global Technology Operations LLC Porous interlayer for a lithium-sulfur battery
US9252411B2 (en) 2013-11-22 2016-02-02 GM Global Technology Operations LLC Multifunction battery separator
US9647254B2 (en) 2013-12-05 2017-05-09 GM Global Technology Operations LLC Coated separator and one-step method for preparing the same
US10128481B2 (en) 2014-02-18 2018-11-13 GM Global Technology Operations LLC Lithium-based battery separator and method for making the same
US10573879B2 (en) 2014-02-18 2020-02-25 GM Global Technology Operations LLC Electrolytes and methods for using the same
US20150349307A1 (en) 2014-05-27 2015-12-03 GM Global Technology Operations LLC Method for preparing a coated lithium battery component
US10084204B2 (en) 2014-07-21 2018-09-25 GM Global Technology Operations LLC Electrolyte solution and sulfur-based or selenium-based batteries including the electrolyte solution
US9979008B2 (en) 2014-11-14 2018-05-22 GM Global Technology Operations LLC Methods for making a solid electrolyte interface layer on a surface of an electrode
US20160172706A1 (en) 2014-12-10 2016-06-16 GM Global Technology Operations LLC Electrolyte and electrode structure
US20160172710A1 (en) 2014-12-10 2016-06-16 The Regents Of The University Of California Electrolyte and negative electrode structure
US10312501B2 (en) 2014-12-10 2019-06-04 GM Global Technology Operations LLC Electrolyte and negative electrode structure
US10199643B2 (en) 2014-12-16 2019-02-05 GM Global Technology Operations LLC Negative electrode for lithium-based batteries
CN104681866B (zh) * 2015-02-26 2017-03-01 广东烛光新能源科技有限公司 一种锂硫电池及其制备方法
US9929435B2 (en) 2015-02-27 2018-03-27 GM Global Technology Operations LLC Electrolyte structure for metal batteries
US20180277313A1 (en) * 2015-09-30 2018-09-27 Osaka Soda Co., Ltd. Gel electrolyte composition
US10629941B2 (en) 2016-01-22 2020-04-21 GM Global Technology Operations LLC Making a pouch format cell and attaching a tab to an electrode
US9923189B2 (en) 2016-02-02 2018-03-20 GM Global Technology Operations LLC Electrophoretic deposition of an electrode for a lithium-based battery
US20170271678A1 (en) 2016-03-15 2017-09-21 GM Global Technology Operations LLC Primer Surface Coating For High-Performance Silicon-Based Electrodes
US10367201B2 (en) 2016-03-30 2019-07-30 GM Global Technology Operations LLC Negative electrode including a polymeric single-ion conductor coating
US10396360B2 (en) 2016-05-20 2019-08-27 Gm Global Technology Operations Llc. Polymerization process for forming polymeric ultrathin conformal coatings on electrode materials
US10326166B2 (en) 2016-08-15 2019-06-18 GM Global Technology Operations LLC Gel electrolytes and precursors thereof
US10224571B2 (en) 2016-09-01 2019-03-05 GM Global Technology Operations LLC Fluorinated ether as electrolyte co-solvent for lithium metal based anode
US10446884B2 (en) 2016-10-17 2019-10-15 GM Global Technology Operations LLC Three-electrode test cell
US10680281B2 (en) 2017-04-06 2020-06-09 GM Global Technology Operations LLC Sulfide and oxy-sulfide glass and glass-ceramic films for batteries incorporating metallic anodes
US10431849B2 (en) 2017-04-21 2019-10-01 GM Global Technology Operations LLC High energy density alkali metal batteries incorporating solid electrolytes
US10629949B2 (en) 2017-04-24 2020-04-21 GM Global Technology Operations LLC Passivation of sulfide, oxide, and oxysulfide glass electrolyte films for lithium metal batteries
US10734673B2 (en) 2017-06-23 2020-08-04 GM Global Technology Operations LLC Ionically-conductive reinforced glass ceramic separators/solid electrolytes
US10608249B2 (en) 2017-08-01 2020-03-31 GM Global Technology Operations LLC Conformal coating of lithium anode via vapor deposition for rechargeable lithium ion batteries
US10511049B2 (en) 2017-08-15 2019-12-17 GM Global Technology Operations LLC Electrolyte system including alkali metal bis(fluorosulfonyl)imide and dimethyoxyethane for improving anodic stability of electrochemical cells
US10566652B2 (en) 2017-08-15 2020-02-18 GM Global Technology Operations LLC Lithium metal battery with hybrid electrolyte system
US10707530B2 (en) 2017-08-15 2020-07-07 GM Global Technology Operations LLC Carbonate-based electrolyte system improving or supporting efficiency of electrochemical cells having lithium-containing anodes
US10998578B2 (en) 2017-08-18 2021-05-04 GM Global Technology Operations LLC Electrolyte membrane
US10476105B2 (en) 2017-08-18 2019-11-12 GM Global Technology Operations LLC Self-healing gel-type electrolyte composite
US10483592B2 (en) 2017-08-30 2019-11-19 GM Global Technology Operations LLC Method of manufacturing lithium ion battery cells
US10497927B2 (en) 2017-08-31 2019-12-03 GM Global Technology Operations LLC Methods of applying self-forming artificial solid electrolyte interface (SEI) layer to stabilize cycle stability of electrodes in lithium batteries
US11183714B2 (en) 2017-09-20 2021-11-23 GM Global Technology Operations LLC Hybrid metal-organic framework separators for electrochemical cells
CN109873196B (zh) * 2017-12-01 2021-11-30 张家港市国泰华荣化工新材料有限公司 一种凝胶电解质及锂硫二次电池
US11114696B2 (en) 2017-12-28 2021-09-07 GM Global Technology Operations LLC Electrolyte system for lithium-chalcogen batteries
US10797301B2 (en) 2018-01-04 2020-10-06 GM Global Technology Operations LLC Method of manufacturing an electrochemical cell
US10797353B2 (en) 2018-01-04 2020-10-06 GM Global Technology Operations LLC Method of manufacturing an electrochemical cell
US11502287B2 (en) 2018-01-04 2022-11-15 GM Global Technology Operations LLC Method of manufacturing an electrochemical cell
US11309539B2 (en) 2018-01-04 2022-04-19 GM Global Technology Operations LLC Electrochemical cell and method of manufacturing
US10593931B2 (en) 2018-01-04 2020-03-17 GM Global Technology Operations LLC Electrochemical cell and method of manufacturing
US10907981B2 (en) 2018-01-23 2021-02-02 GM Global Technology Operations LLC Vehicle with hybrid battery pack and human machine interface and method of monitoring
US10814743B2 (en) 2018-01-23 2020-10-27 GM Global Technology Operations LLC Energy management system and method for vehicle with high power and high energy battery packs
US10434894B2 (en) 2018-01-23 2019-10-08 Gm Global Technology Operations Llc. Vehicle battery pack assembly
US10751694B2 (en) 2018-01-26 2020-08-25 GM Global Technology Operations LLC Metal organic framework (MOF) structured object and method
US11387488B2 (en) * 2018-01-26 2022-07-12 The Johns Hopkins University Gel polymer electrolyte compositions and electrochemical cells including the same
US10944096B2 (en) 2018-04-10 2021-03-09 GM Global Technology Operations LLC Method of manufacturing a lithium metal negative electrode
US10673046B2 (en) 2018-04-13 2020-06-02 GM Global Technology Operations LLC Separator for lithium metal based batteries
RU2770131C2 (ru) 2018-04-30 2022-04-14 Дженерал Кейбл Текнолоджиз Корпорейшн Сварочные проволоки, полученные из улучшенных алюминиево-магниевых сплавов
US20190372155A1 (en) 2018-05-30 2019-12-05 GM Global Technology Operations LLC Methods of manufacturing high-active-material-loading composite electrodes and all-solid-state batteries including composite electrodes
US10749214B2 (en) 2018-05-30 2020-08-18 GM Global Technology Operations LLC Sulfide and oxy-sulfide glass and glass-ceramic solid state electrolytes for electrochemical cells
US11031586B2 (en) 2018-12-17 2021-06-08 GM Global Technology Operations LLC Methods for manufacturing sulfur electrodes
US11075371B2 (en) 2018-12-21 2021-07-27 GM Global Technology Operations LLC Negative electrode for secondary lithium metal battery and method of making
US11430994B2 (en) 2018-12-28 2022-08-30 GM Global Technology Operations LLC Protective coatings for lithium metal electrodes
US11217781B2 (en) 2019-04-08 2022-01-04 GM Global Technology Operations LLC Methods for manufacturing electrodes including fluoropolymer-based solid electrolyte interface layers
US20200321617A1 (en) 2019-04-08 2020-10-08 GM Global Technology Operations LLC Electrodes including fluoropolymer-based solid electrolyte interface layers and batteries and vehicles utilizing the same
US20200395630A1 (en) 2019-06-12 2020-12-17 GM Global Technology Operations LLC Protective sacrificial coating to enhance stability of battery materials
US11094996B2 (en) 2019-09-18 2021-08-17 GM Global Technology Operations LLC Additive to ceramic ion conducting material to mitigate the resistive effect of surface carbonates and hydroxides
US11515538B2 (en) 2019-10-11 2022-11-29 GM Global Technology Operations LLC In-situ polymerization to protect lithium metal electrodes
US11522221B2 (en) 2019-12-23 2022-12-06 GM Global Technology Operations LLC Gelation reagent for forming gel electrolyte and methods relating thereto

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11522221B2 (en) 2019-12-23 2022-12-06 GM Global Technology Operations LLC Gelation reagent for forming gel electrolyte and methods relating thereto
WO2023222812A1 (de) * 2022-05-18 2023-11-23 Technische Universität Braunschweig Festelektrolyt für lithium-basierte wiederaufladbare batterien

Also Published As

Publication number Publication date
US11522221B2 (en) 2022-12-06
CN113087856A (zh) 2021-07-09
US20210194054A1 (en) 2021-06-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102018119757A1 (de) Lithium-metall-batterie mit einem hybrid-elektrolytsystem
DE102020131754A1 (de) Gelierungsreagenz zur herstellung eines gel-elektrolyten und diesbezügliche verfahren
DE102019115873A1 (de) Schutzbeschichtungen für lithiummetallelektroden
DE102020127241A1 (de) Kondensatorgestützte gradientenelektroden
DE102020134460A1 (de) Elektrolyt für graphithaltige batterie mit hoher energiedichte
DE102020129335A1 (de) Verfahren zur lithiierung elektroaktiver materialien
DE102020127587A1 (de) Verfahren zur vorlithiierung von lithiumionen-batterien
DE102021113933A1 (de) Elektrolyte und separatoren für lithiummetall-batterien
DE102020133444A1 (de) Verfahren zur Herstellung einer schwefelhaltigen Elektrode mit Salzadditiv
DE102020125831A1 (de) Verfahren zur herstellung von silizium-kohlenstoff-verbundelektrodenmaterialien
DE102021113951A1 (de) Elektrodenarchitektur für schnellladung
DE102022109020A1 (de) Überlithiierte kathodenmaterialien und verfahren zu deren herstellung
DE102021114594A1 (de) Dicke elektroden für elektrochemische zellen
DE102021101894A1 (de) Verbund-referenzelektrodensubstrat und diesbezügliche verfahren
DE102022119823A1 (de) Verfahren zur herstellung von zweidimensionalen anodenmaterialien
DE102021114600A1 (de) Elastische bindepolymere für elektrochemische zellen
DE102022115007B3 (de) Cobaltfreie elektrochemische hochleistungszelle
DE102022126197A1 (de) Schutzbeschichtungen für lithiummetallelektroden und verfahren zu ihrer herstellung
DE102022103137A1 (de) Doppelseitige elektroden und elektrochemische zellen mit solchen elektroden
DE102022128085A1 (de) Elektrolyt-additiv für nickelreiche kathoden und siliciumhaltige anoden
DE102023106508A1 (de) Siliciumhaltige elektroden, die vernetzte polymere bindemittel umfassen, und verfahren zum herstellen derselben
DE102022126429A1 (de) Lithium-schutzbeschichtungen für lithium-schwefel-batterien und verfahren zum bilden derselben
DE102023105218A1 (de) Elektrolyte für siliciumhaltige Elektroden
DE102022130520A1 (de) Hybridbatterie mit verbesserter wärmestabilität und verbessertem leistungsverhalten
DE102022126715A1 (de) Schutzschichten für lithiummetall-elektroden und verfahren zu deren herstellung

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R016 Response to examination communication