WO1999019921A1 - MIXTURES WITH Li-CONTAINING SOLIDS SUITABLE AS SOLID ELECTROLYTES OR SEPARATORS FOR ELECTROCHEMICAL CELLS - Google Patents

MIXTURES WITH Li-CONTAINING SOLIDS SUITABLE AS SOLID ELECTROLYTES OR SEPARATORS FOR ELECTROCHEMICAL CELLS Download PDF

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WO1999019921A1
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Stephan Bauer
Bernd Bronstert
Helmut MÖHWALD
Hans-Josef Sterzel
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Basf Aktiengesellschaft
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    • H01G9/022Electrolytes; Absorbents
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
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Definitions

  • the present invention relates to mixtures which, inter alia, are suitable for electrochemical cells with lithium ion-containing electrolytes; their use e.g. in solid electrolytes, separators and electrodes; Solid electrolytes, separators. Electrodes, sensors, electrochromic windows, displays, capacitors and ion-conducting foils containing such a mixture; electrochemical cells with such solid electrolytes, separators and / or electrodes; and the use of the solids in the mixtures in electrochemical cells to improve the cycle stability.
  • Electrochemical, in particular rechargeable, cells are generally known, for example from “Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry", 5th ed. , Vol A3, VCH Verlagsgesellschaft mbH, Weinheim. 1985, pages 343-397.
  • the lithium batteries and the lithium ion batteries, in particular as secondary cells, occupy a special position due to their high specific energy storage density.
  • Such cells contain, in the cathode, as described, inter alia, in the above quotation from “Ullmann”, lithiated manganese, cobalt, vanadium or nickel mixed oxides, such as in the simplest stoichiometric case as LiMn 2 0 4 , LiCo0 2 , LiV 2 0 5 or LiNiO 2 can be described.
  • These compounds react reversibly with compounds that can incorporate lithium ions into their lattice, such as graphite, to expand the lithium ions from the crystal lattice, in which the metal ions such as manganese, cobalt or nickel ions are oxidized.
  • This reaction can be used in an electrochemical cell to store electricity by separating the compound which absorbs lithium ions, i.e. the anode material, and the mixed oxide containing lithium, i.e. the cathode material, by means of an electrolyte through which the lithium ions migrate from the mixed oxide into the anode material (charging process ).
  • the compounds suitable for the reversible storage of lithium ions are usually fixed on discharge electrodes by means of a binder.
  • an electrically insulating layer that is continuous for lithium cations between the two electrodes.
  • This can be a so-called solid electrolyte or an ordinary separator.
  • solid electrolytes and separators consist of a carrier material into which a dissociable compound containing lithium cations to increase the lithium ion conductivity and usually other additives such as solvents are incorporated.
  • US-A 5296318 and US-A 5429891 propose a copolymer of vinylidene difluoride and hexafluoropropene as the carrier material.
  • highly resistant (co) polymers has a number of disadvantages.
  • Such polymers are not only expensive, but are also difficult to dissolve. Furthermore, due to their comparatively low lithium cation conductivity, they increase the resistance of the cell, so that the electrolyte, which usually consists of a compound containing lithium cations, such as LiPF 6 , LiAsF 6 or LiSbF 6 and an organic solvent, is already in the manufacture of the insulating layer There is ethylene carbonate or propylene carbonate to add (US-A 5296318, US-A 5429891).
  • plasticizers for example di-n-butyl phthalate, and of pyrogenic silicas, which are added in order to ensure adequate filming and cohesion of the electrolyte layer and the ability to be bonded to the electrode layers and adequate conductivity and to ensure permeability to lithium cations.
  • the plasticizer must then be removed quantitatively from the layer composite of anode, solid electrolyte or separator layer and cathode layer by an extremely difficult and expensive extraction step before starting the batteries.
  • Solid electrolytes based on polyalkylene oxides are also known and are described, for example, in EP-A 559 317, EP-A 576 686, EP-A 537 930, EP-A 585 072 and US Pat. No. 5,279,910.
  • the polyethers described there have been modified at the end or functional groups, for example by (meth) acryloyl groups, and are crosslinked before use as a solid electrolyte by supplying energy (heat, light). They also generally contain a conductive salt, eg LiPF 6 , to improve their conductivity. speed.
  • a conductive salt eg LiPF 6
  • the object of the present invention is therefore to remedy the disadvantages mentioned and to provide a mixture which is particularly suitable for the production of solid electrolytes and separators, but is also used in the production of electrodes in electrochemical cells and for other applications described herein can be.
  • the use of the mixture according to the invention leads to solid electrolytes, separators or electrodes which, compared to the systems known hitherto, have an improved short-circuit strength, an increased pressure resistance, in particular at elevated temperatures above 120 ° C, as well as have a larger porosity, and are also able to sustainably suppress the formation of Li dendrites.
  • the presence of the solid also results in improved cycle stability and a higher current carrying capacity of an electrochemical cell.
  • the acid formed during the operation of an electrochemical cell is also trapped or neutralized.
  • the present invention relates to a mixture Ia comprising a mixture Ila consisting of a) 1 to 95% by weight of a Li-ion-conducting solid III, preferably a basic Li-ion-conducting solid III with a primary particle size of 5 nm to 20 ⁇ m and
  • weight fraction of the mixture Ila in the mixture la is 1 to 100% by weight.
  • the above mixture la is preferably a mixture comprising a mixture Ila consisting of a) 1 to 95 wt .-% of a Li-ion conductive solid III, preferably a basic Li-ion conductive solid III, with a primary particle size of 5 nm to 20 microns and
  • weight fraction of the mixture Ila in the mixture la is 1 to 100% by weight.
  • the present invention relates to a mixture Ib containing a mixture IIb consisting of a) 1 to 95% by weight of a Li-ion-conducting solid III, preferably a basic Li-ion-conducting solid III, with a primary particle size of 5 nm to 20 ⁇ m and
  • the solid III used is preferably inorganic Li-ion-conducting solids, more preferably an inorganic basic Li-ion-conducting solid, these solids preferably being selected from a Li-aluminate, a Li-aluminiosilicate, a Li-amide, a Li Borate, a Li carbonate, a Li carbide, a Li imide, a Li nitride, a Li oxide, a Li phosphate, a Li silicate, a Li sulfate, a Li zeolite and a mixture of two or more of them.
  • these solids preferably being selected from a Li-aluminate, a Li-aluminiosilicate, a Li-amide, a Li Borate, a Li carbonate, a Li carbide, a Li imide, a Li nitride, a Li oxide, a Li phosphate, a Li silicate, a Li sulfate, a Li ze
  • lithium borates such as Li 4 B 6 O n * xH 2 O, Li 3 (BO 2 ) 3 , Li 2 B 4 O 7 * xH 2 O, LiBO 2 , where x is a number from 0 to Can be 20; Lithium aluminates, such as Li 9 0 * A1 7 0 3 * H 9 0, Li, Al 9 O 4 , LiA10 2 ; Lithium aluminosilicates, such as, for example, lithium-containing zeolites, feldspar, feldspar representatives, phyllo and inosilicates, and in particular LiAl- Si 2 0 6 (spodumene), LiAlSi 4 O 10 (petullite), LiAlSi0 4 (eucryptite), mica, such as K [Li, Al] 3 [AlSi] 4 O 10 (F-OH) 2 JK [Li, Al, Fe] 3
  • Basic solids are particularly suitable.
  • Basic solids are to be understood to mean those whose mixture with a liquid, water-containing diluent, which itself has a pH of at most 7, has a higher pH than this diluent.
  • the solids should advantageously be largely insoluble in the liquid used as the electrolyte and be electrochemically inert in the battery medium.
  • Solids which have a primary particle size of 5 nm to 20 ⁇ m, preferably 0.01 to 10 ⁇ m and in particular 0.1 to 5 ⁇ m are particularly suitable, the specified particle sizes being determined by electron microscopy.
  • the melting point of the solids is preferably above the operating temperature customary for the electrochemical cell, melting points above 120 ° C., in particular above 150 ° C., having proven particularly favorable.
  • the solids can be symmetrical with respect to their outer shape, i.e. have a size ratio of height: width: length (aspect ratio) of approximately 1 and as spheres, granules, approximately round structures, but also in the form of any polyhedra, such as present as a cuboid, tetrahedron, hexahedron, octahedron or as a bipyramid, or be distorted or asymmetrical, i.e. have a size ratio of height: width: length (aspect ratio) of not equal to 1 and e.g.
  • the solids are in the form of asymmetrical particles, the upper limit for the primary particle size given above relates to the smallest axis in each case.
  • Compound VI is preferably selected from the group consisting of a mono- or polyhydric alcohol which has only carbon atoms in the main chain; a mono- or polyhydric alcohol which has at least one carbon atom in the main chain in addition to at least two Has an atom selected from the group consisting of oxygen, phosphorus and nitrogen; a silicon containing compound; an amine having at least one primary amino group: an amine having at least one secondary amino group; an amino alcohol; a mono- or polyvalent thiol; a compound having at least one thiol and at least one hydroxyl group; and a mixture of two or more of them.
  • compounds VI are preferred which have two or more functional groups which can react with the carboxylic acid or sulfonic acid.
  • monohydric or polyhydric alcohols which have only carbon atoms in the main chain, with 1 to 20, preferably 2 to 20 and in particular 2 to 10 alcoholic OH groups, in particular di-, tri- and tetravalent - Ge alcohols, preferably having 2 to 20 carbon atoms, such as ethylene glycol, propane-1, 2- or -1, 3-diol, butane-1, 2- or -1, 3-diol, butene-1, 4th - Butin-l, 4-diol, hexane-l, 6-diol, neopentyl glycol, dodecane-l, 2-diol, glycerol, trimethylolpropane, pentaerythritol or sugar alcohols, hydroquinone, novolak, bisphenol A, but also, as from the above Definition is clear, monohydric alcohols, such as methanol, ethanol, propanol, n-, sec
  • Polyhydroxyolefins preferably those with two terminal hydroxyl groups, such as, for example, ⁇ , ⁇ -dihydroxybutadiene, can be used; Polyester polyols, as are known, for example, from Ulimann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 4th edition, vol. 19, pp.
  • 62-65 and are obtained, for example, by reacting dihydric alcohols with polyhydric, preferably dihydric, polycarboxylic acids; monohydric or polyhydric alcohols which contain at least one oxygen atom in the main chain in addition to at least two carbon atoms, preferably polyether alcohols, such as, for example, polymerization products of alkylene epoxides, for example isobutylene oxide, propylene oxide, ethylene oxide, 1, 2-epoxybutane, 1, 2-epoxypentane, 1, 2 Epoxyhexane, tetrahydrofuran, styrene oxide, it also being possible to use polyether alcohols modified at the end groups, such as polyether alcohols modified with NH 9 end groups; these alcohols preferably have a molecular weight (number average) from 100 to 5000, more preferably 200 to 1000, and especially 300 to 800: such compounds are known per se and, for example, under the trademarks Pluriol ® or Pluronic ® (BA
  • Polyether diamines e.g. 4,7-dioxydecane-l, 10-diamine, 4, 1 1-dioxytetradecan-l, 14-diamine; a mono- or polyvalent thiol, e.g. aliphatic thiols, e.g.
  • aromatic thiols such as thiophenol, 4-chlorothiophenol, 2-mercaptoani
  • the compounds VI mentioned above are treated with a
  • Carboxylic acid or sulfonic acid VII which has at least one radically polymerizable functional group, or a derivative thereof or a A mixture of two or more of them is condensed, at least one, preferably all, of the free groups capable of condensation within the compounds VI being condensed with the compound VII.
  • carboxylic and sulfonic acids which have at least one free-radically polymerizable functional group and their derivatives can be used as carboxylic acid or sulfonic acid VII in the context of the present invention.
  • derivatives used here encompasses both compounds which are derived from a carboxylic or sulfonic acid which is modified on the acid function, such as e.g. Esters, acid halides or acid anhydrides, as well as compounds derived from a carbon or sulfonic acid modified on the carbon skeleton of the carbon or sulfonic acid, e.g. Halogen carbon or sulfonic acids.
  • compound VII ⁇ , ß-unsaturated carboxylic acids or / 3,7-unsaturated carboxylic acids.
  • ⁇ .ß-unsaturated carboxylic acids are those of the formula
  • R 1 , R 2 and R 3 represent hydrogen or C r to C 4 alkyl radicals, acrylic acid and methacrylic acid being preferred among these; cinnamic acid, maleic acid, fumaric acid, itaconic acid, or p-vinylbenzoic acid, and derivatives thereof, such as, for example, anhydrides, such as, for example, maleic or itaconic anhydride;
  • Halides in particular chlorides, such as, for example, acrylic or methacrylic acid chloride; Esters, such as (cyclo) alkyl (meth) acrylates with up to 20 carbon atoms in the alkyl radical, such as methyl, ethyl, propyl, butyl, hexyl, 2-ethylhexyl, stearyl, lauryl, Cyclohexyl, benzyl, trifluoromethyl, hexafluoropropyl, tetrafluoropropyl (meth) acrylate, polypropylene glycol mono (meth) acrylates, polyethylene glycol mono (meth) acrylates, poly (meth) acrylates of polyhydric alcohols, such as, for example, glycerol di (meth) acrylate, trimethylol propane -di (meth) acrylate, pentaerythritol di- or tri (meth) acrylate, diethylene glycol bis
  • Vinyl esters of other aliphatic or aromatic carboxylic acids such as. B. vinyl acetate, vinyl propionate, vinyl butyrate, vinyl hexanoate, vinyl octanoate, vinyl decanoate, vinyl stearate, vinyl palminate, vinyl crotonoate, divinyl adipate, divinyl sebacate, vinyl 2-ethylhexanoate, vinyl trifluoroacetate; Allyl esters of other aliphatic or aromatic carboxylic acids, such as.
  • B vinyl acetic acid, 2-methyl vinyl acetic acid, isobutyl 3-butenoate, allyl 3-butenoate, allyl 2-hydroxy-3-butenoate, diketene;
  • Sulfonic acids e.g. Vinylsulfonic acid, allyl and methallylsulfonic acid, and their esters and halides, vinyl benzenesulfonic acid ester, 4-vinylbenzenesulfonic acid amide.
  • Compounds X which can be used for free-radical polymerization and which can be used for the preparation of the polymer IX are as follows: olefinic hydrocarbons, such as ethylene, propylene, butylene. Isobutene, hexene or higher homologues and vinylcyclohexane; (Meth) acrylonitrile; halogen-containing olefinic compounds, such as vinylidene fluoride, vinylidene chloride, vinyl fluoride, vinyl chloride, hexafluoropropene, trifluoropropene. 1,2-dichloroethylene, 1,2-difluoroethylene and tetrafluoroethylene; Vinyl alcohol, vinyl acetate, N-vinyl pyrrolidone, N-vinyl imidazole, vinyl formamide;
  • Phosphorus nitride chlorides e.g. Phosphorus dichloride nitride, hexachlor (tri-phosphazene), and their derivatives which are partially or completely substituted by alkoxy, phenoxy, amino and fluoroalkoxy groups, i.e. Compounds that can be polymerized to polyphosphazenes; aromatic, olefinic compounds such as e.g. Styrene, ⁇ -methylstyrene;
  • Vinyl ethers such as Methyl, ethyl, propyl, isopropyl, butyl, isobutyl, hexyl, octyl, decyl, dodecyl, 2-ethylhexyl, cyclohexyl, benzyl, trifluoromethyl, hexafluoropropyl, tetrafluoropropyl vinyl ether.
  • These compounds X, as well as the condensation products V, are polymerized in a conventional manner, which is well known to the person skilled in the art, preferably free-radically polymerized, with regard to the molecular weights obtained what has been said hereinafter regarding compound VIII.
  • Compounds VIII are primarily compounds with an average molecular weight (number average) of at least 5,000, preferably 5,000 to 20,000,000, in particular 100,000 to 6,000,000, which are capable of solvating lithium cations and functioning as binders .
  • Suitable compounds VIII are, for example, polyethers and copolymers which have at least 30% by weight of the following structural unit, based on the total weight of compound VIII:
  • R 1 , R 2 , R 3 and R 4 represent aryl groups, alkyl groups, preferably methyl groups, or hydrogen, may be the same or different and may contain heteroatoms such as oxygen, nitrogen, sulfur or silicon.
  • Compound VIII can also consist of mixtures of two or more such compounds.
  • polymer mass IV or polymer IX defined above can also be in the form of a foam, in which case the solid II is present as such distributed therein.
  • the mixtures Ila should contain 1 to 95% by weight, preferably 25 to 90% by weight and in particular 30 to 70% by weight, of one Solids III and 5 to 99% by weight, preferably 10 to 75% by weight and in particular 30 to 70% by weight, consist of a polymeric mass IV, the compound VIII of the polymeric mass IV advantageously having an average molecular weight (number average) from 5,000 to 100,000,000, preferably 5 to 50,000 to 8,000,000.
  • the polymeric mass IV can be converted by reaction of 5 to 100% by weight, preferably 30 to 70% by weight, based on the polymeric mass IV of a compound V and 0 to 95% by weight, in particular 30 to 70% by weight. based on the polymeric mass IV of a compound VIII can be obtained.
  • the mixtures IIb should contain 1 to 95% by weight, preferably 25 to 90% by weight, and in particular 30 to 70% by weight, of a solid III and 5 to 99% by weight, preferably 10 to 75 %
  • By weight and in particular 30 to 70% by weight consist of a polymer IX, wherein compound VIII of polymer IX should advantageously have an average molecular weight (number average) of 5,000 to 100,000,000, preferably 50,000 to 8,000,000 .
  • the polymer IX can be converted by reaction of 5 to 75% by weight, preferably 30 to 70% by weight, based on the polymer IX of a compound X and 25 to 95% by weight, in particular 30 to 70%
  • mixtures la and Ib according to the invention or the mixtures Ila and Ilb are discussed together and referred to as “mixture according to the invention” or “mixture according to the invention”.
  • Mixture in amounts of 1 to 100% by weight, preferably 35 to 100
  • plasticizers preferably plasticizers containing polyethylene oxide or polypropylene oxide, plasticizers.
  • Aprotic solvents preferably those which solvate Li ions, such as, for example, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, dipropyl carbonate, diisopropyl carbonate, dibutyl carbonate, ethylene carbonate, propylene carbonate; Oligoalkylene oxides, such as, for example, dibutyl ether, di-tert-butyl ether, dipentyl ether, dihexyl ether, diheptyl ether, dioctyl ether, dinonyl ether, didecyl ether, didodecyl ether, ethylene glycol dimethyl ether, ethylene glycol diethyl ether, 1-tert.-butoxy-2-methoxyethane, 1-tert.
  • Li ions such as, for example, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, dipropyl carbonate, diisopropyl carbonate, dibutyl carbonate, ethylene carbonate, propylene carbonate
  • the mixtures according to the invention can be dissolved or dispersed in an inorganic, preferably an organic liquid diluent, the mixture according to the invention preferably having a viscosity of 100 to 50,000 mPas, and then in a manner known per se, such as spray coating, pouring, dipping, Spin coating, roller coating, printing in high, low or flat printing or screen printing, can be applied to a carrier material. Further processing can be carried out as usual, e.g. by removing the diluent and curing the mixture.
  • Suitable organic diluents are aliphatic ethers, in particular tetrahydrofuran and dioxane, hydrocarbons, in particular hydrocarbon mixtures such as gasoline, toluene and xylene, aliphatic esters, in particular ethyl acetate and butyl acetate and ketones, in particular acetone, ethyl methyl ketone and cyclohexanone. Combinations of such diluents can also be used.
  • the materials usually used for electrodes come into consideration as carrier material.
  • Temporary intermediate carriers such as films, in particular polyester films, such as polyethylene terephthalate films, can also be used. Such films can advantageously be provided with a separating layer, preferably made of polysiloxanes.
  • the solid electrolytes and separators can also be produced thermoplastically, for example by injection molding, melt molding, pressing, kneading or extruding, if appropriate with a subsequent calendering step of the mixture according to the invention.
  • volatile components such as solvents or plasticizers, can be removed.
  • the mixture according to the invention can be crosslinked in a manner known per se, for example by irradiation with ionic or ionizing radiation, electron beam, preferably with an acceleration voltage between 20 and 2,000 kV and a radiation dose between 5 and 50 Mrad, UV or visible light, wherein in Usually, an initiator such as benzil dimethyl ketal or 1,3,5-trimethylbenzoyltriphenylphosphine oxide is advantageously added in amounts of in particular at most 1% by weight, based on the polymer composition IV or the polymer IX, and the crosslinking is generally within 0.5 up to 15 minutes can advantageously be carried out under inert gas such as nitrogen or argon; by thermal radical polymerization, preferably at temperatures above 60 ° C., an initiator such as azo-bis-isobutyronitrile being advantageously obtained in amounts of generally at most 5% by weight, preferably 0.05 to 1% by weight can add to the polymeric mass IV or the polymer IX; by electrochemically induced
  • the mixture according to the invention is to be used as a solid electrolyte or separator in an electrochemical cell, a dissociable compound containing lithium cations, a so-called conductive salt, and possibly further additives, such as in particular organic solvents, a so-called electrolyte, are incorporated.
  • Some or all of these substances can be added to the mixture during the production of the layer or introduced into the layer after the layer has been produced.
  • the generally known conductive salts can be used as conductive salts.
  • These conductive salts are used in amounts of 0.1 to 50% by weight, preferably 0.1 to 20% by weight, in particular 1 to 10% by weight, based in each case on the mixture according to the invention.
  • Suitable organic electrolytes are the compounds discussed above under “plasticizers", preferably the customary organic see electrolytes, preferably esters such as ethylene carbonate, propylene carbonate, dimethyl carbonate and diethyl carbonate or mixtures of such compounds are used.
  • Solid electrolytes, separators and / or electrodes according to the invention suitable for electrochemical cells should advantageously have a thickness of 5 to 500 ⁇ m, preferably 10 to 500 ⁇ m, more preferably 10 to 200 ⁇ m and in particular 20 to 100 ⁇ m.
  • an electron-conducting, electrochemically active compound (cathode compound), preferably a lithium compound, conventionally used for cathodes is incorporated.
  • cathode compound preferably a lithium compound, conventionally used for cathodes.
  • anode material When used as an anode, a conventional electron-conducting electrochemically active compound (anode connection) known from the prior art is incorporated as anode material, the following in particular being mentioned: Lithium, lithium-containing metal alloys, micronized carbon black, natural and synthetic graphite, synthetically graphitized coal dust and carbon fibers, oxides such as titanium oxide, zinc oxide, tin oxide, molybdenum oxide, tungsten oxide, carbonates such as titanium carbonate, molybdenum carbonate, and zinc carbonate.
  • the mixture When used to produce or as an anode, up to 20% by weight, based on the total weight of the mixture, of conductive carbon black and, if appropriate, the customary additives mentioned above are added to the mixture according to the invention.
  • the mixture When used for the production of or as a cathode, the mixture contains, based on its total weight, 0.1 to 20% by weight of conductive carbon black.
  • the mixtures according to the invention can be used in electrochemical cells as the sole solid electrolyte and / or separator and / or electrode or in a mixture with other solid electrolytes, separators and / or electrodes.
  • the present invention relates to a composite body which can be used in particular in electrochemical cells, preferably in the form of a film, more preferably in the form of a film with a total thickness of 15 to 1500 ⁇ m, in particular with a total thickness of 50 to 500 ⁇ m, comprising at least a first layer, which contains an electron-conducting, electrochemically active compound, and at least one second layer, which contains the mixture according to the invention defined above and is free of an electron-conducting, electrochemically active compound.
  • the present invention further describes a method for producing such a composite body, which comprises the following steps:
  • the at least one second layer is preferably produced on a temporary carrier.
  • Temporary carriers usually used according to the invention such as e.g. a release film made of a polymer or a preferably coated paper, e.g. a siliconized polyester film can be used.
  • the production of this second layer is also on a permanent support, e.g. an arrester electrode or even completely without a carrier.
  • the layers defined above are brought together or produced by pressureless processes for coating or producing foils, such as Casting or knife coating, as well as by processing methods under pressure, e.g. Extruding, laminating, laminating, calendering or pressing. If necessary, the composite body produced in this way can be crosslinked or hardened by radiation, electrochemically or thermally.
  • the first layer defined above can also contain the mixture according to the invention.
  • an anode material for example tin oxide, conductive carbon black, the mixture according to the invention, a conductive salt and a plasticizer, for example propylene carbonate
  • a cathode material for example LiMn 2 O 4
  • a conductive electrode coated with conductive carbon black is placed on a conductive electrode coated with conductive carbon black and a mixture of the mixture according to the invention, a conductive salt and a plasticizer is poured onto it.
  • This composite is also subsequently irradiated with UV light (component 2).
  • a composite body anode / separator / cathode as described above can also be produced without the use of a carrier or the discharge electrodes, since the composite body obtained, consisting of a first and a second layer, as defined above, is in itself one for use in electrochemical cells has sufficient mechanical stability.
  • the filling of such composite bodies with an electrolyte and conductive salt can take place both before bringing the layers together, and preferably after the layers have been brought together, if necessary after contacting them with suitable discharge electrodes, for example a metal foil, and even after the composite body has been introduced into a battery housing, the special microporous structure of the layers when using the mixture according to the invention, in particular due to the presence of the solid defined above in the separator and possibly in the electrodes, the suction of the Electrolytes and the conductive salt and the displacement of the air in the pores. Filling can be carried out at temperatures from 0 ° C to approximately 100 ° C depending on the electrolyte used.
  • the electrochemical cells according to the invention can be used in particular as a car, device or flat battery.
  • the present invention also relates to the use of the mixture according to the invention or of the composite body described above for producing a solid electrolyte, a separator, an electrode, in a sensor, an electrochromic window, a display, a capacitor or an ion-conducting film, and a solid electrolyte, a separator, an electrode, a sensor, an electrochromic window, a display, a capacitor or an ion-conducting film, each of which contains the mixture according to the invention or the composite body described above.
  • an electrochemical cell comprising a solid electrolyte, separator or an electrode, as defined above, or a combination of two or more thereof, and the use of the electrochemical cell defined above as a car battery, device battery or flat battery.
  • the present invention relates generally to the use of a solid III with a primary particle size of 5 nm to 20 ⁇ m in a solid electrolyte, a separator or an electrode to increase the cycle stability of electrochemical cells, since it was found out when the present invention was completed has that the addition of such a solid has a very positive effect on this property of electrochemical cells.
  • the mixture was then applied to a siliconized release paper at 60 ° C. using a doctor blade with a casting gap of 300 ⁇ m, the diluent was removed within 5 minutes and, after the dried coating had been peeled off, an approximately 40 ⁇ m thick film was obtained, which was passed through 10 in an argon atmosphere minutes exposure at a distance of 5 cm under a field of superactin fluorescent tubes (TL 09, Philipps) was photocrosslinked.
  • the flexible film had excellent flexural strength. Bending radii well below 1 mm were tolerated without breaking.
  • the film showed no spherolite-like polyethylene oxide crystals and good swelling resistance in the organic electrolytes mentioned, which contain a conductive salt.
  • the organic electrolytes containing a conductive salt were absorbed in sufficient quantity by spontaneous diffusion within a few minutes with a swelling in weight of less than 50% by weight.
  • the swollen film had good strength.
  • the mixture was then applied to a siliconized release paper at 60 ° C. using a doctor blade with a casting gap of 750 ⁇ m, the thinner was removed within 5 minutes and, after the dried coating had been peeled off, an approximately 40 ⁇ m thick film was obtained, which was under an argon atmosphere was crosslinked by exposure for 10 minutes at a distance of 5 cm under a field of superactinic fluorescent tubes (TL 09, Philipps).
  • the flexible film had excellent flexural strength. Bending radii well below 1 mm were tolerated without breaking. Even after storage for more than two weeks at room temperature, the film showed no spherulite-like polyethylene oxide crystals and a satisfactory swelling resistance in the organic electrolytes mentioned, which contain a conductive salt.
  • the organic electrolytes containing a conductive salt were absorbed in sufficient quantity by spontaneous diffusion within a few minutes with a swelling in the weight of less than 150% by weight, with a considerable change in the size and thickness of the film.
  • the mixture was then applied to a siliconized release paper at 60 ° C. using a doctor blade with a casting gap of 300 ⁇ m, the diluent was removed within 5 minutes and an approximately 40 ⁇ m thick film was obtained after the dried coating had been peeled off.
  • the flexible film had excellent flexural strength. Bending radii well below 1 mm were tolerated without breaking.
  • the film After storage for more than two weeks at room temperature, the film showed small circular spherolite-like polyethylene oxide crystal zones and insufficient swelling resistance in the organic electrolytes mentioned, which contain a conductive salt. After just a few minutes of swelling, cracks appear or the film sticks together, so that the swollen film can no longer be handled.
  • Example 1 were added to a mixture of 30 g of a vinylidene fluoride-hexafluoropropene copolymers (Kynarflex ® 2822 company ELF-Atochem), 20 g of a silanized fumed silica (Aerosil R974, Degussa), whose aqueous suspension has a pH of 7, 50 g of dibutyl phthalate (Palatinol C, BASF Aktiengesellschaft) and 200 g of acetone 5% by weight, based on dibutyl phthalate, of trimethylolpropane trimethacrylate.
  • the mixture with a doctor blade with a gap of 750 microns was coated on a glass plate, immersed 15 minutes in a stream of air dried, and between 0.075 mm thick Mylar ® layers.
  • the 100 ⁇ m thick film layer was then crosslinked by irradiation with electrons having an energy of 4.5 MeV at a dose of 5 Mrad, with a dose of 2.5 Mrad being used per irradiation pass.
  • the flexible film had good flexural strength.
  • the plasticizer-free film showed good swelling resistance in the organic electrolytes containing a conductive salt.
  • the swollen film had good strength.

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Abstract

A mixture (Ia) containing a mixture (IIa) comprises (a) 1-95 wt. % of a Li-ion-conducting solid (III), preferably a basic solid (III), with a primary particle size between 5 nm and 20 νm; (b) 5-99 wt. % of a polymer mass (IV) obtained by polymerising (b1) 5-100 wt. %, with respect to the mass (IV), of a condensation product (V) and (b2) 0-95 wt. %, with respect to the mass (IV), of another compound (VIII) having a mean molecular weight (numeric average) of at least 5000 with polyether segments in the main or side chain, the proportion by weight of mixture (IIa) in the mixture (Ia) amounting to 1-100 wt. %.

Description

Als Festelektrolyt oder Separator für elektrochemische Zellen geeignete Mischungen mit Li- enthaltenden Feststoffen Mixtures with lithium-containing solids suitable as solid electrolyte or separator for electrochemical cells
Die vorliegende Erfindung betrifft Mischungen, die u.a. für elektrochemische Zelen mit Lithiumionen-haltigen Elektrolyten geeignet sind; deren Verwen- düng z.B. in Festelektrolyten, Separatoren und Elektroden; Festelektrolyte, Separatoren. Elektroden, Sensoren, elektrochrome Fenster, Displays, Kondensatoren und ionenleitende Folien, die eine solche Mischung enthalten; elektrochemische Zellen mit solchen Festelektrolyten, Separatoren und/oder Elektroden; sowie die Verwendung der sich in den Mischungen befindlichen Feststoffe in elektrochemischen Zellen zur Verbesserung der Zyklenstabilität.The present invention relates to mixtures which, inter alia, are suitable for electrochemical cells with lithium ion-containing electrolytes; their use e.g. in solid electrolytes, separators and electrodes; Solid electrolytes, separators. Electrodes, sensors, electrochromic windows, displays, capacitors and ion-conducting foils containing such a mixture; electrochemical cells with such solid electrolytes, separators and / or electrodes; and the use of the solids in the mixtures in electrochemical cells to improve the cycle stability.
Elektrochemische, insbesondere wiederaufladbare Zellen sind allgemein bekannt, beispielsweise aus "Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemi- stry" , 5. Ed. , Vol A3, VCH Verlagsgesellschaft mbH, Weinheim. 1985, Seite 343-397.Electrochemical, in particular rechargeable, cells are generally known, for example from "Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry", 5th ed. , Vol A3, VCH Verlagsgesellschaft mbH, Weinheim. 1985, pages 343-397.
Unter diesen Zellen nehmen die Lithiumbatterien und die Lithiumionenbatterien insbesondere als Sekundärzellen aufgrund ihrer hohen spezifischen Energiespeicherdichte eine besondere Stellung ein.Among these cells, the lithium batteries and the lithium ion batteries, in particular as secondary cells, occupy a special position due to their high specific energy storage density.
Solche Zellen enthalten in der Kathode, wie u.a. in obigem Zitat aus "Ullmann" beschrieben, lithiierte Mangan-, Cobalt-, Vanadium- oder Nickel- Mischoxide, wie sie im stöchiometrisch einfachsten Fall als LiMn204, LiCo02, LiV205 oder LiNiO2 beschrieben werden können. Mit Verbindungen, die Lithiumionen in ihr Gitter einbauen können, wie z.B. Graphit, reagieren diese Mischoxide reversibel unter Ausbau der Lithiumionen aus dem Kristallgitter, wobei in diesem die Metallionen wie Mangan-, Cobalt- oder Nickelionen oxidiert werden. Diese Reaktion läßt sich in einer elektrochemischen Zelle zur Stromspeicherung nutzen, indem man die Lithiumionen aufnehmende Verbindung, also das Anodenmaterial, und das lithiumhaltige Mischoxid, also das Kathodenmaterial, durch einen Elektrolyten trennt, durch welchen die Lithiumionen aus dem Mischoxid in das Anodenmaterial wandern (Ladevorgang).Such cells contain, in the cathode, as described, inter alia, in the above quotation from "Ullmann", lithiated manganese, cobalt, vanadium or nickel mixed oxides, such as in the simplest stoichiometric case as LiMn 2 0 4 , LiCo0 2 , LiV 2 0 5 or LiNiO 2 can be described. These compounds react reversibly with compounds that can incorporate lithium ions into their lattice, such as graphite, to expand the lithium ions from the crystal lattice, in which the metal ions such as manganese, cobalt or nickel ions are oxidized. This reaction can be used in an electrochemical cell to store electricity by separating the compound which absorbs lithium ions, i.e. the anode material, and the mixed oxide containing lithium, i.e. the cathode material, by means of an electrolyte through which the lithium ions migrate from the mixed oxide into the anode material (charging process ).
Die zur reversiblen Speicherung von Lithiumionen geeigneten Verbindungen werden dabei üblicherweise auf Ableitelektroden mittels eines Bindemittels fixiert.The compounds suitable for the reversible storage of lithium ions are usually fixed on discharge electrodes by means of a binder.
Bei der Aufladung der Zelle fließen Elektronen durch eine äußere Spannungsquelle und Lithiumkationen durch den Elektrolyten zum Anodenmaterial. Bei der Nutzung der Zelle fließen die Lithiumkationen durch den Elektrolyten, die Elektronen hingegen durch einen Nutzwiderstand vom Anodenmaterial zum Kathodenmaterial.When the cell is charged, electrons flow through an external voltage source and lithium cations through the electrolyte to the anode material. When the cell is used, the lithium cations flow through the electrolyte, while the electrons flow through a useful resistance from the anode material to the cathode material.
Zur Vermeidung eines Kurzschlusses innerhalb der elektrochemischen Zelle befindet sich zwischen den beiden Elektroden eine elektrisch isolierende, für Lithiumkationen aber durchgängige Schicht. Dies kann ein sogenannter Festelektrolyt oder ein gewöhnlicher Separator sein.To avoid a short circuit within the electrochemical cell, there is an electrically insulating layer that is continuous for lithium cations between the two electrodes. This can be a so-called solid electrolyte or an ordinary separator.
Festelektrolyte und Separatoren bestehen bekanntermaßen aus einem Trägermaterial, in das eine dissoziierbare, Lithiumkationen enthaltende Verbindung zur Erhöhung der Lithiumionenleitfähigkeit und üblicherweise weitere Zusatzstoffe wie Lösungsmittel inkorporiert werden. Als Trägermaterial schlägt z.B. die US-A 5296318 und die US-A 5429891 ein Copolymerisat aus Vinylidendifluorid und Hexafluorpropen vor. Die Verwendung derartiger, hochresistenter (Co)polymere ist jedoch mit einer Reihe von Nachteilen behaftet.As is known, solid electrolytes and separators consist of a carrier material into which a dissociable compound containing lithium cations to increase the lithium ion conductivity and usually other additives such as solvents are incorporated. US-A 5296318 and US-A 5429891 propose a copolymer of vinylidene difluoride and hexafluoropropene as the carrier material. However, the use of such highly resistant (co) polymers has a number of disadvantages.
Derartige Polymere sind nicht nur teuer, sondern lassen sich auch nur schlecht in Lösung bringen. Ferner erhöhen sie aufgrund ihrer vergleichsweise geringen Lithiumkationen-Leitfähigkeit den Widerstand der Zelle, so daß man bereits bei der Herstellung der isolierenden Schicht den Elektrolyten, der üblicherweise aus einer Lithiumkationen enthaltenden Verbindung, wie LiPF6, LiAsF6 oder LiSbF6 und einem organischen Lösungsmittel wie Ethylencarbonat oder Propylencarbonat besteht, zuzugeben hat (US-A 5296318, US-A 5429891). Außerdem lassen sich derartige Polymere nur mit z.B. hohen Anteilen von Weichmachern, z.B. Di-n-butylphthalat, und von pyrogenen Kieselsäuren verarbeiten, die zugesetzt werden, um einerseits eine ausreichende Verfilmung und Kohäsion der Elektrolytschicht und die Verklebbarkeit mit den Elektrodenschichten und andererseits eine ausreichende Leitfähigkeit und Permeabilität für Lithiumkationen zu gewährleisten. Der Weichmacher muß dann vor Inbetriebnahme der Batterien durch einen im technischen Maßstab überaus schwierigen und teuren Extraktionsschritt quantitativ aus dem Schichtverbund von Anode, Festelektrolyt- oder Separatorschicht und Kathodenschicht entfernt werden.Such polymers are not only expensive, but are also difficult to dissolve. Furthermore, due to their comparatively low lithium cation conductivity, they increase the resistance of the cell, so that the electrolyte, which usually consists of a compound containing lithium cations, such as LiPF 6 , LiAsF 6 or LiSbF 6 and an organic solvent, is already in the manufacture of the insulating layer There is ethylene carbonate or propylene carbonate to add (US-A 5296318, US-A 5429891). In addition, such polymers can only be processed with, for example, high proportions of plasticizers, for example di-n-butyl phthalate, and of pyrogenic silicas, which are added in order to ensure adequate filming and cohesion of the electrolyte layer and the ability to be bonded to the electrode layers and adequate conductivity and to ensure permeability to lithium cations. The plasticizer must then be removed quantitatively from the layer composite of anode, solid electrolyte or separator layer and cathode layer by an extremely difficult and expensive extraction step before starting the batteries.
Ferner sind Festelektrolyte auf der Basis von Polyalkylenoxiden bekannt und z.B. in der EP-A 559 317, der EP-A 576 686, der EP-A 537 930, der EP-A 585 072 und der US 5 279 910 beschrieben. Die dort beschriebenen Polyether sind an den End- bzw. funktionellen Gruppen modifiziert, z.B. durch (Meth)acryloyl-Gruppen, und werden vor der Verwendung als Festelektrolyt durch Energiezufuhr (Wärme, Licht) vernetzt. Ferner enthalten sie im allgemeinen ein Leitsalz, z.B. LiPF6, zur Verbesserung ihrer Leitfähig- keit. Die Verwendung eines Feststoffs zur Verbesserung der mechanischen, thermischen und elektrischen Festigkeit des Festelektrolyts wird dort nicht beschrieben. Demgemäß weisen auch die dort beschriebenen Systeme - trotz Vernetzung - nicht immer zufriedenstellende Eigenschaften bzgl. der mecha- nischen Festigkeit, der Porosität der erhaltenen Folien und der Kurzschlußfestigkeit auf.Solid electrolytes based on polyalkylene oxides are also known and are described, for example, in EP-A 559 317, EP-A 576 686, EP-A 537 930, EP-A 585 072 and US Pat. No. 5,279,910. The polyethers described there have been modified at the end or functional groups, for example by (meth) acryloyl groups, and are crosslinked before use as a solid electrolyte by supplying energy (heat, light). They also generally contain a conductive salt, eg LiPF 6 , to improve their conductivity. speed. The use of a solid to improve the mechanical, thermal and electrical strength of the solid electrolyte is not described there. Accordingly, the systems described there - despite crosslinking - do not always have satisfactory properties with regard to the mechanical strength, the porosity of the films obtained and the short-circuit strength.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, den genannten Nachteilen abzuhelfen und eine Mischung zur Verfügung zu stellen, die insbesondere zur Herstellung von Festelektrolyten und Separatoren geeignet ist, aber auch bei der Herstellung von Elektroden in elektrochemischen Zellen und für andere, hierin beschriebene Anwendungen verwendet werden kann.The object of the present invention is therefore to remedy the disadvantages mentioned and to provide a mixture which is particularly suitable for the production of solid electrolytes and separators, but is also used in the production of electrodes in electrochemical cells and for other applications described herein can be.
Bedingt durch insbesondere die Anwesenheit eines Feststoffs III, wie nachfolgend definiert, führt die Verwendung der erfindungsgemäßen Mischung zu Festelektrolyten, Separatoren oder Elektroden, die, verglichen mit den bislang bekannten Systemen, eine verbesserte Kurzschlußfestigkeit, eine erhöhte Druckfestigkeit, insbesondere bei erhöhten Temperaturen von oberhalb 120 °C, sowie eine größere Porosität aufweisen, und darüber hinaus in der Lage sind, die Bildung von Li-Dendriten nachhaltig zu unterdrücken. Außerdem bedingt die Anwesenheit des Feststoffs eine verbesserte Zyklenstabilität und eine höhere Strombelastbarkeit einer elektrochemischen Zelle. Bei der Verwendung der bevorzugt eingesetzten basischen Feststoffe wird ferner die während des Betriebs einer elektrochemischen Zelle gebildete Säure abgefangen bzw. neutralisiert.Due in particular to the presence of a solid III, as defined below, the use of the mixture according to the invention leads to solid electrolytes, separators or electrodes which, compared to the systems known hitherto, have an improved short-circuit strength, an increased pressure resistance, in particular at elevated temperatures above 120 ° C, as well as have a larger porosity, and are also able to sustainably suppress the formation of Li dendrites. The presence of the solid also results in improved cycle stability and a higher current carrying capacity of an electrochemical cell. When using the preferably used basic solids, the acid formed during the operation of an electrochemical cell is also trapped or neutralized.
Demgemäß betrifft die vorliegende Erfindung in einer Ausführungsform eine Mischung la, enthaltend ein Gemisch Ila, bestehend aus a) 1 bis 95 Gew.- % eines Li-Ionen leitenden Feststoffs III, vorzugsweise eines basischen Li-Ionen leitenden Feststoffs III mit einer Primärpartikelgröße von 5 nm bis 20 μm undAccordingly, in one embodiment, the present invention relates to a mixture Ia comprising a mixture Ila consisting of a) 1 to 95% by weight of a Li-ion-conducting solid III, preferably a basic Li-ion-conducting solid III with a primary particle size of 5 nm to 20 μm and
b) 5 bis 99 Gew.- % einer polymeren Masse IV, erhältlich durchb) 5 to 99% by weight of a polymeric mass IV, obtainable by
Polymerisation vonPolymerization of
b l) 5 bis 100 Gew.- % bezogen auf die Masse IV eines Kondensationsprodukts V aus ) mindestens einer Verbindung VI, die in der Lage ist mit einerb l) 5 to 100% by weight based on the mass IV of a condensation product V from) at least one compound VI which is capable of having a
Carbonsäure oder einer Sulfonsäure oder einem Derivat oder einem Gemisch aus zwei oder mehr davon zu reagieren, und ß) mindestens 1 Mol pro Mol der Verbindung VI einer Carbonsäure oder Sulfonsäure VII, die mindestens eine radikalisch polymerisierbare funktioneile Gruppe aufweist, oder einesCarboxylic acid or a sulfonic acid or a derivative or a mixture of two or more thereof, and β) at least 1 mol per mole of compound VI of a carboxylic acid or sulfonic acid VII which has at least one free-radically polymerizable functional group, or one
Derivats davon oder eines Gemischs aus zwei oder mehr davonDerivative thereof or a mixture of two or more thereof
undand
b2) 0 bis 95 Gew.- % bezogen auf die Masse IV einer weiteren Verbindung VIII mit einem mittleren Molekulargewicht (Zahlenmittel) von mindestens 5.000 mit Polyethersegmenten in Haupt- oder Seitenkette,b2) 0 to 95% by weight, based on the mass IV, of a further compound VIII with an average molecular weight (number average) of at least 5,000 with polyether segments in the main or side chain,
wobei der Gewichtsanteil des Gemisches Ila an der Mischung la 1 bis 100 Gew.- % beträgt.wherein the weight fraction of the mixture Ila in the mixture la is 1 to 100% by weight.
Vorzugsweise ist die obige Mischung la eine Mischung enthaltend ein Gemisch Ila, bestehend aus a) 1 bis 95 Gew.-% eines Li-Ionen leitenden Feststoffs III, vorzugsweise eines basischen Li-Ionen leitenden Feststoff III, mit einer Primärpartikelgröße von 5 nm bis 20 μm undThe above mixture la is preferably a mixture comprising a mixture Ila consisting of a) 1 to 95 wt .-% of a Li-ion conductive solid III, preferably a basic Li-ion conductive solid III, with a primary particle size of 5 nm to 20 microns and
b) 5 bis 99 Gew.- % einer polymeren Masse IV, erhältlich durch Polymerisation vonb) 5 to 99% by weight of a polymeric mass IV, obtainable by polymerizing
bl) 5 bis 100 Gew.-% bezogen auf die Masse IV eines Kondensationsprodukts V ausbl) 5 to 100 wt .-% based on the mass IV of a condensation product V.
a) einem mehrwertigen Alkohol VI, welcher in der Hauptkette Kohlenstoff- und Sauerstoffatome enthält,a) a polyhydric alcohol VI which contains carbon and oxygen atoms in the main chain,
undand
ß) mindestens 1 Mol pro Mol des mehrwertigen Alkohols VI einer α,/S-ungesättigten Carbonsäure VII,β) at least 1 mole per mole of the polyhydric alcohol VI of an α, / S-unsaturated carboxylic acid VII,
undand
b2) 0 bis 95 Gew.-% bezogen auf die Masse IV einer weiteren Verbindung VIII mit einem mittleren Molekulargewicht (Zahlenmittel) von mindestens 5000 mit Polyethersegmenten in Haupt- oder Seite nkette,b2) 0 to 95% by weight, based on the mass IV, of a further compound VIII with an average molecular weight (number average) of at least 5000 with polyether segments in the main or side chain,
wobei der Gewichtsanteil des Gemisches Ila an der Mischung la 1 bis 100 Gew.-% beträgt.wherein the weight fraction of the mixture Ila in the mixture la is 1 to 100% by weight.
In einer weiteren Ausführungsform betrifft die vorliegende Erfindung eine Mischung Ib, enthaltend ein Gemisch Ilb, bestehend aus a) 1 bis 95 Gew.- % eines Li-Ionen leitenden Feststoffs III, vorzugsweise eines basischen Li-Ionen leitenden Feststoffs III, mit einer Primärpartikelgröße von 5 nm bis 20 μm undIn a further embodiment, the present invention relates to a mixture Ib containing a mixture IIb consisting of a) 1 to 95% by weight of a Li-ion-conducting solid III, preferably a basic Li-ion-conducting solid III, with a primary particle size of 5 nm to 20 μm and
b) 5 bis 99 Gew.-% eines Polymers IX, erhältlich durch Polymerisation vonb) 5 to 99 wt .-% of a polymer IX, obtainable by polymerization of
bl) 5 bis 75 Gew.- % , bezogen auf das Polymer IX einer zur radikalischen Polymerisation befähigten ungesättigten Verbindung X, die verschieden von der obigen Carbonsäure oder der Sulfonsäure VII oder einem Derivat davon ist, oder eines Gemisches aus zwei oder mehr davonbl) 5 to 75% by weight, based on polymer IX, of an unsaturated compound X capable of free-radical polymerization, which is different from the above carboxylic acid or sulfonic acid VII or a derivative thereof, or a mixture of two or more thereof
und b2) 25 bis 95 Gew.- , bezogen auf das Polymer IX einer weiteren Ver- bindung VIII mit einem mittleren Molekulargewicht (Zahlenmittel) von mindestens 5.000 mit Polyethersegmenten in Haupt- oder Seitenkette,and b2) 25 to 95% by weight, based on the polymer IX, of a further compound VIII with an average molecular weight (number average) of at least 5,000 with polyether segments in the main or side chain,
wobei der Gewichtsanteil des Gemisches Ilb an der Mischung Ib 1 bis 100 Gew.- % beträgt.wherein the proportion by weight of the mixture Ilb in the mixture Ib is 1 to 100% by weight.
Als Feststoff III werden erfindungsgemäß vorzugsweise anorganische Li-Ionen leitende Feststoffe, weiter bevorzugt ein anorganischer basischer Li-Ionen leitenden Feststoff eingesetzt, wobei diese Feststoffe vorzugsweise ausgewählt werdern unter einem Li-Aluminat, einem Li-Aluminiosilicat, einem Li-Amid, einer Li-Borat, einem Li-Carbonat, einem Li-Carbid, einem Li-Imid, einem Li-Nitrid, einem Li-Oxid, einem Li-Phosphat, einem Li-Silicat, einem Li- Sulfat, einem Li-Zeolith und einem Gemisch aus zwei oder mehr davon.According to the invention, the solid III used is preferably inorganic Li-ion-conducting solids, more preferably an inorganic basic Li-ion-conducting solid, these solids preferably being selected from a Li-aluminate, a Li-aluminiosilicate, a Li-amide, a Li Borate, a Li carbonate, a Li carbide, a Li imide, a Li nitride, a Li oxide, a Li phosphate, a Li silicate, a Li sulfate, a Li zeolite and a mixture of two or more of them.
Beispielhaft zu nennen sind insbesondere: Lithiumborate, wie z.B. Li4B6On * xH2O, Li3(BO2)3, Li2B4O7 * xH2O, LiBO2, wobei x eine Zahl von 0 bis 20 sein kann; Lithium-Aluminate, wie z.B. Li90 * A1703 * H90, Li-,Al9O4, LiA102; Lithium-Aluminosilicate, wie z.B. Lithium enthaltende Zeolithe, Feldspäte, Feldspatvertreter, Phyllo- und Inosilicate, und insbesondere LiAl- Si206 (Spodumen), LiAlSi4O10 (Petullit), LiAlSi04 (Eukryptit), Glimmer, wie z.B. K[Li,Al]3[AlSi]4O10(F-OH)2JK[Li,Al,Fe]3 |AlSi]4O1 (F-OH)2; Lithium- Zeolithe, insbesondere solche in Faser- Blatt- oder Würfel-Form, insbesondere solche mit der allgemeinen Formel Li2/zO * A1203 * xSiO2 * yH2O wobei z der Wertigkeit entspricht, x 1 ,8 bis ca. 12 und y 0 bis ca. 8 ist; Lithium-Carbide, wie z.B. Li C9, Li4C; Li3N; Lithium-Oxide und -Misch- oxide, wie z.B. LiA102, Li2MnO3, Li2O, Li202, Li2MnO4, Li2TiO3; Li2NH; LiNH2; Lithiumphosphate, wie z.B. Li3P04, LiP03, LiAlFP04, Li- Al(OH)P04, LiFeP04, LiMnP04; Li2C03; Lithium-Silicate in Leiter-, Ketten-, Schicht-, und Gerüst-Form, wie z.B. Li2SiO3, Li2SiO4 und Li6Si2; Lithium-Sulfate, wie z.B. Li2SO4, LiHSO4, LiKSO4; die bei der Diskussion der Kathodenverbindung hierin genannten Li-Verbindungen, wobei bei der Verwendung als Feststoff III die Anwesenheit von Leitruß in der Mischung ausgeschlossen ist; sowie Gemische aus zwei oder mehr der oben genannten Li-Ionen leitenden Feststoffe.Examples include: lithium borates, such as Li 4 B 6 O n * xH 2 O, Li 3 (BO 2 ) 3 , Li 2 B 4 O 7 * xH 2 O, LiBO 2 , where x is a number from 0 to Can be 20; Lithium aluminates, such as Li 9 0 * A1 7 0 3 * H 9 0, Li, Al 9 O 4 , LiA10 2 ; Lithium aluminosilicates, such as, for example, lithium-containing zeolites, feldspar, feldspar representatives, phyllo and inosilicates, and in particular LiAl- Si 2 0 6 (spodumene), LiAlSi 4 O 10 (petullite), LiAlSi0 4 (eucryptite), mica, such as K [Li, Al] 3 [AlSi] 4 O 10 (F-OH) 2 JK [Li, Al, Fe] 3 | AlSi] 4 O 1 (F-OH) 2 ; Lithium zeolites, in particular those in the form of fibers, sheets or cubes, in particular those having the general formula Li 2 / z O * A1 2 0 3 * xSiO 2 * yH 2 O where z corresponds to the valence, x 1.8 to about 12 and y is 0 to about 8; Lithium carbides such as Li C 9 , Li 4 C; Li 3 N; Lithium oxides and mixed oxides, such as LiA10 2 , Li 2 MnO 3 , Li 2 O, Li 2 0 2 , Li 2 MnO 4 , Li 2 TiO 3 ; Li 2 NH; LiNH 2 ; Lithium phosphates, such as Li 3 P0 4 , LiP0 3 , LiAlFP0 4 , Li-Al (OH) P0 4 , LiFeP0 4 , LiMnP0 4 ; Li 2 CO 3 ; Lithium silicates in the form of conductors, chains, layers and scaffolds, such as Li 2 SiO 3 , Li 2 SiO 4 and Li 6 Si 2 ; Lithium sulfates, such as Li 2 SO 4 , LiHSO 4 , LiKSO 4 ; the Li compounds mentioned in the discussion of the cathode compound, the presence of conductive carbon black in the mixture being excluded when used as solid III; and mixtures of two or more of the above-mentioned Li-ion-conducting solids.
Besonders geeignet sind dabei basische Feststoffe. Unter basischen Feststoffen sollen dabei solche verstanden werden, deren Gemisch mit einem flüssigen, Wasser enthaltenden Verdünnungsmittel, das selber einen pH-Wert von höchstens 7 aufweist, einen höheren pH-Wert als dieses Verdünnungsmittel aufweist.Basic solids are particularly suitable. Basic solids are to be understood to mean those whose mixture with a liquid, water-containing diluent, which itself has a pH of at most 7, has a higher pH than this diluent.
Die Feststoffe sollten vorteilhaft in der als Elektrolyt verwendeten Flüssigkeit weitestgehend unlöslich sowie in dem Batteriemedium elektrochemisch inert sein. Besonders geeignet sind Feststoffe, die eine Primärpartikelgröße von 5 nm bis 20 μm, vorzugsweise 0,01 bis 10 μm und insbesondere 0, 1 bis 5 μm aufweisen, wobei die angegebenen Partikelgrößen durch Elektronenmikroskopie ermittelt werden. Der Schmelzpunkt der Festoffe liegt vorzugsweise über der für die elektrochemische Zelle üblichen Betriebstemperatur, wobei sich Schmelzpunkte von über 120°C, insbesondere von über 150 °C als besonders günstig erwiesen haben.The solids should advantageously be largely insoluble in the liquid used as the electrolyte and be electrochemically inert in the battery medium. Solids which have a primary particle size of 5 nm to 20 μm, preferably 0.01 to 10 μm and in particular 0.1 to 5 μm are particularly suitable, the specified particle sizes being determined by electron microscopy. The melting point of the solids is preferably above the operating temperature customary for the electrochemical cell, melting points above 120 ° C., in particular above 150 ° C., having proven particularly favorable.
Dabei können die Feststoffe bzgl. ihrer äußeren Form symmetrisch sein, d.h. ein Größenverhältnis Höhe : Breite : Länge (Aspektverhältnis) von ungefähr 1 aufweisen und als Kugeln, Granalien, annähernd runde Gebilde, aber auch in Form von beliebigen Polyedern, wie z.B. als Quader, Tetraeder, Hexaeder, Octaeder oder als Bipyramide vorliegen, oder verzerrt oder asymmetrisch sein, d.h. ein Größenverhältnis Höhe : Breite : Länge (Aspektverhältnis) von ungleich 1 aufweisen und z.B. als Nadeln, unsymmetrische Tetraeder, unsymmetrische Bipyramiden, unsymmetrische Hexa- oder Octaeder, Plättchen, Scheiben oder als faserförmige Gebilde vorliegen. Sofern die Feststoffe als asymmetrische Teilchen vorliegen, bezieht sich die oben angegebene Obergrenze für die Primärpartikelgröße auf die jeweils kleinste Achse.The solids can be symmetrical with respect to their outer shape, i.e. have a size ratio of height: width: length (aspect ratio) of approximately 1 and as spheres, granules, approximately round structures, but also in the form of any polyhedra, such as present as a cuboid, tetrahedron, hexahedron, octahedron or as a bipyramid, or be distorted or asymmetrical, i.e. have a size ratio of height: width: length (aspect ratio) of not equal to 1 and e.g. present as needles, asymmetrical tetrahedra, asymmetrical bipyramids, asymmetrical hexahedron or octahedron, platelets, disks or as fibrous structures. If the solids are in the form of asymmetrical particles, the upper limit for the primary particle size given above relates to the smallest axis in each case.
Als Verbindung VI, die in der Lage ist mit einer Carbonsäure oder einer Sulfonsäure VII oder einem Derivat oder einem Gemisch aus zwei oder mehr davon zu reagieren, sind prinzipiell alle Verbindungen verwendbar, die dieses Kriterium erfüllen.In principle, all compounds which meet this criterion can be used as compound VI, which is capable of reacting with a carboxylic acid or a sulfonic acid VII or a derivative or a mixture of two or more thereof.
Vorzugsweise wird die Verbindung VI ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus einem ein- oder mehrwertigen Alkohol, der in der Hauptkette ausschließlich Kohlenstoffatome aufweist; einem ein- oder mehrwertigen Alkohol, der in der Hauptkette neben mindestens zwei Kohlenstoffatomen mindestens ein Atom aufweist, das ausgewählt wird aus der Gruppe bestehend aus Sauerstoff, Phosphor und Stickstoff; einer Silicium enthaltenden Verbindung; einem mindestens eine primäre Aminogruppe aufweisenden Amin: einem mindestens eine sekundäre Aminogruppe aufweisenden Amin; einem Aminoal- kohol; einem ein- oder mehrwertigen Thiol; einer Verbindung mit mindestens einer Thiol- und mindestens einer Hydroxylgruppe; und einem Gemisch aus zwei oder mehr davon.Compound VI is preferably selected from the group consisting of a mono- or polyhydric alcohol which has only carbon atoms in the main chain; a mono- or polyhydric alcohol which has at least one carbon atom in the main chain in addition to at least two Has an atom selected from the group consisting of oxygen, phosphorus and nitrogen; a silicon containing compound; an amine having at least one primary amino group: an amine having at least one secondary amino group; an amino alcohol; a mono- or polyvalent thiol; a compound having at least one thiol and at least one hydroxyl group; and a mixture of two or more of them.
Unter diesen sind wiederum Verbindungen VI bevorzugt, die zwei oder mehr funktionelle Gruppen aufweisen, die mit der Carbonsäure oder Sulfonsäure reagieren können.Among these, compounds VI are preferred which have two or more functional groups which can react with the carboxylic acid or sulfonic acid.
Bei der Verwendung von Verbindungen VI, die als funktionelle Gruppe Aminogruppen enthalten, ist es bevorzugt, solche mit sekundären Amino- gruppen zu verwenden, sodaß nach der Kondensation/ Vernetzung entweder überhaupt keine oder nur geringe Mengen an freien NH-Gruppen in der Mischung la vorhanden sind.When using compounds VI which contain amino groups as the functional group, it is preferred to use those with secondary amino groups, so that after the condensation / crosslinking either no or only small amounts of free NH groups are present in the mixture 1a are.
Im einzelnen sind als bevorzugte Verbindungen zu nennen: ein- oder mehrwertige Alkohole, die in der Hauptkette ausschließlich Kohlenstoffatome aufweisen, mit 1 bis 20, vorzugsweise 2 bis 20 und insbesondere 2 bis 10 alkoholischen OH-Gruppen, insbesondere zwei-, drei- und vierwerti- ge Alkohole, vorzugsweise mit 2 bis 20 Kohlenstoffatomen, wie z.B. Ethy- lenglycol, Propan-1 ,2- oder -1 ,3-diol, Butan-1 ,2- oder -1 ,3-diol, Buten- 1 ,4- oder Butin-l ,4-diol, Hexan-l ,6-diol, Neopentylglycol, Dodecan-l ,2-diol, Glycerin, Trimethylolpropan, Pentaerythrit oder Zuckeralkohole, Hydrochinon, Novolak, Bisphenol A, wobei jedoch auch, wie aus obiger Definition hervorgeht, einwertige Alkohole, wie z.B. Methanol, Ethanol, Propanol, n-, sek.- oder tert.-Butanol, usw. eingesetzt werden können; ferner können auch Polyhydroxyolefine, bevorzugt solche mit zwei endständigen Hydroxylgruppen, wie z.B. α,ω-Dihydroxybutadien, verwendet werden; Polyesterpolyole, wie sie z.B. aus Ulimanns Encyclopädie der technischen Chemie, 4. Aufl. , Bd. 19, S. 62-65 bekannt sind und beispielsweise durch Umsetzung zweiwertiger Alkohole mit mehrwertigen, bevorzugt zweiwertigen Polycarbonsäuren erhalten werden; ein- oder mehrwertige Alkohole, die in der Hauptkette neben mindestens zwei Kohlenstoffatomen mindestens ein Sauerstoffatom enthalten, vorzugsweise Polyetheralkohole, wie z.B. Polymerisationsprodukte von Alkylenepoxiden, beispielsweise Isobutylenoxid, Propylenoxid, Ethylenoxid, 1 ,2-Epoxybutan, 1 ,2-Epoxypentan, 1 ,2-Epoxyhexan, Tetrahydrofuran, Styrol- oxid, wobei auch an den Endgruppen modifizierte Polyetheralkohole, wie z.B. mit NH9-Endgruppen modifizierte Polyetheralkohole verwendet werden können; diese Alkohole besitzen vorzugsweise ein Molekulargewicht (Zahlen- mittel) von 100 bis 5.000, weiter bevorzugt 200 bis 1.000, und insbesondere 300 bis 800: derartige Verbindungen sind an sich bekannt und beispielsweise unter den Marken Pluriol® oder Pluronic® (Firma BASF Aktiengesellschaft) kommerziell verfügbar; Alkohole, wie oben definiert, in denen ein Teil oder alle Kohlenstoffatome durch Silicium ersetzt sind, wobei hier insbesondere Polysiloxane oder Alkylenoxid/Siloxan-Copolymere oder Gemische aus Polyetheralkoholen und Polysiloxanen, wie sie beispielsweise in der EP-B 581 296 und der EP-A 525 728 beschrieben sind, verwendet werden können, wobei auch bzgl. des Molekulargewichts dieser Alkohole das auch oben Gesagte gilt; Alkohole, wie oben definiert, insbesondere Polyetheralkohole, bei denen ein Teil oder alle Sauerstoffatome durch Schwefelatome ersetzt sind, wobei bzgl. des Molekulargewichts dieser Alkohole ebenfalls das oben Gesagte gilt; ein- oder mehrwertige Alkohole, die in der Hauptkette neben mindestens zwei Kohlenstoffatomen mindestens ein Phosphoratom oder mindestens ein Stickstoffatom enthalten, wie z.B. Diethanolamin und Triethanolamin; Lactone, die sich von Verbindungen der allgemeinen Formel HO-(CH9)z- COOH ableiten, wobei z eine Zahl von 1 bis 20 ist, wie z.B. e-Caprolac- ton, j6-Propiolacton, γ-Butyrolacton oder Methyl-e-caprolacton; eine Silicium enthaltende Verbindung, wie z.B. Di- oder Trichlorsilan, Phenyltrichlorsilan, Diphenyldichlorsilan, Dimethylvinylchlorsilan; Silanole, wie z.B. Trimethylsilanol; ein mindestens eine primäre und/oder sekundäre Aminogruppe aufweisendes Amin, wie z.B. Butylamin, 2-Ethylhexylamin, Ethylendiamin, Hexamethylen- diamin, Diethylentriamin, Tetraethylenpentamin, Pentaethylenhexamin, Anilin, Phenylendiamin;In particular, the following may be mentioned as preferred compounds: monohydric or polyhydric alcohols which have only carbon atoms in the main chain, with 1 to 20, preferably 2 to 20 and in particular 2 to 10 alcoholic OH groups, in particular di-, tri- and tetravalent - Ge alcohols, preferably having 2 to 20 carbon atoms, such as ethylene glycol, propane-1, 2- or -1, 3-diol, butane-1, 2- or -1, 3-diol, butene-1, 4th - Butin-l, 4-diol, hexane-l, 6-diol, neopentyl glycol, dodecane-l, 2-diol, glycerol, trimethylolpropane, pentaerythritol or sugar alcohols, hydroquinone, novolak, bisphenol A, but also, as from the above Definition is clear, monohydric alcohols, such as methanol, ethanol, propanol, n-, sec- or tert-butanol, etc. can be used; also can Polyhydroxyolefins, preferably those with two terminal hydroxyl groups, such as, for example, α, ω-dihydroxybutadiene, can be used; Polyester polyols, as are known, for example, from Ulimann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 4th edition, vol. 19, pp. 62-65 and are obtained, for example, by reacting dihydric alcohols with polyhydric, preferably dihydric, polycarboxylic acids; monohydric or polyhydric alcohols which contain at least one oxygen atom in the main chain in addition to at least two carbon atoms, preferably polyether alcohols, such as, for example, polymerization products of alkylene epoxides, for example isobutylene oxide, propylene oxide, ethylene oxide, 1, 2-epoxybutane, 1, 2-epoxypentane, 1, 2 Epoxyhexane, tetrahydrofuran, styrene oxide, it also being possible to use polyether alcohols modified at the end groups, such as polyether alcohols modified with NH 9 end groups; these alcohols preferably have a molecular weight (number average) from 100 to 5000, more preferably 200 to 1000, and especially 300 to 800: such compounds are known per se and, for example, under the trademarks Pluriol ® or Pluronic ® (BASF Aktiengesellschaft) commercially available; Alcohols, as defined above, in which some or all of the carbon atoms have been replaced by silicon, in particular polysiloxanes or alkylene oxide / siloxane copolymers or mixtures of polyether alcohols and polysiloxanes, as described, for example, in EP-B 581 296 and EP-A 525 728 can be used, the statements made above also relating to the molecular weight of these alcohols; Alcohols as defined above, in particular polyether alcohols in which some or all of the oxygen atoms have been replaced by sulfur atoms, the statements made above also relating to the molecular weight of these alcohols; monohydric or polyhydric alcohols which contain at least one phosphorus atom or at least one nitrogen atom in the main chain in addition to at least two carbon atoms, such as, for example, diethanolamine and triethanolamine; Lactones derived from compounds of the general formula HO- (CH 9 ) z - COOH, where z is a number from 1 to 20, such as e-caprolactone, j6-propiolactone, γ-butyrolactone or methyl-e- caprolactone; a silicon-containing compound such as di- or trichlorosilane, phenyltrichlorosilane, diphenyldichlorosilane, dimethylvinylchlorosilane; Silanols, such as trimethylsilanol; an amine having at least one primary and / or secondary amino group, such as, for example, butylamine, 2-ethylhexylamine, ethylene diamine, hexamethylene diamine, diethylene triamine, tetraethylene pentamine, pentaethylene hexamine, aniline, phenylene diamine;
Polyetherdiamine, wie z.B. 4,7-Dioxydecan-l , 10-diamin, 4, 1 1-Dioxytetrade- can-l , 14-diamin; ein ein- oder mehrwertiges Thiol, wie z.B. aliphatische Thiole, wie z.B.Polyether diamines, e.g. 4,7-dioxydecane-l, 10-diamine, 4, 1 1-dioxytetradecan-l, 14-diamine; a mono- or polyvalent thiol, e.g. aliphatic thiols, e.g.
Methanthiol, Ethanthiol, Cyclohexanthiol, Dodecanthiol; aromatische Thiole, wie z.B. Thiophenol, 4-Chlorthiophenol, 2-Mercaptoanilin; eine Verbindung mit mindestens einer Thiol- und mindestens einer Hydroxylgruppe, wie z.B. 4-Hydroxythiophenol sowie Monothioderivate der oben definierten mehrwertigen Alkohole; Aminoalkohole, wie z.B. Ethanolamin, N-Methyl-ethanolamin, N-Ethyl-etha- nolamin, N-Butyl-ethanolamin, 2-Amino-l-propanol, 2-Amino-l-phenylethanol, Mono- oder Polyaminopolyole mit mehr als zwei aliphatisch gebundenen Hydroxylgruppen, wie z.B. Tris(hydroxymethyl)- methylamin, Glucamin, N,NXBis-(2-hydroxyethyl)-ethylendiamin.Methanethiol, ethanethiol, cyclohexanethiol, dodecanethiol; aromatic thiols such as thiophenol, 4-chlorothiophenol, 2-mercaptoaniline; a compound with at least one thiol and at least one hydroxyl group, such as 4-hydroxythiophenol and monothio derivatives of the polyhydric alcohols defined above; Amino alcohols, such as ethanolamine, N-methylethanolamine, N-ethylethanolamine, N-butylethanolamine, 2-amino-l-propanol, 2-amino-l-phenylethanol, mono- or polyaminopolyols with more than two aliphatically bound hydroxyl groups such as tris (hydroxymethyl) methylamine, glucamine, N, N X bis (2-hydroxyethyl) ethylenediamine.
Es können auch Gemische aus zwei oder mehr der oben definierten Verbindungen VI eingesetzt werden.Mixtures of two or more of the compounds VI defined above can also be used.
Die oben erwähnten Verbindungen VI werden erfindungsgemäß mit einerAccording to the invention, the compounds VI mentioned above are treated with a
Carbonsäure oder Sulfonsäure VII, die mindestens eine radikalisch polymeri- sierbare funktionelle Gruppe aufweist, oder einem Derivat davon oder einem Gemisch aus zwei oder mehr davon kondensiert, wobei mindestens eine, vorzugsweise alle der freien zur Kondensation befähigten Gruppen innerhalb der Verbindungen VI mit der Verbindung VII kondensiert werden.Carboxylic acid or sulfonic acid VII, which has at least one radically polymerizable functional group, or a derivative thereof or a A mixture of two or more of them is condensed, at least one, preferably all, of the free groups capable of condensation within the compounds VI being condensed with the compound VII.
Als Carbonsäure oder Sulfonsäure VII können im Rahmen der vorliegenden Erfindung prinzipiell alle Carbon- und Sulfonsäuren, die mindestens eine radikalisch polymerisierbare funktionelle Gruppe aufweisen, sowie deren Derivate eingesetzt werden. Dabei umfaßt der hier verwendete Begriff "Derivate" sowohl Verbindungen, die sich von einer Carbon- oder Sulfonsäu- re ableiten, die an der Säurefunktion modifiziert ist, wie z.B. Ester, Säurehalogenide oder Säureanhydride, als auch Verbindungen, die sich von einer Carbon- oder Sulfonsäure ableiten, die am Kohlenstoffgerüst der Carbonoder Sulfonsäure modifiziert ist, wie z.B. Halogencarbon- oder -sulfonsäuren.In principle, all carboxylic and sulfonic acids which have at least one free-radically polymerizable functional group and their derivatives can be used as carboxylic acid or sulfonic acid VII in the context of the present invention. The term "derivatives" used here encompasses both compounds which are derived from a carboxylic or sulfonic acid which is modified on the acid function, such as e.g. Esters, acid halides or acid anhydrides, as well as compounds derived from a carbon or sulfonic acid modified on the carbon skeleton of the carbon or sulfonic acid, e.g. Halogen carbon or sulfonic acids.
Als Verbindung VII sind dabei insbesondere zu nennen: α,ιß-ungesättigte Carbonsäuren oder /3,7-ungesättigte Carbonsäuren.The following are particularly to be mentioned as compound VII: α, ß-unsaturated carboxylic acids or / 3,7-unsaturated carboxylic acids.
Besonders geeignete α.ß-ungesättigte Carbonsäuren sind dabei solche der FormelParticularly suitable α.ß-unsaturated carboxylic acids are those of the formula
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in der R1 , R2 und R3 Wasserstoff oder Cr bis C4-Alkylreste darstellen, wobei unter diesen wiederum Acrylsäure und Methacrylsäure bevorzugt sind; weiterhin gut einsetzbar sind Zimtsäure, Maleinsäure, Fumarsäure, Itacon- säure, oder p-Vinylbenzoesäure, sowie Derivate davon, wie z.B. Anhydride, wie z.B. Maleinsäure- oder Itaconsäureanhydrid;in which R 1 , R 2 and R 3 represent hydrogen or C r to C 4 alkyl radicals, acrylic acid and methacrylic acid being preferred among these; cinnamic acid, maleic acid, fumaric acid, itaconic acid, or p-vinylbenzoic acid, and derivatives thereof, such as, for example, anhydrides, such as, for example, maleic or itaconic anhydride;
Halogenide, insbesondere Chloride, wie z.B. Acryl- oder Methacrylsäure- chlorid; Ester, wie z.B. (Cyclo)alkyl(meth)acrylate mit bis zu 20 C-Atomen im Alkylrest, wie z.B. Methyl-, Ethyl-, Propyl-, Butyl-, Hexyl-, 2-Ethylhexyl-, Stearyl-, Lauryl-, Cyclohexyl-, Benzyl-, Trifluormethyl-, Hexafluorpropyl-, Tetrafluorpropyl(meth)acrylat, Polypropylenglycolmono(meth)acrylate, Poly- ethylenglycolmono(meth)acrylate, Poly(meth)acrylate von mehrwertigen Alkoholen, wie z.B. Glycerindi(meth)acrylat, Trimethylolpropan-di(meth)acrylat, Pentaerythrit-di- oder -tri(meth)acrylat, Diethylenglycolbis(mono-(2-acryloxy)et- hyl)carbonat, Poly(meth)acrylate von Alkoholen, die selbst wiederum eine radikalisch polymeriserbare Gruppe aufweisen, wie z.B. Ester aus (Meth)acrylsäure und Vinyl- und/oder Allylalkohol;Halides, in particular chlorides, such as, for example, acrylic or methacrylic acid chloride; Esters, such as (cyclo) alkyl (meth) acrylates with up to 20 carbon atoms in the alkyl radical, such as methyl, ethyl, propyl, butyl, hexyl, 2-ethylhexyl, stearyl, lauryl, Cyclohexyl, benzyl, trifluoromethyl, hexafluoropropyl, tetrafluoropropyl (meth) acrylate, polypropylene glycol mono (meth) acrylates, polyethylene glycol mono (meth) acrylates, poly (meth) acrylates of polyhydric alcohols, such as, for example, glycerol di (meth) acrylate, trimethylol propane -di (meth) acrylate, pentaerythritol di- or tri (meth) acrylate, diethylene glycol bis (mono- (2-acryloxy) ethyl) carbonate, poly (meth) acrylates of alcohols, which in turn have a radical-polymerizable group , such as esters of (meth) acrylic acid and vinyl and / or allyl alcohol;
Vinylester anderer aliphatischer oder aromatischer Carbonsäuren, wie z. B. Vinylacetat, Vinylpropionat, Vinylbutyrat, Vinylhexanoat, Vinyloctanoat, Vinyldecanoat, Vinylstearat, Vinylpalminat, Vinylcrotonoat, Divinyladipat, Divinylsebacat, Vinyl-2-ethylhexanoat, Vinyltrifluoracetat; Allylester anderer aliphatischer oder aromatischer Carbonsäuren, wie z. B. Allylacetat, Allylpropionat, Allylbutyrat, Allylhexanoat, Allyloctanoat, Allyl- decanoat, Allylstearat, Allylpalminat, Allylcrotonoat, Allylsalicylat, Allyllactat, Diallyloxalat, Diallylmalonat, Allyl- und Diallylsuccinat, Diallylglutarat, Diallyladipat, Diallylpimelat, Diallylcinnanmat, Diallylmaleat, Diallylphthalat, Diallylisophthalat, Triallylbenzol-l ,3,5-tricarboxylat, Diallylcinnatricarboxylat, Allylltrifluoracetat, Allylperfluorbutyrat, Allylperfluoroctanoat; jß,γ-ungesättigte Carbonsäuren oder deren Derivate, wie z. B. Vinylessig- säure, 2-Methylvinylessigsäure, Isobutyl-3-butenoat, Allyl-3-butenoat, Allyl-2- hydroxy-3-butenoat, Diketen; Sulfonsäuren, wie z.B. Vinylsulfonsäure, Allyl- und Methallylsulfonsäure, sowie deren Ester und Halogenide, Benzolsulfonsäurevinylester, 4-Vinylben- zolsulfonsäureamid.Vinyl esters of other aliphatic or aromatic carboxylic acids, such as. B. vinyl acetate, vinyl propionate, vinyl butyrate, vinyl hexanoate, vinyl octanoate, vinyl decanoate, vinyl stearate, vinyl palminate, vinyl crotonoate, divinyl adipate, divinyl sebacate, vinyl 2-ethylhexanoate, vinyl trifluoroacetate; Allyl esters of other aliphatic or aromatic carboxylic acids, such as. As allyl acetate, allyl propionate, allyl butyrate, allyl hexanoate, Allyloctanoat, allyl decanoate, allyl stearate, Allylpalminat, Allylcrotonoat, Allylsalicylat, allyl lactate, diallyl oxalate, diallyl malonate, diallyl succinate and allyl, Diallylglutarat, diallyl adipate, Diallylpimelat, Diallylcinnanmat, diallyl maleate, diallyl phthalate, diallyl isophthalate, triallyl benzene -l, 3,5-tricarboxylate, diallylcinnatricarboxylate, allyl trifluoroacetate, allyl perfluorobutyrate, allyl perfluorooctanoate; jß, γ-unsaturated carboxylic acids or their derivatives, such as. B. vinyl acetic acid, 2-methyl vinyl acetic acid, isobutyl 3-butenoate, allyl 3-butenoate, allyl 2-hydroxy-3-butenoate, diketene; Sulfonic acids, e.g. Vinylsulfonic acid, allyl and methallylsulfonic acid, and their esters and halides, vinyl benzenesulfonic acid ester, 4-vinylbenzenesulfonic acid amide.
Es können auch Gemische aus zwei oder mehr der oben beschriebenen Carbon- und/oder Sulfonsäuren eingesetzt werden. Als zur Herstellung des Polymers IX verwendbare zur radikalischen Polymerisation befähigte Verbindung X sind im einzelnen folgende zu nennen: Olefinische Kohlenwasserstoffe, wie z.B. Ethylen, Propylen, Butylen. Isobuten, Hexen oder höhere Homologen und Vinylcyclohexan; (Meth)acrylnitril; halogenhaltige olefinische Verbindungen, wie z.B. Vinylidenfluorid, Vinyli- denchlorid, Vinylfluorid, Vinylchlorid, Hexafluorpropen, Trifiuorpropen. 1 ,2- Dichlorethylen, 1 ,2-Difluorethylen und Tetrafluorethylen; Vinylalkohol, Vinylacetat, N-Vinylpyrrolidon, N-Vinylimidazol, Vinylforma- mid;Mixtures of two or more of the carboxylic and / or sulfonic acids described above can also be used. Compounds X which can be used for free-radical polymerization and which can be used for the preparation of the polymer IX are as follows: olefinic hydrocarbons, such as ethylene, propylene, butylene. Isobutene, hexene or higher homologues and vinylcyclohexane; (Meth) acrylonitrile; halogen-containing olefinic compounds, such as vinylidene fluoride, vinylidene chloride, vinyl fluoride, vinyl chloride, hexafluoropropene, trifluoropropene. 1,2-dichloroethylene, 1,2-difluoroethylene and tetrafluoroethylene; Vinyl alcohol, vinyl acetate, N-vinyl pyrrolidone, N-vinyl imidazole, vinyl formamide;
Phosphornitridchloride, wie z.B. Phosphordichloridnitrid, Hexachlor(tri- phosphazen), sowie deren durch Alkoxy-, Phenoxy-, Amino- und Fluoral- koxy-Gruppen teilweise oder vollständig substituierte Derivate, d.h. Verbindungen, die zu Polyphosphazenen polymerisiert werden können; aromatische, olefinische Verbindungen, wie z.B. Styrol, α-Methylstyrol;Phosphorus nitride chlorides, e.g. Phosphorus dichloride nitride, hexachlor (tri-phosphazene), and their derivatives which are partially or completely substituted by alkoxy, phenoxy, amino and fluoroalkoxy groups, i.e. Compounds that can be polymerized to polyphosphazenes; aromatic, olefinic compounds such as e.g. Styrene, α-methylstyrene;
Vinylether, wie z.B. Methyl-, Ethyl-, Propyl-, Isopropyl-, Butyl-, Isobutyl-, Hexyl-, Octyl-, Decyl-, Dodecyl-, 2-Ethylhexyl-, Cyclohexyl-, Benzyl-, Trifluormethyl-, Hexafluorpropyl-, Tetrafluorpropylvinylether.Vinyl ethers such as Methyl, ethyl, propyl, isopropyl, butyl, isobutyl, hexyl, octyl, decyl, dodecyl, 2-ethylhexyl, cyclohexyl, benzyl, trifluoromethyl, hexafluoropropyl, tetrafluoropropyl vinyl ether.
Es können selbstverständlich auch Gemische der obigen Verbindungen X eingesetzt werden, wobei dann Copolymere entstehen, die je nach Herstellungsart die Monomeren statistisch verteilt enthalten, oder Blockcopolymere ergeben.Mixtures of the above compounds X can of course also be used, in which case copolymers are formed which, depending on the type of preparation, contain the monomers in a statistically distributed manner or give block copolymers.
Diese Verbindungen X wie auch die Kondensationsprodukte V werden nach herkömmlicher, dem Fachmann wohl bekannter Art polymerisiert, vorzugsweise radikalisch polymerisiert, wobei bezüglich der erhaltenen Molekulargewichte das hierin nachstehend bezüglich der Verbindung VIII Gesagte gilt. Als Verbindung VIII kommen in erster Linie Verbindungen mit einem mittleren Molekulargewicht (Zahlenmittel) von mindestens 5.000, vorzugsweise 5.000 bis 20.000.000, insbesondere 100.000 bis 6.000.000, in Betracht, die in der Lage sind, Lithiumkationen zu solvatisieren und als Bindemittel zu fungieren. Geeignete Verbindungen VIII sind beispielsweise Polyether und Copolymere, die mindestens 30 Gew.- % der folgenden Struktureinheit, bezogen auf das Gesamtgewicht der Verbindung VIII, aufweisen:These compounds X, as well as the condensation products V, are polymerized in a conventional manner, which is well known to the person skilled in the art, preferably free-radically polymerized, with regard to the molecular weights obtained what has been said hereinafter regarding compound VIII. Compounds VIII are primarily compounds with an average molecular weight (number average) of at least 5,000, preferably 5,000 to 20,000,000, in particular 100,000 to 6,000,000, which are capable of solvating lithium cations and functioning as binders . Suitable compounds VIII are, for example, polyethers and copolymers which have at least 30% by weight of the following structural unit, based on the total weight of compound VIII:
Figure imgf000018_0001
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wobei R1, R2, R3 und R4 Arylgruppen, Alkylgruppen, vorzugsweise Methylgruppen, oder Wasserstoff darstellen, gleich oder unterschiedlich sein und Heteroatome wie Sauerstoff, Stickstoff, Schwefel oder Silizium enthalten können.where R 1 , R 2 , R 3 and R 4 represent aryl groups, alkyl groups, preferably methyl groups, or hydrogen, may be the same or different and may contain heteroatoms such as oxygen, nitrogen, sulfur or silicon.
Solche Verbindungen sind beispielsweise in: M. B. Armand et. al. , Fast Ion Transport in Solids, Elsevier, New York, 1979, S. 131-136, oder in FR-A 7832976 beschrieben.Such connections are for example in: M. B. Armand et. al. , Fast Ion Transport in Solids, Elsevier, New York, 1979, pp. 131-136, or in FR-A 7832976.
Die Verbindung VIII kann auch aus Gemischen aus zwei oder mehr solcher Verbindungen bestehen.Compound VIII can also consist of mixtures of two or more such compounds.
Die oben definierten polymere Masse IV bzw. das Polymer IX kann auch in Form eines Schaums vorliegen, wobei dann der Feststoff II als solcher darin verteilt vorliegt.The polymer mass IV or polymer IX defined above can also be in the form of a foam, in which case the solid II is present as such distributed therein.
Die Gemische Ila sollen erfindungsgemäß zu 1 bis 95 Gew.-% , vorzugsweise 25 bis 90 Gew.-% und insbesondere 30 bis 70 Gew.-% aus einem Feststoff III und zu 5 bis 99 Gew.- , vorzugsweise 10 bis 75 Gew.- % und insbesondere 30 bis 70 Gew.-% aus einer polymeren Masse IV bestehen, wobei die Verbindung VIII der polymeren Masse IV vorteilhaft ein mittleres Molekulargewicht (Zahlenmittel) von 5.000 bis 100.000.000, vor- 5 zugsweise 50.000 bis 8.000.000, aufweisen sollte. Die polymere Masse IV kann durch Umsetzung von 5 bis 100 Gew.- % , vorzugsweise 30 bis 70 Gew.- % bezogen auf die polymere Masse IV einer Verbindung V und 0 bis 95 Gew.- % , insbesondere 30 bis 70 Gew.-% bezogen auf die polymere Masse IV einer Verbindung VIII, erhalten werden.According to the invention, the mixtures Ila should contain 1 to 95% by weight, preferably 25 to 90% by weight and in particular 30 to 70% by weight, of one Solids III and 5 to 99% by weight, preferably 10 to 75% by weight and in particular 30 to 70% by weight, consist of a polymeric mass IV, the compound VIII of the polymeric mass IV advantageously having an average molecular weight (number average) from 5,000 to 100,000,000, preferably 5 to 50,000 to 8,000,000. The polymeric mass IV can be converted by reaction of 5 to 100% by weight, preferably 30 to 70% by weight, based on the polymeric mass IV of a compound V and 0 to 95% by weight, in particular 30 to 70% by weight. based on the polymeric mass IV of a compound VIII can be obtained.
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Die Gemische Ilb sollen erfindungsgemäß zu 1 bis 95 Gew.- % , vorzugsweise 25 bis 90 Gew.- % , und insbesondere 30 bis 70 Gew.-% aus einem Feststoff III und zu 5 bis 99 Gew.-% , vorzugsweise 10 bis 75 Gew.- % und insbesondere 30 bis 70 Gew.-% aus einem Polymer IX bestehen, wobei i5 die Verbindung VIII des Polymers IX vorteilhaft ein mittleres Molekulargewicht (Zahlenmittel) von 5.000 bis 100.000.000, vorzugsweise 50.000 bis 8.000.000, aufweisen sollte. Das Polymer IX kann durch Umsetzung von 5 bis 75 Gew.- % , vorzugsweise 30 bis 70 Gew.- % bezogen auf das Polymer IX einer Verbindung X und 25 bis 95 Gew.-% , insbesondere 30 bis 70According to the invention, the mixtures IIb should contain 1 to 95% by weight, preferably 25 to 90% by weight, and in particular 30 to 70% by weight, of a solid III and 5 to 99% by weight, preferably 10 to 75 % By weight and in particular 30 to 70% by weight consist of a polymer IX, wherein compound VIII of polymer IX should advantageously have an average molecular weight (number average) of 5,000 to 100,000,000, preferably 50,000 to 8,000,000 . The polymer IX can be converted by reaction of 5 to 75% by weight, preferably 30 to 70% by weight, based on the polymer IX of a compound X and 25 to 95% by weight, in particular 30 to 70%
20 Gew.- % bezogen auf das Polymer IX einer Verbindung VIII, erhalten werden.20% by weight, based on the polymer IX of a compound VIII, can be obtained.
Im folgenden werden die erfindungsgemäßen Mischungen la und Ib bzw. die Gemische Ila und Ilb gemeinsam diskutiert und als "erfindungsgemäße 25 Mischung " bzw. "erfindungsgemäßes Gemisch " bezeichnet.In the following the mixtures la and Ib according to the invention or the mixtures Ila and Ilb are discussed together and referred to as "mixture according to the invention" or "mixture according to the invention".
Zur Herstellung der erfindungsgemäßen Mischung, die ein erfindungsgemäßesTo produce the mixture according to the invention, which is an inventive
Gemisch in Mengen von 1 bis 100 Gew.-% , vorzugsweise 35 bis 100Mixture in amounts of 1 to 100% by weight, preferably 35 to 100
Gew.-% und insbesonder 30 bis 70 Gew.-% , bezogen auf die erfindungs-% By weight and in particular 30 to 70% by weight, based on the
30 gemäße Mischung enthalten sollte, kann ein Gemisch aus einem Feststoff III, eines Kondensationsprodukts V, gegebenenfalls einer Verbindung VIII, bzw. ein Gemisch aus einem Feststoff III, einer Verbindung X und einer Verbindung VIII und üblichen Zusatzstoffen wie z.B. Weichmachern, vorzugsweise polyethylenoxidhaltige oder polypropylenoxidhaltige Weichmachern, hergestellt werden.30 should contain appropriate mixture, a mixture of a solid III, a condensation product V, optionally a compound VIII, or a mixture of a solid III, a compound X and a compound VIII and conventional additives such as plasticizers, preferably plasticizers containing polyethylene oxide or polypropylene oxide, plasticizers.
Als Weichmacher können aprotische Lösungsmittel, vorzugsweise solche, die Li-Ionen solvatisieren, wie z.B. Dimethylcarbonat, Diethylcarbonat, Dipropyl- carbonat, Diisopropylcarbonat, Dibutylcarbonat, Ethylencarbonat, Propylencar- bonat; Oligoalkylenoxide, wie z.B. Dibutylether, Di-tert.-butylether, Dipen- tylether, Dihexylether, Diheptylether, Dioctylether, Dinonylether, Didecylet- her, Didodecylether, Ethylenglycoldimethylether, Ethylenglycoldiethylether, 1- tert.-Butoxy-2-methoxyethan, l-tert.-Butoxy-2-ethoxyethan, 1 ,2-Dimethoxypro- pan, 2-Methoxyethylether, 2-Ethoxyethylether, Diethylenglycoldibutylether, Dimethylenglycol-tert.-butylmethylether, Triethylenglycoldimethylether, Tetra- ethylenglycoldimethylether, γ-Butyrolacton, Dimethylformamid; Kohlenwasserstoffe der allgemeinen Formel CnH2n+2 mit 7 < n < 50; organische Phosphorverbindungen, insbesondere Phosphate und Phosphonate, wie z.B. Trimethylphosphat, Triethylphosphat, Tripropylphosphat, Tributylphosphat, Triisobutylphosphat, Tripentylphosphat, Trihexylphosphat, Trioctylphosphat, Tris(2-ethylhexyl)phosphat, Tridecylphosphat, Diethyl-n-butylphosphat, Tris(bu- toxyethyl)phosphat, Tris(2-methoxyethyl)phosphat, Tris(tetrahydrofu- ry l)phosphat, Tris( 1 H , 1 H ,5H-octafiuorpenty phosphat, Tris( 1 H , 1 H-tr ifl uoret- hyl)phosphat, Tris(2-(diethylamino)ethyl)phosphat, Diethylethylphosphonat, Dipropylpropylphosphonat, Dibutylbutylphosphonat, Dihexylhexylphosphonat, Dioctyloctylphosphonat, Ethyldimethylphosphonoacetat, Methyldiethylphos- phonoacetat, Triethylphosphonoacetat, Dimethyl(2-oxopropyl)phosphonat, Diet- hyl(2-oxopropyl)phosphonat, Dipropyl(2-oxopropyl)phosphonat, Ethyldiethox- yphosphinylformiat, Trimethylphosphonoacetat, Triethylphosphonoacetat, Tripropylphosphonoacetat, Tributylphosphonoacetat; organische Schwefelver- bindungen, wie z.B. Sulfate, Sulfonate, Sulfoxide, Sulfone und Sulfite, wie z.B. Dimethylsulfit, Diethylsulfit, Glycolsulfit, Dimethylsulfon, Diethylsulfon, Diethylpropylsulfon, Dibutylsulfon, Tetramethylensulfon, Methylsulfolan, Dimethylsul oxid, Diethylsulfoxid, Dipropylsulfoxid, Dibutylsulfoxid, Tetrame- thylensulfoxid, Ethylmethansulfonat, l ,4-Butandiolbis(methansulfonat), Diethyl- sulfat, Dipropylsulfat, Dibutylsulfat, Dihexylsulfat, Dioctylsulfat, SO9ClF; Nitrile, wie z.B. Acrylnitril; Dispergatoren, insbesondere mit Tensidstruktur; sowie deren Gemische verwendet werden.Aprotic solvents, preferably those which solvate Li ions, such as, for example, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, dipropyl carbonate, diisopropyl carbonate, dibutyl carbonate, ethylene carbonate, propylene carbonate; Oligoalkylene oxides, such as, for example, dibutyl ether, di-tert-butyl ether, dipentyl ether, dihexyl ether, diheptyl ether, dioctyl ether, dinonyl ether, didecyl ether, didodecyl ether, ethylene glycol dimethyl ether, ethylene glycol diethyl ether, 1-tert.-butoxy-2-methoxyethane, 1-tert. -Butoxy-2-ethoxyethane, 1, 2-dimethoxypropane, 2-methoxyethyl ether, 2-ethoxyethyl ether, diethylene glycol dibutyl ether, dimethylene glycol tert-butyl methyl ether, triethylene glycol dimethyl ether, tetraethylene glycol dimethyl ether, γ-butyrolactone, dimethylformamide; Hydrocarbons of the general formula C n H 2n + 2 with 7 <n <50; organic phosphorus compounds, in particular phosphates and phosphonates, such as trimethyl phosphate, triethyl phosphate, tripropyl phosphate, triisobutyl phosphate, tripentyl phosphate, trihexyl phosphate, tris (2-ethylhexyl) phosphate, tridecyl phosphate, diethyl phosphate, diethyl Tris (2-methoxyethyl) phosphate, tris (tetrahydrofuran l) phosphate, tris (1 H, 1 H, 5H-octafiuorpenty phosphate, tris (1 H, 1 H-tr ifl uorethyl) phosphate, tris (2- (diethylamino) ethyl) phosphate, dietropylpropylphosphonate, dibutylbutylphosphonate, dihexylhexylphosphonate, dioctyloctylphosphonate, methyldiethylphosphonoethyl (oxyethyl), , Ethyl diethoxylphosphinyl formate, trimethylphosphonoacetate, triethylphosphonoacetate, tripropylphosphonoacetate, tributylphosphonoacetate; organic sulfur compounds Bonds, such as sulfates, sulfonates, sulfoxides, sulfones and sulfites, such as dimethyl sulfite, diethyl sulfite, glycol sulfite, dimethyl sulfone, diethyl sulfone, diethyl propyl sulfone, dibutyl sulfone, tetramethylene sulfone, methyl sulfulfate, ethyl sulfoxide, diphenyl sulfoxide, diphenyl sulfoxide, diphenyl sulfoxide, diphenyl sulfoxide, diphenyl sulfoxide, diphenyl sulfoxide, diphenyl sulfoxide, diphenyl sulfoxide, diphenyl sulfoxide, diphenyl sulfoxide, diphenyl sulfoxide, diphenyl sulfoxide, diphenyl sulfoxide, diphenyl sulfoxide, diphenyl sulfoxide, diphenyl sulfonate, , 4-butanediol bis (methanesulfonate), diethyl sulfate, dipropyl sulfate, dibutyl sulfate, dihexyl sulfate, dioctyl sulfate, SO 9 ClF; Nitriles, such as acrylonitrile; Dispersants, in particular with a surfactant structure; and mixtures thereof are used.
Die erfindungsgemäßen Mischungen können in einem anorganischen, vorzugsweise einem organischen flüssigen Verdünnungsmittel gelöst oder dispergiert werden, wobei die erfindungsgemäße Mischung eine Viskosität von vorzugs- weise 100 bis 50.000 mPas aufweisen sollte, und anschließend in an sich bekannter Weise, wie Spritzbeschichtung, Gießen, Tauchen, Spincoaten, Walzenbeschichtung, Bedrucken im Hoch-, Tief oder Flachdruck oder Siebdruckverfahren, auf ein Trägermaterial aufgetragen werden. Die weitere Verarbeitung kann wie üblich erfolgen, z.B. durch Entfernen des Verdün- nungsmittels und Aushärten der Mischung.The mixtures according to the invention can be dissolved or dispersed in an inorganic, preferably an organic liquid diluent, the mixture according to the invention preferably having a viscosity of 100 to 50,000 mPas, and then in a manner known per se, such as spray coating, pouring, dipping, Spin coating, roller coating, printing in high, low or flat printing or screen printing, can be applied to a carrier material. Further processing can be carried out as usual, e.g. by removing the diluent and curing the mixture.
Als organische Verdünnungsmittel eignen sich aliphatische Ether, insbesondere Tetrahydrofuran und Dioxan, Kohlenwasserstoffe, insbesondere Kohlenwasserstoffgemische wie Benzin, Toluol und Xylol, aliphatische Ester, insbesondere Ethylacetat und Butylacetat und Ketone, insbesondere Aceton, Ethylmethylketon und Cyclohexanon. Es können auch Kombinationen solcher Verdünnungsmittel eingesetzt werden.Suitable organic diluents are aliphatic ethers, in particular tetrahydrofuran and dioxane, hydrocarbons, in particular hydrocarbon mixtures such as gasoline, toluene and xylene, aliphatic esters, in particular ethyl acetate and butyl acetate and ketones, in particular acetone, ethyl methyl ketone and cyclohexanone. Combinations of such diluents can also be used.
Als Trägermaterial kommen die üblicherweise für Elektroden verwendeten Materialien, vorzugsweise Metalle wie Aluminium und Kupfer, in Betracht. Ebenso können temporäre Zwischenträger, wie Folien, insbesondere Polyesterfolien, wie Polyethylenterephthalatfolien, verwendet werden. Solche Folien können vorteilhaft mit einer Trennschicht vorzugsweise aus Polysiloxanen versehen sein.The materials usually used for electrodes, preferably metals such as aluminum and copper, come into consideration as carrier material. Temporary intermediate carriers, such as films, in particular polyester films, such as polyethylene terephthalate films, can also be used. Such films can advantageously be provided with a separating layer, preferably made of polysiloxanes.
Ebenso kann die Herstellung der Festelektrolyte und Separatoren thermoplastisch beispielsweise durch Spritzgießen, Schmelzgießen, Pressen, Kneten oder Extrudieren gegebenenfalls mit anschließendem Kalandrierschritt der erfindungsgemäßen Mischung erfolgen.The solid electrolytes and separators can also be produced thermoplastically, for example by injection molding, melt molding, pressing, kneading or extruding, if appropriate with a subsequent calendering step of the mixture according to the invention.
Nach der Filmbildung der erfindungsgemäßen Mischung können flüchtige Komponenten, wie Lösungsmittel oder Weichmacher, entfernt werden.After the mixture according to the invention has formed a film, volatile components, such as solvents or plasticizers, can be removed.
Die Vernetzung der erfindungsgemäßen Mischung kann in an sich bekannter Weise erfolgen, beispielsweise durch Bestrahlung mit ionischer oder ionisierender Strahlung, Elektronenstrahl, vorzugsweise mit einer Beschleunigungsspannung zwischen 20 und 2.000 kV und einer Strahlendosis zwischen 5 und 50 Mrad, UV- oder sichtbarem Licht, wobei in üblicher Weise vorteilhaft ein Initiator wie Benzildimethylketal oder 1 ,3,5-Trimethylbenzoyl- triphenylphosphinoxid in Mengen von insbesondere höchstens 1 Gew.-% bezogen auf die polymere Masse IV bzw. das Polymer IX zugegeben werden und die Vernetzung innerhalb von im allgemeinen 0,5 bis 15 Minuten vorteilhaft unter Inertgas wie Stickstoff oder Argon durchgeführt werden kann; durch thermische radikalische Polymersation, vorzugsweise bei Tempe- raturen von über 60 °C, wobei man vorteilhaft einen Initiator wie Azo-bis- isobutyronitril in Mengen von im allgemeinen höchstens 5 Gew.-% , vorzugsweise 0,05 bis 1 Gew.-% bezogen auf die polymere Masse IV bzw. das Polymer IX zugeben kann; durch elektrochemisch induzierte Polymerisation; oder durch ionische Polymerisation erfolgen, beispielsweise durch säurekataly- sierte kationische Polymerisation, wobei als Katalysator in erster Linie Säuren, vorzugsweise Lewissäuren wie BF3, oder insbesondere LiBF4 oder LiPF6 in Betracht kommen. Lithiumionen enthaltende Katalysatoren wie LiBF4 oder LiPF6 können dabei vorteilhaft im Festelektrolyt oder Separator als Leitsalz verbleiben.The mixture according to the invention can be crosslinked in a manner known per se, for example by irradiation with ionic or ionizing radiation, electron beam, preferably with an acceleration voltage between 20 and 2,000 kV and a radiation dose between 5 and 50 Mrad, UV or visible light, wherein in Usually, an initiator such as benzil dimethyl ketal or 1,3,5-trimethylbenzoyltriphenylphosphine oxide is advantageously added in amounts of in particular at most 1% by weight, based on the polymer composition IV or the polymer IX, and the crosslinking is generally within 0.5 up to 15 minutes can advantageously be carried out under inert gas such as nitrogen or argon; by thermal radical polymerization, preferably at temperatures above 60 ° C., an initiator such as azo-bis-isobutyronitrile being advantageously obtained in amounts of generally at most 5% by weight, preferably 0.05 to 1% by weight can add to the polymeric mass IV or the polymer IX; by electrochemically induced polymerization; or by ionic polymerization, for example by acid-catalyzed cationic polymerization, the primary catalyst Acids, preferably Lewis acids such as BF 3 , or in particular LiBF 4 or LiPF 6 are suitable. Catalysts containing lithium ions such as LiBF 4 or LiPF 6 can advantageously remain in the solid electrolyte or separator as the conductive salt.
Soll die erfindungsgemäße Mischung als Festelektrolyt oder Separator in einer elektrochemischen Zelle eingesetzt werden, werden eine dissoziierbare, Lithiumkationen enthaltende Verbindung ein sogenanntes Leitsalz, und ggf. weitere Zusatzstoffe, wie insbesondere organische Lösungsmittel, ein soge- nannter Elektrolyt, inkorporiert.If the mixture according to the invention is to be used as a solid electrolyte or separator in an electrochemical cell, a dissociable compound containing lithium cations, a so-called conductive salt, and possibly further additives, such as in particular organic solvents, a so-called electrolyte, are incorporated.
Diese Stoffe können teilweise oder vollständig bei der Herstellung der Schicht der Mischung beigemischt oder nach der Herstellung der Schicht in die Schicht eingebracht werden.Some or all of these substances can be added to the mixture during the production of the layer or introduced into the layer after the layer has been produced.
Als Leitsalze können die allgemein bekannten und beispielsweise in der EP- A 0 096 629 beschriebenen Leitsalze verwendet werden. Vorzugsweise werden erfindungsgemäß als Leitsalz LiPF6, LiBF4, LiClO4, LiAsF6, ÜCF3SO3, LiC(CF3SO2)3, LiN(CF3SO2)2, Li(CnF2n+ 1)SO3, LiC[(CnF2n+ 1)SO2]3, LiN(CnF2n+ 1S02)9, mit jeweils n=2 bis 20, LiN(SO9F)9, LiAlCl4, LiSiF6, LiSbF6 oder ein Gemisch aus zwei oder mehr davon eingesetzt, wobei als Leitsalz vorzugsweise LiBF4 und LiPF6 eingesetzt wird.The generally known conductive salts, described for example in EP-A 0 096 629, can be used as conductive salts. LiPF 6 , LiBF 4 , LiClO 4 , LiAsF 6 , ÜCF 3 SO 3 , LiC (CF 3 SO 2 ) 3 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , Li (C n F 2n + 1 ) SO 3 are preferred according to the invention , LiC [(C n F 2n + 1 ) SO 2 ] 3 , LiN (C n F 2n + 1 S0 2 ) 9 , each with n = 2 to 20, LiN (SO 9 F) 9 , LiAlCl 4 , LiSiF 6 , LiSbF 6 or a mixture of two or more thereof, wherein LiBF 4 and LiPF 6 are preferably used as the conductive salt.
Diese Leitsalze werden in Mengen von 0, 1 bis 50 Gew.-% , vorzugsweise 0, 1 bis 20 Gew.- % , insbeondere 1 bis 10 Gew.-% , jeweils bezogen auf das erfindungsgemäße Gemisch, eingesetzt.These conductive salts are used in amounts of 0.1 to 50% by weight, preferably 0.1 to 20% by weight, in particular 1 to 10% by weight, based in each case on the mixture according to the invention.
Als organische Elektrolyte kommen die vorstehend unter "Weichmachern" diskutierten Verbindungen in Frage, wobei vorzugsweise die üblichen organi- sehen Elektrolyte, bevorzugt Ester wie Ethylencarbonat, Propylencarbonat, Dimethylcarbonat und Diethylcarbonat oder Gemische solcher Verbindungen eingesetzt werden.Suitable organic electrolytes are the compounds discussed above under "plasticizers", preferably the customary organic see electrolytes, preferably esters such as ethylene carbonate, propylene carbonate, dimethyl carbonate and diethyl carbonate or mixtures of such compounds are used.
Für elektrochemische Zellen geeignete erfindungsgemäße Festelektrolyte, Separatoren und/oder Elektroden sollten vorteilhaft eine Dicke von 5 bis 500 μm, vorzugsweise 10 bis 500 μm, weiter bevorzugt 10 bis 200 μm und insbesondere 20 bis 100 μm aufweisen.Solid electrolytes, separators and / or electrodes according to the invention suitable for electrochemical cells should advantageously have a thickness of 5 to 500 μm, preferably 10 to 500 μm, more preferably 10 to 200 μm and in particular 20 to 100 μm.
Sofern die erfindungsgemäße Mischung als bzw. zur Herstellung einer Kathode verwendet werden soll, wird eine für Kathoden herkömmlicherweise verwendete elektronenleitende, elektrochemisch aktive Verbindung (Kathodenverbindung), vorzugsweise eine Lithiumverbindung inkorporiert. Zu nennen sind dabei insbesondere: LiCo02, LiNiO2, LiNixCoyO2, LiNiχCoyAlz09, mit 0<x,y,z<l, LixMnO2 (0<x<l), LiχMn9O4 (0<x<2), LiχMoO2 (0<x<2), LiχMnO3 (0<x<l), LixMn09 (0<x<2), LiχMn9O4 (0<x<2), LiχV904 (0<x<2.5), LiχV2O3 (0<x<3.5), LixVO2 (0<x<l), LixW09 (0<x<l), LixW03 (0<x<l), LixTiO2 (0<x≤l), LiχTi2O4 (0<x<2), LixRuO2 (0<x<l), LixFe2O3 (0<x<2), LiχFe304 (0<x<2), LiχCr903 (0<x<3), LiχCr304 (0<x<3.8), LixV3S5 (0<x<1.8), LixTa2S2 (0<x≤l), LixFeS (0<x≤l), LiχFeS2 (0<x<l), LixNbS2 (0<x<2.4), LixMoS2 (0<x<3), LixTiS2 (0<x<2), LixZrS2 (0<x<2), LiχNbSe2 (0<x<3), LixVSe2 (0<x<l), LixNiPS2 (0<x<l,.5), LiχFePS2 (0<x<1.5).If the mixture according to the invention is to be used as or for producing a cathode, an electron-conducting, electrochemically active compound (cathode compound), preferably a lithium compound, conventionally used for cathodes is incorporated. To be mentioned in particular: LiCo0 2 , LiNiO 2 , LiNi x Co y O 2 , LiNi χ Co y Al z 0 9 , with 0 <x, y, z <l, LixMnO 2 (0 <x <l), Li χ Mn 9 O 4 (0 <x <2), Li χ MoO 2 (0 <x <2), Li χ MnO 3 (0 <x <l), Li x Mn0 9 (0 <x <2), Li χ Mn 9 O 4 (0 <x <2), Li χ V 9 0 4 (0 <x <2.5), Li χ V 2 O 3 (0 <x <3.5), Li x VO 2 (0 <x < l), Li x W0 9 (0 <x <l), Li x W0 3 (0 <x <l), Li x TiO 2 (0 <x≤l), Li χ Ti 2 O 4 (0 <x < 2), Li x RuO 2 (0 <x <l), Li x Fe 2 O 3 (0 <x <2), Li χ Fe 3 0 4 (0 <x <2), Li χ Cr 9 0 3 ( 0 <x <3), Li χ Cr 3 0 4 (0 <x <3.8), Li x V 3 S 5 (0 <x <1.8), Li x Ta 2 S 2 (0 <x≤l), Li x FeS (0 <x≤l), Li χ FeS 2 (0 <x <l), Li x NbS 2 (0 <x <2.4), Li x MoS 2 (0 <x <3), Li x TiS 2 (0 <x <2), Li x ZrS 2 (0 <x <2), Li χ NbSe 2 (0 <x <3), Li x VSe 2 (0 <x <l), Li x NiPS 2 (0 <x <l, .5), Li χ FePS 2 (0 <x <1.5).
Bei der Verwendung als Anode wird als Anodenmaterial eine übliche und aus dem Stand der Technik bekannte elektronenleitende elektrochemisch aktive Verbindung (Anodenverbindung) inkorporiert, wobei insbesondere die folgenden zu nennen sind: Lithium, Lithium enthaltende Metallegierungen, micronisierter Kohlenstoffruß, natürlicher und synthetischer Graphit, synthetisch graphitierter Kohlestaub und Kohlefasern, Oxide, wie Titanoxid, Zinkoxid, Zinnoxid, Molybdenoxid, Wolframoxid, Carbonate, wie Titancarbonat, Molybdencarbonat, und Zink- carbonat.When used as an anode, a conventional electron-conducting electrochemically active compound (anode connection) known from the prior art is incorporated as anode material, the following in particular being mentioned: Lithium, lithium-containing metal alloys, micronized carbon black, natural and synthetic graphite, synthetically graphitized coal dust and carbon fibers, oxides such as titanium oxide, zinc oxide, tin oxide, molybdenum oxide, tungsten oxide, carbonates such as titanium carbonate, molybdenum carbonate, and zinc carbonate.
Bei der Verwendung zur Herstellung von oder als Anode wird der erfindungsgemäßen Mischung bis zu 20 Gew.-% , bezogen auf das Gesamtgewicht der Mischung, Leitruß und ggf. die oben erwähnten üblichen Zusatzstoffe zugesetzt. Bei der Verwendung zur Herstellung von oder als Kathode enthält die Mischung, bezogen auf ihr Gesamtgewicht, 0, 1 bis 20 Gew.-% Leitruß.When used to produce or as an anode, up to 20% by weight, based on the total weight of the mixture, of conductive carbon black and, if appropriate, the customary additives mentioned above are added to the mixture according to the invention. When used for the production of or as a cathode, the mixture contains, based on its total weight, 0.1 to 20% by weight of conductive carbon black.
Die erfindungsgemäßen Mischungen können in elektrochemischen Zellen als alleiniger Festelektrolyt und/oder Separator und/oder Elektrode oder im Gemisch mit anderen Festelektrolyten, Separatoren und/oder Elektroden eingesetzt werden.The mixtures according to the invention can be used in electrochemical cells as the sole solid electrolyte and / or separator and / or electrode or in a mixture with other solid electrolytes, separators and / or electrodes.
Ferner betrifft die vorliegende Erfindung einen insbesondere in elektrochemischen Zellen verwendbaren Verbundkörper, vorzugsweise in Form einer Folie, weiter bevorzugt in Form einer Folie mit einer Gesamtdicke von 15 bis 1500 μm, insbesondere mit einer Gesamtdicke von 50 bis 500 μm, umfassend mindestens eine erste Schicht, die eine elektronenleitende, elektrochemisch aktive Verbindung enthält, und mindestens eine zweite Schicht, die die oben definierte erfindungsgemäße Mischung enthält und frei ist von einer elektronenleitenden, elektrochemisch aktiven Verbindung.Furthermore, the present invention relates to a composite body which can be used in particular in electrochemical cells, preferably in the form of a film, more preferably in the form of a film with a total thickness of 15 to 1500 μm, in particular with a total thickness of 50 to 500 μm, comprising at least a first layer, which contains an electron-conducting, electrochemically active compound, and at least one second layer, which contains the mixture according to the invention defined above and is free of an electron-conducting, electrochemically active compound.
Ferner beschreibt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Verbundkörpers, das die folgenden Stufen umfaßt:The present invention further describes a method for producing such a composite body, which comprises the following steps:
(I) Herstellen mindestens einer ersten Schicht, wie oben definiert; (II) Herstellen mindestens einer zweiten Schicht, wie oben definiert; und(I) making at least a first layer as defined above; (II) making at least a second layer as defined above; and
(III) anschließendes Zusammenbringen der mindestens einen ersten Schicht mit der mindestens einen zweiten Schicht durch ein her- kömmliches Beschichtungs verfahren.(III) then bringing the at least one first layer together with the at least one second layer by a conventional coating process.
Vorzugsweise wird die mindestens eine zweite Schicht auf einem temporären Träger hergestellt. Dabei können erfindungsgemäß üblicherweise verwendete temporäre Träger, wie z.B. eine Trennfolie aus einem Polymer oder einem vorzugsweise beschichteten Papier, wie z.B. eine silikonisierte Polyesterfolie eingesetzt werden. Die Herstellung dieser zweiten Schicht ist jedoch auch auf einem permanenten Träger, wie z.B. einer Ableiterelektrode oder aber auch ganz ohne Träger möglich.The at least one second layer is preferably produced on a temporary carrier. Temporary carriers usually used according to the invention, such as e.g. a release film made of a polymer or a preferably coated paper, e.g. a siliconized polyester film can be used. However, the production of this second layer is also on a permanent support, e.g. an arrester electrode or even completely without a carrier.
Das Zusammenbringen bzw. die Herstellung der oben definierten Schichten erfolgt durch drucklose Verfahren zur Beschichtung bzw. Herstellung von Folien, wie z.B. Gießen oder Rakeln, sowie durch Verarbeitungsverfahren unter Druck, wie z.B. Extrudieren, Laminieren, Kaschieren Kalandrieren oder Pressen. Gegebenenfalls kann der so hergestellte Verbundkörper durch Strahlung, elektrochemisch oder thermisch vernetzt bzw. gehärtet werden.The layers defined above are brought together or produced by pressureless processes for coating or producing foils, such as Casting or knife coating, as well as by processing methods under pressure, e.g. Extruding, laminating, laminating, calendering or pressing. If necessary, the composite body produced in this way can be crosslinked or hardened by radiation, electrochemically or thermally.
Selbstverständlich kann neben der oben definierten zweiten Schicht auch die oben definierte erste Schicht die erfindungsgemäße Mischung enthalten.Of course, in addition to the second layer defined above, the first layer defined above can also contain the mixture according to the invention.
Wie sich aus obigem ergibt, ist es somit ohne weiteres möglich einen Verbundkörper mit den Bestandteilen Trennfolie/Separator (zweite Schicht)/ Elektrode (erste Schicht) bereitzustellen.As can be seen from the above, it is thus readily possible to provide a composite body with the components separating film / separator (second layer) / electrode (first layer).
Ferner ist es möglich durch doppelseitige Beschichtung einen Verbundkörper mit den Bestandteilen Anode/Separator/Kathode zur Verfügung zu stellen. Dabei wird beispielsweise so vorgegangen:Furthermore, it is possible to provide a composite body with the components anode / separator / cathode by double-sided coating. Here is an example:
Zunächst werden ein Anodenmaterial, z.B. Zinnoxid, Leitruß, die erfindungsgemäße Mischung, ein Leitsalz und ein Weichmacher, z.B. Propy- lencarbonat, miteinander vermischt und das resultierende Gemisch auf eine Ableiterelektrode gegossen und anschließend durch UV-Licht bestrahlt (Komponente 1). Anschließend wird ein Kathodenmaterial, z.B. LiMn2O4, auf eine mit Leitruß beschichtete Ableiterelektrode gebracht und darauf ein Gemisch aus der erfindungsgemäßen Mischung, einem Leitsalz und einem Weichmacher gegossen. Auch dieser Verbund wird anschließend durch UV- Licht bestrahlt (Komponente 2). Durch Zusammenbringen der beiden oben beschriebenen Komponenten wird ein Verbundkörper erhalten, der in Verbindung mit einem beliebigen Fest- und/oder Flüssigelektrolyt als elektrochemische Zelle verwendet werden kann.First, an anode material, for example tin oxide, conductive carbon black, the mixture according to the invention, a conductive salt and a plasticizer, for example propylene carbonate, are mixed with one another and the resulting mixture is poured onto an electrode and then irradiated with UV light (component 1). Subsequently, a cathode material, for example LiMn 2 O 4 , is placed on a conductive electrode coated with conductive carbon black and a mixture of the mixture according to the invention, a conductive salt and a plasticizer is poured onto it. This composite is also subsequently irradiated with UV light (component 2). By bringing the two components described above together, a composite body is obtained which can be used as an electrochemical cell in conjunction with any solid and / or liquid electrolyte.
Ein wie oben beschriebener Verbundkörper Anode/Separator/Kathode kann auch ohne die Verwendung eines Trägers bzw. der Ableiterelektroden hergestellt werden, da der erhaltene Verbundkörper bestehend aus einer ersten und einer zweiten Schicht, wie oben definiert, an sich eine für die Verwendung in elektrochemischen Zellen ausreichende mechanische Stabilität besitzt.A composite body anode / separator / cathode as described above can also be produced without the use of a carrier or the discharge electrodes, since the composite body obtained, consisting of a first and a second layer, as defined above, is in itself one for use in electrochemical cells has sufficient mechanical stability.
Die Befüllung derartiger Verbundkörper mit einem Elektrolyt und Leitsalz kann sowohl vor dem Zusammenbringen als auch vorzugsweise nach dem Zusammenbringen der Schichten, ggf. nach dem Kontaktieren mit geeigneten Ableiterelektroden, z.B. einer Metallfolie und sogar nach dem Einbringen des Verbundkörpers in ein Batteriegehäuse erfolgen, wobei die spezielle mikroporöse Struktur der Schichten bei Verwendung der erfindungsgemäßen Mischung, insbesondere bedingt durch die Anwesenheit des oben definierten Feststoffs im Separator und ggf. in den Elektroden, das Aufsaugen des Elektrolyten und des Leitsalzes und die Verdrängung der Luft in den Poren ermöglicht. Das Befüllen kann bei Temperaturen von 0 °C bis ungefähr 100°C in Abhängigkeit vom verwendeten Elektrolyt durchgeführt werden.The filling of such composite bodies with an electrolyte and conductive salt can take place both before bringing the layers together, and preferably after the layers have been brought together, if necessary after contacting them with suitable discharge electrodes, for example a metal foil, and even after the composite body has been introduced into a battery housing, the special microporous structure of the layers when using the mixture according to the invention, in particular due to the presence of the solid defined above in the separator and possibly in the electrodes, the suction of the Electrolytes and the conductive salt and the displacement of the air in the pores. Filling can be carried out at temperatures from 0 ° C to approximately 100 ° C depending on the electrolyte used.
Die erfindungsgemäßen elektrochemischen Zellen können insbesondere als Auto-, Geräte- oder Flachbatterie verwendet werden.The electrochemical cells according to the invention can be used in particular as a car, device or flat battery.
Wie sich aus obigem ergibt, betrifft die vorliegende Erfindung auch die Verwendung der erfindungsgemäßen Mischung oder des oben beschriebenen Verbundkörpers zur Herstellung eines Festelektrolyten, eines Separators, einer Elektrode, in einem Sensor, einem elektrochromen Fenster, einem Display, einem Kondensator oder einer ionenleitenden Folie, sowie einen Festelektrolyt, einen Separator, eine Elektrode, einen Sensor, ein elektrochromes Fenster, ein Display, einen Kondensator oder eine ionenleitende Folie, die jeweils die erfingungsgemäße Mischung oder den oben beschriebenen Verbundkörper enthalten.As can be seen from the above, the present invention also relates to the use of the mixture according to the invention or of the composite body described above for producing a solid electrolyte, a separator, an electrode, in a sensor, an electrochromic window, a display, a capacitor or an ion-conducting film, and a solid electrolyte, a separator, an electrode, a sensor, an electrochromic window, a display, a capacitor or an ion-conducting film, each of which contains the mixture according to the invention or the composite body described above.
Ferner betrifft sie eine elektrochemische Zelle, umfassend einen Festelektrolyt, Separator oder eine Elektrode, wie oben definiert, oder eine Kombination aus zwei oder mehr davon, sowie die Verwendung der oben definierten elektrochemischen Zelle als Autobatterie, Gerätebatterie oder Flachbatterie.Furthermore, it relates to an electrochemical cell comprising a solid electrolyte, separator or an electrode, as defined above, or a combination of two or more thereof, and the use of the electrochemical cell defined above as a car battery, device battery or flat battery.
Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung ganz allgemein die Ver- wendung eines Feststoffs III mit einer Primärpartikelgröße von 5 nm bis 20 μm in einem Festelektrolyt, einem Separator oder einer Elektrode zur Erhöhung der Zyklenstabilität von elektrochemischen Zellen, da sich bei der Fertigstellung der vorliegenden Erfindung herausgestellt hat, daß der Zusatz eines derartigen Feststoffs sich überaus positiv auf diese Eigenschaft von elektrochemischen Zellen auswirkt. BEISPIELEIn addition, the present invention relates generally to the use of a solid III with a primary particle size of 5 nm to 20 μm in a solid electrolyte, a separator or an electrode to increase the cycle stability of electrochemical cells, since it was found out when the present invention was completed has that the addition of such a solid has a very positive effect on this property of electrochemical cells. EXAMPLES
Beispiel 1example 1
65 g eines mit Epoxysilan hydrophobierten, Wollastonit (Tremin® 800 EST, Firma Quarzwerke Frechen) mit einer mittleren Partikelgröße von 3 μm, dessen wäßrige Suspension einen pH-Wert von 8,5 aufwies, und 10g Li2CO3 wurde mit einem Schnellrührer in 300 g Toluol dispergiert. Anschließend wurden zu der Mischung 12,5 g eines Polyethylenoxids mit einem mittleren Molekulargewicht (Zahlenmittel) von 2.000.000 (Polyox®, Firma Union Carbide), 12,5 g eines Methacrylsäurediesters eines Propylenoxid-Ethylenoxid- Blockpolymerisats (Pluriol® PE600, Firma BASF Aktiengesellschaft) und 0,02 g eines UV-Photoinitiators (Lucirin® BDK, Firma BASF Aktiengesellschaft) gegeben.65 a g epoxysilane hydrophobic, wollastonite (Tremin ® 800 EST, Quarzwerke Frechen) microns with a mean particle size of 3, the aqueous suspension having a pH value of 8.5, and 10 g of Li 2 CO 3 was mixed with a high speed in 300 g of toluene dispersed. Subsequently, to the mixture 12.5 g of a polyethylene oxide having an average molecular weight (number average) of 2,000,000 (Polyox ®, Union Carbide), 12.5 g of a Methacrylsäurediesters of a propylene oxide-ethylene oxide block polymer (Pluriol PE600 ®, BASF Aktiengesellschaft) and 0.02 g of a UV-photoinitiator (Lucirin ® BDK, BASF Aktiengesellschaft) were added.
Dann wurde das Gemisch mit einem Rakel mit einem Gießspalt von 300 μm auf ein silikoniertes Trennpapier bei 60 °C aufgetragen, das Verdünnungsmittel innerhalb von 5 Minuten entfernt und nach dem Abziehen der getrockneten Beschichtung ein etwa 40 μm dicker Film erhalten, der unter Argonatmosphäre durch 10 minütige Belichtung bei 5 cm Abstand unter einem Feld aus superaktinischen Leuchtstoffröhren (TL 09, Firma Philipps) photovernetzt wurde.The mixture was then applied to a siliconized release paper at 60 ° C. using a doctor blade with a casting gap of 300 μm, the diluent was removed within 5 minutes and, after the dried coating had been peeled off, an approximately 40 μm thick film was obtained, which was passed through 10 in an argon atmosphere minutes exposure at a distance of 5 cm under a field of superactin fluorescent tubes (TL 09, Philipps) was photocrosslinked.
Der flexible Film wies eine ausgezeichnete Biegefestigkeit auf. Biegeradien bis weit unter 1 mm wurden ohne zu brechen toleriert.The flexible film had excellent flexural strength. Bending radii well below 1 mm were tolerated without breaking.
Der Film zeigte auch nach über zweiwöchiger Lagerung bei Raumtemperatur keine sphärolitartigen Polyethylenoxidkristalle und in den genannten, ein Leitsalz enthaltenden organischen Elektrolyten eine gute Quellresistenz. Die ein Leitsalz enthaltenden organischen Elektrolyte wurden in ausreichender Menge durch spontanes Eindiffundieren innerhalb weniger Minuten aufgenommen bei einer Gewichtsquellung von unter 50 Gew.-% .Even after storage for more than two weeks at room temperature, the film showed no spherolite-like polyethylene oxide crystals and good swelling resistance in the organic electrolytes mentioned, which contain a conductive salt. The organic electrolytes containing a conductive salt were absorbed in sufficient quantity by spontaneous diffusion within a few minutes with a swelling in weight of less than 50% by weight.
Der gequollene Film wies eine gute Festigkeit auf.The swollen film had good strength.
Die Ergebnisse sind in der Tabelle zusammengefaßt.The results are summarized in the table.
Vergleichsbeispiel 1Comparative Example 1
12,5 g eines Polyethylenoxids mit einem mittleren Molekulargewicht (Zahlenmittel) von 2.000.000 (Polyox®, Firma Union Carbide), 12,5 g eines Metha- crylsäurediesters eines Propylenoxid-Ethylenoxid-Blockpolymerisats (Pluriol® PE600, Firma BASF Aktiengesellschaft) und 0,02 g eines UV-Photoinitiators (Lucirin® BDK, Firma BASF Aktiengesellschaft) wurden in 200 g THF gelöst.12.5 g of a polyethylene oxide having an average molecular weight (number average) of 2,000,000 (Polyox ®, Union Carbide), 12.5 g of metha crylsäurediesters of a propylene oxide-ethylene oxide block polymer (Pluriol PE600 ®, BASF Aktiengesellschaft) and 0.02 g of a UV-photoinitiator (Lucirin ® BDK, BASF Aktiengesellschaft) were dissolved in 200 g THF.
Anschließend wurde das Gemisch mit einem Rakel mit einem Gießspalt von 750 μm auf ein silikoniertes Trennpapier bei 60 °C aufgetragen, das Ver- dünnungsmittel innerhalb von 5 Minuten entfernt und nach dem Abziehen der getrockneten Beschichtung ein etwa 40 μm dicker Film erhalten, der unter Argonatmosphäre durch 10 minütige Belichtung bei 5 cm Abstand unter einem Feld aus superaktinischen Leuchtstoffröhren (TL 09, Firma Philipps) photovernetzt wurde.The mixture was then applied to a siliconized release paper at 60 ° C. using a doctor blade with a casting gap of 750 μm, the thinner was removed within 5 minutes and, after the dried coating had been peeled off, an approximately 40 μm thick film was obtained, which was under an argon atmosphere was crosslinked by exposure for 10 minutes at a distance of 5 cm under a field of superactinic fluorescent tubes (TL 09, Philipps).
Der flexible Film wies eine ausgezeichnete Biegefestigkeit auf. Biegeradien bis weit unter 1 mm wurden ohne zu brechen toleriert. Der Film zeigte auch nach über zweiwöchiger Lagerung bei Raumtemperatur keine sphärolitartigen Polyethylenoxidkristalle und in den genannten, ein Leitsalz enthaltenden organischen Elektrolyten eine befriedigende Quellresistenz. Die ein Leitsalz enthaltenden organischen Elektrolyte wurden in ausreichender Menge durch spontanes Eindiffundieren innerhalb weniger Minuten aufgenommen bei einer Gewichtsquellung von unter 150 Gew.-% , wobei eine erhebliche Größen- und Dickenänderung des Films erfolgte.The flexible film had excellent flexural strength. Bending radii well below 1 mm were tolerated without breaking. Even after storage for more than two weeks at room temperature, the film showed no spherulite-like polyethylene oxide crystals and a satisfactory swelling resistance in the organic electrolytes mentioned, which contain a conductive salt. The organic electrolytes containing a conductive salt were absorbed in sufficient quantity by spontaneous diffusion within a few minutes with a swelling in the weight of less than 150% by weight, with a considerable change in the size and thickness of the film.
Die Festigkeit war deutlich geringer als in den Beispielen 1 bis 3.The strength was significantly lower than in Examples 1 to 3.
In Lithiumionenbatterien führte der Film durchweg zum Versagen der Zellen durch zu hohe Selbstentladungsraten oder Mikrokurzschlüsse.In lithium ion batteries, the film consistently led to cell failure due to excessive self-discharge rates or micro-short circuits.
Die Ergebnisse sind in der Tabelle zusammengefaßt.The results are summarized in the table.
Vergleichsbeispiel 2Comparative Example 2
75 g eines mit Epoxisilan hydrophob ierten Wollastonit (Tremin® 800 EST, Firma Quarzwerke Frechen) mit einer mittleren Partikelgröße von 3 μm, dessen wäßrige Suspension einen pH-Wert von 8,5 aufwies, wurde mit einem Schnellrührer in 300 g Toluol dispergiert. Anschließend wurden zu der Mischung 12,5 g eines Polyethylenoxids mit einem mittleren Molekulargewicht (Zahlenmittel) von 2.000.000 (Polyox®, Firma Union Carbide), 12,5 g eines Methacrylsäurediesters eines Propylenoxid-Ethylenoxid- Blockpolymerisats (Pluriol® PE600, Firma BASF Aktiengesellschaft) und 0,02 g eines UV-Photoinitiators (Lucirin® BDK, Firma BASF Aktiengesellschaft) gegeben.75 g of an epoxysilane with hydrophobic ierten wollastonite (Tremin ® 800 EST, Quarzwerke Frechen) microns with a mean particle size of 3, the aqueous suspension having a pH value of 8.5, was dispersed using a high speed in 300 g of toluene. Subsequently, to the mixture 12.5 g of a polyethylene oxide having an average molecular weight (number average) of 2,000,000 (Polyox ®, Union Carbide), 12.5 g of a Methacrylsäurediesters of a propylene oxide-ethylene oxide block polymer (Pluriol PE600 ®, BASF Aktiengesellschaft) and 0.02 g of a UV-photoinitiator (Lucirin ® BDK, BASF Aktiengesellschaft) were added.
Dann wurde das Gemisch mit einem Rakel mit einem Gießspalt von 300 μm auf ein silikoniertes Trennpapier bei 60 °C aufgetragen, das Verdünnungsmittel innerhalb von 5 Minuten entfernt und nach dem Abziehen der getrockneten Beschichtung ein etwa 40 μm dicker Film erhalten. Der flexible Film wies eine ausgezeichnete Biegefestigkeit auf. Biegeradien bis weit unter 1 mm wurden ohne zu brechen toleriert.The mixture was then applied to a siliconized release paper at 60 ° C. using a doctor blade with a casting gap of 300 μm, the diluent was removed within 5 minutes and an approximately 40 μm thick film was obtained after the dried coating had been peeled off. The flexible film had excellent flexural strength. Bending radii well below 1 mm were tolerated without breaking.
Der Film zeigte nach über zweiwöchiger Lagerung bei Raumtemperatur kleine kreisförmige sphärolitartige Polyethylenoxidkristallzonen und in den genannten, ein Leitsalz enthaltenden organischen Elektrolyten keine ausreichende Quellresistenz. Bereits nach wenigen Minuten Quellzeit entstehen Risse oder der Film verklebt, so daß der gequollene Film nicht mehr handhabbar ist.After storage for more than two weeks at room temperature, the film showed small circular spherolite-like polyethylene oxide crystal zones and insufficient swelling resistance in the organic electrolytes mentioned, which contain a conductive salt. After just a few minutes of swelling, cracks appear or the film sticks together, so that the swollen film can no longer be handled.
Die Ergebnisse sind in der Tabelle zusammengefaßt.The results are summarized in the table.
Vergleichsbeispiel 3Comparative Example 3
Gemäß US-A 5429891, Beispiel 1 (F), wurden zu einer Mischung aus 30 g eines Vinylidenfluorid-Hexafluorpropen-Copolymeren (Kynarflex® 2822, Firma ELF-Atochem), 20 g einer silanisierten pyrogenen Kieselsäure (Aerosil R974, Firma Degussa), deren wäßrige Suspension einen pH-Wert von 7 aufweist, 50 g Dibutylphthalat (Palatinol C, Firma BASF Aktiengesellschaft) und 200 g Aceton 5 Gew.-% bezogen Dibutylphthalat an Trimethylolpropan- trimethacrylat gegeben.According to US-A 5429891, Example 1 (F), were added to a mixture of 30 g of a vinylidene fluoride-hexafluoropropene copolymers (Kynarflex ® 2822 company ELF-Atochem), 20 g of a silanized fumed silica (Aerosil R974, Degussa), whose aqueous suspension has a pH of 7, 50 g of dibutyl phthalate (Palatinol C, BASF Aktiengesellschaft) and 200 g of acetone 5% by weight, based on dibutyl phthalate, of trimethylolpropane trimethacrylate.
Dann wurde das Gemisch mit einem Rakel mit einem Gießspalt von 750 μm auf eine Glasplatte aufgetragen, 15 Minuten im Luftstrom getrocknet und zwischen 0,075 mm dicke Mylar®-Schichten eingebettet. Die 100 μm starke Filmschicht wurde anschließend durch Bestrahlung mit Elektronen einer Energie von 4,5 MeV mit einer Dosis von 5 Mrad durch Bestrahlung vernetzt, wobei pro Bestrahlungsdurchgang eine Dosis von 2,5 Mrad einge- setzt wurde. Der flexible Film wies eine gute Biegefestigkeit auf.Then the mixture with a doctor blade with a gap of 750 microns was coated on a glass plate, immersed 15 minutes in a stream of air dried, and between 0.075 mm thick Mylar ® layers. The 100 μm thick film layer was then crosslinked by irradiation with electrons having an energy of 4.5 MeV at a dose of 5 Mrad, with a dose of 2.5 Mrad being used per irradiation pass. The flexible film had good flexural strength.
Vor dem Einsatz des Films in Lithium-Ionen-Batterien war eine aufwendige Entfernung des Weichmachers durch Extraktion aus dem Film erforderlich, da ansonsten durch Vergiftung der Elektroden eine nur mangelhafte Zyklenfestigkeit erreicht wird. Zur Entfernung des Weichmachers wurde der Film fünfmal je 10 Minuten mit dem 50-fachen des Filmgewichts an Diethylether bei Raumtemperatur extrahiert. Nach der Entfernung des Weichmachers ist der Film instabil und bricht leicht beim Biegen.Before the film was used in lithium-ion batteries, complex removal of the plasticizer by extraction from the film was necessary, since otherwise poor cycle stability is achieved by poisoning the electrodes. To remove the plasticizer, the film was extracted five times for 10 minutes with 50 times the film weight of diethyl ether at room temperature. After removing the plasticizer, the film is unstable and breaks easily when bent.
Der weichmacherfreie Film zeigte in den genannten ein Leitsalz enthaltenden organischen Elektrolyten eine gute Quellresistenz.The plasticizer-free film showed good swelling resistance in the organic electrolytes containing a conductive salt.
Die ein Leitsalz enthaltenden organischen Elektrolyte wurden in ausreichen- der Menge durch spontanes Eindiffundieren innerhalb weniger Minuten aufgenommen.A sufficient amount of the organic electrolytes containing a conductive salt was absorbed by spontaneous diffusion within a few minutes.
Der gequollene Film wies eine gute Festigkeit auf.The swollen film had good strength.
Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle zusammengefaßt. The results are summarized in the following table.
9/199219/19921
- 32- 32
Tabelletable
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Noten: 1 sehr gut 2 gutGrades: 1 very good 2 good
3 befriedigend3 satisfactory
4 mangelhaft4 poor
5 schlecht5 bad
6 zu schlecht, Test nicht durchführbar 6 too bad, test not feasible

Claims

PATENTANSPRÜCHE PATENT CLAIMS
1. Mischung la, enthaltend ein Gemisch Ila, bestehend aus1. Mixture la, comprising a mixture Ila, consisting of
a) 1 bis 95 Gew.- % eines Li-Ionen leitenden Feststoffs III, vorzugsweise eines basischen Li-Ionen leitenden Feststoffs III, mit einer Primärpartikelgröße von 5 nm bis 20 μm unda) 1 to 95% by weight of a Li-ion-conducting solid III, preferably a basic Li-ion-conducting solid III, with a primary particle size of 5 nm to 20 μm and
b) 5 bis 99 Gew.- % einer polymeren Masse IV, erhältlich durch Polymerisation vonb) 5 to 99% by weight of a polymeric mass IV, obtainable by polymerizing
bl) 5 bis 100 Gew.- % bezogen auf die Masse IV eines Kondensationsprodukts V aus ) mindestens einer Verbindung VI, die in der Lage ist mit einer Carbonsäure oder einer Sulfonsäure oder einem Derivat oder einem Gemisch aus zwei oder mehr davon zu reagieren, und iδ) mindestens 1 Mol pro Mol der Verbindung VI einer Carbonsäure oder Sulfonsäure VII, die mindestens eine radikalisch polymerisierbare funktionelle Gruppe aufweist, oder eines Derivats davon oder eines Gemischs aus zwei oder mehr davonbl) 5 to 100% by weight based on the mass IV of a condensation product V from) at least one compound VI which is capable of reacting with a carboxylic acid or a sulfonic acid or a derivative or a mixture of two or more thereof, and iδ) at least 1 mole per mole of compound VI of a carboxylic acid or sulfonic acid VII which has at least one free-radically polymerizable functional group, or a derivative thereof or a mixture of two or more thereof
undand
b2) 0 bis 95 Gew.-% bezogen auf die Masse IV einer weiteren Verbindung VIII mit einem mittleren Molekulargewicht (Zahlenmittel) von mindestens 5.000 mit Polyethersegmenten in Haupt- oder Seitenkette, wobei der Gewichtsanteil des Gemisches Ila an der Mischung la 1 bis 100 Gew.-% beträgt.b2) 0 to 95% by weight, based on the mass IV, of a further compound VIII with an average molecular weight (number average) of at least 5,000 with polyether segments in the main or side chain, wherein the weight fraction of the mixture Ila in the mixture la is 1 to 100% by weight.
2. Mischung nach Anspruch 1, wobei die Verbindung VI ausgewählt wird aus der Gruppe bestehend aus einem ein- oder mehrwertigen Alkohol, der in der Hauptkette ausschließlich Kohlenstoffatome aufweist; einem ein- oder mehrwertigen Alkohol, der in der Hauptkette neben mindestens zwei Kohlenstoffatomen mindestens ein Atom aufweist, das ausgewählt wird aus der Gruppe bestehend aus Sauerstoff, Phosphor und Stickstoff; einer Silicium enthaltenden Verbindung; einem mindestens eine primäre Aminogruppe aufweisenden Amin; einem mindestens eine sekundäre Aminogruppe aufweisenden Amin; einem Aminoalkohol; einem ein- oder mehrwertigen Thiol; einer Verbindung mit mindestens einer Thiol- und mindestens einer Hydroxylgruppe; und einem Gemisch aus zwei oder mehr davon.2. Mixture according to claim 1, wherein the compound VI is selected from the group consisting of a mono- or polyhydric alcohol which has only carbon atoms in the main chain; a monohydric or polyhydric alcohol which has at least one atom in the main chain in addition to at least two carbon atoms and is selected from the group consisting of oxygen, phosphorus and nitrogen; a silicon containing compound; an amine having at least one primary amino group; an amine having at least one secondary amino group; an amino alcohol; a mono- or polyvalent thiol; a compound having at least one thiol and at least one hydroxyl group; and a mixture of two or more of them.
3. Mischung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Carbon- oder Sulfonsäure VII oder das Derivat davon ausgewählt wird aus der Gruppe bestehend aus einer α, ^-ungesättigten Carbonsäure oder einem Derivat davon, einem Vinylester einer aliphatischen oder aromatischen Carbonsäure, einem Allylester einer aliphatischen oder aromatischen Carbonsäure, und einem Gemisch aus zwei oder mehr davon.3. Mixture according to claim 1 or 2, wherein the carbon or sulfonic acid VII or the derivative thereof is selected from the group consisting of an α, ^ -unsaturated carboxylic acid or a derivative thereof, a vinyl ester of an aliphatic or aromatic carboxylic acid, an allyl ester aliphatic or aromatic carboxylic acid, and a mixture of two or more thereof.
4. Mischung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Gemisch Ila aus4. Mixture according to one of claims 1 to 3, wherein the mixture Ila from
a) 1 bis 95 Gew.-% eines Li-Ionen leitenden III, vorzugsweise eines basischen Li-Ionen leitenden Feststoffs III, mit einer Primärpartikelgröße von 5 nm bis 20 μm und b) 5 bis 99 Gew.-% einer polymeren Masse IV, erhältlich durch Polymerisation vona) 1 to 95% by weight of a Li-ion-conducting III, preferably a basic Li-ion-conducting solid III, with a primary particle size of 5 nm to 20 μm and b) 5 to 99 wt .-% of a polymeric mass IV, obtainable by polymerization of
bl) 5 bis 100 Gew.-% bezogen auf die Masse IV eines Kondensations- 5 produkts V ausbl) 5 to 100% by weight based on the mass IV of a condensation product 5
) einem mehrwertigen Alkohol VI, welcher in der Hauptkette Kohlenstoff- und Sauerstoffatome enthält,) a polyhydric alcohol VI, which contains carbon and oxygen atoms in the main chain,
10 und10 and
0) mindestens 1 Mol pro Mol des mehrwertigen Alkohols VI einer α,/3-ungesättigten Carbonsäure VII,0) at least 1 mole per mole of the polyhydric alcohol VI of an α, / 3-unsaturated carboxylic acid VII,
ι5 undι 5 and
b2) 0 bis 95 Gew.-% bezogen auf die Masse IV einer weiteren Verbindung VIII mit einem mittleren Molekulargewicht (Zahlenmittel) von mindestens 5000 mit Polyethersegmenten in Haupt- oder Sei- 20 tenkette, besteht,b2) 0 to 95% by weight, based on the mass IV, of a further compound VIII with an average molecular weight (number average) of at least 5000 with polyether segments in the main or side chain,
wobei der Gewichtsanteil des Gemisches Ila an der Mischung la 1 bis 100 Gew.-% beträgt.wherein the weight fraction of the mixture Ila in the mixture la is 1 to 100% by weight.
2525
5. Mischung Ib, enthaltend ein Gemisch Ilb, bestehend aus5. Mixture Ib containing a mixture IIb consisting of
a) 1 bis 95 Gew.-% eines Li-Ionen leitenden Feststoffs III, vorzugsweise eines basischen Li-Ionen leitenden Feststoffs, mit 30 einer Primärpartikelgröße von 5 nm bis 20 μm und b) 5 bis 99 Gew.-% eines Polymers IX, erhältlich durch Polymerisation vona) 1 to 95 wt .-% of a Li-ion conductive solid III, preferably a basic Li-ion conductive solid, with a primary particle size of 5 nm to 20 microns and b) 5 to 99 wt .-% of a polymer IX, obtainable by polymerization of
bl) 5 bis 75 Gew.-% bezogen auf das Polymer IX einer zurbl) 5 to 75% by weight based on the polymer IX
5 radikalischen Polymerisation befähigten Verbindung X, die verschieden von der Carbonsäure oder der Sulfonsäure VII oder einem Derivat davon ist, oder eines Gemischs aus zwei oder mehr davon5 radical polymerization capable compound X, which is different from the carboxylic acid or sulfonic acid VII or a derivative thereof, or a mixture of two or more thereof
10 und10 and
b2) 25 bis 95 Gew.-% bezogen auf das Polymer IX einer weiteren Verbindung VIII mit einem mittleren Molekulargewicht (Zahlenmittel) von mindestens 5.000 mit Polyethersegmenten in ι5 Haupt- oder Seitenkette,b2) 25 to 95% by weight, based on the polymer IX, of a further compound VIII with an average molecular weight (number average) of at least 5,000 with polyether segments in 5 main or side chain,
wobei der Gewichtsanteil des Gemisches Ilb an der Mischung Ib 1 bis 100 Gew.-% beträgt.wherein the weight fraction of the mixture Ilb in the mixture Ib is 1 to 100% by weight.
20 6. Mischung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Li-Ionen leitenden Feststoff III ausgewählt wird unter einem Li-Aluminat, einem Li-Aluminiosilicat, einem Li-Amid, einer Li-Borat, einem Li-Carbonat, einem Li-Carbid, einem Li-Imid, einem Li-Nitrid, einem Li-Oxid, einem Li-Phosphat, einem Li-Silicat, einem Li-Sulfat, einem Li-Zeolith und6. Mixture according to one of claims 1 to 5, wherein the Li-ion-conducting solid III is selected from a Li-aluminate, a Li-aluminiosilicate, a Li-amide, a Li-borate, a Li-carbonate, a Li Carbide, a Li imide, a Li nitride, a Li oxide, a Li phosphate, a Li silicate, a Li sulfate, a Li zeolite and
25 einem Gemisch aus zwei oder mehr davon.25 a mixture of two or more of them.
7. Verbundkörper, umfassend mindestens eine erste Schicht, die eine elektronenleitende, elektrochemisch aktive Verbindung enthält, und7. Composite body, comprising at least a first layer, which contains an electron-conducting, electrochemically active compound, and
30 mindestens eine zweite Schicht, die eine Mischung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6 enthält, und frei ist von einer elektronenleitenden, elektrochemisch aktiven Verbindung.30 at least one second layer, which is a mixture according to one of the Contains claims 1 to 6, and is free of an electron-conducting, electrochemically active compound.
8. Verwendung einer Mischung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6 oder eines Verbundkörpers gemäß Anspruch 7 zur Herstellung eines Festelektrolyten, eines Separators, einer Elektrode, in einem Sensor, einem elektrochromen Fenster, einem Display, einem Kondensator oder einer ionenleitenden Folie.8. Use of a mixture according to one of claims 1 to 6 or a composite body according to claim 7 for the production of a solid electrolyte, a separator, an electrode, in a sensor, an electrochromic window, a display, a capacitor or an ion-conducting film.
9. Festelektrolyt, Separator, Elektrode, Sensor, elektrochromes Fenster, Display, Kondensator oder ionenleitende Folie, jeweils enthaltend eine Mischung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6 oder einen Verbundkörper gemäß Anspruch 7.9. solid electrolyte, separator, electrode, sensor, electrochromic window, display, capacitor or ion-conducting film, each containing a mixture according to one of claims 1 to 6 or a composite body according to claim 7.
10. Elektrochemische Zelle, umfassend einen Festelektrolyt, Separator oder eine Elektrode gemäß Anspruch 9 oder eine Kombination aus zwei oder mehr davon.10. An electrochemical cell comprising a solid electrolyte, separator or an electrode according to claim 9 or a combination of two or more thereof.
11. Autobatterie, Gerätebatterie oder Flachbatterie umfassend eine elektrome- chanische Zelle gemäß Anspruch 10.11. A car battery, device battery or flat battery comprising an electromechanical cell according to claim 10.
12. Verwendung eines Li-Ionen leitenden Feststoffs III mit einer Primärpartikelgröße von 5 nm bis 20 μm in einem Festelektrolyt, einem Separator oder einer Elektrode zur Erhöhung der Zyklenstabilität von elektrochemischen Zellen. 12. Use of a Li-ion-conducting solid III with a primary particle size of 5 nm to 20 μm in a solid electrolyte, a separator or an electrode to increase the cycle stability of electrochemical cells.
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