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DE102015224373A1 - Siliciumpartikel mit künstlicher SEI - Google Patents

Siliciumpartikel mit künstlicher SEI Download PDF

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DE102015224373A1
DE102015224373A1 DE102015224373.7A DE102015224373A DE102015224373A1 DE 102015224373 A1 DE102015224373 A1 DE 102015224373A1 DE 102015224373 A DE102015224373 A DE 102015224373A DE 102015224373 A1 DE102015224373 A1 DE 102015224373A1
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anode
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lithium
silicon particles
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Andreas Gonser
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Publication date
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Priority to US15/780,144 priority patent/US20180375089A1/en
Priority to PCT/EP2016/079543 priority patent/WO2017093460A1/de
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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Anodenaktivmaterials, insbesondere einer Anode (100), für eine Lithium-Zelle und/oder Lithium-Batterie, insbesondere für eine Lithium-Ionen-Zelle und/oder Lithium-Ionen-Batterie. Um die Zyklenstabilität der Lithium-Zelle und/oder Lithium-Batterie zu verbessern, werden in dem Verfahren Siliciumpartikel (1) und mindestens ein polymerisierbares Monomer (2) gemischt und die Polymerisation des mindestens einen polymerisierbaren Monomers (2) mittels mindestens eines Polymerisationsinitiators gestartet. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Anodenaktivmaterial, eine Anode (100) und eine Lithium-Zelle und/oder Lithium-Batterie.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Anodenaktivmaterials beziehungsweise einer Anode für eine Lithium-Zelle und/oder Lithium-Batterie, insbesondere für eine Lithium-Ionen-Zelle und/oder Lithium-Ionen-Batterie, sowie ein Anodenaktivmaterial, eine Anode und eine Lithium-Zelle und/oder Lithium-Batterie, insbesondere Lithium-Ionen-Zelle und/oder Lithium-Ionen-Batterie.
  • Stand der Technik
  • Als Anodenaktivmaterial für Lithium-Ionen-Zellen und -Batterien kommt heutzutage hauptsächlich Graphit zum Einsatz. Graphit weist jedoch nur eine geringe Speicherkapazität auf.
  • Silicium kann als Anodenaktivmaterial für Lithium-Ionen-Zellen und -Batterien eine deutlich höhere Speicherkapazität bieten. Silicium durchläuft beim Zyklisieren jedoch starke Volumenänderungen, was dazu führen kann, dass eine sich auf der Siliciumoberfläche aus Elektrolytzersetzungsprodukten ausbildende SEI-Schicht (SEI, Englisch: Solid Electrolyte Interphase) bei einer Volumenvergrößerung des Siliciums reißen und bei einer Volumenverkleinerung des Siliciums abplatzen kann, so dass mit jedem Zyklus erneut Elektrolyt mit der Siliciumoberfläche in Kontakt kommt und die SEI-Bildung und Elektrolytzersetzung kontinuierlich fortschreitet, was zu einem irreversiblen Verlust an Lithium (und Elektrolyt) und somit einer deutlich geringeren Zyklenstabilität und Kapazität führen kann.
  • Die Druckschrift US 2014/0248543 A1 betrifft nanostrukturierte Silicium-Aktivmaterialien für Lithium-Ionen-Batterien.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines Anodenaktivmaterials für eine Lithium-Zelle und/oder Lithium-Batterie, insbesondere für eine Lithium-Ionen-Zelle und/oder Lithium-Ionen-Batterie.
  • In dem Verfahren werden Siliciumpartikel und mindestens ein polymerisierbares Monomer gemischt und die Polymerisation des mindestens einen polymerisierbaren Monomers mittels mindestens eines Polymerisationsinitiators gestartet.
  • Unter Siliciumpartikeln können insbesondere Partikel verstanden werden, welche Silicium umfassen. Beispielsweise können Siliciumpartikel, insbesondere reines, Silicium, beispielsweise poröses, zum Beispiel nanoporöses, Silicium, und/oder eine Silicium-Legierungsmatrix und/oder einen Silicium-Kohlenstoff-Komposit umfassen beziehungsweise daraus ausgebildet sein. Zum Beispiel können die Siliciumpartikel aus, insbesondere reinem, Silicium ausgebildet sein.
  • Mittels des mindestens einen Polymerisationsinitiators kann die Polymerisation vorteilhafterweise gezielt gestartet und die Siliciumpartikel vorteilhafterweise gezielt mit dem, durch die Polymerisation ausgebildeten Polymer versehen, insbesondere beschichtet, werden. Durch diese in-situ Polymerisation, zum Beispiel von Vinylencarbonat (VC) und/oder Vinylethylencarbonat (VEC) und/oder Maleinsäureanhydrid und/oder Derivaten davon, kann vorteilhafterweise auf den Siliciumpartikeln eine künstliche SEI-Schicht in Form einer flexiblen, polymeren Schutzschicht aus dem durch Polymerisation ausgebildete Polymer, zum Beispiel Polyvinylencarbonat (PVCa) und/oder Polyvinylethylencarbonat (PVEC) und/oder Polymaleinsäureanhydrid, ausgebildet werden.
  • Durch diese künstliche SEI-Schicht in Form einer flexiblen, polymeren Schutzschicht kann dann vorteilhafterweise eine Elektrolytzersetzung und eine kontinuierliche SEI-Bildung unterdrückt werden, da die flexible, polymere Schutzschicht bei den Volumenänderungen der Siliciumpartikel während des Zyklisierens mitgehen kann ohne dabei zerstört zu werden und so die Siliciumpartikel passivieren und vor einer Reaktion der Siliciumoberfläche mit Elektrolyt schützen kann. So kann wiederum vorteilhafterweise die Zyklenstabilität (Englisch: Coulombic Efficiency) der mit dem Anodenaktivmaterial ausgestatten Lithium-Zelle und/oder -Batterie, beispielsweise in Form einer Lithium-Ionen-Zelle und/oder -Batterie, erhöht werden.
  • Insgesamt kann so vorteilhafterweise ein Anodenaktivmaterial mit einer erhöhten Zyklenstabilität und Speicherkapazität bereitgestellt werden, zum Beispiel mit welchem unter anderem auch die Reichweite von Elektrofahrzeugen erhöht werden könnte.
  • Die Polymerisation kann beispielsweise eine radikalische Polymerisation sein. Dabei kann der mindestens eine Polymerisationsinitiator insbesondere zum Starten einer radikalischen Polymerisation ausgelegt sein. Zum Beispiel kann die Polymerisationsreaktion des mindestens einen polymerisierbaren Monomers durch Zugabe des mindestens einen Polymerisationsinitiators gestartet werden.
  • Im Rahmen einer Ausführungsform umfasst der mindestens eine Polymerisationsinitiator mindestens einen Radikalstarter. Insbesondere kann der mindestens eine Polymerisationsinitiator ein Radikalstarter sein. Zum Beispiel kann der mindestens eine Polymerisationsinitiator, insbesondere Radikalstarter, ein Azoisobutyronitril, beispielsweise Azobis(isobutyronitril) (AIBN), zum Beispiel 2,2′-Azobis(2-methylpropionitril), und/oder ein Benzoylperoxid, beispielsweise Dibenzolyperoxid (BPO), umfassen oder sein.
  • Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform umfasst oder ist das mindestens eine polymerisierbare Monomer mindestens ein polymerisierbares, organisches Carbonat und/oder Anhydrid. Insbesondere kann das mindestens eine polymerisierbare Monomer mindestens ein polymerisierbares, organisches Carbonat umfassen oder sein. Organische Carbonate haben sich zur Ausbildung einer künstlichen SEI-Schicht als besonders vorteilhaft erwiesen.
  • Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform umfasst oder ist das mindestens eine polymerisierbare Monomer Vinylencarbonat und/oder Vinylethylencarbonat und/oder Maleinsäureanhydrid und/oder ein Derivat davon.
  • Im Rahmen einer speziellen Ausgestaltung dieser Ausführungsform umfasst oder ist das mindestens eine polymerisierbare Monomer Vinylencarbonat. Durch Polymerisation von Vinylencarbonat kann insbesondere Polyvinylencarbonat ausgebildet werden, welches sich als Polymer für eine künstliche SEI-Schicht als besonders vorteilhaft erwiesen hat.
  • Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform erfolgt die Polymerisation des mindestens einen polymerisierbaren Monomers in mindestens einem Lösungsmittel. Durch eine Lösungsmittelpolymerisation kann vorteilhafterweise das Molekulargewicht des auszubildenden Polymers besser kontrolliert werden. Nach der Polymerisation des mindestens einen polymerisierbaren Monomers kann das mindestens eine Lösungsmittel insbesondere wieder entfernt werden.
  • Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform ist das Verfahren zur Herstellung einer Anode für eine Lithium-Zelle und/oder Lithium-Batterie, insbesondere für eine Lithium-Ionen-Zelle und/oder Lithium-Ionen-Batterie, ausgelegt.
  • Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform werden die, mit dem durch die Polymerisation ausgebildeten Polymer versehenen, insbesondere beschichteten, Siliciumpartikel mit mindestens einer weiteren Elektrodenkomponente gemischt und, beispielsweise durch Rakeln, zu einer Anode verarbeitet. So kann vorteilhafterweise die künstliche SEI-Schicht gezielt auf den Siliciumpartikeln ausgebildet und beispielsweise die zur Beschichtung der Siliciumpartikel erforderliche Menge an dem mindestens einen polymerisierbaren Monomer minimiert werden.
  • Im Rahmen einer Ausgestaltung dieser Ausführungsform umfasst das Verfahren die Verfahrensschritte:
    • a) Mischen von Siliciumpartikel und mindestens einem polymerisierbaren Monomer,
    • b) Starten der Polymerisation des mindestens einen polymerisierbaren Monomers mittels, beispielsweise durch Zugabe, mindestens eines Polymerisationsinitiators,
    • c) Mischen der, mit dem durch die Polymerisation ausgebildeten Polymer versehenen, insbesondere beschichteten, Siliciumpartikel mit mindestens einer weiteren Elektrodenkomponente, und
    • d) Verarbeiten, beispielsweise durch Rakeln, der Mischung zu einer Anode.
  • Das Mischen in Verfahrensschritt a) und die Polymerisation in Verfahrensschritt b) können insbesondere in mindestens einem Lösungsmittel durchgeführt werden. Nach der Polymerisation beziehungsweise nach Verfahrensschritt b), beispielsweise vor Verfahrensschritt c) oder während beziehungsweise nach Verfahrensschritt d), kann dann das mindestens eine Lösungsmittel wieder entfernt werden.
  • Im Rahmen einer anderen Ausführungsform werden die Siliciumpartikel mit mindestens einer weiteren Elektrodenkomponente und mit dem mindestens einen polymerisierbaren Monomer gemischt. Dabei können die Siliciumpartikel, die mindestens eine weitere Elektrodenkomponente und das mindestens eine polymerisierbare Monomer gleichzeitig miteinander gemischt werden. Gegebenenfalls können jedoch auch zunächst die Siliciumpartikel und die mindestens eine Elektrodenkomponente miteinander gemischt werden und dann das mindestens eine polymerisierbare Monomer zu der Mischung zugegeben werden.
  • Im Rahmen einer Ausgestaltung dieser Ausführungsform wird nach dem Mischen die Polymerisation mittels, beispielsweise durch Zugabe, des mindestens einen Polymerisationsinitiators gestartet. Nach der Polymerisation des mindestens einen polymerisierbaren Monomers kann dann die Mischung, beispielsweise durch Rakeln, zu einer Anode verarbeitet werden. So kann vorteilhafterweise die Zahl der Prozessschritte verringert und auf diese Weise das Verfahren vereinfacht werden. Zudem kann hierbei das aus dem mindestens einen polymerisierbaren Monomer ausgebildete Polymer auch als Binder für die herzustellende Anode dienen. Gegebenenfalls kann hierbei auf die Zugabe eines zusätzlichen Binders als weitere Elektrodenkomponente verzichtet werden.
  • Zum Beispiel kann das Verfahren dabei die Verfahrensschritte:
    • a’) Mischen von Siliciumpartikel und mindestens einer weiteren Elektrodenkomponente und mindestens einem polymerisierbaren Monomer,
    • b’) Starten der Polymerisation des mindestens einen polymerisierbaren Monomers mittels, beispielsweise durch Zugabe, mindestens eines Polymerisationsinitiators, und
    • c’) Verarbeiten, beispielsweise durch Rakeln, der Mischung zu einer Anode,
    umfassen. Gegebenenfalls kann in Verfahrensschritt a’) das mindestens eine polymerisierbare Monomer zu der Mischung aus Siliciumpartikeln und der mindestens einen weiteren Elektrodenkomponente zugegeben werden.
  • Das Mischen in Verfahrensschritt a’) und die Polymerisation in Verfahrensschritt b’) können insbesondere in mindestens einem Lösungsmittel durchgeführt werden. Nach der Polymerisation beziehungsweise nach Verfahrensschritt b’), beispielsweise vor oder während oder nach Verfahrensschritt c’), kann dann das mindestens eine Lösungsmittel wieder entfernt werden.
  • Im Rahmen einer anderen Ausgestaltung werden die Siliciumpartikel mit mindestens einer weiteren Elektrodenkomponente und mit dem mindestens einen polymerisierbaren Monomer und dem mindestens einen Polymerisationsinitiator gemischt und die Mischung, beispielsweise durch Rakeln, zu einer Anode verarbeitet. Das Mischen und Verarbeiten erfolgt dabei vorzugsweise unter Bedingungen, beispielsweise bei einer, insbesondere geringen, Temperatur und/oder unter Lichtausschluss, bei welchen der mindestens eine Polymerisationsinitiator die Polymerisationsreaktion, insbesondere zumindest im Wesentlichen, nicht startet. Nach dem Verarbeiten der Mischung zu einer Anode wird dann die Polymerisation, insbesondere durch Bestrahlen, beispielsweise mit Ultravioletterstrahlung, zum Beispiel einer UV-Lampe, und/oder durch Erwärmen beziehungsweise Erhitzen der Mischung, gestartet.
  • So kann vorteilhafterweise die Zahl der Prozessschritte weiter verringert und das Verfahren weiter vereinfacht werden. Zudem kann hierbei das aus dem mindestens einen polymerisierbaren Monomer ausgebildet Polymere ebenfalls als Binder für die herzustellende Anode dienen. Gegebenenfalls kann daher auch hierbei auf die Zugabe eines zusätzlichen Binders als weitere Elektrodenkomponente verzichtet werden. Zudem kann so das Polymer in der bereits verarbeiteten Form gebildet werden und vorteilhafterweise eine Aushärtung in der bereits verarbeiteten Form erzielt werden.
  • Zum Beispiel kann dabei das Verfahren die Verfahrensschritte:
    • a’’) Mischen von Siliciumpartikeln, mindestens einer weiteren Elektrodenkomponente, mindestens einem polymerisierbaren Monomer und mindestens einem Polymerisationsinitiator;
    • b’’) Verarbeiten, beispielsweise Rakeln, der Mischung zu einer Anode; und
    • c’’) Starten der Polymerisation des mindestens einen polymerisierbaren Monomers durch Bestrahlen, insbesondere mit Ultravioletterstrahlung und/oder durch Erwärmen beziehungsweise Erhitzen der Mischung.
    umfassen. Beispielsweise kann in Verfahrensschritt a’’), zum Beispiel zunächst, das mindestens eine polymerisierbare Monomer und, zum Beispiel dann, der mindestens eine Polymerisationsinitiator zu einer Mischung aus Siliciumpartikeln und der mindestens einen weiteren Elektrodenkomponente zugegeben werden.
  • Das Mischen in Verfahrensschritt a’’), die Verarbeitung in Verfahrensschrirr b’’) und die Polymerisation in Verfahrensschritt c’’) können insbesondere in mindestens einem Lösungsmittel durchgeführt werden. Nach der Polymerisation beziehungsweise nach Verfahrensschritt c’’) kann dann das mindestens eine Lösungsmittel wieder entfernt werden.
  • Im Rahmen der vorstehenden Ausführungsformen kann die mindestens eine weitere Elektrodenkomponente mindestens eine Kohlenstoffkomponente, beispielsweise Graphit und/oder Leitruß, und/oder mindestens einen, gegebenenfalls zusätzlichen, beispielsweise kompatiblen, Binder, zum Beispiel Carboxymethylcellulose (CMC) und/oder Styrol-Butadien-Kautschuk (SBR) und/oder Lithium-Polyacrylsäure beziehungsweise lithiierte Polyacrylsäure (LiPAA), und/oder mindestens ein Lösungsmittel umfassen.
  • Gegebenenfalls – insbesondere im Rahmen der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen, im Rahmen derer das aus dem polymerisierbaren Monomer ausgebildete Polymer auch als Binder dienen kann – kann auf den Zusatz mindestens eines, insbesondere zusätzlichen, Binders als weitere Elektrodenkomponente verzichtet beziehungsweise die mindestens eine weitere Elektrodenkomponente gegebenenfalls auch binderfrei ausgestaltet werden.
  • Dennoch ist es möglich – beispielsweise um die mechanische Stabilität und/oder Leitfähigkeit der auszubildenden Anode zu verbessern – mindestens einen, beispielsweise zusätzlichen, insbesondere von dem aus dem polymerisierbaren Monomer ausgebildeten Polymer unterschiedlichen, Binder als weitere Elektrodenkomponente einzusetzen.
  • Gegebenenfalls kann das bei der Polymerisation eingesetzte mindestens eine Lösungsmittel auch als Elektrodenkomponente, beispielsweise zur Ausbildung eines Elektroden-Schlickers, dienen. So kann gegebenenfalls auf den Zusatz eines zusätzlichen Lösungsmittels als weitere Elektrodenkomponente verzichtet werden.
  • Insbesondere – beispielsweise insofern das mindestens eine Lösungsmittel nach der Polymerisation wieder entfernt wird – kann jedoch mindestens ein, insbesondere von dem Lösungsmittel der Polymerisation unterschiedliches, Lösungsmittel als weitere Elektrodenkomponente eingesetzt werden.
  • Hinsichtlich weiterer technischer Merkmale und Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens wird hiermit explizit auf die Erläuterungen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Anodenaktivmaterial, der erfindungsgemäßen Anode und der erfindungsgemäßen Zelle und/oder Batterie sowie auf die Figuren und die Figurenbeschreibung verwiesen.
  • Weitere Gegenstände der vorliegenden Erfindung sind ein Anodenaktivmaterial und/oder eine Anode für eine Lithium-Zelle und/oder Lithium-Batterie, insbesondere für eine Lithium-Ionen-Zelle und/oder Lithium-Ionen-Batterie, welches beziehungsweise welche durch ein erfindungsgemäßes Verfahren hergestellt ist.
  • Ein erfindungsgemäß hergestelltes Anodenaktivmaterial, insbesondere das aus dem mindestens einen polymerisierbaren Monomer ausgebildet Polymer, zum Beispiel Polyvinylencarbonat, und/oder eine erfindungsgemäß hergestellte Anode kann beispielsweise mittels Infrarotspektroskopie und/oder Ramanspektroskopie nachgewiesen werden. Zudem kann ein erfindungsgemäß hergestelltes Anodenaktivmaterial und/oder eine erfindungsgemäß hergestellte Anode beispielsweise mittels Oberflächenanalyseverfahren, wie Augerelektronenspektroskopie (AES) und/oder Röntgenphotoelektronenspektroskopie (XPS, Englisch: X-ray Photoelectron Spectroscopy) und/oder Flugzeit-Sekundärionen-Massenspektrometrie (TOF-SIMS, Englisch: Time-of-Flight Secondary Ion Mass Spectrometry) und/oder Energiedispersive Röntgenspektroskopie (EDX, Englisch: Energy Dispersive X-ray Spectroscopy) und/oder wellenlängendispersive Röntgenspektroskopie (WDX), und/oder mittels strukturellen Untersuchungsmethoden, wie Transmissionselektronenmikroskopie (TEM), und/oder mittels Querschnittsuntersuchungen, wie Rasterelektronenmikroskopie (REM) (SEM; Englisch: Scanning Electron Microscope) und/oder Energiedispersive Röntgenspektroskopie (EDX, Englisch: Energy Dispersive X-ray Spectroscopy) und/oder Transmissionselektronenmikroskopie (TEM) und/oder Elektronenenergieverlustspektroskopie (EELS; Englisch: Electron Energy Loss Spectroscopy) nachgewiesen werden.
  • Hinsichtlich weiterer technischer Merkmale und Vorteile des erfindungsgemäßen Anodenaktivmaterial und der erfindungsgemäßen Anode wird hiermit explizit auf die Erläuterungen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und der erfindungsgemäßen Zelle und/oder Batterie sowie auf die Figuren und die Figurenbeschreibung verwiesen.
  • Ferner betrifft die Erfindung eine Lithium-Zelle und/oder Lithium-Batterie, insbesondere eine Lithium-Ionen-Zelle und/oder Lithium-Ionen-Batterie, welche ein erfindungsgemäßes Anodenaktivmaterial und/oder eine erfindungsgemäße Anode umfasst.
  • Hinsichtlich weiterer technischer Merkmale und Vorteile der erfindungsgemäßen Zelle und/oder Batterie wird hiermit explizit auf die Erläuterungen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren, dem erfindungsgemäßen Anodenaktivmaterial und der erfindungsgemäßen Anode sowie auf die Figuren und die Figurenbeschreibung verwiesen.
  • Zeichnungen
  • Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Gegenstände werden durch die Zeichnungen veranschaulicht und in der nachfolgenden Beschreibung erläutert. Dabei ist zu beachten, dass die Zeichnungen nur beschreibenden Charakter haben und nicht dazu gedacht sind, die Erfindung in irgendeiner Form einzuschränken. Es zeigen
  • 1a ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens;
  • 1b einen schematischen Querschnitt durch eine Anode, welche gemäß der in 1a gezeigten, ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellt ist;
  • 2a ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens; und
  • 2b einen schematischen Querschnitt durch eine Anode, welche gemäß der in 2a gezeigten, zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellt ist.
  • Die 1a und 2a veranschaulichen, dass in dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines Anodenaktivmaterials beziehungsweise einer Anode 100, 100’ für eine Lithium-Zelle und/oder Lithium-Batterie, insbesondere für eine Lithium-Ionen-Zelle und/oder Lithium-Ionen-Batterie, Siliciumpartikel 1 und mindestens ein polymerisierbares Monomer 2 gemischt werden und die Polymerisation des mindestens einen polymerisierbaren Monomers 2 mittels mindestens eines Polymerisationsinitiators 3, insbesondere durch Zugabe mindestens eines Polymerisationsinitiators 3, gestartet wird. Die Polymerisation kann dabei insbesondere eine radikalische Polymerisation sein. Dabei kann der mindestens eine Polymerisationsinitiator 3 insbesondere ein Radikalstarter sein. Das mindestens eine polymerisierbare Monomer 2 kann insbesondere ein polymerisierbares, organisches Carbonat, zum Beispiel Vinylencarbonat (VC) und/oder Vinylethylencarbonat (VEC), und/oder ein polymerisierbares, organisches Anhydrid, zum Beispiel Maleinsäureanhydrid, sein.
  • Zum Beispiel kann Vinylencarbonat (VC) durch Zugabe eines Radikalstarters, zum Beispiel von Azoisobutyronitril (AIBN) und/oder Benzoylperoxid (BPO), mittels radikalischer Polymerisation zu Polyvinylencarbonat polymerisiert werden:
    Figure DE102015224373A1_0002
  • Im Rahmen der in 1a veranschaulichten Ausführungsform werden in einem Verfahrensschritt a) Siliciumpartikel 1 und mindestens ein polymerisierbares Monomer 2, zum Beispiel Vinylencarbonat, gemischt. Durch Zugabe eines Radikalstarters 3, zum Beispiel Azoisobutyronitril (AIBN) oder Benzoylperoxid (BPO), wird die Polymerisation des mindestens einen polymerisierbaren Monomers 2 in einem Verfahrensschritt b) gestartet. Um das Molekulargewicht des entstehenden Polymers 20 besser zu kontrollieren, kann die Polymerisation in einem Lösungsmittel durchgeführt werden (Lösungspolymerisation), zum Beispiel welches nach der Polymerisation wieder entfernt wird. Dabei werden – wie auch in 1b veranschaulicht – die Siliciumpartikel 1 mit dem, durch die Polymerisation ausgebildeten Polymer 20 beschichtet. Die beschichteten Siliciumpartikel 1, 20 werden dann in einem Verfahrensschritt c) mit einer oder mehreren, weiteren Elektrodenkomponenten, wie Graphit und/oder Leitruß 4 und Binder 5 und/oder Lösungsmittel, gemischt. Wie in 1b veranschaulicht, kann dabei der als weitere Elektrodenkomponente dienende Binder 5 insbesondere unterschiedlich zu dem aus dem polymerisierbaren Monomer 2 ausgebildeten Polymer 20 sein. In einem Verfahrensschritt d) wird dann die Mischung 1, 20, 4, 5 zu einer Anode 100 verarbeitet, beispielsweise gerakelt.
  • 1b veranschaulicht, dass eine entsprechend hergestellte Anode 100 mit Polymer 20 beschichtete Siliciumpartikel 1 sowie Graphit- und/oder Leitruß-Partikel 4 umfassen kann, welche in einen zusätzlichen Binder 5 eingebettet sind.
  • Im Rahmen der in 2a veranschaulichten Ausführungsform werden – im Zuge eines Mischens eines Schlickers zur Ausbildung einer Anode 100’ – in einem Verfahrensschritt a’) Siliciumpartikel 1 und mindestens eine weitere Elektrodenkomponente, wie Graphit und/oder Leitruß 4 und gegebenenfalls, Binder, in einem Lösungsmittel gemischt. Zu der Mischung aus Siliciumpartikeln 1 und der mindestens einen weiteren Elektrodenkomponente 4 wird dann mindestens ein polymerisierbares Monomer 2, zum Beispiel Vinylencarbonat, zugegeben. Anschließend wird in einem Verfahrensschritt b’) die Polymerisation des mindestens einen polymerisierbaren Monomers 2 zu einem Polymer 20 mittels, insbesondere durch Zugabe, mindestens eines Radikalstarters 3, zum Beispiel von Azoisobutyronitril (AIBN) oder Benzoylperoxid (BPO), direkt während des Schlickermischens gestartet (in-situ Polymerisation) und der resultierende Schlicker 1, 4, 20 anschließend in einem Verfahrensschritt c’), beispielsweise gerakelt, und direkt und zu einer Anode 100’ verarbeitet.
  • 2b veranschaulicht, dass das aus dem polymerisierbaren Monomer 2 ausgebildete Polymer 20, zum Beispiel Polyvinylencarbonat (PVCa), im Rahmen dieser Ausführungsform auch als Binder 20 dienen kann, in welchen 20 bei einer entsprechend hergestellten Anode 100’ Siliciumpartikel 1 sowie Graphit- und/oder Leitruß-Partikel 4 eingebettet sind.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • US 2014/0248543 A1 [0004]

Claims (11)

  1. Verfahren zur Herstellung eines Anodenaktivmaterials, insbesondere einer Anode (100, 100’), für eine Lithium-Zelle und/oder Lithium-Batterie, insbesondere für eine Lithium-Ionen-Zelle und/oder Lithium-Ionen-Batterie, in dem – Siliciumpartikel (1) und mindestens ein polymerisierbares Monomer (2) gemischt werden, und – die Polymerisation des mindestens einen polymerisierbaren Monomers (2) mittels mindestens eines Polymerisationsinitiators (3) gestartet wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der mindestens eine Polymerisationsinitiator (3) ein Radikalstarter ist.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das mindestens eine polymerisierbare Monomer (2) mindestens ein polymerisierbares, organisches Carbonat und/oder Anhydrid umfasst.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das mindestens eine polymerisierbare Monomer (2) Vinylencarbonat und/oder Vinylethylencarbonat und/oder Maleinsäureanhydrid und/oder ein Derivat davon, insbesondere Vinylencarbonat, umfasst oder ist.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Polymerisation des mindestens einen polymerisierbaren Monomers (2) in mindestens einem Lösungsmittel erfolgt, insbesondere wobei nach der Polymerisation des mindestens einen polymerisierbaren Monomers (2) das mindestens eine Lösungsmittel wieder entfernt wird.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die mit dem durch die Polymerisation ausgebildeten Polymer (20) versehenen Siliciumpartikel (1, 20) mit mindestens einer weiteren Elektrodenkomponente (4) gemischt und zu einer Anode (100) verarbeitet werden, insbesondere wobei das Verfahren die Verfahrensschritte: a) Mischen von Siliciumpartikel (1) und mindestens einem polymerisierbaren Monomer (2), insbesondere in mindestens einem Lösungsmittel, b) Starten der Polymerisation des mindestens einen polymerisierbaren Monomers (2) durch Zugabe mindestens eines Polymerisationsinitiators (3), insbesondere wobei das mindestens eine Lösungsmittel nach der Polymerisation wieder entfernt wird, c) Mischen der mit dem durch die Polymerisation ausgebildeten Polymer (20) versehenen Siliciumpartikel (1, 20) mit mindestens einer weiteren Elektrodenkomponente (4), und d) Verarbeiten der Mischung (1, 20, 4) zu einer Anode (100) umfasst.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Siliciumpartikel (1) mit mindestens einer weiteren Elektrodenkomponente (4) und mit dem mindestens einen polymerisierbaren Monomer (2) gemischt werden und nach der Polymerisation des mindestens einen polymerisierbaren Monomers (2) zu einer Anode (100’) verarbeitet werden, insbesondere wobei das Verfahren die Verfahrensschritte: a’) Mischen von Siliciumpartikel (1) und mindestens einer weiteren Elektrodenkomponente (4) und mindestens einem polymerisierbaren Monomer (2), b’) Starten der Polymerisation des mindestens einen polymerisierbaren Monomers (2) durch Zugabe mindestens eines Polymerisationsinitiators (3), und c’) Verarbeiten der Mischung (1, 4, 20) zu einer Anode (100’) umfasst.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Siliciumpartikel (1) mit mindestens einer weiteren Elektrodenkomponente (4) und mit dem mindestens einen polymerisierbaren Monomer (2) und dem mindestens einen Polymerisationsinitiator (3) gemischt werden und die Mischung (1, 2, 3, 4) zu einer Anode verarbeitet wird, wobei nach dem Verarbeiten der Mischung (1, 2, 3, 4) zu einer Anode die Polymerisation, insbesondere durch Bestrahlen und/oder durch Erwärmen der Mischung (1, 2, 3, 4), gestartet wird, insbesondere wobei das Verfahren die Verfahrensschritte: a’’) Mischen von Siliciumpartikeln (1), mindestens einer weiteren Elektrodenkomponente (4), mindestens einem polymerisierbaren Monomer (2) und mindestens einem Polymerisationsinitiator (4); b’’) Verarbeiten der Mischung (1, 2, 3, 4), insbesondere durch Rakeln, zu einer Anode; und c’’) Starten der Polymerisation des mindestens einen polymerisierbaren Monomers (2) durch Bestrahlen und/oder durch Erwärmen der Mischung (1, 2, 3, 4) umfasst.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die mindestens eine weitere Elektrodenkomponente (4) mindestens eine Kohlenstoffkomponente (4) und/oder mindestens einen Binder (5) und/oder mindestens ein Lösungsmittel umfasst.
  10. Anodenaktivmaterial und/oder Anode (100, 100’) für eine Lithium-Zelle und/oder Lithium-Batterie, insbesondere für eine Lithium-Ionen-Zelle und/oder Lithium-Ionen-Batterie, hergestellt durch ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9.
  11. Lithium-Zelle und/oder Lithium-Batterie, insbesondere Lithium-Ionen-Zelle und/oder Lithium-Ionen-Batterie, umfassend ein Anodenaktivmaterial und/oder eine Anode (100, 100’) nach Anspruch 10.
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