借助接枝到主链法聚合具有合成SEI层的阳极活性材料颗粒制造技术

本发明专利技术涉及借助接枝到主链法聚合具有合成SEI层的阳极活性材料颗粒。具体地，本发明专利技术涉及锂电池和/或锂电池组，尤其锂离子电池和/或锂离子电池组的阳极活性材料和/或阳极（100'''）的制备方法，和/或这种锂电池和/或锂电池组的制备方法。为了改善锂电池和/或锂电池组的循环稳定性，在所述方法中使至少一种可聚合单体（2）和/或至少一种由所述至少一种可聚合单体（2）形成的聚合物与具有至少一种可聚合官能团和/或聚合引发官能团和/或聚合控制官能团的至少一种硅烷化合物（2*）反应，和加入阳极活性材料颗粒（1），尤其硅颗粒。此外，本发明专利技术涉及阳极活性材料、阳极（100'''）以及锂电池和/或锂电池组。

【技术实现步骤摘要】
借助接枝到主链法聚合具有合成SEI层的阳极活性材料颗粒
本专利技术涉及锂电池和/或锂电池组，尤其锂离子电池和/或锂离子电池组的阳极活性材料和/或阳极的制备方法，和/或这种锂电池和/或锂电池组的制备方法以及阳极活性材料和阳极以及这种锂电池和/或锂电池组。
技术介绍
目前用于锂离子电池和-电池组的阳极活性材料主要是石墨。但是，石墨只有很小的存储容量。硅作为锂离子电池和-电池组的阳极活性材料，可以提供显著更高的存储容量。然而，硅在循环时发生剧烈的体积变化，这导致在硅表面上由电解质分解产物形成的SEI层（SEI，英文：SolidElectrolyteInterphase；固体电解质界面）可能在硅体积增大时撕裂和在硅体积减小时剥落，从而随着每次循环使得电解质与硅表面重新接触并且SEI形成和电解质分解不断进行，这导致锂（和电解质）的不可逆损失并且因此显著降低循环稳定性和容量。文献US2014/0248543A1涉及用于锂离子电池组的纳米结构硅活性材料。文献US2014/0248543A1涉及具有阳极和电解质的锂离子电池组，其中该阳极具有至少一种活性材料，和该电解质包含至少一种液体聚合物溶剂和至少一种聚合物添加剂。文献US2015/0072246A1涉及用于电池组的非水性液体电解液，其可以包含可聚合单体作为添加剂。文献US2010/0273066A1描述了一种锂-空气-电池组，其具有基于有机溶剂的非水性电解质，该电解质包含锂盐和具有亚烷基的添加剂。文献US2012/0007028A1涉及一种制备聚合物-硅-复合材料颗粒的方法，其中将用于形成聚合物基质的单体和硅颗粒混合并且使该混合物聚合。文献CN104362300涉及一种制备锂离子电池组的硅-碳-复合阳极材料的方法。文献US2014/0342222A1涉及具有硅芯和嵌段-共聚物壳的颗粒，其中一个嵌段具有对硅相对高的亲和性和一个嵌段具有对硅相对低的亲和性。H.Zhao等在J.PowerSources,263,2014,288-295页中描述了聚合的碳酸亚乙烯酯作为阳极粘合剂在锂离子电池组中的用途。J.-H.Min等在Bull.Korean.Chem.Soc.,2013,34卷,编号4.,1296-1299页中描述了在硅颗粒上形成合成的SEI。文献WO2015/107581涉及具有非水性电解质的电池组阳极材料。
技术实现思路
本专利技术的主题是锂电池和/或锂电池组，尤其锂离子电池和/或锂离子电池组的阳极活性材料和/或阳极的制备方法，和/或锂电池和/或锂电池组的制备方法，特别是锂离子电池和/或锂离子电池组的制备方法。在所述方法中，特别是使至少一种可聚合单体和/或至少一种由所述至少一种可聚合单体形成的聚合物与具有至少一种可聚合官能团和/或聚合引发官能团和/或聚合控制官能团的至少一种硅烷化合物反应，例如聚合，和特别是然后加入阳极活性材料颗粒，尤其硅颗粒（接枝到主链法聚合（graft-to-Polymerisation）)。阳极活性材料颗粒尤其可以理解为包含至少一种阳极活性材料的颗粒。所述阳极活性材料颗粒，例如可以包括或是硅颗粒和/或石墨颗粒和/或锡颗粒。硅颗粒尤其可以理解为包含硅的颗粒。举例来说，硅颗粒可以理解为含有硅的颗粒。因此，硅颗粒尤其也可以理解为硅基颗粒。例如，硅颗粒尤其可以包括纯的或单质的硅，例如多孔硅，例如纳米多孔硅，例如具有在纳米范围内的孔尺寸，和/或纳米硅，例如具有在纳米范围内的颗粒尺寸，和/或硅-合金基质或硅-合金，例如其中硅嵌入活性和/或非活性的基质中，和/或硅-碳复合材料和/或氧化硅（SiOx），或由其形成。例如，所述硅颗粒可以由特别是纯的或单质的硅形成。石墨颗粒尤其可以理解为包含石墨的颗粒。锡颗粒尤其可以理解为包含锡的颗粒。特别地，所述阳极活性材料颗粒可以包括或者是硅颗粒。所述至少一种硅烷化合物的硅烷官能可以有利地在阳极活性材料颗粒的表面上，特别是硅颗粒的表面上，例如共价地结合。通过使所述至少一种可聚合单体和/或至少一种由所述至少一种可聚合单体形成的聚合物与具有至少一种可聚合官能团和/或聚合引发官能团和/或聚合控制官能团的至少一种硅烷化合物反应，可以有利地形成具有硅烷官能的聚合物或者共聚物，其在加入阳极活性材料颗粒，尤其硅颗粒时，可以通过硅烷官能与所述阳极活性材料颗粒，尤其硅颗粒形成特别是共价的和/或物理/机械的结合和/或附着(接枝到主链法聚合)。因此，例如可以在所述至少一种单体或者由其形成的聚合物和所述硅烷官能之间形成共价的结合或者连接，并且通过所述硅烷官能实现与所述阳极活性材料颗粒，尤其硅颗粒特别是直接的，例如共价的结合或者连接，并且因此在所述阳极活性材料颗粒，尤其硅颗粒上形成具有改进的粘合性的聚合物层。例如，所述至少一种硅烷化合物的至少一种可聚合官能团，特别是与至少一种可聚合单体和/或所述至少一种由所述至少一种可聚合单体形成的聚合物，可以进行聚合，例如共聚。通过具有至少一种可聚合官能团的至少一种硅烷化合物和所述至少一种可聚合单体的共聚，由此可以有利地形成具有硅烷官能的共聚物，其可以通过硅烷官能，例如共价地，在阳极活性材料颗粒，特别是硅颗粒的表面上结合。具有至少一种可聚合官能团的硅烷化合物因此可以有利地用作粘合促进剂，特别是用于通过在阳极活性材料颗粒，特别是硅颗粒上的聚合而形成的聚合物层，并且形成在阳极活性材料颗粒，特别是硅颗粒上具有改进的粘合性的聚合物层。以这种方式，可以有利地在阳极活性材料颗粒，特别是硅颗粒上形成具有改进的粘合性的、以柔性聚合物保护层的形式的合成SEI层。通过该以柔性聚合物保护层的形式的合成SEI层，这样可以有利地抑制电解质分解和连续的SEI形成，因为柔性聚合物保护层在循环过程中伴随出现的阳极活性材料颗粒，特别是硅颗粒的体积变化的情况下，例如可以塑性拉伸和/或压缩，而在此不被破坏，由此钝化所述颗粒，特别是硅颗粒，并且避免发生阳极活性材料表面，特别是硅表面与电解质的反应。因此，进而可以有利地提高配备有阳极活性材料的锂电池和/或-电池组，例如锂离子电池和/或-电池组的循环稳定性（英文：CoulombicEfficiency）。总之，这样可以有利地提供具有增加的循环稳定性和存储容量的阳极活性材料，例如使用其尤其可以增加电动车辆的达到范围。在一个实施方案中，在该方法中使用至少两种可聚合单体和/或由至少两种可聚合单体形成的共聚物。例如，在该方法中可以使用至少三种可聚合单体和/或由至少三种可聚合单体形成的共聚物。通过这样的共聚，特别是通过两种、三种或更多种单体的有针对性共聚可以有利地和有针对性地设置所期望的特性，特别是合成SEI层的所期望的特性，并且例如可以使得SEI层匹配这些要求或按照这些要求设计SEI层。例如，因此可以引入用于粘合剂增强和/或用于匹配机械特性，例如流变学特性，例如强度和/或可拉伸性的聚合物片段。例如，所述聚合可以是自由基聚合和/或借助缩合反应的聚合和/或离子聚合，例如阴离子或阳离子的聚合。例如，所述聚合可以是自由基聚合，和/或所述至少一种硅烷化合物的至少一种可聚合官能团通过自由基聚合而能够聚合，和/或所述至少一种可聚合单体，特别是至少两种可聚合单体通过自由基聚合而能够聚合，和/或所述至少一种硅烷化合物的至少一种聚合引发本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于制备锂电池和/或锂电池组的阳极活性材料和/或阳极（100''），特别是锂离子电池和/或锂离子电池组的阳极活性材料和/或阳极（100''）的方法，和/或用于制备锂电池和/或锂电池组，特别是锂离子电池和/或锂离子电池组的方法，其中，‑使至少一种可聚合单体（2）和/或至少一种由所述至少一种可聚合单体（2）形成的聚合物与具有至少一种可聚合官能团和/或聚合引发官能团和/或聚合控制官能团的至少一种硅烷化合物（2*）反应，和‑加入阳极活性材料颗粒（1），尤其硅颗粒。

【技术特征摘要】
2016.12.02 DE 102016224039.01.用于制备锂电池和/或锂电池组的阳极活性材料和/或阳极（100''），特别是锂离子电池和/或锂离子电池组的阳极活性材料和/或阳极（100''）的方法，和/或用于制备锂电池和/或锂电池组，特别是锂离子电池和/或锂离子电池组的方法，其中，-使至少一种可聚合单体（2）和/或至少一种由所述至少一种可聚合单体（2）形成的聚合物与具有至少一种可聚合官能团和/或聚合引发官能团和/或聚合控制官能团的至少一种硅烷化合物（2*）反应，和-加入阳极活性材料颗粒（1），尤其硅颗粒。2.根据权利要求1所述的方法，其中使用至少两种可聚合单体（2）和/或使用由至少两种可聚合单体（2）形成的共聚物。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述至少一种硅烷化合物（2*）的至少一种可聚合官能团和/或所述至少一种可聚合单体（2），特别是至少两种可聚合单体（2），包含至少一个可聚合双键和/或至少一个羟基。4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，所述至少一种硅烷化合物（2*）的至少一种可聚合官能团和/或所述至少一种可聚合单体（2），特别是至少两种可聚合单体（2），通过自由基聚合，特别是通过活性自由基聚合而能够聚合，和/或其中，所述至少一种硅烷化合物（2*）的至少一种聚合引发官能团设置用于引发自由基聚合，特别是用于引发活性自由基聚合，和/或其中，所述至少一种硅烷化合物（2*）的至少一种聚合控制官能团设置用于控制活性自由基聚合。5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，所述至少一种硅烷化合物（2*）的至少一种可聚合官能团和/或所述至少一种可聚合单体（2），特别是至少两种可聚合单体（2），通过原子转移活性自由基聚合，或者通过稳定自由基聚合，特别是通过氮氧化物介导的聚合，或通过可逆加成-断裂-链转移-聚合而能够聚合，和/或其中，所述至少一种硅烷化合物（2*）的至少一种聚合引发官能团设置用于引发原子转移活性自由基聚合，和/或其中，所述至少一种硅烷化合物（2*）的至少一个聚合控制官能团设置用于控制稳定自由基聚合，特别是用于控制氮氧化物介导的聚合，和/或用于控制可逆加成-断裂-链转移-聚合。6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中所述至少一种硅烷化合物（2*）的至少一种可聚合官能团和/或所述至少一种可聚合单体（2），特别是至少两种可聚合单体（2），包含至少一个可聚合双键，特别是至少一个碳-碳双键。7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中所述至少一种硅烷化合物（2*）的至少一种聚合引发官能团包含被至少一个卤素原子，特别是溴或氯取代的烷基。8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其中所述至少一种硅烷化合物（2*）的至少一种聚合引发官能团与至少一种催化剂组合使用，特别是其中所述至少一种催化剂包含过渡金属卤化物和至少一种配体，特别是氮配体，或由其形成。9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其中所述至少一种硅烷化合物（2*）的至少一种聚合控制官能团，特别是用于氮氧化物介导的聚合，包含氮氧化物基团和/或烷氧基胺基团，和/或特别是用于可逆加成-断裂-链转移-聚合，包含硫代基团。10.根据权利要求1至9中任一项所述的方法，其中所述至少一种硅烷化合物（2*）的至少一种聚合控制官能团与至少一个聚合引发剂和/或与至少一种硅烷化合物（2*）的至少一种聚合引发官能团组合使用。11.根据权利要求1至10中任一项所述的方法，其中至少一种可聚合单体（2），特别是至少两种可聚合单体（2）的聚合借助所述至少一种硅烷化合物（2*）的至少一种聚合引发官能团和/或借助至少一种聚合引发剂，特别是借助加入至少一种聚合引发剂而引发。12.根据权利要求1至11中任一项所述的方法，其中所述至少一种硅烷化合物（2*）的至少一种聚合引发官能团和/或所述至少一种聚合引发剂是自由基引发剂。13.根据权利要求1至12中任一项所述的方法，其中所述至少一种硅烷化合物包括至少一种如下化学通式的硅烷化合物：其中，R1，R2，R3各自彼此独立地表示卤素原子或烷氧基或烷基或氨基或硅氮烷基团或羟基或氢，Y表示连接基团，特别是其中Y包含至少一个亚烷基和/或至少一个氧化烯基团和/或至少一个羧酸酯基团和/或至少一个亚苯基，和A表示可聚合官能团和/或聚合引发官能团和/或聚...

【专利技术属性】
技术研发人员：A贡泽尔，W艾歇勒，
申请(专利权)人：罗伯特·博世有限公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE