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WO2013060410A1 - Use of comb polymers in lithium ion batteries - Google Patents

Use of comb polymers in lithium ion batteries Download PDF

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Publication number
WO2013060410A1
WO2013060410A1 PCT/EP2012/004101 EP2012004101W WO2013060410A1 WO 2013060410 A1 WO2013060410 A1 WO 2013060410A1 EP 2012004101 W EP2012004101 W EP 2012004101W WO 2013060410 A1 WO2013060410 A1 WO 2013060410A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
electrolyte
polymer
lithium
separator
monomer units
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2012/004101
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Tim Schaefer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Li Tec Battery GmbH
Original Assignee
Li Tec Battery GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Li Tec Battery GmbH filed Critical Li Tec Battery GmbH
Publication of WO2013060410A1 publication Critical patent/WO2013060410A1/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/056Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes
    • H01M10/0564Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes the electrolyte being constituted of organic materials only
    • H01M10/0565Polymeric materials, e.g. gel-type or solid-type
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052Li-accumulators
    • H01M10/0525Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
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    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/62Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/62Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
    • H01M4/621Binders
    • H01M4/622Binders being polymers
    • H01M4/623Binders being polymers fluorinated polymers
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention relates to the use of comb polymers as an electrolyte component in an electrolyte for a lithium-ion battery.
  • the invention further relates to an electrolyte for a lithium ion battery comprising comb polymers, a separator comprising the electrolyte, an electrode comprising the electrolyte and a lithium-ion battery containing the electrolyte and / or the separator and / or the electrode having.
  • the object of the present invention is to provide an electrochemical cell, preferably a rechargeable lithium-ion battery, in which the electrolyte ensures good ionic conductivity even at low temperature.
  • the invention relates to the use of at least one comb polymer as the electrolyte component in an electrolyte for a lithium-ion battery.
  • the comb polymer has a carbon backbone and at least 5 carbon side chains attached to the backbone.
  • the carbon backbone of the polymer is obtainable by polymerization of olefinic monomer units.
  • the side chain may preferably be introduced via functional groups located on the main chain.
  • the number of side chains based on 100 monomer units of the main chain is chosen so that it is 0.5 to 2.5.
  • the number of carbon atoms per side chain is independently from 100 to 500.
  • per carbon backbone of a comb polymer at least 5 carbon side chains, preferably at least 10, more preferably at least 50, more preferably at least 100 side chains.
  • the use of the at least one polymer as the electrolyte component in an electrolyte for a lithium-ion battery has the advantage that the electrolyte has a relatively uniform viscosity both at high and at low temperatures, so that the ionic conductivity in the electrolyte is relatively high over a wide temperature range is constant. Thus, the properties of the lithium-ion battery over a wide temperature range are uniform.
  • An electrochemical cell containing the electrolyte containing the polymer used according to the invention can therefore be advantageously used in vehicles with hybrid drive or electric drive and in stationary storage.
  • the number of side chains based on 100 monomer units of the main chain is 0.6 to 2.0.
  • the number of side chains based on 100 monomer units of the main chain is 0.7 to 1.8. In another embodiment, the number of carbon atoms per side chain is independently 200 to 500.
  • the number of carbon atoms per side chain is independently 350 to 450.
  • the polymers according to the invention are used in an amount of from 0.1% by weight to 50% by weight, based on the total amount of the electrolyte. Further usable amounts are in the range of 0.1 to 40 wt .-% or 0.1 to 30 wt .-% or 0.1 to 20 wt .-% or 0.1 to 10 wt .-%.
  • the amount of the polymer used according to the invention in the electrolyte it is possible to increase the amount of the polymer used according to the invention in the electrolyte to more than 50 wt .-%. Such amounts may preferably be desired if the electrolyte is to be in the form of a solid electrolyte.
  • the amount of polymer used in the invention is in the range of 50 to 60 wt.% Or 60 to 70 wt.% Or 70 to 80 wt.% Or 80 to 90 wt.% Or 90 to 98 wt .-%. In further embodiments, the amount of polymer used according to the invention is in the range of 50-98% by weight or 60-98% by weight or 70-98% by weight or 80-98% by weight. The terms used below are defined within the meaning of the invention. polymer
  • comb polymers means one or more polymers containing a backbone from which side chains extend, and in English-speaking countries, the term “bottlebrush polymer” or “comb polymer” is also often used.
  • the term "carbon side chains attached to the main chain” means that the side chains are bonded in a covalent bond to the main chain
  • the polymers used according to the invention are known per se, for example from DE 10 2009 001 447, and / or can be prepared by known processes Suitable processes include, for example, the polymerization of alkenes and / or alkadienes, for example C 2 -C 10 alkenes such as ethylene, propylene, n-butene, isobutene, norbornene and / or C 4 -C 10 -alkadienes such as butadiene, isoprene, norbornadiene the monomer units in the polymer is preferably at least 70% by weight and more preferably at least 80% by weight and most preferably at least 90% by weight, based on the weight of the polymer
  • Copolymerizable monomer units can also be used to prepare the comb polymer include and include, inter
  • the proportion of these copolymerizable monomers is preferably at most 30% by weight, particularly preferably at most 15% by weight, based on the weight of the comb polymer (s).
  • the monomer units may have initial groups and / or end groups which serve for functionalization. Through these groups, the side chains can be introduced into the polymer.
  • the proportion of these initial groups and / or end groups is preferably at most 30 wt .-%, more preferably at most 15 wt .-%, based on the weight of the comb polymer.
  • the number average molecular weight of the main chain is in the range of 500 to 50,000 g / mol, more preferably 700 to 10,000 g / mol, especially 1,500 to 5,500 g / mol, and most preferably 4,000 to 5,000 g / mol.
  • the comb polymers used according to the invention may comprise low molecular weight monomer units a molecular weight less than 500 g / mol.
  • low molecular weight means that a part of the main chain of the comb polymer has a low molecular weight than 500 to 50,000 g / mol. Depending on the preparation, this molecular weight may result from the molecular weight of the monomers used to prepare the polymers.
  • the molecular weight of the low molecular weight monomer units is preferably at most 400 g / mol, more preferably at most 200 g / mol, and most preferably at most 150 g / mol.
  • These monomers include, but are not limited to, alkyl (meth) acrylates, styrenic monomers, fumarates, maleates, vinyl esters and / or vinyl ethers.
  • alkyl (meth) acrylates having 8 to 17 carbon atoms
  • alkyl (meth) acrylates having 1 to 10 carbon atoms in the alcohol group
  • vinyl esters having 1 to 1 carbon atoms in the acyl group
  • vinyl ethers having 1 to 10 carbon atoms in the alcohol group
  • styrene monomers having 8 to 17 carbon atoms are styrene, substituted styrenes having an alkyl substituent in the side chain, such.
  • Methylstyrene and ⁇ -ethylstyrene substituted styrenes having an alkyl substituent on the ring such as vinyltoluene and p-methylstyrene, halogenated styrenes such as monochlorostyrenes, dichlorostyrenes, tribromostyrenes and tetrabromostyrenes.
  • (7Wetf) JacAy / ate includes acrylates and methacrylates as well as mixtures of acrylates and metfiacrylates.
  • the alkyl (meth) acrylates having 1 to 10 carbon atoms in the alcohol group include in particular (meth) acrylates derived from saturated alcohols, such as methyl (meth) acrylate,
  • Preferred alkyl (meth) acrylates comprise 1 to 8, more preferably 1 to 4 carbon atoms in the alcohol group.
  • the alcohol group may hereby be linear or branched.
  • vinyl esters having 1 to 1 carbon atoms in the acyl group include vinyl formate, vinyl acetate, vinyl propionate, vinyl butyrate.
  • Preferred vinyl esters include 2 to 9, more preferably 2 to 5 carbon atoms in the acyl group.
  • the acyl group here may be linear or branched.
  • vinyl ethers having 1 to 10 carbon atoms in the alcohol group include vinyl methyl ether, vinyl ethyl ether, vinyl propyl ether, vinyl butyl ether.
  • Preferred vinyl ethers have 1 to 8, more preferably 1 to 4 carbon atoms in the alcohol group.
  • the alcohol group may hereby be linear or branched.
  • ester means that monoesters, diesters and mixtures of esters, especially fumaric acid and / or maleic acid can be used.
  • alkyl fumarates having 1 to 10 carbon atoms in the alcohol group include, but are not limited to, monomethyl fumarate, dimethyl fumarate, monoethyl fumarate, diethyl fumarate, methyl ethyl fumarate, monobutyl fumarate, dibutyl fumarate, dipentyl fumarate and dihexyl fumarate. preferred
  • (Di) alkyl fumarates include 1 to 8, more preferably 1 to 4, carbon atoms in the alcohol group.
  • the alcohol group may hereby be linear or branched.
  • the (di) alkyl maleates having from 1 to 10 carbon atoms in the alcohol group include, among others, monomethyl maleate, dimethyl maleate, monoethyl maleate, diethyl maleate, methyl ethyl maleate, monobutyl maleate, dibutyl maleate.
  • Preferred (di) alkyl maleates comprise 1 to 8, particularly preferably 1 to 4, carbon atoms. in the alcohol group.
  • the alcohol group may hereby be linear or branched.
  • the comb polymers used according to the invention may comprise further repeating units derived from further comonomers, the proportion of which is preferably at most 20% by weight, preferably at most 10% by weight and particularly preferably at most 5% by weight. , based on the weight of the repeating units.
  • alkyl (meth) acrylates having from 11 to 30 carbon atoms in the alcohol group, especially undecyl (meth) acrylate, 5-methylundecyl (meth) acrylate, dodecyl (meth) acrylate, 2- Methyldodecyl (meth) acrylate, tridecyl (meth) acrylate, 5-methyltridecyl (meth) acrylate, tetradecyl (meth) acrylate, pentadecyl (meth) acrylate, hexadecyl (meth) acrylate, 2-methylhexadecyl (meth) acrylate, heptadecyl ( meth) acrylate, 5-iso-propylheptadecyl (meth) acrylate, 4-tert-butyloctadecyl (meth) acrylate, 5-ethyloct
  • the side chains can be attached to the carbon backbone via these end groups by transesterification with long-chain alcohols.
  • Long-chain alcohols are preferably alcohols which can be prepared in a known manner by hydroxylation of long-chain polyolefins having a terminal double bond.
  • the ratio of monomer units to the side chain can be controlled and thus adjusted.
  • the polymer or polymers in the main chain have monomer units derived from alkenes and / or alkadienes and copolymerizable monomer units selected from one or more of the following monomers: alkyl (meth) acrylates, styrene monomers, fumarates, Maleates, vinyl esters and / or vinyl ethers.
  • the side chains are then linear and / or branched and / or cyclic carbon groups containing alkyl groups.
  • the invention relates to an electrolyte for a lithium-ion battery, wherein the electrolyte has at least one polymer as the electrolyte component, characterized in that the polymer has a carbon backbone and at least 5, preferably at least 10 carbon side chains attached to the main chain the carbon chain of the polymer is obtainable by polymerization of olefinic monomer units, wherein the number of side chains based on 100 monomer units of the main chain is 0.5 to 2.5, and the number of carbon atoms per side chain is independently 100 to 500.
  • electrolyte component means a constituent of the electrolyte.Other constituents of the electrolyte, in addition to the comb polymer used according to the invention, are preferably an organic solvent and a lithium salt
  • the electrolyte may additionally contain further constituents a liquid and a conductive salt.
  • the liquid is a solvent for the conducting salt.
  • the electrolyte is then present as an electrolyte solution.
  • Suitable solvents are preferably inert. Suitable solvents are preferably solvents such as ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, ethylmethyl carbonate, methyl propyl carbonate, butylmethyl carbonate, ethylpropyl carbonate, dipropyl carbonate, cyclopentanones, sulfolanes, dimethylsufoxide, 3-methyl-1,3-oxazolidin-2-one, ⁇ -butyrolactone, 1, 2-diethoxymethane, tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, 1, 3-dioxolane, methyl acetate, ethyl acetate, nitromethane, 1, 3-propanesultone.
  • solvents such as ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, ethylmethyl carbonate, methyl propy
  • ionic liquids may also be used as the solvent.
  • Such "ionic liquids” contain only ions.
  • Preferred cations which may in particular be alkylated are imidazolium, pyridinium, pyrrolidinium, guanidinium, uronium, thiuronium, piperidinium, morpholinium, sulfonium, ammonium and phosphonium cations.
  • Examples of useful anions are halide, tetrafluoroborate, trifluoroacetate, triflate, hexafluorophosphate, phosphinate and tosylate anions.
  • ionic liquids which may be mentioned are: N-methyl-N-propyl piperidinium bis (trifluoromethylsulfonyl) imide, N-methyl-N-butylpyrrolidinium bis (trifluoromethylsulfonyl) imide, N-butyl-N trimethylammonium bis (trifluoromethylsulfonyl) imide, triethylsulfonium bis (trifluoromethylsulfonyl) imide, N, N-diethyl-N-methyl-N- (2-methoxyethyl) -ammonium bis (trifluoromethylsulfonyl) -imide.
  • Preferred conductive salts are lithium salts which have inert anions and which are preferably non-toxic. Suitable lithium salts are preferably lithium hexafluorophosphate, lithium hexafluoroarsenate, lithium bis (trifluoro-methylsulfonylimide), lithium trifluoromethanesulfonate, lithium tris (trifluoro-methylsulfonyl) methide, lithium tetrafluoroborate, lithium perchlorate, lithium tetrachloroaluminate, lithium bisoxalatoborate, lithium difluorooxalatoborate and / or lithium chloride; and mixtures of one or more of these salts.
  • the organic solvent may be partly or completely omitted.
  • the electrolyte may then be present in this embodiment as a solid mass or as a mass with a solid-like consistency.
  • the electrolyte containing the comb polymer is present as a solid electrolyte before or as a polymer electrolyte.
  • polymer electrolyte in this embodiment means an electrolyte comprising at least one lithium salt and a polymer having a carbon backbone and carbon side chains attached to the backbone, wherein the carbon backbone of the polymer is obtainable by polymerization of olefinic monomer units, wherein the number of side chains is based on 100 monomer units of the main chain is 0.5 to 2.5, and the number of carbon atoms per side chain is independently 100 to 500.
  • the electrolyte according to the invention can be prepared by known methods by mixing the comb polymers with the other components of the electrolyte.
  • Separator Electrochemical cells in particular rechargeable lithium-ion batteries, comprise a material that separates the positive electrode and the negative electrode. This material is permeable to lithium ions, so it conducts lithium ions, but is a non-conductor for electrons. Such materials used in lithium ion batteries are also referred to as separators.
  • polymers are used as separators.
  • the polymers are selected from the group consisting of: polyester, preferably polyethylene terephthalate or polybutylene terephthalate; Polyolefin, preferably polyethylene, polypropylene or polybutylene; polyacrylonitrile; polycarbonate; Polysulfone; polyether sulfone; polyvinylidene fluoride; polystyrene; polyetherimide; Polyether; Polyether ketone.
  • the polymers can be used as a film, preferably in the form of a membrane, or as fibers.
  • the fibers may be woven or plain.
  • the use of glass fibers or cellulose fibers as a separator is also possible.
  • the polymers have pores so that they are permeable to lithium ions.
  • the separator comprises at least one polymer and at least one ceramic material, with which the polymer is coated. Consequently, the separator is also characterized by being in the form of a polymer film; or as a polymer film coated with a ceramic material; or as woven or non-woven polymer fibers; or as woven or non-woven polymer fibers coated with a ceramic material.
  • the separator comprises at least one polymer and at least one inorganic, preferably ion-conducting material, preferably selected from oxides, phosphates, silicates, titanates, sulfates, aluminosilicates, comprising at least one of the elements zirconium, aluminum, lithium.
  • inorganic, preferably ion-conducting material preferably selected from oxides, phosphates, silicates, titanates, sulfates, aluminosilicates, comprising at least one of the elements zirconium, aluminum, lithium.
  • Said separator of the battery according to the invention comprises polymer fibers in the form of a nonwoven.
  • the web is unwoven.
  • the term “non-woven” is used.
  • the relevant technical literature also includes terms such as “non-woven fabrics” or “non-woven material”.
  • the term “nonwoven” is used synonymously with the term “nonwoven”.
  • Nonwovens are known from the prior art and / or can be produced by the known processes, for example by spinning processes with subsequent solidification.
  • the web is flexible and is made in a thickness of less than 30 microns.
  • the polymer fibers are selected from the group of polymers consisting of polyester, polyolefin, polyamide, polyacrylonitrile, polyimide, polyetherimide, polysulfone, polyamide-imide, polyether, polyphenylene sulfide, aramid, or mixtures of two or more of these polymers.
  • Polyesters are, for example, polyethylene terephthalate and polybutylene terephthalate.
  • Polyolefins are, for example, polyethylene or polypropylene.
  • Halogen-containing polyolefins such as polytetrafluoroethylene, polyvinylidene fluoride, polyvinyl chloride are also usable.
  • Polyamides are for example the known types PA 6.6 and PA 6.0, known under the brand names Perlon Nylon ® and ®.
  • Aramids are, for example meta-aramid and para-aramid, which are known under the brand names Nomex ® and Kevlar ®.
  • Polyamide are loading disallowed for example, under the trade name Kermel ®.
  • Preferred polymer fibers are polymer fibers of polyethylene terephthalates.
  • the separator comprises a nonwoven, which is coated on one or both sides with an inorganic material.
  • coating also includes that the ionic conductive inorganic material may be located not only on one side or both sides of the web, but also within the web.
  • the ion-conducting inorganic material used for the coating is preferably at least one compound from the group of oxides, phosphates, sulfates, titanates, silicates, aluminosilicates at least one of zirconium, aluminum or lithium.
  • the ion-conducting inorganic material is preferably ion-conducting in a temperature range from -40 ° C. to 200 ° C., ie ion-conducting for the lithium ions.
  • a separator may be used, which consists of an at least partially permeable carrier, which is not or only poorly electron-conducting. This support is coated on at least one side with an inorganic material.
  • an organic material is used, which is designed as a nonwoven, so from non-woven polymer fibers.
  • the organic material is in the form of polymer fibers, preferably polymer fibers of polyethylene terephthalate (PET).
  • PET polyethylene terephthalate
  • the nonwoven fabric is coated with an inorganic ion-conducting material which is preferably ion-conducting in a temperature range of -40 ° C to 200 ° C.
  • the inorganic ion-conducting material preferably has at least one compound from the group of oxides, phosphates, sulfates, titanates, silicates, aluminosilicates with at least one of the elements zirconium, aluminum, lithium, particularly preferably zirconium oxide.
  • the inorganic ion-conducting material preferably has particles with a maximum diameter of less than 100 nm.
  • the ion-conducting material comprises zirconium oxide or the ion-conducting material consists of zirconium oxide.
  • Such a separator is marketed in Germany, for example, under the trade name "Separion ®" by the company Evonik AG.
  • Polymer separators generally prevent any charge transport above a certain temperature (the so-called “shut-down temperature", which is approximately 120 ° C.). This happens because at this temperature, the pore structure of the separator collapses and all pores are closed. The fact that no ions can be transported, the dangerous reaction that can lead to an explosion, comes to a standstill. However, if the cell continues to be heated due to external circumstances, the so-called “break-down temperature” is exceeded at approx. 150 to 180 ° C. From this temperature, the separator melts, causing it to contract. In many places in the battery cell, there is now a direct contact between the two electrodes and thus to a large internal short circuit. This leads to an uncontrolled reaction, which can end with an explosion of the cell, or the resulting pressure must often be reduced by a pressure relief valve (a rupture disk) under fire phenomena.
  • shut-down temperature the so-called "shut-down temperature”
  • the separator preferably used in the battery according to the invention comprising a non-woven of nonwoven polymer fibers and the inorganic coating, it can only come to shut-down (shutdown), when melted by the high temperature, the polymer structure of the carrier material and penetrates into the pores of the inorganic material and this closes it.
  • the separator does not break down (collapse) since the inorganic particles ensure that complete melting of the separator can not occur.
  • maximum care is taken that there are no operating conditions in which a large-area short circuit can occur.
  • separators By the type of nonwoven used, which has a particularly suitable combination of thickness and porosity, separators can be produced which can meet the requirements for separators in high-performance batteries, especially lithium high-performance batteries.
  • the simultaneous use of particle particles of exactly matched oxide particles for the production of the porous (ceramic) coating results in a particularly high porosity of the finished separator, the pores still being sufficiently small to prevent undesired "lithium oxide” growth. Whiskers "through the separator to prevent.
  • the separators which are preferably used for the battery according to the invention also have the advantage that the anions of the conducting salt partly adhere to the inorganic surfaces of the separator material, which leads to an improvement in the dissociation and thus to a better ionic conductivity in the high-current range.
  • the separator preferably usable for the battery according to the invention, comprising a flexible nonwoven with a porous inorganic coating on and in this nonwoven, the material of the nonwoven being selected from (preferably nonwoven) polymer fibers, is also characterized in that the nonwoven fabric has a thickness of less than 30 pm, a porosity of more than 50%, preferably from 50 to 97%, and a pore radius distribution in which at least 50% of the pores have a pore radius of 75 to 150 pm.
  • the separator particularly preferably comprises a nonwoven which has a thickness of 5 to 30 ⁇ m, preferably a thickness of 10 to 20 ⁇ m. Also particularly important is a homogeneous distribution of pore radii in the web as indicated above. An even more homogeneous pore radius distribution in the nonwoven, in combination with optimally matched oxide particles of a certain size, leads to an optimized porosity of the separator.
  • the thickness of the substrate has a great influence on the properties of the separator, since on the one hand the flexibility but also the sheet resistance of the electrolyte-impregnated separator depends on the thickness of the substrate. Due to the small thickness, a particularly low electrical resistance of the separator is achieved in the application with an electrolyte.
  • the separator itself has a very high electrical resistance, since it itself must have insulating properties against electrons. In addition, thinner separators allow increased packing density in a battery pack so that one can store a larger amount of energy in the same volume.
  • the nonwoven web has a porosity of 60 to 90%, more preferably 70 to 90%.
  • the porosity is defined as the volume of the web (100%) minus the volume of the fibers of the web, ie the proportion of the volume of the web that is not filled by material.
  • the volume of the fleece can be calculated from the dimensions of the fleece.
  • the volume of the fibers results from the measured weight of the fleece considered and the density of the polymer fibers.
  • the large porosity of the substrate also allows a higher porosity of the separator, which is why a higher uptake of electrolytes with the separator can be achieved.
  • non-electrically conductive fibers of polymers as defined above.
  • these are selected from the polymers listed above, preferably polyacrylonitrile, polyester, such as.
  • the polymer fibers of the nonwovens preferably have a diameter of from 0.1 to 10 ⁇ m, more preferably from 1 to 4 ⁇ m.
  • Particularly preferred flexible nonwovens have a basis weight of less than 20 g / m 2 , preferably from 5 to 10 g / m 2 .
  • the separator preferably has a porous, electrically insulating, ceramic coating in the preferably non-woven nonwoven fabric.
  • the porous inorganic coating on and in the nonwoven comprises oxide particles of the elements Li, Al, Si and / or Zr having an average particle size of from 0.5 to 7 ⁇ m, preferably from 1 to 5 ⁇ m, and very particularly preferably from 1, 5 to 3 pm.
  • the separator particularly preferably has a porous inorganic coating on and in the nonwoven, the aluminum oxide particles having an average particle size of from 0.5 to 7 ⁇ m, preferably from 1 to 5 ⁇ m and very particularly preferably from 1.5 to 3 ⁇ m which are bonded to an oxide of the elements Zr or Si.
  • the maximum particle size is preferably 1/3 to 1/5 and particularly preferably less than or equal to 1/10 of the thickness of the nonwoven used.
  • the nonwoven and ceramic coating separator preferably has a porosity of from 30 to 80%, preferably from 40 to 75% and particularly preferably from 45 to 70%.
  • the porosity refers to the achievable, ie open pores.
  • the porosity can be determined by the known method of mercury porosimetry or can be calculated from the volume and density of the starting materials used, if it is assumed that only open pores are present.
  • the separators preferably used for the battery according to the invention are also distinguished by the fact that they can have a tensile strength of at least 1 N / cm, preferably of at least 3 N / cm and very particularly preferably of 3 to 10 N / cm.
  • the separators can preferably be bent without damage down to any radius down to 100 mm, preferably down to 50 mm and most preferably down to 1 mm. This also makes the separator operational in combination with wound electrodes.
  • the high tensile strength and the good bendability of the separator also have the advantage that changes occurring in the charging and discharging of a battery of the geometries of the electrodes can be through the separator, without this being damaged. This is extremely favorable for the stability and safety of the cell.
  • the separator it is possible to design the separator to have the shape of a concave or convex sponge or pad, or the shape of wires or a felt. This embodiment is well suited to compensate for volume changes in the battery. Corresponding preparation methods are known to the person skilled in the art.
  • the polymer fleece used in the separator has a further polymer.
  • this polymer is arranged between the separator and the positive electrode and / or the separator and the negative electrode, preferably in the form of a polymer layer.
  • the separator is coated with this polymer on one or both sides.
  • Said polymer may be in the form of a porous membrane, i. as a film, or in the form of a nonwoven, preferably in the form of a nonwoven fabric of non-woven polymer fibers.
  • These polymers are preferably selected from the group consisting of polyester, polyolefin, polyacrylonitrile, polycarbonate, polysulfone, polyethersulfone, polyvinylidene fluoride, polystyrene, polyetherimide.
  • the further polymer is a polyolefin.
  • Preferred polyolefins are polyethylene and polypropylene.
  • the separator is preferably coated with one or more layers of the further polymer, preferably of the polyolefin, which is preferably also present as a nonwoven, that is to say as nonwoven polymer fibers.
  • a non-woven of polyethylene terephthalate is used in the separator, which is coated with one or more layers of the other polymer, preferably the polyolefin, which is preferably also present as a nonwoven, so as non-woven polymer fibers.
  • separator of the above-described type of separation which is coated with one or more layers of the further polymer, preferably of the polyolefin, which is preferably also present as a nonwoven, ie preferably as nonwoven polymer fibers.
  • the coating with the further polymer can be achieved by adhesion, lamination, by a chemical reaction, by welding or by a mechanical connection.
  • Such polymer composites and processes for their preparation are known from EP 1 852 926.
  • the nonwovens usable in the separator are made of nanofibers of the polymers used, whereby nonwovens are formed which have a high porosity with formation of small pore diameters.
  • both the risk of short-circuit reactions can be further reduced.
  • the fiber diameters of the polyethylene terephthalate fleece are preferably larger than the fiber diameters of the further polymer fleece, preferably the polyolefin fleece, with which the separator is coated on one or both sides.
  • the nonwoven made of polyethylene terephthalate then has a higher pore diameter than the nonwoven, which is made of the other polymer.
  • a polyolefin in addition to the polyethylene terephthalate ensures increased safety of the electrochemical cell, since in undesired or excessive heating of the cell, the pores of the polyolefin contract and the charge transport through the separator through is made or terminated. Should the temperature of the electrochemical cell increase to such an extent that the polyolefin begins to melt, the polyethylene terephthalate effectively counteracts the melting together of the separator and thus an uncontrolled destruction of the electrochemical cell.
  • the separator comprises the electrolyte according to the invention according to the second aspect. Preferably, then the separator is impregnated with the electrolyte.
  • the electrolyte containing the comb polymer is present in the separator as a solid electrolyte. Also preferred is an embodiment in which the separator forms a polymer electrolyte together with the lithium salt electrolyte.
  • the invention relates to a separator for a lithium-ion battery, wherein the separator comprises an electrolyte, characterized in that the electrolyte comprises a polymer having a carbon backbone and at least 5, preferably at least 10 carbon side chains attached to the backbone the carbon backbone of the polymer is obtainable by polymerization of olefinic monomer units, wherein the number of side chains based on 100 monomer units of the main chain is 0.5 to 2.5, and the number of carbon atoms per side chain is independently 100 to 500. electrodes
  • the electrochemical cell of the invention has at least two electrodes, i. a positive and a negative electrode.
  • both electrodes each have a material which can conduct lithium ions or intercalate lithium ions or metallic lithium.
  • positive electrode means the electrode that is capable of accepting electrons when the battery is connected to a load such as an electric motor. It represents the cathode in this nomenclature.
  • the term "negative electrode” means the electrode that is capable of delivering electrons when in use. It is the anode in this nomenclature.
  • the electrodes preferably comprise inorganic material or inorganic compounds or substances which can be used for or in or on an electrode or as an electrode. These are preferably compounds or substances which, under the working conditions of the lithium ion battery, due to their chemical nature, conduct lithium ions or absorb (intercalate) and also release lithium ions or metallic lithium. In the prior art, such a material is also referred to as "active material” of the electrode.
  • This material is preferably applied to a carrier for use in an electrochemical cell or battery, preferably a metallic carrier, preferably aluminum or copper. This carrier is also referred to as a "Abieiter” or as a "collector”.
  • suitable compounds are lithium manganate, preferably LiMn 2 0 4 , lithium cobaltate, preferably LiCo0 2 , lithium nickelate, preferably LiNi0 2 , or mixtures of two or more of these oxides, or their mixed oxides.
  • further compounds may be present in the active material, preferably carbon-containing compounds, or carbon, preferably in the form of Leitruß or graphite.
  • the carbon can also be introduced in the form of carbon nanotubes.
  • Such additives are preferably applied in an amount of 1 to 6 wt .-%, preferably 1 to 3 wt .-% based on the applied to the carrier mass of the positive electrode.
  • the active material may also contain mixtures of two or more of the substances mentioned.
  • Suitable materials for the negative electrode are selected from: lithium metal oxides such as lithium titanium oxide, carbonaceous materials, preferably graphite, synthetic graphite, graphene, carbon black, mesocarbon, doped carbon, fullerenes.
  • lithium metal oxides such as lithium titanium oxide
  • carbonaceous materials preferably graphite, synthetic graphite, graphene, carbon black, mesocarbon, doped carbon, fullerenes.
  • niobium pentoxide, tin alloys, titanium dioxide, tin dioxide, silicon are also preferable.
  • the materials used for the positive or negative electrode, such as the active materials, may be held together by one or more binders, which may or may not hold these materials on the electrode or on the Abieiter.
  • Suitable binders are preferably styrene-butadiene rubber (SBR), polyvinylidene fluoride, polyethylene oxide, polyethylene polypropylene, polytetrafluoroethylene, polyacrylate, ethylene (propylene diene monomer) copolymer (EPDM) and blends and copolymers thereof.
  • SBR styrene-butadiene rubber
  • EPDM ethylene (propylene diene monomer) copolymer
  • an electrode can also be coated with the electrolyte according to the invention.
  • the electrode is coated with the electrolyte according to the invention.
  • the invention relates to an electrode for a lithium ion battery, wherein the electrode comprises an electrolyte, characterized in that the electrolyte comprises a polymer having a carbon backbone and at least 5, preferably at least 10 carbon side chains attached to the main chain, wherein the main carbon chain of the polymer is obtainable by polymerization of olefinic monomer units, wherein the number of side chains based on 100 monomer units of the main chain is 0.5 to 2.5, and the number of carbon atoms per side chain is independently 100 to 500.
  • the electrolyte comprises a polymer having a carbon backbone and at least 5, preferably at least 10 carbon side chains attached to the main chain, wherein the main carbon chain of the polymer is obtainable by polymerization of olefinic monomer units, wherein the number of side chains based on 100 monomer units of the main chain is 0.5 to 2.5, and the number of carbon atoms per side chain is independently 100 to 500.
  • the present invention also relates to a lithium ion battery comprising at least a negative electrode, a positive electrode, a separator between the negative and the positive electrodes, and an electrolyte.
  • lithium ion battery rechargeable lithium ion battery
  • lithium ion secondary battery lithium ion secondary battery
  • battery-ion battery is used as a generic term for the abovementioned terms used in the prior art. It means both rechargeable batteries (secondary batteries) as well as non-rechargeable batteries (primary batteries).
  • a “battery” in the context of the present invention also includes a single or single “electrochemical cell”. Preferably, in a “battery” two or more such electrochemical cells connected together, either in series (ie in a row) or in parallel.
  • the battery according to the invention can be produced by methods known in the art, such as by laminating electrodes with the separator, preferably the separator according to the third aspect, with one or more electrodes, preferably with electrodes according to the fourth aspect.
  • the battery may also be filled with an electrolyte, preferably with an electrolyte according to the second aspect.
  • the present invention relates to a lithium ion battery comprising at least a negative electrode, a positive electrode, a separator between the negative and positive electrodes, and an electrolyte, characterized in that the battery is the electrolyte according to the second aspect of the invention, and / or a separator according to the third aspect, and / or a negative / and / or a positive electrode according to the fourth aspect.
  • the invention relates to the use of the battery according to the invention or the battery produced by the method according to the invention.
  • the lithium battery according to the invention can be operated at ambient temperatures of -40 to +100 ° C.
  • Preferred discharge currents of a battery according to the invention are greater than 100 A, preferably greater than 200 A, preferably greater than 300 A, more preferably greater than 400 A.
  • the battery / electrochemical cell according to the invention can be used for power supply for mobile information devices, tools, electrically operated Automobiles, used for automobiles with hybrid drive and for stationary energy storage.

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Abstract

The invention relates to the use of at least one polymer having a carbon primary chain and at least 5, preferably 10 carbon side chains connected to the primary chain, wherein the number of side chains equals 0.5 to 2.5 based on 100 monomer units of the primary chain, and, independently, the number of carbon atoms per side chain equals 100 to 500, characterized in that the polymer is used as an electrolyte component for a lithium ion battery.

Description

Verwendung von Kammpolymeren in Lithiumionen-Batterien  Use of comb polymers in lithium ion batteries

Hiermit wird der gesamte Inhalt der Prioritätsanmeldung DE 10 2011 1 17 262.2 durch Bezugnahme Bestandteil der vorliegenden Anmeldung. Hereby, the entire content of the priority application DE 10 2011 1 17 262.2 by reference is part of the present application.

Beschreibung Die vorliegende Erfindung betrifft die Verwendung von Kammpolymeren als eine Elektrolytkomponente in einem Elektrolyten für eine Lithiumionen-Batterie. Die Erfindung betrifft ferner einen Elektrolyten für eine Lithiumionen-Batterie, der Kammpolymere aufweist, einen Separator, der den Elektrolyten aufweist, eine Elektrode, welche den Elektrolyten aufweist sowie eine Lithiumionen-Batterie, welche den Elektrolyten und / oder den Separator und / oder die Elektrode aufweist. The present invention relates to the use of comb polymers as an electrolyte component in an electrolyte for a lithium-ion battery. The invention further relates to an electrolyte for a lithium ion battery comprising comb polymers, a separator comprising the electrolyte, an electrode comprising the electrolyte and a lithium-ion battery containing the electrolyte and / or the separator and / or the electrode having.

Für Anwendungen wiederaufladbarer Lithiumionen-Batterien, beispielsweise in Fahrzeugen mit Hybrid- oder reinem Elektroantrieb oder als stationärer Spei- eher, ist es notwendig, dass der in der Batterie verwendete Elektrolyt auch bei niedriger Außentemperatur noch über eine ausreichende lonenleitfähigkeit verfügt, damit der Batterie möglichst gleichmäßig Strom entnommen werden kann. For applications of rechargeable lithium-ion batteries, for example, in vehicles with hybrid or pure electric drive or as a stationary Spei- rather, it is necessary that the electrolyte used in the battery still has low ion temperature or sufficient ionic conductivity, thus the battery as evenly as possible Electricity can be taken.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine elektrochemische Zelle, vor- zugsweise eine wiederaufladbare Lithiumionen-Batterie, zur Verfügung zu stellen, in der der Elektrolyt auch bei niedriger Temperatur eine gute lonenleitfähigkeit gewährleistet. The object of the present invention is to provide an electrochemical cell, preferably a rechargeable lithium-ion battery, in which the electrolyte ensures good ionic conductivity even at low temperature.

Diese Aufgabe wird durch die Verwendung eines Polymers oder mehrerer Po- lymeren gelöst wie in Anspruch 1 definiert. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen und den nebengeordneten Ansprüchen definiert. Gemäß eines ersten Aspekts betrifft die Erfindung die Verwendung mindestens eines Kammpolymeren als Elektrolytkomponente in einem Elektrolyten für eine Lithiumionen-Batterie. This object is achieved by the use of a polymer or more polymers as defined in claim 1. Advantageous developments are defined in the subclaims and the independent claims. According to a first aspect, the invention relates to the use of at least one comb polymer as the electrolyte component in an electrolyte for a lithium-ion battery.

Erfindungsgemäß weist das Kammpolymere eine Kohlenstoffhauptkette und mindestens 5 an die Hauptkette gebundene Kohlenstoffseitenketten auf. Die Kohlenstoffhauptkette des Polymeren ist durch Polymerisation olefinischer Monomereinheiten erhältlich. Die Seitenkette kann vorzugsweise über funktionelle Gruppen, welche sich an der Hauptkette befinden, eingeführt werden. Die An- zahl der Seitenketten bezogen auf 100 Monomereinheiten der Hauptkette wird dabei so gewählt, dass sie 0,5 bis 2,5 beträgt. Die Anzahl der Kohlenstoffatome pro Seitenkette beträgt unabhängig voneinander 100 bis 500. Absolut gesehen liegen pro Kohlenstoffhauptkette eines Kammpolymeren mindestens 5 Kohlenstoff Seiten ketten, vorzugsweise mindestens 10, weiter bevorzugt mindestens 50, weiter bevorzugt mindestens 100 Seitenketten vor. According to the invention, the comb polymer has a carbon backbone and at least 5 carbon side chains attached to the backbone. The carbon backbone of the polymer is obtainable by polymerization of olefinic monomer units. The side chain may preferably be introduced via functional groups located on the main chain. The number of side chains based on 100 monomer units of the main chain is chosen so that it is 0.5 to 2.5. The number of carbon atoms per side chain is independently from 100 to 500. In absolute terms, per carbon backbone of a comb polymer at least 5 carbon side chains, preferably at least 10, more preferably at least 50, more preferably at least 100 side chains.

Die Verwendung des mindestens einen Polymeren als Elektrolytkomponente in einem Elektrolyten für eine Lithiumionen-Batterie hat den Vorteil, dass der Elektrolyt sowohl bei hohen wie auch bei niedrigen Temperaturen eine relativ gleich- mäßige Viskosität aufweist, so dass die lonenleitfähigkeit im Elektrolyten über einen weiten Temperaturbereich relativ konstant ist. Damit sind auch die Eigenschaften der Lithoiumionen-Batterie über einen weiten Temperaturbereich gleichmäßig. Eine elektrochemische Zelle, welche den Elektrolyten enthaltend das erfindungsgemäß verwendete Polymer enthält, kann deshalb vorteilhaft in Fahrzeugen mit Hybridantrieb oder elektrischen Antrieb sowie in stationären Speichern eingesetzt werden. The use of the at least one polymer as the electrolyte component in an electrolyte for a lithium-ion battery has the advantage that the electrolyte has a relatively uniform viscosity both at high and at low temperatures, so that the ionic conductivity in the electrolyte is relatively high over a wide temperature range is constant. Thus, the properties of the lithium-ion battery over a wide temperature range are uniform. An electrochemical cell containing the electrolyte containing the polymer used according to the invention can therefore be advantageously used in vehicles with hybrid drive or electric drive and in stationary storage.

In einer Ausführungsform beträgt die Anzahl der Seitenketten bezogen auf 100 Monomereinheiten der Hauptkette 0,6 bis 2,0. In one embodiment, the number of side chains based on 100 monomer units of the main chain is 0.6 to 2.0.

In einer weiteren Ausführungsform beträgt die Anzahl der Seitenketten bezogen auf 100 Monomereinheiten der Hauptkette 0,7 bis 1 ,8. In einer weiteren Ausführungsform beträgt die Anzahl der Kohlenstoffatome pro Seitenkette unabhängig voneinander 200 bis 500. In another embodiment, the number of side chains based on 100 monomer units of the main chain is 0.7 to 1.8. In another embodiment, the number of carbon atoms per side chain is independently 200 to 500.

In einer weiteren Ausführungsform beträgt die Anzahl der Kohlenstoffatome pro Seitenkette unabhängig voneinander 350 bis 450. In another embodiment, the number of carbon atoms per side chain is independently 350 to 450.

In einer weiteren Ausführungsform werden die erfindungsgemäßen Polymere in einer Menge von 0,1 Gew.-% bis 50 Gew.-% bezogen auf die Gesamtmenge des Elektrolyten verwendet. Weiter einsetzbare Mengen liegen im Bereich von 0,1 bis 40 Gew.-% oder 0,1 bis 30 Gew.-% oder 0,1 bis 20 Gew.-% oder 0,1 bis 10 Gew.-%. In a further embodiment, the polymers according to the invention are used in an amount of from 0.1% by weight to 50% by weight, based on the total amount of the electrolyte. Further usable amounts are in the range of 0.1 to 40 wt .-% or 0.1 to 30 wt .-% or 0.1 to 20 wt .-% or 0.1 to 10 wt .-%.

In einer weiteren Ausführungsform ist es möglich, die Menge des erfindungsgemäß verwendeten Polymeren im Elektrolyten auf über 50 Gew.-% zu erhöhen. Derartige Mengen können vorzugsweise dann erwünscht sein, wenn der Elektrolyt in Form eines festen Elektrolyten vorliegen soll. In a further embodiment, it is possible to increase the amount of the polymer used according to the invention in the electrolyte to more than 50 wt .-%. Such amounts may preferably be desired if the electrolyte is to be in the form of a solid electrolyte.

In einer Ausführungsform liegt die Menge an erfindungsgemäß verwendeten Polymer im Bereich von 50 bis 60 Gew.-% oder 60 bis 70 % Gew.-% oder 70 bis 80 Gew.-% oder 80 bis 90 Gew.-% oder 90 bis 98 Gew.-%. In weiteren Ausführungsformen liegt die Menge an erfindungsgemäß verwendeten Polymer im Bereich von 50 - 98 Gew.-% oder 60 - 98 Gew.-% oder 70 - 98 Gew.-% oder 80 - 98 Gew.-%. Die im Folgenden verwendeten Begriffe sind im Sinne der Erfindung definiert. Polymer In one embodiment, the amount of polymer used in the invention is in the range of 50 to 60 wt.% Or 60 to 70 wt.% Or 70 to 80 wt.% Or 80 to 90 wt.% Or 90 to 98 wt .-%. In further embodiments, the amount of polymer used according to the invention is in the range of 50-98% by weight or 60-98% by weight or 70-98% by weight or 80-98% by weight. The terms used below are defined within the meaning of the invention. polymer

Das erfindungsgemäß verwendeten Polymer oder die erfindungsgemäß verwendeten Polymere können auch als Kammpolymere bezeichnet werden. Der Begriff„Kammpolymer" bedeutet ein oder mehrere Polymere, welche eine Hauptkette enthalten, von der aus sich Seitenketten erstrecken. Im englischsprachigen Raum wird auch häufig der Begriff„bottlebrush polymer" oder„comb polymer "verwendet. Der Begriff„an die Hauptkette gebundene Kohlenstoffseitenketten" bedeutet, dass die Seitenketten in einer kovalenten Bindung an die Hauptkette gebunden sind. Die erfindungsgemäß verwendeten Polymere sind an sich bekannt, beispielsweise aus der DE 10 2009 001 447, und / oder können nach bekannten Verfahren hergestellt werden. Geeignete Verfahren beinhalten beispielsweise die Polymerisation von Alkenen und/oder Alkadienen, beispielsweise C2-C10-Alkene wie Ethylen, Propylen, n-Buten, Isobuten, Norbornen und/oder C4-C10- Alkadiene wie Butadien, Isopren, Norbornadien. Das Gewicht der Monomereinheiten im Polymer beträgt vorzugsweise mindestens 70 Gew.-% und besonders bevorzugt mindestens 80 Gew.-% und ganz besonders bevorzugt mindestens 90 Gew.-% bezogen auf das Gewicht des Polymers. Neben den Monomereinheiten, die von Alkenen und/oder Alkadienen abgeleitet sind, können auch copo- lymerisierbare Monomereinheiten zur Herstellung des Kammpolymeren verwendet werden. Diese Monomeren sind bekannt und umfassen unter anderem Al- kyl(meth)acrylate, Styrolmonomere, Fumarate, Maleate, Vinylester und/oder Vinylether. Der Anteil dieser copolymerisierbaren Monomeren beträgt vorzugsweise höchstens 30 Gew.-%, besonders bevorzugt höchstens 15 Gew.-%, be- zogen auf das Gewicht des oder der Kammpolymeren. Des Weiteren können die Monomereinheiten Anfangsgruppen und/oder Endgruppen aufweisen, die zur Funktionalisierung dienen. Über diese Gruppen können die Seitenketten in das Polymere eingeführt werden können. Der Anteil dieser Anfangsgruppen und/oder Endgruppen beträgt vorzugsweise höchstens 30 Gew.-%, besonders bevorzugt höchstens 15 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des Kammpolymeren. The polymer used according to the invention or the polymers used according to the invention can also be referred to as comb polymers. The term "comb polymer" means one or more polymers containing a backbone from which side chains extend, and in English-speaking countries, the term "bottlebrush polymer" or "comb polymer" is also often used. The term "carbon side chains attached to the main chain" means that the side chains are bonded in a covalent bond to the main chain The polymers used according to the invention are known per se, for example from DE 10 2009 001 447, and / or can be prepared by known processes Suitable processes include, for example, the polymerization of alkenes and / or alkadienes, for example C 2 -C 10 alkenes such as ethylene, propylene, n-butene, isobutene, norbornene and / or C 4 -C 10 -alkadienes such as butadiene, isoprene, norbornadiene the monomer units in the polymer is preferably at least 70% by weight and more preferably at least 80% by weight and most preferably at least 90% by weight, based on the weight of the polymer In addition to the monomer units derived from alkenes and / or alkadienes Copolymerizable monomer units can also be used to prepare the comb polymer include and include, inter alia, alkyl (meth) acrylates, styrenic monomers, fumarates, maleates, vinyl esters and / or vinyl ethers. The proportion of these copolymerizable monomers is preferably at most 30% by weight, particularly preferably at most 15% by weight, based on the weight of the comb polymer (s). Furthermore, the monomer units may have initial groups and / or end groups which serve for functionalization. Through these groups, the side chains can be introduced into the polymer. The proportion of these initial groups and / or end groups is preferably at most 30 wt .-%, more preferably at most 15 wt .-%, based on the weight of the comb polymer.

Vorzugsweise liegt das Zahlenmittel des Molekulargewicht der Hauptkette im Bereich von 500 bis 50.000 g/mol, besonders bevorzugt 700 bis 10.000 g/mol, insbesondere 1.500 bis 5.500 g/mol und ganz besonders bevorzugt 4.000 bis 5.000 g/mol. Preferably, the number average molecular weight of the main chain is in the range of 500 to 50,000 g / mol, more preferably 700 to 10,000 g / mol, especially 1,500 to 5,500 g / mol, and most preferably 4,000 to 5,000 g / mol.

Neben den olefinischen Monomereinheiten können die erfindungsgemäß verwendeten Kammpolymere niedermolekulare Monomereinheiten aufweisen mit einem Molekulargewicht kleiner 500 g/mol. Der Begriff "niedermolekular" bedeutet, dass ein Teil der Hauptkette des Kammpolymeren ein geringes Molekulargewicht aufweist als 500 bis 50.000 g/mol. Dies Molekulargewicht kann sich, je nach Herstellung, aus dem Molekulargewicht der zur Herstellung der Polymeren verwendeten Monomeren ergeben. Das Molekulargewicht der niedermolekularen Monomereinheiten beträgt vorzugsweise höchstens 400 g/mol, besonders bevorzugt höchstens 200 g/mol und ganz besonders bevorzugt höchstens 150 g/mol. Diese Monomere umfassen unter anderem Alkyl(meth)acrylate, Styrolmonomere, Fumarate, Maleate, Vinylester und/oder Vinylether. Zu den bevor- zugten niedermolekularen Monomeren gehören Styrolmonomeren mit 8 bis 17 Kohlenstoffatomen, Alkyl(meth)acrylaten mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen in der Alkoholgruppe, Vinylestern mit 1 bis 1 1 Kohlenstoffatomen in der Acylgruppe, Vinylethern mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen in der Alkoholgruppe, In addition to the olefinic monomer units, the comb polymers used according to the invention may comprise low molecular weight monomer units a molecular weight less than 500 g / mol. The term "low molecular weight" means that a part of the main chain of the comb polymer has a low molecular weight than 500 to 50,000 g / mol. Depending on the preparation, this molecular weight may result from the molecular weight of the monomers used to prepare the polymers. The molecular weight of the low molecular weight monomer units is preferably at most 400 g / mol, more preferably at most 200 g / mol, and most preferably at most 150 g / mol. These monomers include, but are not limited to, alkyl (meth) acrylates, styrenic monomers, fumarates, maleates, vinyl esters and / or vinyl ethers. Among the preferred low molecular weight monomers are styrene monomers having 8 to 17 carbon atoms, alkyl (meth) acrylates having 1 to 10 carbon atoms in the alcohol group, vinyl esters having 1 to 1 carbon atoms in the acyl group, vinyl ethers having 1 to 10 carbon atoms in the alcohol group,

(Di)alkylfumaraten mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen in der Alkoholgruppe, (Di)alkylmaleaten mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen in der Alkoholgruppe sowie Mischungen dieser Monomeren abgeleitet sind. Diese Monomeren sind dem Fachmann weithin bekannt. (Di) alkyl fumarates having 1 to 10 carbon atoms in the alcohol group, (di) alkyl maleates having 1 to 10 carbon atoms in the alcohol group and mixtures of these monomers are derived. These monomers are well known to those skilled in the art.

Beispiele für Styrolmonomere mit 8 bis 17 Kohlenstoffatomen sind Styrol, substi- tuierte Styrole mit einem Alkylsubstituenten in der Seitenkette, wie z. B. ct-Examples of styrene monomers having 8 to 17 carbon atoms are styrene, substituted styrenes having an alkyl substituent in the side chain, such. B. ct-

Methylstyrol und α -Ethylstyrol, substituierte Styrole mit einem Alkylsubstituten- ten am Ring, wie Vinyltoluol und p-Methylstyrol, halogenierte Styrole, wie beispielsweise Monochlorstyrole, Dichlorstyrole, Tribromstyrole und Tetrabromsty- role. Methylstyrene and α-ethylstyrene, substituted styrenes having an alkyl substituent on the ring such as vinyltoluene and p-methylstyrene, halogenated styrenes such as monochlorostyrenes, dichlorostyrenes, tribromostyrenes and tetrabromostyrenes.

Der Begriff "(7Wetf)JacAy/ate" umfasst Acrylate und Methacrylate sowie Mischungen von Acrylaten und Metfiacrylaten. Zu den Alkyl(meth)acrylaten mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen in der Alkoholgruppe gehören insbesondere (Meth)acrylate, die sich von gesättigten Alkoholen ableiten, wie Methyl(meth)acrylat, The term "(7Wetf) JacAy / ate" includes acrylates and methacrylates as well as mixtures of acrylates and metfiacrylates. The alkyl (meth) acrylates having 1 to 10 carbon atoms in the alcohol group include in particular (meth) acrylates derived from saturated alcohols, such as methyl (meth) acrylate,

Ethyl(meth)acrylat, n-Propyl(meth)acrylat, iso-Propyl(meth)acrylat, n- Butyl(meth)acrylat, tert-Butyl(meth)acrylat, Pentyl(meth)acrylat, He- xyl(meth)acrylat, 2-Ethylhexyl(meth)acrylat, Heptyl(meth)acrylat, 2-tert.- Butylheptyl(meth)acrylat, Octyl(meth)acrylat, 3-iso-Propylheptyl(meth)acrylat, Nonyl(meth)acrylat, Decyl(meth)acrylat; (Meth)acrylate, die sich von ungesättig- ten Alkoholen ableiten, wie z. B. 2-Propinyl(meth)acrylat, Allyl(meth)acrylat, Vi- nyl(meth)acrylat, Oleyl(meth)acrylat; Cycloalkyl(meth)acrylate, wie Cyclopen- tyl(meth)acrylat, 3-Vinylcyclohexyl(meth)acrylat. Ethyl (meth) acrylate, n-propyl (meth) acrylate, iso-propyl (meth) acrylate, n-butyl (meth) acrylate, tert-butyl (meth) acrylate, pentyl (meth) acrylate, hexyl (meth) acrylate, 2-ethylhexyl (meth) acrylate, heptyl (meth) acrylate, 2-tert-butylheptyl (meth) acrylate, octyl (meth) acrylate, 3-iso-propylheptyl (meth) acrylate, nonyl (meth) acrylate, decyl (meth) acrylate; (Meth) acrylates which differ from unsaturated derived th alcohols, such as. 2-propynyl (meth) acrylate, allyl (meth) acrylate, vinyl (meth) acrylate, oleyl (meth) acrylate; Cycloalkyl (meth) acrylates, such as cyclopentyl (meth) acrylate, 3-vinylcyclohexyl (meth) acrylate.

Bevorzugte Alkyl(meth)acrylate umfassen 1 bis 8, besonders bevorzugt 1 bis 4 Kohlenstoffatomen in der Alkoholgruppe. Die Alkoholgruppe kann hierbei linear oder verzweigt sein. Preferred alkyl (meth) acrylates comprise 1 to 8, more preferably 1 to 4 carbon atoms in the alcohol group. The alcohol group may hereby be linear or branched.

Beispiele für Vinylester mit 1 bis 1 1 Kohlenstoffatomen in der Acylgruppe sind unter anderem Vinylformiat, Vinylacetat, Vinylpropionat, Vinylbutyrat, Bevorzugte Vinylester umfassen 2 bis 9, besonders bevorzugt 2 bis 5 Kohlenstoffatomen in der Acylgruppe. Die Acylgruppe kann hierbei linear oder verzweigt sein. Examples of vinyl esters having 1 to 1 carbon atoms in the acyl group include vinyl formate, vinyl acetate, vinyl propionate, vinyl butyrate. Preferred vinyl esters include 2 to 9, more preferably 2 to 5 carbon atoms in the acyl group. The acyl group here may be linear or branched.

Beispiele für Vinylether mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen in der Alkoholgruppe sind unter anderem Vinylmethylether, Vinylethylether, Vinylpropylether, Vinyl- butylether. Bevorzugte Vinylether weisen 1 bis 8, besonders bevorzugt 1 bis 4 Kohlenstoffatome in der Alkoholgruppe auf. Die Alkoholgruppe kann hierbei linear oder verzweigt sein. Examples of vinyl ethers having 1 to 10 carbon atoms in the alcohol group include vinyl methyl ether, vinyl ethyl ether, vinyl propyl ether, vinyl butyl ether. Preferred vinyl ethers have 1 to 8, more preferably 1 to 4 carbon atoms in the alcohol group. The alcohol group may hereby be linear or branched.

Die Schreibweise (Di)ester bedeutet, dass Monoester, Diester sowie Mischungen von Estern, insbesondere der Fumarsäure und/oder der Maleinsäure eingesetzt werden können. Zu den (Di)alkylfumaraten mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen in der Alkoholgruppe gehören unter anderem Monomethylfumarat, Dimethyl- fumarat, Monoethylfumarat, Diethylfumarat, Methylethylfumarat, Monobutylfuma- rat, Dibutylfumarat, Dipentylfumarat und Dihexylfumarat. Bevorzugte The notation (di) ester means that monoesters, diesters and mixtures of esters, especially fumaric acid and / or maleic acid can be used. The (di) alkyl fumarates having 1 to 10 carbon atoms in the alcohol group include, but are not limited to, monomethyl fumarate, dimethyl fumarate, monoethyl fumarate, diethyl fumarate, methyl ethyl fumarate, monobutyl fumarate, dibutyl fumarate, dipentyl fumarate and dihexyl fumarate. preferred

(Di)alkylfumarate umfassen 1 bis 8, besonders bevorzugt 1 bis 4 Kohlenstoffatomen in der Alkoholgruppe. Die Alkoholgruppe kann hierbei linear oder verzweigt sein. (Di) alkyl fumarates include 1 to 8, more preferably 1 to 4, carbon atoms in the alcohol group. The alcohol group may hereby be linear or branched.

Zu den (Di)alkylmaleaten mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen in der Alkoholgruppe gehören unter anderem Monomethylmaleat, Dimethylmaleat, Monoethylmaleat, Diethylmaleat, Methylethylmaleat, Monobutylmaleat, Dibutylmaleat. Bevorzugte (Di)alkylmaleate umfassen 1 bis 8, besonders bevorzugt 1 bis 4 Kohlenstoffato- men in der Alkoholgruppe. Die Alkoholgruppe kann hierbei linear oder verzweigt sein. The (di) alkyl maleates having from 1 to 10 carbon atoms in the alcohol group include, among others, monomethyl maleate, dimethyl maleate, monoethyl maleate, diethyl maleate, methyl ethyl maleate, monobutyl maleate, dibutyl maleate. Preferred (di) alkyl maleates comprise 1 to 8, particularly preferably 1 to 4, carbon atoms. in the alcohol group. The alcohol group may hereby be linear or branched.

Neben den oben dargelegten besonders bevorzugten Wiederholungseinheiten können die erfindungsgemäß verwendeten Kammpolymere weitere Wiederholungseinheiten umfassen, die von weiteren Comonomeren abgeleitet sind, wobei deren Anteil vorzugsweise höchstens 20 Gew.-%, bevorzugt höchstens 10 Gew.-% und besonders bevorzugt höchstens 5 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der Wiederholungseinheiten, beträgt. In addition to the particularly preferred repeating units set out above, the comb polymers used according to the invention may comprise further repeating units derived from further comonomers, the proportion of which is preferably at most 20% by weight, preferably at most 10% by weight and particularly preferably at most 5% by weight. , based on the weight of the repeating units.

Hierzu gehören unter anderem auch Monomereinheiten, die von Al- kyl(meth)acrylaten mit 11 bis 30 Kohlenstoffatomen in der Alkoholgruppe abgeleitet sind, insbesondere Undecyl(meth)acrylat, 5-Methylundecyl(meth)acrylat, Dodecyl(meth)acrylat, 2-Methyldodecyl(meth)acrylat, Tridecyl(meth)acrylat, 5- Methyltridecyl(meth)acrylat, Tetradecyl(meth)acrylat, Pentadecyl(meth)acrylat, Hexadecyl(meth)acrylat, 2-Methylhexadecyl(meth)acrylat, Heptade- cyl(meth)acrylat, 5-iso-Propylheptadecyl(meth)acrylat, 4-tert.- Butyloctadecyl(meth)acrylat, 5-Ethyloctadecyl(meth)acrylat, 3-iso- Propyloctadecyl(meth)acrylat, Octadecyl(meth)acrylat, Nonadecyl(meth)acrylat, Eicosyl(meth)acrylat, Cetyleicosyl(meth)acrylat, Stearyleicosyl(meth)acrylat, Docosyl(meth)acrylat und/oder Eicosyltetratriacontyl(meth)acrylat. These include, but are not limited to, monomer units derived from alkyl (meth) acrylates having from 11 to 30 carbon atoms in the alcohol group, especially undecyl (meth) acrylate, 5-methylundecyl (meth) acrylate, dodecyl (meth) acrylate, 2- Methyldodecyl (meth) acrylate, tridecyl (meth) acrylate, 5-methyltridecyl (meth) acrylate, tetradecyl (meth) acrylate, pentadecyl (meth) acrylate, hexadecyl (meth) acrylate, 2-methylhexadecyl (meth) acrylate, heptadecyl ( meth) acrylate, 5-iso-propylheptadecyl (meth) acrylate, 4-tert-butyloctadecyl (meth) acrylate, 5-ethyloctadecyl (meth) acrylate, 3-iso-propyloctadecyl (meth) acrylate, octadecyl (meth) acrylate, nonadecyl (meth) acrylate, eicosyl (meth) acrylate, Cetyleicosyl (meth) acrylate, Stearyleicosyl (meth) acrylate, docosyl (meth) acrylate and / or Eicosyltetratriacontyl (meth) acrylate.

Da die Kammpolymere vorzugsweise Ester-Einheiten enthalten, die in einer Ausführungsform die Endgruppen darstellen, können durch Umesterung mit langkettigen Alkoholen die Seitenketten über diese Endgruppen an die Kohlenstoffhauptkette gebunden werden. Langkettige Alkohole sind vorzugsweise Alkohole, die in bekannter Weise durch Hydroxylierung langkettiger Polyolefine mit endständiger Doppelbindung hergestellt werden können. Since the comb polymers preferably contain ester moieties, which in one embodiment represent the end groups, the side chains can be attached to the carbon backbone via these end groups by transesterification with long-chain alcohols. Long-chain alcohols are preferably alcohols which can be prepared in a known manner by hydroxylation of long-chain polyolefins having a terminal double bond.

Über das Verhältnis von Monomeren zu Copolymeren und / oder über das Verhältnis von funktionalisierten Gruppen zur Menge an eingesetztem Alkohol kann das Verhältnis von Monomereinheiten zur Seitenkette gesteuert und somit eingestellt werden. In einer Ausführungsform weist das Polymer oder weisen die Polymere in der Hauptkette Monomereinheiten auf, die von Alkenen und/oder Alkadienen abgeleitet sind, sowie copolymerisierbare Monomereinheiten ausgewählt aus einem oder mehreren der folgenden Monomeren: Alkyl(meth)acrylate, Sty- rolmonomere, Fumarate, Maleate, Vinylester und/oder Vinylether. Die Seitenketten sind dann lineare und / oder verzweigte und / oder cylische Kohlenstoffreste aufweisende Alkylgruppen. By the ratio of monomers to copolymers and / or the ratio of functionalized groups to the amount of alcohol used, the ratio of monomer units to the side chain can be controlled and thus adjusted. In one embodiment, the polymer or polymers in the main chain have monomer units derived from alkenes and / or alkadienes and copolymerizable monomer units selected from one or more of the following monomers: alkyl (meth) acrylates, styrene monomers, fumarates, Maleates, vinyl esters and / or vinyl ethers. The side chains are then linear and / or branched and / or cyclic carbon groups containing alkyl groups.

Elektrolyt Gemäß eines zweiten Aspekts betrifft die Erfindung einen Elektrolyten für eine Lithiumionen-Batterie, wobei der Elektrolyt als Elektrolytkomponente mindestens ein Polymer aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Polymer eine Kohlenstoff hauptkette und mindestens 5, vorzugsweise mindestens 10 an die Hauptkette gebundene Kohlenstoffseitenketten aufweist, wobei die Kohlenstoff ha upt- kette des Polymeren durch Polymerisation olefinischer Monomereinheiten erhältlich ist, wobei die Anzahl der Seitenketten bezogen auf 100 Monomereinheiten der Hauptkette 0,5 bis 2,5 beträgt, und die Anzahl der Kohlenstoffatome pro Seitenkette unabhängig voneinander 100 bis 500 beträgt. Der Begriff„Elektrolytkomponente" bedeutet einen Bestandteil des Elektrolyten. Weitere Bestandteile des Elektrolyten sind neben dem erfindungsgemäß verwendeten Kammpolymer vorzugsweise ein organisches Lösungsmittel und ein Lithiumsalz. Der Elektrolyt kann daneben weitere Bestandteile enthalten. Der Begriff„Elektrolyt" oder "Lithiumsalz-Elektrolyt" bedeutet vorzugsweise eine Flüssigkeit und ein Leitsalz. Vorzugsweise ist die Flüssigkeit ein Lösungsmittel für das Leitsalz. Vorzugsweise liegt der Elektrolyt dann als Elektrolytlösung vor. Electrolyte According to a second aspect, the invention relates to an electrolyte for a lithium-ion battery, wherein the electrolyte has at least one polymer as the electrolyte component, characterized in that the polymer has a carbon backbone and at least 5, preferably at least 10 carbon side chains attached to the main chain the carbon chain of the polymer is obtainable by polymerization of olefinic monomer units, wherein the number of side chains based on 100 monomer units of the main chain is 0.5 to 2.5, and the number of carbon atoms per side chain is independently 100 to 500. The term "electrolyte component" means a constituent of the electrolyte.Other constituents of the electrolyte, in addition to the comb polymer used according to the invention, are preferably an organic solvent and a lithium salt The electrolyte may additionally contain further constituents a liquid and a conductive salt. Preferably, the liquid is a solvent for the conducting salt. Preferably, the electrolyte is then present as an electrolyte solution.

Geeignete Lösungsmittel sind vorzugsweise inert. Geeignete Lösungsmittel sind vorzugsweise Lösungsmittel wie Ethylencarbonat, Propylencarbonat, Butylen- carbonat, Dimethylcarbonat, Diethylcarbonat, Ethylmethylcarbonat, Methyl- propylcarbonat, Butylmethylcarbonat, Ethylpropylcarbonat, Dipropylcarbonat, Cyclopentanone, Sulfolane, Dimethylsufoxid, 3-Methyl-1 ,3-oxazolidin-2-on, γ-Butyrolacton, 1 ,2-Diethoxymethan, Tetrahydrofuran, 2-Methyltetrahydrofuran, 1 ,3-Dioxolan, Methylacetat, Ethylacetat, Nitromethan, 1 ,3-Propansulton. Suitable solvents are preferably inert. Suitable solvents are preferably solvents such as ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, ethylmethyl carbonate, methyl propyl carbonate, butylmethyl carbonate, ethylpropyl carbonate, dipropyl carbonate, cyclopentanones, sulfolanes, dimethylsufoxide, 3-methyl-1,3-oxazolidin-2-one, γ-butyrolactone, 1, 2-diethoxymethane, tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, 1, 3-dioxolane, methyl acetate, ethyl acetate, nitromethane, 1, 3-propanesultone.

In einer Ausführungsform können als Lösungsmittel auch ionische Flüssigkeiten verwendet werden. Solche "ionischen Flüssigkeiten" enthalten ausschließlich Ionen. Bevorzugte Kationen, die insbesondere alkyliert sein können, sind Imida- zolium-, Pyridinium-, Pyrrolidinium-, Guanidinium-, Uronium-, Thiuronium-, Pipe- ridinium-, Morpholinium-, Sulfonium-, Ammonium- und Phosphonium-Kationen. Beispiele für verwendbare Anionen sind Halogenid-, Tetrafluoroborat-, Tri- fluoracetat-, Triflat-, Hexafluorophosphat-, Phosphinat- und Tosylat-Anionen. In one embodiment, ionic liquids may also be used as the solvent. Such "ionic liquids" contain only ions. Preferred cations which may in particular be alkylated are imidazolium, pyridinium, pyrrolidinium, guanidinium, uronium, thiuronium, piperidinium, morpholinium, sulfonium, ammonium and phosphonium cations. Examples of useful anions are halide, tetrafluoroborate, trifluoroacetate, triflate, hexafluorophosphate, phosphinate and tosylate anions.

Als beispielhafte ionische Flüssigkeiten seien genannt: N-Methyl-N-propyl-pipe- ridinium-bis(trifluormethylsulfonyl)imid, N-Methyl-N-butyl-pyrrolidinium-bis (tri- fluormethyl-sulfonyl)imid, N-Butyl-N-trimethyl-ammonium-bis(trifluormethyl- sulfonyl)imid, Triethylsulfonium-bis(trifluormethylsulfonyl)imid, N,N-Diethyl-N- methyl-N-(2-methoxyethyl)-ammonium-bis(trifluormethylsulfonyl)-imid. Examples of ionic liquids which may be mentioned are: N-methyl-N-propyl piperidinium bis (trifluoromethylsulfonyl) imide, N-methyl-N-butylpyrrolidinium bis (trifluoromethylsulfonyl) imide, N-butyl-N trimethylammonium bis (trifluoromethylsulfonyl) imide, triethylsulfonium bis (trifluoromethylsulfonyl) imide, N, N-diethyl-N-methyl-N- (2-methoxyethyl) -ammonium bis (trifluoromethylsulfonyl) -imide.

Bevorzugt werden zwei oder mehrere der oben genannten Flüssigkeiten verwendet. Bevorzugte Leitsalze sind Lithiumsalze, welche inerte Anionen aufweisen und welche vorzugsweise nicht-toxisch sind. Geeignete Lithiumsalze sind vorzugsweise Lithiumhexafluorophosphat, Lithiumhexafluoroarsenat, Lithium- bis(trifluoro-methylsulfonylimid), Lithiumtrifluoromethansulfonat, Lithium- tris(trifluoro-methylsulfonyl)-methid, Lithiumtetrafluoroborat, Lithiumperchlorat, Lithium-tetrachloraluminat, Lithiumbisoxalatoborat, Lithiumdifluoroxalatoborat und/oder Lithiumchlorid; und Mischungen aus einem oder mehreren dieser Salze. Preferably, two or more of the above-mentioned liquids are used. Preferred conductive salts are lithium salts which have inert anions and which are preferably non-toxic. Suitable lithium salts are preferably lithium hexafluorophosphate, lithium hexafluoroarsenate, lithium bis (trifluoro-methylsulfonylimide), lithium trifluoromethanesulfonate, lithium tris (trifluoro-methylsulfonyl) methide, lithium tetrafluoroborate, lithium perchlorate, lithium tetrachloroaluminate, lithium bisoxalatoborate, lithium difluorooxalatoborate and / or lithium chloride; and mixtures of one or more of these salts.

In einer Ausführungsform kann auf das organische Lösungsmittel teilweise oder ganz verzichtet werden. Der Elektrolyt kann in dieser Ausführungsform dann als feste Masse vorliegen oder als Masse mit festkörperartiger Konsistenz. In one embodiment, the organic solvent may be partly or completely omitted. The electrolyte may then be present in this embodiment as a solid mass or as a mass with a solid-like consistency.

In einer Ausführungsform liegt der Elektrolyt enthaltend das Kammpolymer als Festkörperelektrolyt vor oder als Polymerelektrolyt vor. Der Begriff "Polymerelektrolyt" bedeutet in dieser Ausführungsform einen Elektrolyten aufweisend zumindest ein Lithiumsalz und ein Polymer, welches eine Kohlenstoffhauptkette und an die Hauptkette gebundene Kohlenstoffseitenketten aufweist, wobei die Kohlenstoff hauptkette des Polymeren durch Polymerisation olefinischer Monomereinheiten erhältlich ist, wobei die Anzahl der Seitenketten bezogen auf 100 Monomereinheiten der Hauptkette 0,5 bis 2,5 beträgt, und die Anzahl der Kohlenstoffatome pro Seitenkette unabhängig voneinander 100 bis 500 beträgt. Der erfindungsgemäße Elektrolyt kann nach bekannten Verfahren durch Mischen der Kammpolymere mit den weiteren Komponenten des Elektrolyten hergestellt werden. In one embodiment, the electrolyte containing the comb polymer is present as a solid electrolyte before or as a polymer electrolyte. The term "polymer electrolyte" in this embodiment means an electrolyte comprising at least one lithium salt and a polymer having a carbon backbone and carbon side chains attached to the backbone, wherein the carbon backbone of the polymer is obtainable by polymerization of olefinic monomer units, wherein the number of side chains is based on 100 monomer units of the main chain is 0.5 to 2.5, and the number of carbon atoms per side chain is independently 100 to 500. The electrolyte according to the invention can be prepared by known methods by mixing the comb polymers with the other components of the electrolyte.

Separator Elektrochemische Zellen, insbesondere wiederaufladbare Lithiumionenbatterien, weisen ein Material auf, das die positive Elektrode und die negative Elektrode voneinander trennt. Dieses Material ist für Lithiumionen durchlässig, leitet also Lithiumionen, ist aber für Elektronen ein Nichtleiter. Derartige in Lithiumionen-Batterien verwendete Materialien werden auch als Separatoren be- zeichnet. Separator Electrochemical cells, in particular rechargeable lithium-ion batteries, comprise a material that separates the positive electrode and the negative electrode. This material is permeable to lithium ions, so it conducts lithium ions, but is a non-conductor for electrons. Such materials used in lithium ion batteries are also referred to as separators.

In einer bevorzugten Ausführungsform im Sinne der vorliegenden Erfindung werden als Separatoren Polymere eingesetzt. In einer Ausführungsform sind die Polymere ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: Polyester, vorzugsweise Polyethylenterephthalat oder Polybutylenterephthalat; Polyolefin, vorzugsweise Polyethylen, Polypropylen oder Polybutylen; Polyacrylnitril; Polycarbonat; Poly- sulfon; Polyethersulfon; Polyvinylidenfluorid; Polystyrol; Polyetherimid; Po- lyether; Polyetherketon. Die Polymere können als Film, vorzugsweise in Form einer Membran, oder als Fasern eingesetzt werden. Die Fasern können verwebt oder unverwebt sein. Die Verwendung von Glasfasern oder von Cellulosefasern als Separator ist gleichfalls möglich. In a preferred embodiment according to the present invention, polymers are used as separators. In one embodiment, the polymers are selected from the group consisting of: polyester, preferably polyethylene terephthalate or polybutylene terephthalate; Polyolefin, preferably polyethylene, polypropylene or polybutylene; polyacrylonitrile; polycarbonate; Polysulfone; polyether sulfone; polyvinylidene fluoride; polystyrene; polyetherimide; Polyether; Polyether ketone. The polymers can be used as a film, preferably in the form of a membrane, or as fibers. The fibers may be woven or plain. The use of glass fibers or cellulose fibers as a separator is also possible.

Die Polymere weisen Poren auf, so dass sie für Lithiumionen durchlässig sind. The polymers have pores so that they are permeable to lithium ions.

In einer bevorzugten Ausführungsform im Sinne der vorliegenden Erfindung weist der Separator mindestens ein Polymer und mindestens ein keramisches Material auf, mit welchem das Polymer beschichtet ist. Demzufolge ist der Separator auch dadurch gekennzeichnet, dass er als Polymerfilm vorliegt; oder als Polymerfilm, der mit einem keramischen Material beschichtet ist; oder als verwebte oder unverwebte Polymerfasern; oder als verwebte oder unverwebte Polymerfasern, die mit einem keramischen Material beschichtet sind. In a preferred embodiment according to the present invention, the separator comprises at least one polymer and at least one ceramic material, with which the polymer is coated. Consequently, the separator is also characterized by being in the form of a polymer film; or as a polymer film coated with a ceramic material; or as woven or non-woven polymer fibers; or as woven or non-woven polymer fibers coated with a ceramic material.

In einer bevorzugten Ausführungsform weist der Separator mindestens ein Polymer und mindestens ein anorganisches, vorzugsweise ionenleitendes Material auf, vorzugsweise ausgewählt aus Oxiden, Phosphaten, Silikaten, Titanaten, Sulfaten, Aluminosilikaten, aufweisend mindestens eines der Elemente Zirkon, Aluminium, Lithium. In a preferred embodiment, the separator comprises at least one polymer and at least one inorganic, preferably ion-conducting material, preferably selected from oxides, phosphates, silicates, titanates, sulfates, aluminosilicates, comprising at least one of the elements zirconium, aluminum, lithium.

Der besagte Separator der erfindungsgemäßen Batterie umfasst Polymerfasern in Form eines Vlieses. Vorzugsweise ist das Vlies ungewebt. Statt des Begriffs "ungewebt" wird auch der Begriff "nicht-verwebt" verwendet. In der einschlägigen technischen Literatur finden sich auch Begriffe wie "non- woven fabrics" oder "non-woven material". Der Begriff "Vlies" wird synonym mit dem Begriff„Vliesstoff' verwendet. Vliese sind aus dem Stand der Technik bekannt und/oder können nach den bekannten Verfahren hergestellt werden, beispielsweise durch Spinnverfahren mit nachfolgender Verfestigung. Vorzugsweise ist das Vlies flexibel und wird in einer Dicke von weniger als 30 pm hergestellt. Vorzugsweise werden die Polymerfasern ausgewählt aus der Gruppe von Polymeren bestehend aus Polyester, Polyolefin, Polyamid, Polyacrylnitril, Polyimid, Polyetherimid, Polysulfon, Polyamidimid, Polyether, Polyphenylensulfid, Aramid, oder Mischungen aus zwei oder mehreren dieser Polymeren. Said separator of the battery according to the invention comprises polymer fibers in the form of a nonwoven. Preferably, the web is unwoven. Instead of the term "unwoven", the term "non-woven" is used. The relevant technical literature also includes terms such as "non-woven fabrics" or "non-woven material". The term "nonwoven" is used synonymously with the term "nonwoven". Nonwovens are known from the prior art and / or can be produced by the known processes, for example by spinning processes with subsequent solidification. Preferably, the web is flexible and is made in a thickness of less than 30 microns. Preferably, the polymer fibers are selected from the group of polymers consisting of polyester, polyolefin, polyamide, polyacrylonitrile, polyimide, polyetherimide, polysulfone, polyamide-imide, polyether, polyphenylene sulfide, aramid, or mixtures of two or more of these polymers.

Polyester sind beispielsweise Polyethylenterephthalat und Polybutylenterephtha- lat. Polyesters are, for example, polyethylene terephthalate and polybutylene terephthalate.

Polyolefine sind beispielsweise Polyethylen oder Polypropylen. Halogen-haltige Polyolefine wie Polytetrafluorethylen, Polyvinylidenfluorid, Polyvinylchlorid sind gleichfalls einsetzbar. Polyolefins are, for example, polyethylene or polypropylene. Halogen-containing polyolefins such as polytetrafluoroethylene, polyvinylidene fluoride, polyvinyl chloride are also usable.

Polyamide sind beispielsweise die bekannten Typen PA 6.6 und PA 6.0, die unter den Markenbezeichnungen Nylon® und Perlon® bekannt sind. Polyamides are for example the known types PA 6.6 and PA 6.0, known under the brand names Perlon Nylon ® and ®.

Aramide sind beispielweise meta-Aramid und para-Aramid, welche unter den Markenbezeichnungen Nomex® und Kevlar® bekannt sind. Aramids are, for example meta-aramid and para-aramid, which are known under the brand names Nomex ® and Kevlar ®.

Polyamidimide sind beispielsweise unter der Markenbezeichnung Kermel® be- kannt. Polyamide are loading disallowed for example, under the trade name Kermel ®.

Bevorzugte Polymerfasern sind Polymerfasern aus Polyethylenterephthalaten. Preferred polymer fibers are polymer fibers of polyethylene terephthalates.

In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst der Separator ein Vlies, welches ein- oder beidseitig mit einem anorganischen Material beschichtet ist. In a preferred embodiment, the separator comprises a nonwoven, which is coated on one or both sides with an inorganic material.

Der Begriff "Beschichtung" beinhaltet auch, dass sich das ionenleitende anorganische Material nicht nur auf einer Seite oder beiden Seiten des Vlieses befinden kann, sondern auch innerhalb des Vlieses. The term "coating" also includes that the ionic conductive inorganic material may be located not only on one side or both sides of the web, but also within the web.

Das für die Beschichtung verwendete ionenleitende anorganische Material ist vorzugsweise wenigstens eine Verbindung aus der Gruppe der Oxide, Phosphate, Sulfate, Titanate, Silikate, Aluminosilikate wenigstens eines der Elemente Zirkon, Aluminium oder Lithium. Das ionenleitende anorganische Material ist vorzugsweise in einem Temperaturbereich von - 40 °C bis 200 °C ionenleitend, d.h. ionenleitend für die Lithium- Ionen. In einer Ausführungsform kann ein Separator verwendet werden, welcher aus einem zumindest teilweise stoffdurchlässigen Träger besteht, welcher nicht oder nur schlecht elektronenleitend ist. Dieser Träger ist auf mindestens einer Seite mit einem anorganischen Material beschichtet. Als wenigstens teilweise stoffdurchlässiger Träger wird ein organisches Material verwendet, welches als Vlies, also aus nicht-verwebten Polymerfasern ausgestaltet ist. Das organische Material ist in Form von Polymerfasern ausgestaltet, vorzugsweise Polymerfasern des Polyethylenterephthalats (PET). Das Vlies ist mit einem anorganischen ionenleitenden Material beschichtet, welches vorzugsweise in einem Temperaturbereich von - 40 °C bis 200 °C ionenleitend ist. Das anorganische ionenlei- tende Material weist bevorzugt wenigstens eine Verbindung aus der Gruppe der Oxide, Phosphate, Sulfate, Titanate, Silikate, Aluminosilikate mit wenigstens einem der Elemente Zirkon, Aluminium, Lithium, besonders bevorzugt Zirkono- xid. Bevorzugt weist das anorganische ionenleitende Material Partikel mit einem größten Durchmesser unter 100 nm auf. The ion-conducting inorganic material used for the coating is preferably at least one compound from the group of oxides, phosphates, sulfates, titanates, silicates, aluminosilicates at least one of zirconium, aluminum or lithium. The ion-conducting inorganic material is preferably ion-conducting in a temperature range from -40 ° C. to 200 ° C., ie ion-conducting for the lithium ions. In one embodiment, a separator may be used, which consists of an at least partially permeable carrier, which is not or only poorly electron-conducting. This support is coated on at least one side with an inorganic material. As an at least partially permeable carrier an organic material is used, which is designed as a nonwoven, so from non-woven polymer fibers. The organic material is in the form of polymer fibers, preferably polymer fibers of polyethylene terephthalate (PET). The nonwoven fabric is coated with an inorganic ion-conducting material which is preferably ion-conducting in a temperature range of -40 ° C to 200 ° C. The inorganic ion-conducting material preferably has at least one compound from the group of oxides, phosphates, sulfates, titanates, silicates, aluminosilicates with at least one of the elements zirconium, aluminum, lithium, particularly preferably zirconium oxide. The inorganic ion-conducting material preferably has particles with a maximum diameter of less than 100 nm.

In einer bevorzugten Ausführungsform weist das ionenleitende Material Zirkono- xid auf oder besteht das ionenleitende Material aus Zirkonoxid. In a preferred embodiment, the ion-conducting material comprises zirconium oxide or the ion-conducting material consists of zirconium oxide.

Ein solcher Separator wird beispielsweise unter dem Handelsnamen "Separion®" von der Firma Evonik AG in Deutschland vertrieben. Such a separator is marketed in Germany, for example, under the trade name "Separion ®" by the company Evonik AG.

Verfahren zur Herstellung derartiger Separatoren sind aus dem Stand der Technik bekannt, beispielsweise aus der EP 1 017 476 B1 , WO 2004/021477 und WO 2004/021499. Methods for producing such separators are known from the prior art, for example from EP 1 017 476 B1, WO 2004/021477 and WO 2004/021499.

Prinzipiell können zu große Poren und Löcher in Separatoren, die in Sekundärbatterien verwendet werden, zu einem inneren Kurzschluss führen. Die Batterie kann sich dann in einer gefährlichen Reaktion sehr schnell selbst entladen. Hierbei können so große elektrische Ströme auftreten, dass eine geschlossene Batteriezelle im ungünstigsten Fall sogar explodieren kann. Aus diesem Grund kann der Separator auch entscheidend zur Sicherheit bzw. zur fehlenden Sicherheit einer Lithiumhochleistungs- oder Lithiumhochenergie-Batterie beitragen. In principle, too large pores and holes in separators used in secondary batteries can lead to an internal short circuit. The battery can then discharge itself very quickly in a dangerous reaction. In this case, such large electrical currents can occur that a closed Battery cell can even explode in the worst case. For this reason, the separator can also contribute significantly to the safety or lack of security of a high-performance lithium or lithium high-energy battery.

Polymerseparatoren unterbinden im Allgemeinen ab einer bestimmten Temperatur (der sogenannten "Shut-Down-Temperatur", die bei ca. 120 °C liegt) jeglichen Ladungstransport. Dies geschieht dadurch, dass bei dieser Temperatur das Porengefüge des Separators zusammenbricht und alle Poren verschlossen werden. Dadurch, dass keine Ionen mehr transportiert werden können, kommt die gefährliche Reaktion, die zur Explosion führen kann, zum Erliegen. Wird die Zelle aufgrund äußerer Umstände aber weiter erwärmt, so wird bei ca. 150 bis 180 °C die sogenannte "Break-Down-Temperatur" überschritten. Ab dieser Temperatur kommt es zum Schmelzen des Separators, wobei dieser sich zu- sammenzieht. An vielen Stellen in der Batteriezelle kommt es nun zu einem direkten Kontakt zwischen den beiden Elektroden und somit zu einem großflächigem inneren Kurzschluss. Dieser führt zur unkontrollierten Reaktion, die mit einer Explosion der Zelle enden kann, bzw. der entstehende Druck muss durch ein Überdruckventil (eine Berstscheibe) häufig unter Feuererscheinungen abge- baut werden. Polymer separators generally prevent any charge transport above a certain temperature (the so-called "shut-down temperature", which is approximately 120 ° C.). This happens because at this temperature, the pore structure of the separator collapses and all pores are closed. The fact that no ions can be transported, the dangerous reaction that can lead to an explosion, comes to a standstill. However, if the cell continues to be heated due to external circumstances, the so-called "break-down temperature" is exceeded at approx. 150 to 180 ° C. From this temperature, the separator melts, causing it to contract. In many places in the battery cell, there is now a direct contact between the two electrodes and thus to a large internal short circuit. This leads to an uncontrolled reaction, which can end with an explosion of the cell, or the resulting pressure must often be reduced by a pressure relief valve (a rupture disk) under fire phenomena.

Bei dem in der erfindungsgemäßen Batterie vorzugsweise verwendeten Separator aufweisend ein Vlies aus ungewebten Polymerfasern und die anorganische Beschichtung kann es nur zum Shut-Down (Abschaltung) kommen, wenn durch die hohe Temperatur das Polymergefüge des Trägermaterials schmilzt und in die Poren des anorganischen Materials eindringt und diese dadurch verschließt. Zum Break-Down (Zusammenbruch) kommt es bei dem Separator dagegen nicht, da die anorganischen Partikel dafür sorgen, dass ein völliges Schmelzen des Separators nicht eintreten kann. Somit ist maximale Vorsorge getragen, dass es keine Betriebszustände gibt, in denen ein großflächiger Kurzschluss entstehen kann. In the case of the separator preferably used in the battery according to the invention comprising a non-woven of nonwoven polymer fibers and the inorganic coating, it can only come to shut-down (shutdown), when melted by the high temperature, the polymer structure of the carrier material and penetrates into the pores of the inorganic material and this closes it. On the other hand, the separator does not break down (collapse) since the inorganic particles ensure that complete melting of the separator can not occur. Thus, maximum care is taken that there are no operating conditions in which a large-area short circuit can occur.

Durch die Art des eingesetzten Vlieses, welches eine besonders gut geeignete Kombination aus Dicke und Porosität aufweist, können Separatoren hergestellt werden, die den Anforderungen an Separatoren in Hochleistungsbatterien, insbesondere Lithium-Hochleistungsbatterien gerecht werden können. Durch die gleichzeitige Verwendung von in ihrer Partikelgröße genau abgestimmten Oxid- Partikeln zur Herstellung der porösen (keramischen) Beschichtung wird eine be- sonders hohe Porosität des fertigen Separators erreicht, wobei die Poren immer noch genügend klein sind, um ein unerwünschtes Durchwachsen von "Lithium- Whiskern" durch den Separator zu verhindern. By the type of nonwoven used, which has a particularly suitable combination of thickness and porosity, separators can be produced which can meet the requirements for separators in high-performance batteries, especially lithium high-performance batteries. The simultaneous use of particle particles of exactly matched oxide particles for the production of the porous (ceramic) coating results in a particularly high porosity of the finished separator, the pores still being sufficiently small to prevent undesired "lithium oxide" growth. Whiskers "through the separator to prevent.

Auf Grund der hohen Porosität des Separators muss allerdings dafür Sorge ge- tragen werden, dass in den Poren kein oder ein möglichst geringer Totraum entsteht. Due to the high porosity of the separator, however, care must be taken to ensure that no or as little dead space as possible is created in the pores.

Die für die erfindungsgemäße Batterie vorzugsweise eingesetzten Separatoren haben auch den Vorteil, dass sich an den anorganischen Oberflächen des Se- paratormaterials die Anionen des Leitsalzes teilweise anlagern, was zu einer Verbesserung der Dissoziation und somit zu einer besseren lonenleitfähigkeit im Hochstrombereich führt. The separators which are preferably used for the battery according to the invention also have the advantage that the anions of the conducting salt partly adhere to the inorganic surfaces of the separator material, which leads to an improvement in the dissociation and thus to a better ionic conductivity in the high-current range.

Der für die erfindungsgemäße Batterie vorzugsweise verwendbare Separator, umfassend ein flexibles Vlies mit einer auf und in diesem Vlies befindlichen porösen anorganischen Beschichtung, wobei das Material des Vlieses ausgewählt ist aus (vorzugsweise ungewebten) Polymerfasern, zeichnet sich auch dadurch aus, dass das Vlies eine Dicke von weniger als 30 pm, eine Porosität von mehr als 50 %, vorzugsweise von 50 bis 97 % und eine Porenradienverteilung auf- weist, bei der mindestens 50 % der Poren einen Porenradius von 75 bis 150 pm aufweisen. The separator preferably usable for the battery according to the invention, comprising a flexible nonwoven with a porous inorganic coating on and in this nonwoven, the material of the nonwoven being selected from (preferably nonwoven) polymer fibers, is also characterized in that the nonwoven fabric has a thickness of less than 30 pm, a porosity of more than 50%, preferably from 50 to 97%, and a pore radius distribution in which at least 50% of the pores have a pore radius of 75 to 150 pm.

Besonders bevorzugt umfasst der Separator ein Vlies, welches eine Dicke von 5 bis 30 pm, vorzugsweise eine Dicke von 10 bis 20 pm aufweist. Besonders wichtig ist auch eine möglichst homogene Porenradienverteilung im Vlies wie oben angegeben. Eine noch homogenere Porenradienverteilung im Vlies führt in Verbindung mit optimal abgestimmten Oxid-Partikeln bestimmter Größe zu einer optimierten Porosität des Separators. Die Dicke des Substrates hat einen großen Einfluss auf die Eigenschaften des Separators, da zum einen die Flexibilität aber auch der Flächenwiderstand des mit Elektrolyt getränkten Separators von der Dicke des Substrates abhängig ist. Durch die geringe Dicke wird ein besonders geringer elektrischer Widerstand des Separators in der Anwendung mit einem Elektrolyten erzielt. Der Separator selbst weist einen sehr hohen elektrischen Widerstand auf, da er selbst isolierende Eigenschaften gegenüber Elektronen aufweisen muss. Zudem erlauben dünnere Separatoren eine erhöhte Packungsdichte in einem Batteriestapel, so dass man im gleichen Volumen eine größere Energiemenge speichern kann. The separator particularly preferably comprises a nonwoven which has a thickness of 5 to 30 μm, preferably a thickness of 10 to 20 μm. Also particularly important is a homogeneous distribution of pore radii in the web as indicated above. An even more homogeneous pore radius distribution in the nonwoven, in combination with optimally matched oxide particles of a certain size, leads to an optimized porosity of the separator. The thickness of the substrate has a great influence on the properties of the separator, since on the one hand the flexibility but also the sheet resistance of the electrolyte-impregnated separator depends on the thickness of the substrate. Due to the small thickness, a particularly low electrical resistance of the separator is achieved in the application with an electrolyte. The separator itself has a very high electrical resistance, since it itself must have insulating properties against electrons. In addition, thinner separators allow increased packing density in a battery pack so that one can store a larger amount of energy in the same volume.

Vorzugsweise weist das nicht-verwebte Vlies eine Porosität von 60 bis 90 %, besonders bevorzugt von 70 bis 90 % auf. Die Porosität ist dabei definiert als das Volumen des Vlieses (100 %) minus dem Volumen der Fasern des Vlieses, also dem Anteil am Volumen des Vlieses, der nicht von Material ausgefüllt wird. Das Volumen des Vlieses kann dabei aus den Abmessungen des Vlieses berechnet werden. Das Volumen der Fasern ergibt sich aus dem gemessen Gewicht des betrachteten Vlieses und der Dichte der Polymerfasern. Die große Porosität des Substrates ermöglicht auch eine höhere Porosität des Separators, weshalb eine höhere Aufnahme an Elektrolyten mit dem Separator erzielt wer- den kann. Preferably, the nonwoven web has a porosity of 60 to 90%, more preferably 70 to 90%. The porosity is defined as the volume of the web (100%) minus the volume of the fibers of the web, ie the proportion of the volume of the web that is not filled by material. The volume of the fleece can be calculated from the dimensions of the fleece. The volume of the fibers results from the measured weight of the fleece considered and the density of the polymer fibers. The large porosity of the substrate also allows a higher porosity of the separator, which is why a higher uptake of electrolytes with the separator can be achieved.

Damit ein Separator mit isolierenden Eigenschaften erhalten werden kann, weist dieser als Polymerfasern für das nicht-verwebte Vlies vorzugsweise nicht elektrisch leitfähige Fasern von Polymeren auf wie oben definiert. Vorzugsweise sind diese ausgewählt aus den oben aufgeführten Polymeren, vorzugsweise Polyacrylnitril, Polyester, wie z. B. Polyethylenterephthalat und/oder Polyolefin, wie z. B. Polypropylen oder Polyethylen, oder Mischungen solcher Polyolefine. In order to obtain a separator having insulating properties, as polymer fibers for the non-woven fabric, it preferably has non-electrically conductive fibers of polymers as defined above. Preferably, these are selected from the polymers listed above, preferably polyacrylonitrile, polyester, such as. As polyethylene terephthalate and / or polyolefin, such as. As polypropylene or polyethylene, or mixtures of such polyolefins.

Die Polymerfasern der Vliese weisen vorzugsweise einen Durchmesser von 0,1 bis 10 pm, besonders bevorzugt von 1 bis 4 pm auf. The polymer fibers of the nonwovens preferably have a diameter of from 0.1 to 10 μm, more preferably from 1 to 4 μm.

Besonders bevorzugte flexible Vliese weisen ein Flächengewicht von kleiner 20 g/m2, vorzugsweise von 5 bis 10 g/m2 auf. Vorzugsweise weist der Separator im vorzugsweise nicht-verwebten Vlies eine poröse, elektrisch isolierende, keramische Beschichtung auf. Vorzugsweise weist die auf und in dem Vlies befindliche poröse anorganische Beschichtung Oxid-Partikel der Elemente Li, AI, Si und/oder Zr mit einer mittleren Partikelgrö- ße von 0,5 bis 7 μιη, bevorzugt von 1 bis 5 pm und ganz besonders bevorzugt von 1 ,5 bis 3 pm auf. Besonders bevorzugt weist der Separator eine auf und in dem Vlies befindliche poröse anorganische Beschichtung auf, die Aluminiumoxid- Partikel mit einer mittleren Partikelgröße von 0,5 bis 7 pm, bevorzugt von 1 bis 5 pm und ganz besonders bevorzugt von 1 ,5 bis 3 pm aufweist, die mit einem Oxid der Elemente Zr oder Si verklebt sind. Um eine möglichst hohe Porosität zu erzielen, liegen bevorzugt mehr als 50 Gew.-% und besonders bevorzugt mehr als 80 Gew.-% aller Partikel in den oben genannten Grenzen der mittleren Partikelgröße. Wie bereits oben beschrieben beträgt die maximale Partikelgröße vorzugsweise 1/3 bis 1/5 und besonders bevorzugt kleiner oder gleich 1/10 der Dicke des eingesetzten Vlieses. Particularly preferred flexible nonwovens have a basis weight of less than 20 g / m 2 , preferably from 5 to 10 g / m 2 . The separator preferably has a porous, electrically insulating, ceramic coating in the preferably non-woven nonwoven fabric. Preferably, the porous inorganic coating on and in the nonwoven comprises oxide particles of the elements Li, Al, Si and / or Zr having an average particle size of from 0.5 to 7 μm, preferably from 1 to 5 μm, and very particularly preferably from 1, 5 to 3 pm. The separator particularly preferably has a porous inorganic coating on and in the nonwoven, the aluminum oxide particles having an average particle size of from 0.5 to 7 μm, preferably from 1 to 5 μm and very particularly preferably from 1.5 to 3 μm which are bonded to an oxide of the elements Zr or Si. In order to achieve the highest possible porosity, preferably more than 50% by weight and more preferably more than 80% by weight of all particles are within the abovementioned limits of average particle size. As already described above, the maximum particle size is preferably 1/3 to 1/5 and particularly preferably less than or equal to 1/10 of the thickness of the nonwoven used.

Vorzugsweise weist der Separator aus Vlies und keramischer Beschichtung eine Porosität von 30 bis 80 %, bevorzugt von 40 bis 75 % und besonders bevorzugt von 45 bis 70 % auf. Die Porosität bezieht sich dabei auf die erreichbaren, also offenen Poren. Die Porosität kann dabei mittels der bekannten Methode der Quecksilber-Porosimetrie bestimmt werden oder kann aus dem Volumen und der Dichte der verwendeten Einsatzstoffe errechnet werden, wenn davon ausgegangen wird, dass nur offene Poren vorliegen. Die für die erfindungsgemäße Batterie vorzugsweise verwendeten Separatoren zeichnen sich auch dadurch aus, dass sie eine Reißfestigkeit von mindestens 1 N/cm, vorzugsweise von mindestens 3 N/cm und ganz besonders bevorzugt von 3 bis 10 N/cm aufweisen können. Die Separatoren lassen sich vorzugsweise ohne Beschädigung bis auf jeden Radius bis herab zu 100 mm, vorzugswei- se bis herab zu 50 mm und ganz besonders bevorzugt bis herab zu 1 mm biegen. Dies macht den Separator auch einsatzfähig in Kombination mit gewickelten Elektroden. Die hohe Reißfestigkeit und die gute Biegbarkeit des Separators haben auch den Vorteil, dass beim Laden und Entladen einer Batterie auftretende Veränderungen der Geometrien der Elektroden durch den Separator mitgemacht werden können, ohne dass dieser beschädigt wird. Dies ist für die Stabilität und Sicher- heit der Zelle außerordentlich günstig. The nonwoven and ceramic coating separator preferably has a porosity of from 30 to 80%, preferably from 40 to 75% and particularly preferably from 45 to 70%. The porosity refers to the achievable, ie open pores. The porosity can be determined by the known method of mercury porosimetry or can be calculated from the volume and density of the starting materials used, if it is assumed that only open pores are present. The separators preferably used for the battery according to the invention are also distinguished by the fact that they can have a tensile strength of at least 1 N / cm, preferably of at least 3 N / cm and very particularly preferably of 3 to 10 N / cm. The separators can preferably be bent without damage down to any radius down to 100 mm, preferably down to 50 mm and most preferably down to 1 mm. This also makes the separator operational in combination with wound electrodes. The high tensile strength and the good bendability of the separator also have the advantage that changes occurring in the charging and discharging of a battery of the geometries of the electrodes can be through the separator, without this being damaged. This is extremely favorable for the stability and safety of the cell.

In einer Ausführungsform ist es möglich, den Separator so zu gestalten, dass er die Form eines konkaven oder konvexen Schwamms oder Kissens oder die Form von Drähten oder eines Filzes aufweist. Diese Ausführungsform ist gut geeignet, Volumenveränderungen in der Batterie auszugleichen. Entsprechende Herstellverfahren sind dem Fachmann bekannt. In one embodiment, it is possible to design the separator to have the shape of a concave or convex sponge or pad, or the shape of wires or a felt. This embodiment is well suited to compensate for volume changes in the battery. Corresponding preparation methods are known to the person skilled in the art.

In einer weiteren Ausführungsform weist das im Separator verwendete Polymervlies ein weiteres Polymer auf. Vorzugsweise ist dieses Polymer zwischen dem Separator und der positiven Elektrode und/oder dem Separator und der negativen Elektrode angeordnet, vorzugsweise in Form einer Polymerschicht. In a further embodiment, the polymer fleece used in the separator has a further polymer. Preferably, this polymer is arranged between the separator and the positive electrode and / or the separator and the negative electrode, preferably in the form of a polymer layer.

In einer Ausführungsform ist der Separator mit diesem Polymer einseitig oder beidseitig beschichtet. In one embodiment, the separator is coated with this polymer on one or both sides.

Besagtes Polymer kann in Form einer porösen Membran, d.h. als Folie, oder in Form eines Vlieses vorliegen, vorzugsweise in Form eines Vlieses aus nicht verwebten Polymerfasern. Diese Polymere werden vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Polyester, Polyolefin, Polyacrylnitril, Polycarbonat, Polysulfon, Polyethersul- fon, Polyvinylidenfluorid, Polystyrol, Polyetherimid. Said polymer may be in the form of a porous membrane, i. as a film, or in the form of a nonwoven, preferably in the form of a nonwoven fabric of non-woven polymer fibers. These polymers are preferably selected from the group consisting of polyester, polyolefin, polyacrylonitrile, polycarbonate, polysulfone, polyethersulfone, polyvinylidene fluoride, polystyrene, polyetherimide.

Vorzugsweise ist das weitere Polymer ein Polyolefin. Bevorzugte Polyolefine sind Polyethylen und Polypropylen. Preferably, the further polymer is a polyolefin. Preferred polyolefins are polyethylene and polypropylene.

Vorzugsweise ist der Separator mit einer oder mehreren Schichten des weiteren Polymers, vorzugsweise des Polyolefins, das vorzugsweise gleichfalls als Vlies, also als nicht verwebte Polymerfasern vorliegt, beschichtet. Vorzugsweise wird im Separator ein Vlies aus Polyethylenterephthalat verwendet, das mit einer oder mehreren Schichten des weiteren Polymers, vorzugsweise des Polyolefins, das vorzugsweise gleichfalls als Vlies, also als nicht verwebte Polymerfasem vorliegt, beschichtet ist. The separator is preferably coated with one or more layers of the further polymer, preferably of the polyolefin, which is preferably also present as a nonwoven, that is to say as nonwoven polymer fibers. Preferably, a non-woven of polyethylene terephthalate is used in the separator, which is coated with one or more layers of the other polymer, preferably the polyolefin, which is preferably also present as a nonwoven, so as non-woven polymer fibers.

Besonders bevorzugt ist ein Separator des oben beschriebenen Separion-Typs, der mit einer oder mehreren Schichten des weiteren Polymers, vorzugsweise des Polyolefins, das vorzugsweise gleichfalls als Vlies, also vorzugsweise als nicht verwebte Polymerfasern vorliegt, beschichtet ist. Particular preference is given to a separator of the above-described type of separation which is coated with one or more layers of the further polymer, preferably of the polyolefin, which is preferably also present as a nonwoven, ie preferably as nonwoven polymer fibers.

Die Beschichtung mit dem weiteren Polymeren, vorzugsweise mit dem Polyole- fin, kann durch Verklebung, Laminierung, durch eine chemische Reaktion, durch Verschweißung oder durch eine mechanische Verbindung erzielt werden. Derartige Polymerverbunde sowie Verfahren zu ihrer Herstellung sind aus der EP 1 852 926 bekannt. The coating with the further polymer, preferably with the polyolefin, can be achieved by adhesion, lamination, by a chemical reaction, by welding or by a mechanical connection. Such polymer composites and processes for their preparation are known from EP 1 852 926.

Vorzugsweise werden die im Separator einsetzbaren Vliese aus Nanofasern der verwendeten Polymeren gefertigt, wodurch Vliese gebildet werden, die eine hohe Porosität unter Ausbildung geringer Porendurchmesser aufweisen. Damit kann sowohl die Gefahr von Kurzschlussreaktionen weiter vermindert werden. Preferably, the nonwovens usable in the separator are made of nanofibers of the polymers used, whereby nonwovens are formed which have a high porosity with formation of small pore diameters. Thus, both the risk of short-circuit reactions can be further reduced.

Vorzugsweise sind die Faserdurchmesser des Polyethylenterephthalatvlieses größer als die Faserdurchmesser des weiteren Polymervlieses, vorzugsweise des Polyolefinvlieses, mit dem der Separator einseitig oder beidseitig beschich- tet ist. The fiber diameters of the polyethylene terephthalate fleece are preferably larger than the fiber diameters of the further polymer fleece, preferably the polyolefin fleece, with which the separator is coated on one or both sides.

Vorzugsweise weist das aus Polyethylenterephthalat gefertigte Vlies dann einen höheren Porendurchmesser auf als das Vlies, das aus dem weiteren Polymeren gefertigt ist. Preferably, the nonwoven made of polyethylene terephthalate then has a higher pore diameter than the nonwoven, which is made of the other polymer.

Die Verwendung eines Polyolefins zusätzlich zum Polyethylenterephthalat gewährleistet eine erhöhte Sicherheit der elektrochemischen Zelle, da bei unerwünschter oder zu starker Erwärmung der Zelle sich die Poren des Polyolefins zusammenziehen und der Ladungstransport durch den Separator hindurch re- duziert bzw. beendet wird. Sollte sich die Temperatur der elektrochemischen Zelle soweit erhöhen, dass das Polyolefin zu schmelzen beginnt, wirkt das Po- lyethylenterephthalat dem Zusammenschmelzen des Separators und damit einer unkontrollierten Zerstörung der elektrochemischen Zelle wirksam entgegen. The use of a polyolefin in addition to the polyethylene terephthalate ensures increased safety of the electrochemical cell, since in undesired or excessive heating of the cell, the pores of the polyolefin contract and the charge transport through the separator through is made or terminated. Should the temperature of the electrochemical cell increase to such an extent that the polyolefin begins to melt, the polyethylene terephthalate effectively counteracts the melting together of the separator and thus an uncontrolled destruction of the electrochemical cell.

Die gute oder noch ausreichende lonenleitfähigkeit des Separators vom Separi- on®-Typ für Lithiumionen auch bei tiefen Temperaturen, etwa bei - 40 °C, in Kombination mit der durch die erfindungsgemäßen Verwendung bedingten ausreichenden lonenleitfähigkeit des in einer Lithiumionen-Batterie verwendeten Elektrolyten auch bei niedriger Außentemperatur, ist für Lithiumionen-Batterien außerordentlich vorteilhaft. The good or even sufficient ion conductivity of the Separion® type separator for lithium ions, even at low temperatures, for example at -40 ° C., in combination with the sufficient ionic conductivity of the electrolyte used in a lithium-ion battery due to the use according to the invention, also at low outside temperature, is extremely beneficial for lithium ion batteries.

In einer Ausführungsform weist der Separator den erfindungsgemäßen Elektrolyten gemäß des zweiten Aspekts auf. Vorzugsweise ist dann der Separator mit dem Elektrolyten getränkt. In one embodiment, the separator comprises the electrolyte according to the invention according to the second aspect. Preferably, then the separator is impregnated with the electrolyte.

In einer Ausführungsform liegt der Elektrolyt enthaltend das Kammpolymer im Separator als Festkörperelektrolyt vor. Bevorzugt ist auch eine Ausführungsform, in der der Separator zusammen mit dem Lithiumsalz-Elektrolyt einen Polymerelektrolyt bildet. In one embodiment, the electrolyte containing the comb polymer is present in the separator as a solid electrolyte. Also preferred is an embodiment in which the separator forms a polymer electrolyte together with the lithium salt electrolyte.

Gemäß eines dritten Aspekts betrifft die Erfindung einen Separator für eine Lithiumionen-Batterie, wobei der Separator einen Elektrolyten aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektrolyt ein Polymer aufweist, welches eine Kohlenstoffhauptkette und mindestens 5, vorzugsweise mindestens 10 an die Hauptkette gebundene Kohlenstoffseitenketten aufweist, wobei die Kohlenstoffhauptkette des Polymeren durch Polymerisation olefinischer Monomereinheiten erhältlich ist, wobei die Anzahl der Seitenketten bezogen auf 100 Monomereinhei- ten der Hauptkette 0,5 bis 2,5 beträgt, und die Anzahl der Kohlenstoffatome pro Seitenkette unabhängig voneinander 100 bis 500 beträgt. Elektroden According to a third aspect, the invention relates to a separator for a lithium-ion battery, wherein the separator comprises an electrolyte, characterized in that the electrolyte comprises a polymer having a carbon backbone and at least 5, preferably at least 10 carbon side chains attached to the backbone the carbon backbone of the polymer is obtainable by polymerization of olefinic monomer units, wherein the number of side chains based on 100 monomer units of the main chain is 0.5 to 2.5, and the number of carbon atoms per side chain is independently 100 to 500. electrodes

Die erfindungsgemäße elektrochemische Zelle weist mindestens zwei Elektroden auf, d.h. eine positive und eine negative Elektrode. Dabei weisen beide Elektroden jeweils ein Material auf, welches Lithiumionen leiten oder Lithiumionen oder metallisches Lithium interkalieren kann. The electrochemical cell of the invention has at least two electrodes, i. a positive and a negative electrode. In this case, both electrodes each have a material which can conduct lithium ions or intercalate lithium ions or metallic lithium.

Der Begriff "positive Elektrode" bedeutet die Elektrode, die bei Anschluss der Batterie an einen Verbraucher, beispielsweise an einen Elektromotor, in der La- ge ist, Elektronen aufzunehmen. Sie stellt in dieser Nomenklatur die Kathode dar. The term "positive electrode" means the electrode that is capable of accepting electrons when the battery is connected to a load such as an electric motor. It represents the cathode in this nomenclature.

Der Begriff "negative Elektrode" bedeutet die Elektrode, die bei Betrieb in der Lage ist, Elektronen abzugeben. Sie stellt in dieser Nomenklatur die Anode dar. Die Elektroden weisen vorzugsweise anorganisches Material oder anorganische Verbindungen oder Substanzen auf, die für oder in oder auf einer Elektrode oder als Elektrode verwendet werden können. Vorzugsweise sind dies Verbindungen oder Substanzen, welche unter den Arbeitsbedingungen der Lithiumionen- Batterie auf Grund ihrer chemischen Beschaffenheit Lithiumionen leiten bzw. Lithiumionen oder metallisches Lithium aufnehmen (interkalieren) und auch wieder abgeben können. Im Stand der Technik wird ein derartiges Material auch als "Aktivmaterial" der Elektrode bezeichnet. Dieses Material wird für die Anwendung in einer elektrochemischen Zelle bzw. Batterie vorzugsweise auf einen Träger aufgebracht, vorzugsweise auf einen metallischen Träger, vorzugsweise Aluminium oder Kupfer. Dieser Träger wird auch als "Abieiter" oder auch als "Kollektor" bezeichnet. The term "negative electrode" means the electrode that is capable of delivering electrons when in use. It is the anode in this nomenclature. The electrodes preferably comprise inorganic material or inorganic compounds or substances which can be used for or in or on an electrode or as an electrode. These are preferably compounds or substances which, under the working conditions of the lithium ion battery, due to their chemical nature, conduct lithium ions or absorb (intercalate) and also release lithium ions or metallic lithium. In the prior art, such a material is also referred to as "active material" of the electrode. This material is preferably applied to a carrier for use in an electrochemical cell or battery, preferably a metallic carrier, preferably aluminum or copper. This carrier is also referred to as a "Abieiter" or as a "collector".

Positive Elektrode Positive electrode

Als Aktivmaterial für die positive Elektrode können alle aus dem diesbezüglichen Stand der Technik bekannten Materialien eingesetzt werden. Es besteht also im Hinblick auf die positive Elektrode im Sinne der vorliegenden Erfindung keine Beschränkung. In einer Ausführungsform können als Aktivmaterial für die positive Elektrode Lithiumphosphate eingesetzt werden, vorzugsweise der Summenformel L1XPO4 mit X = Mn, Fe, Co oder Ni, oder Kombinationen hiervon. Weitere geeignete Verbindungen sind Lithiummanganat, vorzugsweise LiMn204, Lithiumkobaltat, vorzugsweise LiCo02, Lithiumnickelat, vorzugsweise LiNi02, oder Mischungen aus zwei oder mehreren dieser Oxide, oder deren gemischte Oxide. Zur Erhöhung der Leitfähigkeit können im Aktivmaterial weitere Verbindungen vorhanden sein, vorzugsweise Kohlenstoff-haltige Verbindungen, oder Kohlenstoff, vorzugsweise in Form von Leitruß oder Graphit. Der Kohlenstoff kann auch in Form von Kohlenstoff-Nanotubes eingebracht werden. Derartige Zusätze werden vorzugsweise in einer Menge von 1 bis 6 Gew.-%, vorzugsweise 1 bis 3 Gew.-% bezogen auf die auf den Träger aufgebrachten Masse der positiven Elektrode aufgebracht. As the active material for the positive electrode, there can be used any of materials known in the related art. Thus, there is no limitation with regard to the positive electrode in the sense of the present invention. In one embodiment, as the positive electrode active material, lithium phosphates may be used, preferably the molecular formula L1XPO4 with X = Mn, Fe, Co or Ni, or combinations thereof. Other suitable compounds are lithium manganate, preferably LiMn 2 0 4 , lithium cobaltate, preferably LiCo0 2 , lithium nickelate, preferably LiNi0 2 , or mixtures of two or more of these oxides, or their mixed oxides. To increase the conductivity further compounds may be present in the active material, preferably carbon-containing compounds, or carbon, preferably in the form of Leitruß or graphite. The carbon can also be introduced in the form of carbon nanotubes. Such additives are preferably applied in an amount of 1 to 6 wt .-%, preferably 1 to 3 wt .-% based on the applied to the carrier mass of the positive electrode.

Das Aktivmaterial kann auch Mischungen aus zwei oder mehreren der genannten Substanzen enthalten. The active material may also contain mixtures of two or more of the substances mentioned.

Negative Elektrode Negative electrode

Geeignete Materialien für die negative Elektrode sind ausgewählt aus: Lithiummetall-Oxide wie Lithium-Titan-Oxid, kohlenstoffhaltige Materialien, vorzugsweise Graphit, synthetischer Graphit, Graphen, Ruß, Mesokohlenstoff, dotierter Kohlenstoff, Fullerene. Als Elektrodenmaterial für die negative Elektrode sind auch Niobpentoxid, Zinnlegierungen, Titandioxid, Zinndioxid, Silizium bevorzugt. Suitable materials for the negative electrode are selected from: lithium metal oxides such as lithium titanium oxide, carbonaceous materials, preferably graphite, synthetic graphite, graphene, carbon black, mesocarbon, doped carbon, fullerenes. As the electrode material for the negative electrode, niobium pentoxide, tin alloys, titanium dioxide, tin dioxide, silicon are also preferable.

Bindemittel binder

Die für die positive oder für die negative Elektrode verwendeten Materialien wie beispielsweise die Aktivmaterialien, können durch ein oder mehrere Bindemittel, das oder welche diese Materialien auf der Elektrode bzw. auf dem Abieiter halten, zusammengehalten werden. Geeignete Bindemittel sind vorzugsweise Sty- rol-Butadien-Kautschuk (SBR), Polyvinylidenfluorid, Polyethylenoxid, Polyethyl- en, Polypropylen, Polytetrafluorethylen, Polyacrylat, Ethylen-(Propylen-Dien- Monomer)-Copolymer (EPDM) und Mischungen und Copolymere davon. The materials used for the positive or negative electrode, such as the active materials, may be held together by one or more binders, which may or may not hold these materials on the electrode or on the Abieiter. Suitable binders are preferably styrene-butadiene rubber (SBR), polyvinylidene fluoride, polyethylene oxide, polyethylene polypropylene, polytetrafluoroethylene, polyacrylate, ethylene (propylene diene monomer) copolymer (EPDM) and blends and copolymers thereof.

In einer Ausführungsform kann auch eine Elektrode mit dem erfindungsgemä- ßen Elektrolyten beschichtet werden. In one embodiment, an electrode can also be coated with the electrolyte according to the invention.

In einer Ausführungsform ist die Elektrode mit dem erfindungsgemäßen Elektrolyten beschichtet. Gemäß eines vierten Aspekts betrifft die Erfindung eine Elektrode für eine Lithiumionen-Batterie, wobei die Elektrode einen Elektrolyten aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektrolyt ein Polymer aufweist, welches eine Kohlenstoff hauptkette und mindestens 5, vorzugsweise mindestens 10 an die Hauptkette gebundene Kohlenstoffseitenketten aufweist, wobei die Kohlenstoff haupt- kette des Polymeren durch Polymerisation olefinischer Monomereinheiten erhältlich ist, wobei die Anzahl der Seitenketten bezogen auf 100 Monomereinheiten der Hauptkette 0,5 bis 2,5 beträgt, und die Anzahl der Kohlenstoffatome pro Seitenkette unabhängig voneinander 100 bis 500 beträgt. Batterie In one embodiment, the electrode is coated with the electrolyte according to the invention. According to a fourth aspect, the invention relates to an electrode for a lithium ion battery, wherein the electrode comprises an electrolyte, characterized in that the electrolyte comprises a polymer having a carbon backbone and at least 5, preferably at least 10 carbon side chains attached to the main chain, wherein the main carbon chain of the polymer is obtainable by polymerization of olefinic monomer units, wherein the number of side chains based on 100 monomer units of the main chain is 0.5 to 2.5, and the number of carbon atoms per side chain is independently 100 to 500. battery

Die vorliegende Erfindung betrifft auch eine Lithiumionen-Batterie mindestens aufweisend eine negative Elektrode, eine positive Elektrode, einen Separator zwischen der negativen und der positiven Elektrode, und einen Elektrolyten.  The present invention also relates to a lithium ion battery comprising at least a negative electrode, a positive electrode, a separator between the negative and the positive electrodes, and an electrolyte.

Die Begriffe "Lithiumionen-Batterie", "wiederaufladbare Lithiumionen-Batterie" und "Lithiumionen-Sekundärbatterie" werden synonym verwendet. Die Begriffe schließen auch die Begriffe "Lithium-Batterie", "Lithium-Ionen-Akkumulator" und "Lithium-Ionen-Zelle" ein. Somit wird der Begriff "Lithiumionen-Batterie" als Sammelbegriff für die im Stand der Technik gebräuchlichen vorgenannten Be- griffe verwendet. Er bedeutet sowohl wiederaufladbare Batterien (Sekundärbatterien) wie auch nicht-aufladbare Batterien (Primärbatterien). Insbesondere umfasst eine "Batterie" im Sinne der vorliegenden Erfindung auch eine einzelne oder einzige "elektrochemische Zelle". Vorzugsweise sind in einer "Batterie" zwei oder mehr solcher elektrochemischer Zellen zusammengeschaltet, entweder in Reihe (also hintereinander) oder parallel. The terms "lithium ion battery", "rechargeable lithium ion battery" and "lithium ion secondary battery" are used synonymously. The terms also include the terms "lithium battery", "lithium ion secondary battery" and "lithium ion cell". Thus, the term "lithium-ion battery" is used as a generic term for the abovementioned terms used in the prior art. It means both rechargeable batteries (secondary batteries) as well as non-rechargeable batteries (primary batteries). In particular, a "battery" in the context of the present invention also includes a single or single "electrochemical cell". Preferably, in a "battery" two or more such electrochemical cells connected together, either in series (ie in a row) or in parallel.

Die erfindungsgemäße Batterie kann nach Verfahren hergestellt werden wie sie aus dem Stand der Technik bekannt sind, etwa durch Laminieren von Elektroden mit dem Separator, vorzugsweise des Separators gemäß des dritten Aspekts, mit einer oder mehrerer Elektroden, vorzugsweise mit Elektroden gemäß des vierten Aspekts. Die Batterie kann auch mit einem Elektrolyten befüllt werden, vorzugsweise mit einem Elektrolyten gemäß des zweiten Aspekts. The battery according to the invention can be produced by methods known in the art, such as by laminating electrodes with the separator, preferably the separator according to the third aspect, with one or more electrodes, preferably with electrodes according to the fourth aspect. The battery may also be filled with an electrolyte, preferably with an electrolyte according to the second aspect.

Dem gemäß betrifft in einem fünften Aspekt die vorliegende Erfindung eine Lithiumionen-Batterie mindestens aufweisend eine negative Elektrode, eine positive Elektrode, einen Separator zwischen der negativen und der positiven Elektrode, und einen Elektrolyten, dadurch gekennzeichnet, dass die Batterie den Elektrolyten gemäß des zweiten Aspekts der Erfindung aufweist, und / o- der einen Separator gemäß des dritten Aspekts, und / oder eine negative / und oder eine positive Elektrode gemäß des vierten Aspekts. Accordingly, in a fifth aspect, the present invention relates to a lithium ion battery comprising at least a negative electrode, a positive electrode, a separator between the negative and positive electrodes, and an electrolyte, characterized in that the battery is the electrolyte according to the second aspect of the invention, and / or a separator according to the third aspect, and / or a negative / and / or a positive electrode according to the fourth aspect.

Verwendung der erfindunasaemäßen Batterie Use of the erfindunasaemäßen battery

Gemäß eines sechsten Aspekts betrifft die Erfindung die Verwendung der erfindungsgemäßen Batterie bzw. der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Batterie. According to a sixth aspect, the invention relates to the use of the battery according to the invention or the battery produced by the method according to the invention.

Vorzugsweise kann die erfindungsgemäße Lithium-Batterie bei Umgebungstem- peraturen von -40 bis +100 °C betrieben werden. Preferably, the lithium battery according to the invention can be operated at ambient temperatures of -40 to +100 ° C.

Bevorzugte Entladeströme einer erfindungsgemäßen Batterie sind größer 100 A, vorzugsweise größer 200 A, vorzugsweise größer 300 A, weiterhin bevorzugt größer 400 A. Preferred discharge currents of a battery according to the invention are greater than 100 A, preferably greater than 200 A, preferably greater than 300 A, more preferably greater than 400 A.

Die erfindungsgemäße Batterie / elektrochemische Zelle kann zur Energieversorgung für mobile Informationseinrichtungen, Werkzeuge, elektrisch betriebene Automobile, für Automobile mit Hybrid-Antrieb und für stationäre Energiespeicher verwendet werden. The battery / electrochemical cell according to the invention can be used for power supply for mobile information devices, tools, electrically operated Automobiles, used for automobiles with hybrid drive and for stationary energy storage.

Claims

Patentansprüche claims 1. Verwendung mindestens eines Polymeren aufweisend eine Kohlenstoff- hauptkette und mindestens 5, vorzugsweise mindestens 10 an die Hauptkette gebundene Kohlenstoffseiten ketten, wobei die Hauptkette des Polymeren durch Polymerisation olefinischer Monomereinheiten erhältlich ist, wobei die Anzahl der Seitenketten bezogen auf 100 Monomereinheiten der Hauptkette 0,5 bis 2,5 beträgt, und die Anzahl der Kohlenstoffatome pro Seitenkette un- abhängig voneinander 00 bis 500 beträgt, dadurch gekennzeichnet, dass das Polymer als Elektrolytkomponente für eine Lithiumionen-ßatterie verwendet wird. 1. Use of at least one polymer having a main carbon chain and at least 5, preferably at least 10, carbon sides attached to the main chain, the main chain of the polymer being obtainable by polymerization of olefinic monomer units, the number of side chains being based on 100 monomer units of the main chain 0, Is 5 to 2.5, and the number of carbon atoms per side chain is independently from 00 to 500, characterized in that the polymer is used as the electrolyte component for a lithium ion battery. 2. Verwendung nach Anspruch 1 , wobei die Anzahl der Seitenketten bezogen auf 100 Monomereinheiten der Hauptkette 0,6 bis 2,0 beträgt. 2. Use according to claim 1, wherein the number of side chains based on 100 monomer units of the main chain is 0.6 to 2.0. 3. Verwendung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Anzahl der Seitenketten bezogen auf 100 Monomereinheiten der Hauptkette 0,7 bis 1 ,8 beträgt. 3. Use according to claim 1 or 2, wherein the number of side chains based on 100 monomer units of the main chain is 0.7 to 1.8. 4. Verwendung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Anzahl der Kohlenstoffatome pro Seitenkette unabhängig voneinander 200 bis 500 beträgt. Use according to any one of the preceding claims, wherein the number of carbon atoms per side chain is independently from 200 to 500. 5. Verwendung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Anzahl der Kohlenstoffatome pro Seitenkette unabhängig voneinander 350 bis 450 beträgt. Use according to any one of the preceding claims, wherein the number of carbon atoms per side chain is independently from 350 to 450. 6. Verwendung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Polymer in einer Menge von 0,1 - 30 Gew.-% dem Elektrolyten zugesetzt wird bezo- gen auf die Gesamtmenge des Elektrolyten. 6. Use according to one of the preceding claims, wherein the polymer is added in an amount of 0.1 to 30 wt .-% of the electrolyte based on the total amount of the electrolyte. 7. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Polymer in einer Menge von 50 - 98 Gew.-% dem Elektrolyten zugesetzt wird bezogen auf die Gesamtmenge des Elektrolyten. 7. Use according to one of claims 1 to 5, wherein the polymer is added in an amount of 50 to 98 wt .-% of the electrolyte based on the total amount of the electrolyte. 8. Elektrolyt für eine Lithiumionen-Batterie, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektrolyt ein Polymer aufweist, welches eine Kohlenstoffhauptkette und mindestens 5, vorzugsweise mindestens 10 an die Hauptkette gebundene Kohlenstoffseitenketten aufweist, wobei die Hauptkette des Polymeren durch Polymerisation olefinischer Monomereinheiten erhältlich ist, wobei die Anzahl der Seitenketten bezogen auf 100 Monomereinheiten der Hauptkette 0,5 bis 2 beträgt, und die Anzahl der Kohlenstoffatome pro Seitenkette unabhängig voneinander 100 bis 500 beträgt. 8. An electrolyte for a lithium-ion battery, characterized in that the electrolyte comprises a polymer having a carbon backbone and at least 5, preferably at least 10 carbon side chains attached to the backbone, the backbone of the polymer being obtainable by polymerization of olefinic monomer units, said Number of side chains based on 100 monomer units of the main chain is 0.5 to 2, and the number of carbon atoms per side chain is independently 100 to 500. 9. Separator für eine Lithiumionen-Batterie, dadurch gekennzeichnet, dass der Separator den Elektrolyten nach Anspruch 8 aufweist. 9. Separator for a lithium-ion battery, characterized in that the separator comprises the electrolyte according to claim 8. 10. Elektrode für eine Lithiumionen-Batterie, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrode den Elektrolyten nach Anspruch 8 aufweist. 10. electrode for a lithium-ion battery, characterized in that the electrode comprises the electrolyte according to claim 8. 11. Lithiumionen-Batterie mindestens aufweisend: eine negative Elektrode, eine positive Elektrode, einen Separator zwischen der negativen und der positiven Elektrode, und einen Elektrolyten, dadurch gekennzeichnet, dass die Batterie den Elektrolyten nach Anspruch 8 auf- weist, und / oder einen Separator nach Anspruch 9, und / oder die negative Elektrode und / oder die positive Elektrode eine Elektrode nach Anspruch 10 ist. 11. A lithium ion battery comprising at least: a negative electrode, a positive electrode, a separator between the negative and the positive electrodes, and an electrolyte, characterized in that the battery comprises the electrolyte according to claim 8, and / or a separator according to claim 9, and / or the negative electrode and / or the positive electrode is an electrode according to claim 10. 12. Verwendung der Lithiumionen-Batterie nach Anspruch 1 1 zur Energiever- sorgung für mobile Informationseinrichtungen, Werkzeuge, elektrisch betriebene Automobile, für Automobile mit Hybrid-Antrieb und für stationäre Energiespeicher. 12. Use of the lithium-ion battery according to claim 1 1 for energy supply for mobile information equipment, tools, electrically powered cars, for automobiles with hybrid drive and for stationary energy storage.
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