Titel

Vorlithiiertes, kohlenstoffbeschichtetes Anodenaktivmaterial

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines

Anodenaktivmaterials für eine Lithium-Zelle, ein Anodenaktivmaterial, eine chemische Gasphasenabscheidungsvorrichtung und eine Lithium-Zelle

Stand der Technik

Silicium ist eines der vielversprechendsten Anodenmaterialien für die nächste Generation von Lithium-Ionen-Batterien, da Silicium eine sehr hohe Kapazität bietet, welche beispielsweise bei 3670 mA/g bei etwa 0,4 V gegen Lithium liegen und etwa um das Zehnfache höher als die Kapazität von Graphit sein kann.

Herkömmliche Anoden auf der Basis von Nanosilicium weisen jedoch in der Regel kein gutes Zyklisierungsverhalten auf, da beim Zyklisieren das Silicium extreme Volumenänderungen durchläuft. Beispielsweise kann das Silicium beim Lithiieren eine Volumenexpansion um bis zu etwa 300 % vollziehen.

Herkömmlicherweise wird während des ersten Zyklus einer Zelle

beziehungsweise während der ersten Lithiierung eines Anodenaktivmaterials eine Festkörper-Elektrolyt-Grenzschicht, eine so genannte SEI-Schicht (SEI; Englisch: Solide Electrolyte Interface), aus Elektrolytzersetzungsprodukten auf der Oberfläche des Anodenmaterials ausgebildet. Im Fall von Silicium als Anodenaktivmaterial kann eine SEI-Schicht aus

Elektrolytzersetzungsprodukten gebildet werden. Die SEI-Schicht ist im Fall von Silicium jedoch instabil und bricht mit voranschreitender Volumenexpansion ständig auf und exponiert dem Elektrolyten neue Reaktionsoberfläche, was zu einer ständigen SEI-Bildung und schließlich zur Ausbildung einer inhomogenen

Schicht mit vielen Rissen und anderen Defekten, welche die Schicht während der folgenden Zyklen anfällig gegenüber Brüchen machen, führen kann.

Die Druckschrift US 2010/0173198 AI betrifft eine sekundäre Lithium-Ionen- Batterie mit einer vorlithiierten Anode.

Die Druckschrift UD 2007/0099084 AI betrifft eine hochkapazitive Elektrode und Herstellungsverfahren hierfür. Die Druckschrift US 2012/0100438 AI betrifft Komposite, welche ein

hochkapazitives, poröses, durch eine Schale begrenztes Aktivmaterial enthalten.

Offenbarung der Erfindung

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines

Anodenaktivmaterials für eine Lithium-Zelle.

Unter einer Lithium-Zelle kann insbesondere eine elektrochemische Zelle, beispielsweise eine Batteriezelle, zum Beispiel eine sekundäre oder primäre

Batteriezelle, verstanden werden, an deren elektrochemischer Reaktion Lithium beteiligt sind. Zum Beispiel kann eine Lithium-Zelle eine Lithium-Ionen-Zelle oder eine Lithium-Schwefel-Zelle oder eine Lithium Sauerstoff-Zelle, beispielsweise eine Lithium-Luft-Zelle, sein.

In dem Verfahren kann insbesondere ein Anodenaktivmaterial lithiiert und mit Kohlenstoff beschichtet werden. Zum Beispiel kann in dem Verfahren ein

Anodenaktivmaterial (zunächst) lithiiert und das lithiierte Anodenaktivmaterial (dann) mit Kohlenstoff beschichtet werden. Im Rahmen einer Ausführungsform umfasst das Anodenaktivmaterial Silicium. Beispielsweise kann das Anodenmaterial aus Silicium ausgebildet sein.

Das Anodenaktivmaterial kann beispielsweise in Form von

Anodenaktivmaterialpartikel ausgebildet sein. Dabei können die

Anodenaktivmaterialpartikel Silicium umfassen oder daraus ausgebildet sein. Zum Beispiel kann das Anodenaktivmaterialpartikel in Form von Siliciumpartikel ausgebildet sein. Insbesondere können dabei, beispielsweise lithiierte,

Anodenaktivmaterialpartikel, zum Beispiel Siliciumpartikel, mit Kohlenstoff beschichtet werden.

Durch das Lithiieren, welches insbesondere mit einer Lithiumlegierungsbildung einhergehen kann, expandiert das Anodenaktivmaterial, beispielsweise die Anodenaktivmaterialpartikel, zum Beispiel die Siliciumpartikel, so dass das lithiierte (und damit expandierte) Anodenaktivmaterial, beispielsweise die Anodenaktivmaterialpartikeln, zum Beispiel die Siliciumpartikel, mit dem

Kohlenstoff beschichtet werden.

Das Verfahren ermöglicht vorteilhafterweise lithiiertes (und damit expandiertes) Anodenaktivmaterial, beispielsweise lithiierte (und damit expandierte)

Anodenaktivmaterialpartikel, zum Beispiel Siliciumpartikel, mit einer stabilisierten Oberflächenschicht zu synthetisieren. Vorteilhafterweise kann so eine

Anodenaktivmaterial bereitgestellt werden, welches insbesondere bis hin zu seinem maximalen Volumen, beispielsweise bis hin zu einem etwa Vierfachen seines Volumens, zum Beispiel auf ein 3,75-faches oder mehr seines Volumens, im Fall von vollständig lithiiertem Silicium (Li _max Si, beispielsweise mit (>) 3,75 Li/Si, zum Beispiel Li _3,75 Si oder Li ₄₄ Si), expandiert sein kann und eine

Kohlenstoffoberflächenbeschichtung aufweist. Insbesondere können so vorteilhafterweise Anodenaktivmaterialpartikel, zum Beispiel Siliciumpartikel, bereitgestellt werden, welche insbesondere bis hin zu ihrem maximalen

Volumen, beispielsweise bis zu einem etwa Vierfachen ihres Volumens, zum Beispiel auf ein 3,75-faches oder mehr ihres Volumens, im Fall vollständig lithiiertem Silicium (Li _max Si), expandiert sein können und eine

Kohlenstoffoberflächenbeschichtung aufweisen. Dabei kann die Kohlenstoffoberflächenbeschichtung vorteilhafterweise als Schutzschicht und Elektrolyt-Barriere dienen sowie zudem elektrische Leitfähigkeit verleihen.

Durch das Beschichten mit Kohlenstoff kann vorteilhafterweise eine Schicht auf dem Anodenaktivmaterial, beispielsweise auf den Anodenaktivmaterialpartikeln, zum Beispiel Siliciumpartikeln, realisiert werden, welche eine gewisse mechanische Stabilität aufweisen und beispielsweise sowohl beim

lithiumlegierungsbildungsbedingten Expandieren als auch beim

lithiumlegierungsrückbildungsbedingten Schrumpfen des Anodenaktivmaterials, beispielsweise der Anodenaktivmaterialpartikel, zum Beispiel Siliciumpartikel, mechanisch stabil bleiben kann, insbesondere ohne - im Gegensatz zu einer auf unbehandeltem Silicium, beispielsweise herkömmlichen Siliciumpartikeln, ausgebildeten SEI-Schicht - beim Expandieren zu brechen und/oder ohne - insbesondere auch im Gegensatz zu einer auf vorlithiiertem Silicium, zum Beispiel vorlithiierten Siliciumpartikeln, ausgebildeten SEI-Schicht - beim

Schrumpfen zu kollabieren.

Somit kann durch das Verfahren vorteilhafterweise kohlenstoffbeschichtetes und dadurch mechanisch stabilisiertes, vorlithiiertes Anodenaktivmaterial, beispielsweise Silicium, bereitgestellt werden.

Auf der Kohlenstoffbeschichtung kann vorteilhafterweise bereits während des ersten Zyklisierungszyklus - zum Beispiel wenn die Zellspannung einer, beispielsweise carbonathaltigen, Zelle unter 0,8 V sinkt - eine SEI-Schicht gebildet werden, welche vorteilhafterweise in den folgenden Zyklen stabil bleiben kann. Dabei kann die SEI-Schicht auf der Kohlenstoffbeschichtung insbesondere stabil bleiben, da der Kohlenstoff beim Lithiieren lediglich eine minimale oder sogar keine - beispielsweise im Fall einer vollständig lithiierten

Kohlenstoffbeschichtung - Volumenexpansion vollzieht.

So kann wiederum vorteilhafterweise das Zyklisierungsverhalten einer damit ausgestatten Lithium-Zelle verbessert werden.

Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform wird das Anodenaktivmaterial mittels chemischer Gasphasenabscheidung lithiiert. Durch chemische Gasphasenabscheidung kann vorteilhafterweise eine homogene Lithiierung des Anodenaktivmaterials erzielt werden. In Kombination mit einem im Folgenden erläuterten Beschichten mit Kohlenstoff mittels chemischer

Gasphasenabscheidung kann so zudem die Prozessführung vereinfacht werden.

Bei dem Lithiieren des Anodenaktivmaterials mittels chemischer

Gasphasenabscheidung kann insbesondere ein Lithium-Präkursor verwendet werden.

Im Rahmen einer Ausgestaltung dieser Ausführungsform umfasst oder ist der Lithium- Präkursor mindestens einen lithiierten Kohlenwasserstoff, beispielsweise mindestens ein lithiiertes Alkin, zum Beispiel lithiiertes Acetylen, und/oder mindestens einen lithiierten aromatischen Kohlenwasserstoff, zum Beispiel lithiiertes Toluol.

Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform wird das, beispielsweise lithiierte, Anodenaktivmaterial mittels chemischer Gasphasenabscheidung mit Kohlenstoff beschichtet. Eine mittels chemischer Gasphasenabscheidung ausgebildete Kohlenstoffbeschichtung kann vorteilhafterweise eine besonders hohe

Homogenität und/oder mechanische Stabilität aufweisen und sowohl beim lithiumlegierungsbildungsbedingten Expandieren als auch beim

lithiumlegierungsrückbildungsbedingten Schrumpfen des Anodenaktivmaterials, insbesondere der Anodenaktivmaterialpartikel, mechanisch stabil bleiben. Durch chemische Gasphasenabscheidung kann zudem vorteilhafterweise die Dicke und/oder Morphologie der Beschichtung, beispielsweise in Form eines Films, gezielt eingestellt werden und eine große Auswahl an Kohlenstoff-Präkursoren eingesetzt werden, welche beispielsweise im Hinblick auf ein Einstellen einer gewünschten Morphologie und/oder Leitfähigkeit der Beschichtung ausgewählt werden können.

Bei dem Beschichten des lithiierten Anodenaktivmaterials mittels chemischer Gasphasenabscheidung kann insbesondere ein Kohlenstoff-Präkursor verwendet werden. Im Rahmen einer Ausgestaltung dieser Ausführungsform umfasst oder ist der Kohlenstoff- Präkursor mindestens einen Kohlenwasserstoff, beispielsweise mindestens ein Alkin, zum Beispiel Acetylen, und/oder mindestens einen aromatischen Kohlenwasserstoff, zum Beispiel Toluol.

Das Lithiieren und Beschichten mit Kohlenstoff kann beispielsweise schrittweise, zum Beispiel durch - beispielsweise alternierend wiederholtes - teilweises Lithiieren des Anodenaktivmaterials und Beschichten des teilweise lithiierten Anodenaktivmaterials mit Kohlenstoff, beispielsweise bis zum Erreichen einer vollständigen Lithiierung (und damit einer maximalen Expansion), oder gegebenenfalls auch in einem Schritt, zum Beispiel durch vollständiges Lithiieren des Anodenaktivmaterials, insbesondere bis zum Erreichen einer vollständigen Lithiierung, und Beschichten des vollständig lithiierten (und damit maximal expandierten) Anodenaktivmaterials mit Kohlenstoff, erfolgen.

Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform - insbesondere welche auf einem schrittweisen Lithiieren und Beschichten mit Kohlenstoff basiert - wird das Lithiieren und Beschichten mit Kohlenstoff alternierend wiederholt. Durch alternierendes Lithiieren und Beschichten mit Kohlenstoff kann vorteilhafterweise die Kohlenstoffbeschichtung zum einen lithiiert und zum anderen durch die beim Lithiieren auftretende Volumenexpansion verdichtet werden, wodurch wiederum vorteilhafterweise die Stabilität der Kohlenstoffbeschichtung erhöht werden kann.

Im Rahmen einer weiteren, alternativen oder zusätzlichen Ausführungsform - insbesondere welche auf einem schrittweisen Lithiieren und Beschichten mit Kohlenstoff basiert - wird in dem Verfahren das Anodenaktivmaterial teilweise lithiiert. Dabei kann insbesondere das teilweise lithiierthe Anodenaktivmaterial mit Kohlenstoff beschichtet werden. Zum Beispiel kann in dem Verfahren das Anodenaktivmaterial (zunächst) teilweise lithiiert und (dann) das teilweise lithiierthe Anodenaktivmaterial mit Kohlenstoff beschichtet werden.

Im Rahmen einer Ausgestaltung dieser Ausführungsform wird das teilweise lithiierte, kohlenstoffbeschichtete Anodenmaterial (dann) weiter teilweise lithiiert. Durch wiederholtes teilweises Lithiieren kann vorteilhafterweise die Kohlenstoffbeschichtung lithiiert und durch den lithiierungsbedingten

Expansionsschritt verdichtet und auf diese Weise deren Stabilität erhöht werden.

Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung dieser Ausführungsform wird das weiter teilweise lithiierte, kohlenstoffbeschichtete Anodenaktivmaterial (dann) erneut mit Kohlenstoff beschichtet. Durch wiederholtes Kohlenstoffbeschichten kann vorteilhafterweise die Beschichtung weiter stabilisiert werden.

Beispielsweise können dabei Anodenaktivmaterialpartikel, zum Beispiel

Siliciumpartikel, (zunächst) teilweise lithiiert und (dann) die teilweise lithiierten Anodenaktivmaterialpartikel, zum Beispiel Siliciumpartikel, mit Kohlenstoff beschichtet werden. Die teilweise lithiierten, kohlenstoffbeschichteten

Anodenmaterialpartikel, zum Beispiel Siliciumpartikel, können (dann)

beispielsweise weiter teilweise lithiiert werden. Die weiter teilweise lithiierten, kohlenstoffbeschichteten Anodenaktivmaterialpartikel, zum Beispiel

Siliciumpartikel, können (dann) beispielsweise erneut mit Kohlenstoff beschichtet werden.

Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform wird das teilweise Lithiieren und Beschichten mit Kohlenstoff alternierend wiederholt.

Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform wird das, insbesondere teilweise, Lithiieren und Beschichten mit Kohlenstoff mindestens zweifach, insbesondere mindestens zehnfach, beispielsweise mindestens zwanzigfach, alternierend wiederholt. So kann vorteilhafterweise eine besonders stabile

Kohlenstoffoberflächenbeschichtung erzielt werden.

Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform wird das, insbesondere teilweise, Lithiieren und Beschichten mit Kohlenstoff bis zum Erreichen einer

durchschnittlichen Schichtdicke der Kohlenstoffbeschichtung in einem Bereich von > 50 nm bis < 0,5 μηη alternierend wiederholt. So kann vorteilhafterweise eine besonders stabile Kohlenstoffoberflächenbeschichtung erzielt werden.

Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform wird das, insbesondere teilweise, Lithiieren und Beschichten mit Kohlenstoff bis zum Erreichen einer vollständigen Lithiierung des Anodenaktivmaterials alternierend wiederholt. So kann

vorteilhafterweise eine besonders stabile Kohlenstoffoberflächenbeschichtung erzielt werden, insbesondere welche selbst im expandiertesten Zustand des Anodenaktivmaterials, beispielsweise der Anodenaktivmaterialpartikel, zum Beispiel Siliciumpartikel, stabil ist.

Zum Beispiel kann das Anodenaktivmaterial bis zum Erreichen einer

vollständigen Lithiierung alternierend wiederholt teilweises lithiiert und das teilweise lithiierte Anodenaktivmaterial mit Kohlenstoff beschichtet werden.

Beispielsweise können dabei die Anodenaktivmaterialpartikel, zum Beispiel

Siliciumpartikel, bis zum Erreichen einer vollständigen Lithiierung alternierend wiederholt teilweises lithiiert und die teilweise lithiierten

Anodenaktivmaterialpartikel, zum Beispiel Siliciumpartikel, mit Kohlenstoff beschichtet werden.

Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform wird das Anodenaktivmaterial, bezogen auf die durch das Anodenaktivmaterial maximal aufnehmbare stöchiometrische Lithiummenge, (jeweils - insbesondere bei jedem teilweisen Lithiieren) zu < 20 % teilweise lithiiert. Insbesondere kann das

Anodenaktivmaterial, bezogen auf die durch das Anodenaktivmaterial maximal aufnehmbare stöchiometrische Lithiummenge, (jeweils - insbesondere bei jedem teilweisen Lithiieren) zu < 10 %, beispielsweise jeweils zu < 5 %, teilweise lithiiert werden. Beispielsweise können dabei die Anodenaktivmaterialpartikel, zum Beispiel Siliciumpartikel, bezogen auf die durch die Anodenaktivmaterialpartikel beziehungsweise Siliciumpartikel maximal aufnehmbare stöchiometrische

Lithiummenge, (jeweils - insbesondere bei jedem teilweisen Lithiieren) zu < 20 %, insbesondere jeweils zu < 10 %, beispielsweise jeweils zu < 5 %, teilweise lithiiert werden. Zum Beispiel kann das Verfahren die Verfahrensschritte:

a) teilweises Lithiieren von Anodenaktivmaterial und

b) Beschichten des teilweise lithiierten Anodenaktivmaterials mit Kohlenstoff, umfassen. Beispielsweise können dabei in Verfahrensschritt a)

Anodenaktivmaterialpartikel, zum Beispiel Siliciumpartikel, teilweise lithiiert werden und in Verfahrensschritt b) die lithiierten Anodenaktivmaterialpartikel, zum Beispiel Siliciumpartikel, mit Kohlenstoff beschichtet werden.

Dabei kann das Verfahren beispielsweise weiterhin den Verfahrensschritt:

c) weiteres teilweises Lithiieren des teilweise lithiierten, kohlenstoffbeschichteten Anodenaktivmaterials,

umfassen. Beispielsweise können dabei in Verfahrensschritt c) teilweise lithiierte, kohlenstoffbeschichtete Anodenaktivmaterialpartikel, zum Beispiel

Siliciumpartikel, weiter teilweise lithiiert werden.

Weiterhin kann das Verfahren dabei beispielsweise den Verfahrensschritt:

d) erneutes Beschichten des weiter teilweise lithiierten, kohlenstoffbeschichteten Anodenaktivmaterials mit Kohlenstoff

umfassen. Beispielsweise können dabei in Verfahrensschritt d) weiter teilweise lithiierte, kohlenstoffbeschichtete Anodenaktivmaterialpartikel, zum Beispiel Siliciumpartikel, mit Kohlenstoff erneut beschichtet werden.

Insbesondere kann das Anodenaktivmaterial in Verfahrensschritt a)

beziehungsweise in den Verfahrensschritten a) und c) jeweils zu < 20 %, insbesondere jeweils zu < 10 %, beispielsweise jeweils zu < 5 %, bezogen auf die durch das Anodenaktivmaterial maximal aufnehmbare stöchiometrische Lithiummenge, teilweise lithiiert werden. Beispielsweise können die

Anodenaktivmaterialpartikel, zum Beispiel Siliciumpartikel, jeweils zu < 20 %, insbesondere jeweils zu < 10 %, beispielsweise mit < 5 %, bezogen auf die durch die Anodenaktivmaterialpartikel, zum Beispiel Siliciumpartikel, maximal aufnehmbare stöchiometrische Lithiummenge, teilweise lithiiert werden.

Beispielsweise können dabei die Verfahrensschritte c) und d) mindestens zweifach, beispielsweise mindestens zehnfach, zum Beispiel mindestens zwanzigfach, alternierend wiederholt werden.

Zum Beispiel können die Verfahrensschritte c) und d) bis zum Erreichen einer vollständigen Lithiierung alternierend wiederholt werden. Im Rahmen einer anderen Ausführungsform - insbesondere welche auf einem Beschichten mit Kohlenstoff in einem Schritt basiert - wird das

Anodenaktivmaterial, beispielsweise Silicium, insbesondere bis zum Erreichen einer vollständigen Lithiierung, vollständig lithiiert und dann mit Kohlenstoff beschichtet. Insbesondere können dabei die Anodenaktivmaterialpartikel, zum

Beispiel Siliciumpartikel, insbesondere bis zum Erreichen einer vollständigen Lithiierung, vollständig lithiiert und dann mit Kohlenstoff beschichtet werden. So kann vorteilhafterweise eine Kohlenstoffoberflächenbeschichtung erzielt werden, welche selbst im expandiertesten Zustand der Anodenaktivmaterialpartikel, insbesondere Siliciumpartikel, stabil ist.

Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform wird das Verfahren durch eine im Folgenden erläuterte Vorrichtung durchgeführt. Hinsichtlich weiterer technischer Merkmale und Vorteile des erfindungsgemäßen

Verfahrens wird hiermit explizit auf die Erläuterungen im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung, dem erfindungsgemäßen Anodenaktivmaterial und der erfindungsgemäßen Lithium-Zelle sowie auf die Figuren und die

Figurenbeschreibung verwiesen.

Ein weiterer Gegenstand ist eine chemische Gasphasenabscheidungsvorrichtung zur Herstellung eines Anodenaktivmaterials für eine Lithium-Zelle. Die Vorrichtung kann insbesondere einen Reaktionsraum, beispielsweise in Form einer Röhre, zur Durchführung von chemischer Gasphasenabscheidung, einen Lithium-Präkursor-Einlass zum Einlassen eines Lithium-Präkursors in den Reaktionsraum und ein Lithium-Präkursor-Einlass-Absperrorgan zum offenbaren Absperren des Lithium-Präkursor-Einlasses sowie einen Kohlenstoff-Präkursor- Einlass zum Einlassen eines Kohlenstoff-Präkursors in den Reaktionsraum und ein Kohlenstoff-Präkursor-Einlass-Absperrorgan zum offenbaren Absperren des Kohlenstoff-Präkursor-Einlasses umfassen.

Durch das Lithium-Präkursor-Einlass-Absperrorgan und das Kohlenstoff- Präkursor-Einlass-Absperrorgan können vorteilhafterweise die beiden Einlässe für den Lithium- und Kohlenstoff-Präkursor, insbesondere der Lithium-Präkursor- Einlass und der Kohlenstoff-Präkursor-Einlass, kontrolliert werden. So kann das Lithiieren und Beschichten vorteilhafterweise schrittweise oder in einem Schritt durchgeführt werden.

Das Lithium-Präkursor-Einlass-Absperrorgan und das Kohlenstoff-Präkursor- Einlass-Absperrorgan können beispielsweise Ventile sein. Insbesondere können das Lithium-Präkursor-Einlass-Absperrorgan und das Kohlenstoff-Präkursor- Einlass-Absperrorgan automatisch steuerbar sein. Beispielsweise können das Lithium-Präkursor-Einlass-Absperrorgan und das Kohlenstoff-Präkursor-Einlass- Absperrorgan alternierend offenbar sein.

Im Rahmen einer Ausführungsform ist in einer Lithiierungsstellung das Lithium- Präkursor-Einlass-Absperrorgan geöffnet und das Kohlenstoff-Präkursor-Einlass- Absperrorgan geschlossen und/oder in einer Beschichtungsstellung das Lithium- Präkursor-Einlass-Absperrorgan geschlossen und das Kohlenstoff-Präkursor- Einlass-Absperrorgan geöffnet.

In dem Reaktionsraum kann beispielsweise eine Anodenaktivmaterialaufnahme zur Aufnahme von, zum Beispiel pulverförmigem, Anodenaktivmaterial vorgesehen sein. Die Anodenaktivmaterialaufnahme kann beispielsweise ein, insbesondere offener, Behälter sein.

Die Vorrichtung kann beispielsweise zur Herstellung eines Anodenaktivmaterials für eine Lithium-Ionen-Zelle oder eine Lithium-Schwefel-Zelle oder eine Lithium

Sauerstoff-Zelle, beispielsweise eine Lithium-Luft-Zelle, ausgelegt sein.

Die Vorrichtung kann insbesondere zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens ausgelegt sein beziehungsweise dieses durchführen. Hinsichtlich weiterer technischer Merkmale und Vorteile der erfindungsgemäßen

Vorrichtung wird hiermit explizit auf die Erläuterungen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren, dem erfindungsgemäßen

Anodenaktivmaterial und der erfindungsgemäßen Lithium-Zelle sowie auf die Figuren und die Figurenbeschreibung verwiesen. Ein weiterer Gegenstand ist ein Anodenaktivmaterial für eine Lithium-Zelle. Das Anodenaktivmaterial kann beispielsweise ein Anodenaktivmaterial für eine Lithium-Ionen-Zelle oder eine Lithium-Schwefel-Zelle oder eine Lithium

Sauerstoff-Zelle, beispielsweise eine Lithium-Luft-Zelle, sein.

Im Rahmen einer Ausführungsform ist das Anodenaktivmaterial durch ein erfindungsgemäßes Verfahren und/oder eine erfindungsgemäße Vorrichtung hergestellt.

Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform umfasst das Anodenaktivmaterial Anodenaktivmaterialpartikel, beispielsweise Siliciumpartikel, welche mit mindestens einer lithiierten Kohlenstoffbeschichtung beschichtet sind.

Insbesondere können dabei die Anodenaktivmaterialpartikel, beispielsweise die Siliciumpartikel, mit mindestens zwei lithiierten Kohlenstoffbeschichtungen, beispielsweise mit mindestens zehn lithiierten Kohlenstoffbeschichtungen, zum Beispiel mit mindestens zwanzig lithiierten Kohlenstoffbeschichtungen, beschichtet sein. Ein derartiges Anodenaktivmaterial kann vorteilhafterweise durch schrittweises Lithiieren und Beschichten mit Kohlenstoff hergestellt werden.

Mittels eines erfindungsgemäßen Verfahrens und/oder mittels einer

erfindungsgemäßen Vorrichtung hergestelltes Anodenaktivmaterial kann beispielsweise mittels Transmissionselektronenmikroskopie (TEM) und/oder Elektronenenergieverlustspektroskopie (EELS; Englisch: Electron Energy Loss

Spectroscopy) und/oder Rasterelektronenmikroskopie (SEM; Englisch: Scanning Electron Microscope) und/oder Raman-Spektroskopie,

Röntgenphotoelektronenspektroskopie (XPS, Englisch: X-ray Photoelectron Spectroscopy), beispielsweise mit Tiefenprofilierung, nachgewiesen werden.

Hinsichtlich weiterer technischer Merkmale und Vorteile des erfindungsgemäßen Anodenaktivmaterials wird hiermit explizit auf die Erläuterungen im

Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren, der

erfindungsgemäßen Vorrichtung und der erfindungsgemäßen Lithium-Zelle sowie auf die Figuren und die Figurenbeschreibung verwiesen. Ferner betrifft die Erfindung eine Lithium-Zelle welche ein erfindungsgemäßes Anodenmaterial umfasst. Die Lithium-Zelle kann zum Beispiel eine Lithium- Ionen-Zelle oder eine Lithium-Schwefel-Zelle oder eine Lithium Sauerstoff-Zelle, beispielsweise eine Lithium-Luft-Zelle, sein.

Hinsichtlich weiterer technischer Merkmale und Vorteile der erfindungsgemäßen Zelle wird hiermit explizit auf die Erläuterungen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren, der erfindungsgemäßen Vorrichtung und dem erfindungsgemäßen Anodenaktivmaterial sowie auf die Figuren und die

Figurenbeschreibung verwiesen.

Zeichnungen

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Gegenstände werden durch die Zeichnungen veranschaulicht und in der nachfolgenden Beschreibung erläutert. Dabei ist zu beachten, dass die Zeichnungen nur beschreibenden Charakter haben und nicht dazu gedacht sind, die Erfindung in irgendeiner Form einzuschränken. Es zeigen

Fig. 1 ein Schema zur Veranschaulichung einer Ausführungsform des

erfindungsgemäßen Verfahrens, im Rahmen derer Siliciumpartikel schrittweise und alternierend wiederholt teilweise lithiiert und mit Kohlenstoff beschichtet werden;

Fig. 2 ein Schema zur Veranschaulichung einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, im Rahmen derer Siliciumpartikel in einem Schritt vollständig lithiiert werden und dann mit Kohlenstoff beschichtet werden; und

Fig. 3 einen schematischen Querschnitt durch eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen chemischen Gasphasenabscheidungsvorrichtung.

Figur 1 zeigt, dass im Rahmen einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens Siliciumpartikel (Si) schrittweise lithiiert und mit Kohlenstoff (C) beschichtet werden. Die Siliciumpartikel (Si) werden dabei insbesondere in einem Verfahrensschritt a) teilweises lithiiert. Dabei werden die Siliciumpartikel (Si) pro Siliciumatom mit 0,2 Lithiumatomen lithiiert. Bezogen auf die durch das Silicium maximal aufnehmbare stöchiometrische Lithiummenge Li _max , zum Beispiel von 3,75 beziehungsweise 4,4 Lithiumatomen pro Siliciumatom (Li _{3 75} Si, Li ₄₄ Si), werden die Siliciumpartikel (Si) in Verfahrensschritt a) somit zu etwa 5 % teilweise lithiiert. Figur 1 veranschaulicht, dass dabei teilweise lithiierte

Siliciumpartikel (Li _0, 2Si) ausgebildet werden.

Figur 1 illustriert, dass in einem Verfahrensschritt b) dann die teilweise lithiierten Siliciumpartikel (Li _0, 2Si) mit Kohlenstoff (C) beschichtet werden. Figur 1 veranschaulicht, dass dabei teilweise lithiierte, kohlenstoffbeschichtete

Siliciumpartikel (Li _0, 2Si,C) ausgebildet werden.

Figur 1 zeigt, dass in einem Verfahrensschritt c) die teilweise lithiierten, kohlenstoffbeschichteten Siliciumpartikel (Li _0, 2Si,C) dann weiter teilweise lithiiert werden. Dabei werden die Siliciumpartikel wieder pro Siliciumatom mit 0,2 Lithiumatomen beziehungsweise - bezogen auf die durch das Silicium maximal aufnehmbare stöchiometrische Lithiummenge Li _max , zum Beispiel von 3,75 beziehungsweise 4,4 Lithiumatomen pro Siliciumatom (Li _{3 75} Si, Li ₄₄ Si) - wieder zu etwa 5 % teilweise lithiiert. Dabei kann auch der Kohlenstoff der

Kohlenstoffbeschichtung lithiiert (Li _x C) werden. Figur 1 veranschaulicht, dass dabei weiter teilweise lithiierte, kohlenstoffbeschichtete Siliciumpartikel

(Li _0,4 Si,Li _x C) ausgebildet werden.

Figur 1 veranschaulicht, dass dann in einem Verfahrensschritt d) die weiter teilweise lithiierten, kohlenstoffbeschichteten Siliciumpartikel (Li _0,4 Si,Li _x C) erneut mit Kohlenstoff (C) beschichtet werden. Figur 1 veranschaulicht, dass dabei erneut kohlenstoffbeschichtete, weiter teilweise lithiierte Siliciumpartikel

(Li _0,4 Si,Li _x C,C) ausgebildet werden.

Figur 1 deutet an, dass die Verfahrensschritte c) und d) mehrfach, beispielsweise zwanzigfach, alternierend wiederholt werden können. Figur 1 zeigt, dass dabei die Verfahrensschritte c) und d) insbesondere bis zum Erreichen einer vollständigen Lithiierung der Siliciumpartikel (Li _max Si,Li _x C) alternierend wiederholt werden können. Figur 2 zeigt, dass im Rahmen einer anderen Ausführungsform des

erfindungsgemäßen Verfahrens Siliciumpartikel (Si) in einem Schritt vollständig lithiiert (max Li) werden, wobei vollständig lithiiertes Silicium (Li _max Si), zum Beispiel Li _3,75 Si beziehungsweise Li ₄₄ Si, ausgebildet wird. Die vollständig lithiierten Siliciumpartikel (Li _max Si) werden dann mit Kohlenstoff (C) beschichtet, wobei eine Kohlenstoffbeschichtung (C) ausgebildet wird.

Figur 3 zeigt eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen chemischen Gasphasenabscheidungsvorrichtung 100 zur Herstellung eines

Anodenaktivmaterials für eine Lithium-Zelle. Figur 1 zeigt, dass dabei die Vorrichtung 100 einen Reaktionsraum 1 10, beispielsweise eine CVD-Röhre, zur

Durchführung von chemischer Gasphasenabscheidung aufweist. In dem

Reaktionsraum 100 ist dabei eine Anodenaktivmaterialaufnahme 140 zur Aufnahme von Anodenaktivmaterial, zum Beispiel Silicium (Si), vorgesehen. Figur 3 zeigt weiterhin, dass die Vorrichtung 100 einen Lithium-Präkursor-Einlass

120 zum Einlassen eines Lithium-Präkursors in den Reaktionsraum 1 10 und einen Kohlenstoff-Präkursor-Einlass 130 zum Einlassen eines Kohlenstoff- Präkursors in den Reaktionsraum 1 10 aufweist. Der Lithium-Präkursor-Einlass 120 ist dabei mit einem Lithium-Präkursor-Einlass-Absperrorgan (nicht dargestellt) zum offenbaren Absperren des Lithium-Präkursor-Einlasses 120 ausgestattet. Der Kohlenstoff-Präkursor-Einlass 130 ist dabei mit einem

Kohlenstoff-Präkursor-Einlass-Absperrorgan (nicht dargestellt) zum offenbaren Absperren des Kohlenstoff-Präkursor-Einlasses 130 ausgestattet. Durch das Lithium-Präkursor-Einlass-Absperrorgan und das Kohlenstoff-

Präkursor-Einlass-Absperrorgan können vorteilhafterweise der Lithium- Präkursor-Einlass 120 und der Kohlenstoff-Präkursor-Einlass 130 kontrolliert werden, so dass das Lithiieren und Beschichten vorteilhafterweise in einer Vorrichtung 100 beispielsweise sowohl schrittweise als auch in einem Schritt durchgeführt werden kann. Dabei kann das Lithium-Präkursor-Einlass-Absperrorgan und das Kohlenstoff- Präkursor-Einlass-Absperrorgan insbesondere alternierend offenbar sein. Dabei kann beispielsweise in einer Lithiierungsstellung das Lithium-Präkursor-Einlass- Absperrorgan geöffnet und das Kohlenstoff-Präkursor-Einlass-Absperrorgan geschlossen und einer Beschichtungsstellung das Lithium-Präkursor-Einlass- Absperrorgan geschlossen und das Kohlenstoff-Präkursor-Einlass-Absperrorgan geöffnet sein.