Es werden ein Verfahren zur Herstellung einer Elektrode für eine galvanische Zelle, eine Elektrode für eine galvanische Zelle, eine galvanische Zelle und Verwendungen der galvanischen Zelle vorgestellt. Das Verfahren umfasst ein Aufbringen einer Separatormembran auf eine flächige Elektrode, sodass sich zwischen der flächige Elektrode und der Separatormembran ein Zwischenraum ausbildet, ein anschließendes Aufbringen einer Flüssigkeit mit einem bestimm- ten Material auf die Separatormembran, wobei die Flüssigkeit mit Material über Kapillarkräfte zumindest Poren der Separatormembran, in den Zwischenraum zwischen der flächigen Elektrode und der Separatormembran und in Poren der flächigen Elektrode vordringt, wobei die Flüssigkeit im Anschluss verdampft wird. Mit dem Verfahren ist es auf einfache und kostengünstige Art und Weise möglich, eine Elektrode bereitzustellen, die eine hohe Energiedichte auf

Zellebene sowie eine hohe chemische, elektrochemische und mechanische Stabilität aufweist und auf diese Weise eine hohe Zykelstabilität aufweist und hohe Betriebsströme ermöglicht. Kommerziell Alkali-Batterien (z.B. Lithium-Ionen-Batterien mit einer Graphitanode) sind materialbedingt an einem Limit bezüglich der möglichen Energiedichte angelangt. Zusätzlich zu den steigenden Leistungsanforderungen sorgen hohe prozess- und lieferbedingte Materialkosten für die Notwendigkeit alternativer Anodenansätze.

Zur Verbesserung der Energiedichte von galvanischen Zellen wurde in der Literatur vorgeschlagen, anstelle einer kommerziellen Graphit-basierten negativen Elektrode (Anode) Lithiummetall, Lithium-Metalllegierungen oder Natrium- Metalllegierungen zu verwenden (z.B. eine LiAI-Legierung oder eine NaAI-Le- gierung). Die Verwendung von reinem metallischem Lithium bzw. von Metalllegierungen führt jedoch zu einer unzureichende Zykelfestigkeit und ist mit hohen Herstellungs- und Materialkosten verbunden. Für die Zugänglichkeit und Stabilisierung dieser vielversprechenden hochkapazitiven Elektrodenmaterialien sind daher Vorbehandlungsmaßnahmen an der Elektroden-Elektrolyt- Grenzfläche unumgänglich.

Die CN 112670673 A offenbart einen Separator, der mit einer Aktivschicht beschichtet wurde, wobei die Aktivschicht einen organischen Binder und anorganische Partikel und ein Lithium-Leitsalz enthält. Zur Herstellung einer Elektrode wird der fertige Separator auf ein leitfähiges Substrat aufgebracht, wobei hierbei eine Elektrode entsteht, deren mechanische Stabilität und möglichen Betriebsströme bzw. erreichbare Energiedichte weiter verbessert werden könnten. Durch den Einsatz von anorganischen Partikeln, insbesondere im Falle der Verwendung einer Lithiumfolie als leitfähiges Substrat, gestaltet sich die Herstellung der Elektrode als aufwändig und kostenintensiv.

Ausgehend hiervon war es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung einer Elektrode für eine galvanische Zelle, eine Elektrode für eine für eine galvanische Zelle und eine galvanische Zelle bereitzustellen, welche die Nachteile aus dem Stand der Technik nicht aufweist. Insbesondere sollte das Verfahren einfach sein und auf kostengünstige Art und Weise eine Elektrode bereitstellen, die bei ihrer Verwendung in einer galvanischen Zelle eine hohe Energiedichte auf Zellebene, eine hohe chemische, elektrochemi- sehe und mechanische Stabilität aufweist und auf diese Weise eine hohe Zykel- stabilität aufweist und hohe Betriebsströme ermöglicht. Ferner sollten Verwendungen der galvanischen Zelle vorgeschlagen werden.

Die Aufgabe wird gelöst durch das Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 1, die Elektrode mit den Merkmalen von Anspruch 10, die galvanische Zelle mit den Merkmalen von Anspruch 17 und die Verwendung mit den Merkmalen von Anspruch 18. Die abhängigen Ansprüche zeigen vorteilhafte Weiterbildungen auf.

Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Herstellung einer Elektrode für eine galvanische Zelle bereitgestellt, umfassend a) Bereitstellen einer flächigen Elektrode, wobei die flächige Elektrode eine Oberfläche aufweist; b) Aufbringen einer ersten Oberfläche einer Separatormembran auf die Oberfläche der flächigen Elektrode, sodass sich zwischen der Oberfläche der flächigen Elektrode und der ersten Oberfläche der Separatormembran ein Zwischenraum ausbildet; c) Aufbringen einer Flüssigkeit auf eine zweite Oberfläche der Separatormembran, die der ersten Oberfläche gegenüberliegt, wobei die Flüssigkeit ein Lösungsmittel und ein Material enthält, das ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Polymer, anorganische Partikel, organische Partikel und Kombinationen hiervon, wobei die Flüssigkeit mit ihrem Lösungsmittel und ihrem Material über Kapillarkräfte zumindest in die Poren der Separatormembran, in den Zwischenraum zwischen der Oberfläche der Elektrode und der ersten Oberfläche der Separatormembran und in Poren der Oberfläche der flächigen Elektrode vordringt; und d) Verdampfen des Lösungsmittels der Flüssigkeit, wobei eine Elektrode entsteht, die das Material der Flüssigkeit in dem Zwischenraum zwischen der Oberfläche der Elektrode und der ersten Oberfläche der Separatormembran enthält und in zumindest in einem Teil der Poren enthält, wobei das Material die Oberfläche der Elektrode und die erste Oberfläche der Separatormembran flächig kontaktiert. Das erfindungsgemäße Verfahren lässt sich auf einfache und kostengünstige Art und Weise durchführen. Ferner lässt sich über das erfindungsgemäße Verfahren eine Elektrode herstellen, die eine hohe Energiedichte auf Zellebene aufweist, eine hohe chemische, elektrochemische und mechanische Stabilität aufweist und auf diese Weise eine hohe Zykelstabilität aufweist und hohe Betriebsströme ermöglicht. Grund hierfür ist, dass nach dem Verdampfen der Flüssigkeit das Material der Flüssigkeit in den Poren der Separatormembran, in dem Zwischenraum zwischen der Oberfläche der Elektrode und der ersten Oberfläche der Separatormembran und in die Poren der Oberfläche der flächigen Elektrode vorliegt. Durch dieses Vordringen des Materials der Flüssigkeit entsteht eine angereicherte Materialschicht in den Poren der Separatormembran, im Zwischenraum und in den Poren der flächigen Elektrode. Diese angereicherte Materialschicht sorgt bei der Zugabe eines Flüssigelektrolyts, durch die Ausbildung eines Konzentrationsgradienten, für eine optimale Elektrolytverteilung an der Grenzfläche und in den Poren der flächigen Elektrode. Zusätzlich stellt die angereicherte Materialschicht eine poröse Stützstruktur dar, die die Ausbildung einer immobilisierten, stabilen Schutzschicht (Solid electrolyte interface, SEI) zwischen Elektrolyt und Elektodenoberfläche begünstigt. Ferner vermittelt das Material der Materialschicht eine starke Adhäsion von der Separatormembran an die flächige Elektrode. Die genannten Aspekte verschaffen der Elektrode eine hohe Zykelstabilität, wodurch stabilitätskritische Elektrodenmaterialien (wie z.B. eine LiAI-Legierung) mit hoher spezifischer Kapazität verwendet werden können. Auf diese Weise sind hohe Energiedichten auf Zellebene realisierbar.

Das Material kann dazu geeignet sein, mit einem Flüssigelektrolyt zu einem Gel zu quellen. Dies führt zu einer verbesserten Elektroylverteilung und damit lo- nenleitung an der Oberfläche der flächigen Elektrode. Da das Material auch in den Poren der Separatormembran und in den Poren der Oberfläche der flächigen Elektrode vorliegt, liegt der Flüssigelektrolyt nach dem Quellvorgang auch in den Poren der Separatormembran und der Oberfläche der flächigen Elektrode vor, was zu einem verbesserten lonentransport von der zweiten Oberfläche der Separatormembran bis zur Oberfläche der flächigen Elektrode führt, was die Energiedichte gegenüber bekannten Elektroden für galvanische Zellen erhöht. Nach einer Quellung des Materials mit dem Flüssigelektrolyten bildet sich in dem Zwischenraum zwischen Separatormembran und flächiger Elektrode und in den Poren der Separatormembran und der Oberfläche der Elektrode ein sog. „solid electrolyte interface" (kurz: SEI), das an den jeweiligen Oberflächen stark fixiert und immobilisiert ist. Die sich ergebende stabile Schutzschicht sorgt für die Erhöhung der chemischen und elektrochemischen Stabilität der Elektrode und stellt eine mechanische Barriere dar welche potenzielles Dendritenwachstum verlangsamt. Die Elektrode weist damit eine höhere Zykelfestigkeit und Betriebssicherheit gegenüber vergleichbaren Elektroden für galvanische Zellen auf.

Die in dem Verfahren verwendete flächige Elektrode kann ein Alkalimetall, optional auf ein Metall ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Edelstahl, Nickel, Kupfer, Indium, Aluminium und Kombinationen hiervon beschichtet, enthalten oder daraus bestehen. Das Alkalimetall ist bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Lithium, Natrium und Kombinationen hiervon. Der Vorteil von Lithium ist seine hohe spezifische Kapazität von > 3000 Ah/kg (10-fa- cher Wert von kommerziellen Graphitanoden), sein geringes Anodenpotenzial von 0 V vs. Li/Li ⁺ und die daraus resultierende sehr hohe Energiedichte auf Zellebene.

Die in dem Verfahren verwendete flächige Elektrode kann ferner Kohlenstoff enthalten oder daraus bestehen, bevorzugt einen Kohlenstoff, der ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Graphit, Graphen und Kombinationen hiervon.

Abgesehen davon kann die in dem Verfahren verwendete flächige Elektrode Silizium, eine Siliziumlegierung und/oder ein Siliziumkomposit enthalten oder daraus bestehen.

Darüber hinaus kann die in dem Verfahren verwendete flächige Elektrode ein Metall ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Edelstahl, Nickel, Kupfer, Indium, Aluminium, bevorzugt Aluminium, enthalten oder daraus bestehen. Ein Vorteil von Aluminium liegt darin, dass es kostengünstiger ist als andere passende Legierungsbildner wie Indium oder Silizium. Weitere Vorteile von Aluminium liegen in seinem niedrigen Anodenpotenzial (U_anode), das bei einer LiAl- Legierung bei ca. 0,3 V vs Li/Li ⁺ (vergleichbar mit der Potenziallage der kommerziell verwendeten Graphitanode) liegt und für die Maximierung der Zellspannung U = U_kathode - U_anode führt. Ferner kann Aluminium eine hohe spezifische Kapazität bereitstellen (z.B. in der Legierungsform LiAl ca. 993 Ah/kg, was etwa dem dreifachen von Graphit entspricht). Auf diese Weise ist die bereitstellbare Energiedichte E auf Zellebene (E = C * U) im Falle einer aluminiumbasierten Anode sehr hoch. Das Aluminium ist optional legiert, bevorzugt mit mindestens einem Element ausgewählt aus der II. Hauptgruppe des Periodensystems, der III. Hauptgruppe des Periodensystems, der IV. Hauptgruppe des Periodensystems, einer Nebengruppe des Periodensystems und Kombinationen hiervon, wobei das mindestens eine Element bevorzugt ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Magnesium, Indium, Zink, Zinn, Silizium, Mangan und Kombinationen hiervon.

Die in dem Verfahren verwendete flächige Elektrode kann ferner ein Kathoden- material enthalten oder daraus bestehen, das bevorzugt ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Nickel-Mangan-Kobaltoxid, Lithiumeisenphosphat, Li- thium-Manganoxid, Lithium-Nickel-Manganoxid, Lithium-Nickeloxid, Lithium- Kobaltoxid, Lithium-Aluminium-Nickeloxid, Lithiummanganphosphat, Lithiumeisenmanganphosphat und Kombinationen hiervon.

Die flächige Elektrode, die in dem Verfahren verwendet wird, kann eine Dicke, in einer Richtung senkrecht auf die Oberfläche der flächigen Elektrode, im Bereich von 5 bis 100 pm, bevorzugt 10 bis 50 pm, besonders bevorzugt 20 bis 40 pm, aufweisen.

Ferner kann die in dem Verfahren verwendete flächige Elektrode auf ihrer Oberfläche eine Oberflächenstrukturierung aufweisen. Die Oberflächenstrukturierung weist bevorzugt eine Strukturtiefe im Bereich von 1 nm bis 100 pm auf, wobei die Oberflächenstrukturierung besonders bevorzugt ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus geprägte Oberflächenstrukturierung, gebürstete Oberflächenstrukturierung, gemusterte Oberflächenstrukturierung, geriffelte Oberflächenstrukturierung und Kombinationen hiervon. Die in dem Verfahren verwendete Separatormembran kann aus einer mindestens einer Lage, optional auch mindestens einer weiteren Lage (d.h. mindestens zwei Lagen) bestehen.

Die mindestens eine Lage (optional auch mindestens eine weitere Lage) kann ein elektrisch isolierendes Material enthalten oder daraus bestehen, wobei das Material bevorzugt einen spezifischen elektrischen Widerstand von > IO ¹⁰ Q-mm ² /m, besonders bevorzugt > 10 ¹¹ Q-mm ² /m, aufweist.

Ferner kann die mindestens eine Lage (optional auch mindestens eine weitere Lage) ein organisches Material enthalten oder daraus bestehen, bevorzugt einen polymeren Kunststoff enthalten oder daraus bestehen. Der polymere Kunststoff ist besonders bevorzugt ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Polyolefin, Fluorpolymer, Polyamid, Polyimid und Kombinationen hiervon, wobei der polymere Kunststoff insbesondere ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Polyethylen, Polypropylen, Polytetrafluorethylen, Polyamid, Para-Aramid, Polyimid und Kombinationen hiervon.

Darüber hinaus kann die mindestens eine Lage (optional auch mindestens eine weitere Lage) ein anorganisches Material enthalten oder daraus bestehen, bevorzugt ein keramisches Material enthalten oder daraus bestehen. Das keramische Material ist insbesondere ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Oxid-Keramik, Carbid-Keramik, Nitrid-Keramik und Phosphat-Keramik. Bei der Oxid-Keramik kann es sich um Aluminiumoxid (AI2O3) handeln. AI2O3 hat den Vorteil, dass es kostengünstig im Vergleich zu Festelektrolytsalzen wie Lithiumphosphorsulfid ist. Ferner bildet AI2O3 eine inerte Schutzschicht und damit keine unerwünschten Nebenreaktionen. Zudem stellt AI2O3 (in Form von Partikeln) eine poröse Struktur bereit, was die Elektrolytverteilung verbessert und einen SEI-Precursor-Effekt bewirkt.

Abgesehen davon kann die mindestens eine Lage (optional auch mindestens eine weitere Lage) ein ionenleitfähiges Material enthalten oder daraus bestehen.

Ferner kann die mindestens eine Lage (optional auch mindestens eine weitere Lage) eine Dicke, in einer Richtung senkrecht auf die Oberfläche der flächigen Elektrode, im Bereich von 1 um bis 300 um, bevorzugt im Bereich von 1 um bis 100 um, aufweisen.

Zudem kann die mindestens eine Lage (optional auch mindestens eine weitere Lage) eine Porosität im Bereich von 30% bis 70%, bevorzugt im Bereich von 40% bis 60%, besonders bevorzugt im Bereich von 45% bis 50 % aufweisen.

Die in dem Verfahren verwendete Flüssigkeit kann ein Lösungsmittel enthalten, das bei Atmosphärendruck einen Siedepunkt von < 156 °C, bevorzugt < 80 °C, besonders bevorzugt < 56 °C, aufweist. Ferner kann die in dem Verfahren verwendete Flüssigkeit ein Lösungsmittel enthalten, das bei 20 °C einen Dampfdruck von > 3 hPa, bevorzugt > 58 hPa, besonders bevorzugt > 246 hPa, aufweist. Das Lösungsmittel kann ausgewählt sein aus der Gruppe bestehend aus Aceton, DEC, DMAC, 3-Hexanon, THF, Butanon, 3-Pentanone, Toluol, p-Xylene, Ethanol und Mischungen hiervon, wobei das Lösungsmittel insbesondere Aceton ist. Vorteil von einem Lösungsmittel mit einem niedrigen Siedepunkt bzw. einem hohen Dampfdruck ist, dass das Verfahren weniger energieintensiv ist, d.h. ökonomischer durchgeführt werden kann.

Das in dem Verfahren verwendete Material der Flüssigkeit kann ein Polymer enthalten oder daraus bestehen, das in dem Lösungsmittel gelöst ist.

Das Polymer kann ein nicht-ionenleitendes Polymer und/oder ein ionenleiten- des Polymer enthalten oder daraus bestehen. Beispielsweise kann das Polymer ein Fluorpolymer und/oder ein Polyethylenoxid enthalten oder daraus bestehen, wobei das Fluorpolymer bevorzugt ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus PVDF-HFP, PVDF und Kombinationen hiervon. Der Vorteil von PVDF- HFP ist, dass es sich sehr gut in Aceton löst und ein Netzpolymer ausbildet, d.h. eine Stützmatrix, die eine verbesserte Elektrolytverteilung bewirkt und als Fixateur für ein SEI dient.

Das Polymer kann in einer Konzentration von 60 Gew.-% bis 80 Gew.-%, bevorzugt 65 Gew.-% bis 75 Gew.-%, insbesondere 70 Gew.-%, in Bezug auf das Gesamtgewicht der Flüssigkeit, in der Flüssigkeit vorliegen. Das in dem Verfahren eingesetzte Material der Flüssigkeit kann anorganische Partikel enthalten oder daraus bestehen, die in dem Lösungsmittel dispergiert sind.

Die anorganischen Partikel können nicht-elektrisch-leitende anorganische Partikel, besonders bevorzugt nicht-elektrisch-leitende keramische Partikel, sein.

Die Partikel können ferner ionenleitende anorganische Partikel sein, besonders bevorzugt ionenleitende anorganische Partikel, die ein sulfidisches Salz enthalten oder daraus bestehen, wobei das sulfidische Salz insbesondere ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Lithiumphosphorsulfid (LisPSz , Lithium-Ger- manium-Phosphorsulfid (LiioGeP2Si2), Lithium-Silizium-Phosphorsulfid (LinSi2PSi2), LiePSsCI, LiePSsBr und Kombinationen hiervon. Der Vorteil von sulfidische Salzen ist, dass eine hohe, mit kommerziellen Flüssigelektrolyten konkurrierbare, ionische Leitfähigkeit erreicht wird.

In dem Verfahren kann das Verdampfen des Lösungsmittels der Flüssigkeit bei einer Temperatur im Bereich von 20 bis 30 °C, bevorzugt bei 25 °C, erfolgen. Dies ist besonders energieschonend, da das Verdampfen bei Umgebungstemperatur erfolgen kann und für die Verdampfung keine zusätzliche Wärmeenergie zugeführt werden muss.

Das Verfahren kann nach Schritt d) ferner ein Aufbringen eines Flüssigelektrolyten für eine galvanische Zelle auf die zweite Oberfläche der Separatormembran umfassen, wobei der Flüssigelektrolyt über Kapillarkräfte zumindest in einem Teil der Poren der Separatormembran, in den Zwischenraum zwischen der Oberfläche der flächige Elektrode und der ersten Oberfläche der Separatormembran und in die Poren der Oberfläche der flächigen Elektrode vordringt, wobei der Flüssigelektrolyt insbesondere die Oberfläche der flächige Elektrode und die erste Oberfläche der Separatormembran kontaktiert.

Der hierfür verwendete Flüssigelektrolyt kann eine Flüssigkeit enthalten, die ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus EC, PC, DMC, EMC, DEC, VEC, VC, FEC, TBAC (Acetyltributylcitrat), GTB (Glycerintributyrat), GTA (Glycerintriacetat), y-Buthyrolacton und Kombinatonen hiervon, wobei die Flüssigkeit bevorzugt ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus PC, FEC, EC, VEC, TBAC, GTB, GTA und Kombinationen hiervon. Der Vorteil von PC, FEC, EC, VEC, TBAC, GTB, GTA liegt in ihrem hohen Siedepunkt und Temperaturbeständigkeit, was die Brandgefahr herabsetzt und die Betriebssicherheit erhöht.

Ferner kann der hierfür verwendete Flüssigelektrolyt ein Lithium-Leitsalz enthalten, wobei das Lithium-Leitsalz bevorzugt ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus LiPFe, LiCI04, LiNOs, C6HisLiNSi2, F2LiNO4S2, C2FeLiNO4S2, LiB[C2O4]2, UBF4 und Kombinationen hiervon.

Abgesehen davon kann der hierfür verwendete Flüssigelektrolyt ein Natrium- Leitsalz enthalten, wobei das Natrium-Leitsalz bevorzugt ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus NaPFe, NaBF4, NaTF, NaTFSI, NaCIC und Kombinationen hiervon.

Ferner wird erfindungsgemäß eine Elektrode für eine galvanische Zelle bereitgestellt, enthaltend oder bestehend aus a) eine flächige Elektrode, wobei die flächige Elektrode eine Oberfläche aufweist; b) eine Separatormembran, die eine erste Oberfläche aufweist, eine zweite Oberfläche, die der ersten Oberfläche gegenüberliegt, aufweist, und Poren aufweist, wobei die erste Oberfläche der Separatormembran auf der Oberfläche der flächigen Elektrode aufgebracht ist, und zwischen der Oberfläche der flächigen Elektrode und der ersten Oberfläche der Separatormembran ein Zwischenraum besteht; und c) mindestens ein Material, das ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Polymer, anorganische Partikel, organische Partikel und Kombinationen hiervon, wobei das Material zumindest in einem Teil der Poren der Separatormembran angeordnet ist, in dem Zwischenraum zwischen der Oberfläche der flächige Elektrode und der ersten Oberfläche der Separatormembran angeordnet ist und in Poren der Oberfläche der flächigen Elektrode angeordnet ist, und wobei das Material die erste Oberfläche der Separatormembran und die Oberfläche der flächige Elektrode flächig kontaktiert.

Die erfindungsgemäße Elektrode weist eine hohe Energiedichte auf Zellebene sowie eine hohe chemische, elektrochemische und mechanische Stabilität auf. Folglich weist die erfindungsgemäße Elektrode eine hohe Zykelstabilität und ermöglicht hohe Betriebsströme.

Die flächige Elektrode kann ein Alkalimetall, optional auf ein Metall ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Edelstahl, Nickel, Kupfer, Indium, Aluminium und Kombinationen hiervon beschichtet, enthalten oder daraus bestehen. Das Alkalimetall ist bevorzugt ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Lithium, Natrium und Kombinationen hiervon. Der Vorteil von Lithium ist seine hohe spezifische Kapazität von > 3000 Ah/kg (10-facher Wert von kommerziellen Graphitanoden), sein geringes Anodenpotenzial von 0 V vs. Li/Li ⁺ und seine sehr hohe Energiedichte.

Ferner kann die flächige Elektrode Kohlenstoff enthalten oder daraus bestehen, bevorzugt einen Kohlenstoff, der ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Graphit, Graphen und Kombinationen hiervon.

Zudem kann die flächige Elektrode Silizium, eine Siliziumlegierung und/oder ein Siliziumkomposit enthalten oder daraus bestehen.

Abgesehen davon kann die flächige Elektrode ein Metall ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Edelstahl, Nickel, Kupfer, Indium, Aluminium, bevorzugt Aluminium enthalten oder daraus bestehen. Ein Vorteil von Aluminium liegt darin, dass es kostengünstiger ist als andere passende Legierungsbildner wie Indium oder Silizium. Weitere Vorteile von Aluminium liegen in seinem niedrigen Anodenpotenzial U, das bei einer LiAI-Legierung bei ca. 0,3 V vs Li/Li ⁺ (vergleich- bar mit Graphit) liegt. Ferner kann Aluminium eine hohe spezifische Kapazität C bereitstellen (C einer LiAl ist ca. 993 Ah/kg, was etwa dem dreifachen von Graphit entspricht). Zudem ist die bereitstellbare Energiedichte E = C * U im Falle von Aluminium sehr hoch. Das Aluminium kann legiert sein, bevorzugt mit mindestens einem Element ausgewählt aus der II. Hauptgruppe des Periodensystems, der III. Hauptgruppe des Periodensystems, der IV. Hauptgruppe des Periodensystems, einer Nebengruppe des Periodensystems und Kombinationen hiervon, wobei das mindestens eine Element bevorzugt ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Magnesium, Indium, Zink, Zinn, Silizium, Mangan und Kombinationen hiervon. Darüber hinaus kann die flächige Elektrode ein Kathodenmaterial enthalten cider daraus bestehen, das bevorzugt ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Nickel-Mangan-Kobaltoxid, Lithiumeisenphosphat, Lithium-Manganoxid, Lithium-Nickel-Manganoxid, Lithium-Nickeloxid, Lithium-Kobaltoxid, Lithium- Aluminium-Nickeloxid, Lithiummanganphosphat, Lithiumeisenmanganphosphat und Kombinationen hiervon.

Die flächige Elektrode kann eine Dicke, in einer Richtung senkrecht auf die Oberfläche der flächigen Elektrode, im Bereich von 5 bis 100 pm, bevorzugt 10 bis 50 pm, besonders bevorzugt 20 bis 40 pm, aufweisen.

Ferner kann die flächige Elektrode auf ihrer Oberfläche eine Oberflächenstrukturierung aufweisen. Die Oberflächenstrukturierung weist bevorzugt eine Strukturtiefe im Bereich von 1 nm bis 100 pm auf, wobei die Oberflächenstrukturierung besonders bevorzugt ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus geprägte Oberflächenstrukturierung, gebürstete Oberflächenstrukturierung, geriffelte Oberflächenstrukturierung, gemusterte Oberflächenstrukturierung, und Kombinationen hiervon.

Die Separatormembran kann aus einer mindestens einer Lage, optional auch mindestens einer weiteren Lage (d.h. aus mindestens zwei Lagen), bestehen.

Die mindestens eine Lage, optional auch die mindestens eine weitere Lage, kann ein elektrisch isolierendes Material enthält oder daraus besteht, wobei das Material bevorzugt einen spezifischen elektrischen Widerstand von > 10 ¹⁰ Q-mm ² /m, besonders bevorzugt > 10 ¹¹ Q-mm ² /m, aufweisen.

Ferner kann die mindestens eine Lage, optional auch die mindestens eine weitere Lage, ein organisches Material enthalten oder daraus bestehen, bevorzugt einen polymeren Kunststoff enthalten oder daraus bestehen. Der polymere Kunststoff ist besonders bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Polyolefin, Fluorpolymer, Polyamid, Polyimid und Kombinationen hiervon, wobei der polymere Kunststoff insbesondere ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Polyethylen, Polypropylen, Polytetrafluorethylen, Polyamid, Para- Aramid, Polyimid und Kombinationen hiervon. Darüber hinaus kann die mindestens eine Lage, optional auch die mindestens eine weitere Lage, ein anorganisches Material enthalten oder daraus bestehen, bevorzugt ein keramisches Material enthalten oderdaraus bestehen, wobei das keramische Material insbesondere ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Oxid-Keramik, Carbid-Keramik, Nitrid-Keramik und Phosphat-Keramik. Bei der Oxid-Keramik kann es sich um Aluminiumoxid (AI2O3) handeln. AI2O3 hat den Vorteil, dass es kostengünstig im Vergleich zu Festelektrolytsalzen wie Lithiumphosphorsulfid ist. Ferner bildet AI2O3 eine inerte Schutzschicht und damit keine unerwünschten Nebenreaktionen. Zudem stellt AI2O3 (in Form von Partikeln) eine poröse Struktur bereit, was die Elektrolytverteilung verbessert und einen SEI-Precursor-Effekt bewirkt.

Darüber hinaus kann die mindestens eine Lage, optional auch die mindestens eine weitere Lage, ein ionenleitfähiges Material enthalten oder daraus bestehen.

Die mindestens eine Lage, optional auch die mindestens eine weitere Lage, kann eine Dicke, in einer Richtung senkrecht auf die Oberfläche der flächigen Elektrode, im Bereich von 1 pm bis 300 pm, bevorzugt im Bereich von 1 pm bis 100 pm, aufweisen.

Ferner kann die mindestens eine Lage, optional auch die mindestens eine weitere Lage, eine Porosität im Bereich von 30% bis 70%, bevorzugt im Bereich von 40% bis 60%, besonders bevorzugt im Bereich von 45% bis 50 % aufweisen.

Das Material, das zumindest in einem Teil der Poren der Separatormembran angeordnet ist, in dem Zwischenraum zwischen der Oberfläche der flächigen Elektrode und der ersten Oberfläche der Separatormembran angeordnet ist und in den Poren der Oberfläche der flächigen Elektrode angeordnet ist, kann eine Polymer enthalten oder daraus bestehen.

Das Polymer kann ein nicht-ionenleitendes Polymer und/oder ein ionenleiten- des Polymer enthalten oder daraus bestehen. Beispielsweise kann das Polymer ein Fluorpolymer und/oder ein Polyethylenoxid enthalten oder daraus bestehen, wobei das Fluorpolymer bevorzugt ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus PVDF-HFP, PVDF und Kombinationen hiervon. Der Vorteil von PVDF- HFP ist, dass es sich sehr gut in Aceton löst und ein Netzpolymer ausbildet, d.h. eine Stützmatrix, die eine verbesserte Elektrolytverteilung bewirkt und als Fixateur für ein SEI dient.

Das Material, das zumindest in einem Teil der Poren der Separatormembran angeordnet ist, in dem Zwischenraum zwischen der Oberfläche der flächige Elektrode und der ersten Oberfläche der Separatormembran angeordnet ist und in den Poren der Oberfläche der flächigen Elektrode angeordnet ist, kann anorganische Partikel enthalten oder daraus bestehen.

Die anorganischen Partikel können nicht-elektrisch-leitende anorganische Partikel, besonders bevorzugt nicht-elektrisch-leitende keramische Partikel, sein.

Ferner können die anorganischen Partikel ionenleitende anorganische Partikel sein, besonders bevorzugt ionenleitende anorganische Partikel, die ein sulfidisches Salz enthalten oder daraus bestehen, wobei das sulfidische Salz insbesondere ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Lithiumphosphorsulfid (Li3PS4), Lithium-Germanium-Phosphorsulfid (LiioGeP2Si2), Lithium-Silizium- Phosphorsulfid (LinSi2PSi2), LiePSsCI, LiePSsBr und Kombinationen hiervon. Der Vorteil von sulfidische Salzen ist, dass eine hohe, mit kommerziellen Flüssigelektrolyten konkurrierbare, ionische Leitfähigkeit erreicht wird.

Die Elektrode kann zumindest in einem Teil der Poren der Separatormembran, in dem Zwischenraum zwischen der Oberfläche der flächigen Elektrode und der ersten Oberfläche der Separatormembran und in den Poren der Oberfläche der flächigen Elektrode einen Flüssigelektrolyten aufweisen, wobei der Flüssigelektrolyt insbesondere die Oberfläche der flächigen Elektrode und die erste Oberfläche der Separatormembran kontaktiert.

Der Flüssigelektrolyt kann eine Flüssigkeit enthalten, die ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus EC, PC, DMC, EMC, DEC, VEC, VC, FEC, TBAC (Acetyltributylcitrat), GTB (Glycerintributyrat), GTA (Glycerintriacetat), y-Buthyrolacton und Kombinatonen hiervon, wobei die Flüssigkeit bevorzugt ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus PC, FEC, EC, VEC, TBAC, GTB, GTA und Kombinationen hiervon. Der Vorteil von PC, FEC, EC, VEC, TBAC, GTB, GTA liegt in ihrem hohen Siedepunkt und Temperaturbeständigkeit, was die Brandgefahr herabsetzt und die Betriebssicherheit erhöht.

Ferner kann der Flüssigelektrolyt ein Lithium-Leitsalz enthalten, wobei das Lithium-Leitsalz bevorzugt ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus LiPFe, LiCIO ₄ , LiNO ₃ , C ₆ Hi ₈ LiNSi ₂ , F ₂ LiNO ₄ S ₂ , C ₂ F ₆ LiNO ₄ S ₂ , LiB[C ₂ O ₄ ] ₂ , LiBF ₄ und Kombinationen hiervon.

Abgesehen davon kann der Flüssigelektrolyt ein Natrium-Leitsalz enthalten, wobei das Natrium-Leitsalz bevorzugt ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus NaPFe, NaBF ₄ , NaTF, NaTFSI, NaCIO ₄ und Kombinationen hiervon.

Die erfindungsgemäße Elektrode kann über das erfindungsgemäße Verfahren hergestellt sein.

Erfindungsgemäß wird zudem eine galvanische Zelle bereitgestellt, enthaltend eine erfindungsgemäße Elektrode, eine Gegenelektrode und einen Elektrolyten.

Es wird die Verwendung der erfindungsgemäßen galvanischen Zelle zur Energieversorgung i) einer mobilen Vorrichtung, bevorzugt eines Mobiltelefons, eines Fahrzeugs, eines Flugzeugs und/oder eines Schiffs; und/oder ii) einer stationären Vorrichtung, bevorzugt eines Gebäudes, vorgeschlagen.

Anhang der nachfolgenden Figur und des nachfolgenden Beispiels soll der erfindungsgemäße Gegenstand näher erläutert werden, ohne diesen auf die hier gezeigten, spezifischen Ausführungsformen einschränken zu wollen.

Die Figur zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Elektrode, deren Herstellung und deren Behandlung mit einem Flüssigelektrolyten. Es wird eine flächige Elektrode 4 bereitgestellt und an ihrer Oberfläche eine Separatormembran 2 angeordnet. Es wird nun eine Flüssigkeit 1, die ein in einem organischen Lösungsmittel (z.B. Aceton) gelöstes Polymer (z.B. PVDF-HFP) enthält oder daraus besteht, auf die Separatormembran 2 aufgebracht, wodurch die Flüssigkeit in die Poren der Separatormembran 2, in den Zwischenraum zwischen Separa- tormembran 2 und flächiger Elektrode 4 und in Poren der Oberfläche der flächigen Elektrode 4 vordringt. Die Flüssigkeit wird verdampft, wodurch das Material in den Poren der Separatormembran 2, in dem Zwischenraum zwischen Separatormembran und flächiger Elektrode 4 und in den Poren der Oberfläche der flächigen Elektrode 4 zurückbleibt und eine angereicherte Materialschicht 3 entsteht. Anschließend wird in einem weiteren Schritt 5 ein Flüssigelektroyt 6 auf die Separatormembran 2 aufgebracht, wodurch ein Verbund 9 aus einer mit Flüssigelektrolyt getränkten Separatormembran 7 und einer mit Flüssigelektrolyt 6 getränkten Materialschicht 8 entsteht. Das Material, das sich in den Poren der Separatormembran 7, in der Materialschicht 8 und in den Poren der Oberfläche der flächigen Elektrode 4 befindet, kann durch den Flüssigelektrolyt gequollen sein.

Beispiel - Herstellung einer Elektrode für eine galvanische Zelle

Auf eine Ableiterfolie wird eine Polyolefinmembran aufgebracht. Es wird eine Flüssigkeit hergestellt, die ein organisches Lösungsmittel und ein darin gelöstes Polymer enthält. Diese Flüssigkeit wird auf die Polyolefinmembran pipettiert, wodurch die Flüssigkeit zur Grenzfläche zwischen dem Ableiter und der Polyolefinmembran (Zwischenraum) vordringt. Das organische Lösungsmittel wird anschließend verdampft, wodurch das Polymer, das sich nun in den Poren der Polyolefinmembran, im Zwischenraum zwischen der Polyolefinmembran und der Ableiterfolie und in den Poren an der Oberfläche der Ableiterfolie befindet, hart wird.

Nun kann ein Flüssigelektrolyt auf die Polyolefinmembran aufgebracht werden, wodurch der Flüssigelektrolyt in die Bereiche vordringt, in denen sich auch das Polymer befindet. Das Polymer kann durch den Flüssigelektrolyt gequollen (bzw. gelifiziert) werden. Dieser Schritt kann auch erst bei der Verwendung der Elektrode in einer galvanischen Zelle erfolgen.

1: Flüssigkeit mit Material, bestehend beispielsweise aus einem organischen Lösungsmittel (z.B. Aceton) mit einem gelösten Polymer (z.B. PVDF-HFP); 2: Separatormembran (ohne Flüssigelektrolyt);

3: Angereicherte Materialschicht, die aus der Materialanreicherung (z.B.

Polymer) in den Poren der Separatormembran, dem Zwischenraum und den Poren der flächigen Elektrode nach dem Verdampfen des organischen Lösemittels (z.B. Aceton) entsteht

4: flächige Elektrode (z.B. Aluminiumfolie);

5: Schritt des Aufbringens von Flüssigelektrolyt;

6: Flüssigelektrolyt;

7: mit Flüssigelektrolyt getränkte Separatormembran;

8: mit Flüssigelektrolyt getränkte angereicherte Materialschicht; und

9: Verbund aus mit Flüssigelektrolyt getränkter Separatormembran und mit Flüssigelektrolyt getränkter Materialschicht.