[发明专利]复合材料、用于制造复合材料的方法、由复合材料制成的系统及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及复合材料，其具有含有涂装材料的颗粒以及待涂装的基础材料。颗粒可结合到粘合剂中。

在第一实施方式中，本发明涉及：用于电化学系统的复合材料，其例如可由导电体（Stromableiter）和含有颗粒的电极构成；用于制造复合材料的方法以及复合材料在电化学系统和其他的涂装系统中的应用。此外，该实施方式的对象为电化学系统-电池组、燃料电池、电解电池-和含有上述复合材料的其他的系统。

在第二实施方式中，本发明涉及复合材料，其具有含有涂装材料的颗粒以及待涂装的基础材料，其中，基础材料可在如金属、玻璃、木材、建筑材料或其他的无机或有机材料或生物材料的任意材料中选择。此外，这样的基础材料可设有无机的覆盖层(例如玻璃)以及金属涂层。本发明还涉及用于制造复合材料的方法。

背景技术

利用含有颗粒的材料涂装所有类型的表面应用于日常生活的非常多的领域。

有特别的经济意义的是电化学系统和工艺，其在最近几年中越来越重要。尤其电池组(例如锂离子电池组有很好的机会应用在移动领域中，例如以便完全或部分地储存油箱的能量或在机动车中供电。此外，这种系统还适合于静态能量应用，例如暂存过量的再生能量(例如风能和太阳能)或紧急供电。此外，考虑应用于移动设备的供电，例如笔记本。此外，用在例如燃料电池、电解工艺或电化学工艺中是没有限制的。

根据现有技术，用于此类系统和工艺的电极(即，阳极和阴极)通常是多孔的并且含有以下成分和物质，例如参见文献“Streng,Birgit:WasserstoffelektrodenintechnischenElektrolyseprozessenunterEinsatzvonWolframcarbidalsElektrokatalysator,Dissertation,TechnicalUniversityofDresden,1988”。

(a)“电化学活性材料”，下文称成“活性材料”，在其表面处存在电化学活性中心，在电化学活性中心处进行电化学反应。在开始电极制造时，活性材料以颗粒状的粉末状态存在。典型的粒度可为2μm。也可考虑小于或大于2μm的其他粒度，例如10μm。可考虑的电化学活性材料例如可为：锂化合物(例如磷酸铁锂、钛酸锂、铌酸锂)铂和铂化合物、铅、氧化铅、硫酸铅、铅化合物、镍、氧化镍、镍化合物、镉、氧化镉、镉化合物、银、氧化银、银化合物、有机化合物，其可还为聚合物。

(b)含碳的材料(例如“炭黑”和/或“石墨”和/或“石墨烯”和/或碳纳米管)用于吸收电化学活性材料和改善最终的电极材料的电子导电性。炭黑和/或石墨至少在开始电极制造时以颗粒状的粉末状态存在。关于炭黑成分的典型的粒度可<100nm。石墨可以10至25μm的粒度供使用。然而，炭黑和石墨的粒度还可在上述粒度之外。

(c)“粘合剂”(其例如可包含聚四氟乙烯或聚偏氟乙烯、聚偏氟乙烯-六氟丙烯(PVDF-HEP)或羧甲基纤维素或羧甲基纤维素的碱金属盐，例如羧甲基纤维素钠、钾羧基纤维素或锂羧基纤维素(DE102010008782))以及对此事和的液态介质(其使粘合剂转变成液态或胶状状态)引起包含含碳材料(例如炭黑和/或石墨和活性材料)的所有电极材料的机械稳定性。因此，粘合剂在单独的颗粒之间具有粘接和机械稳定作用。

(d)成分a)和/或b)以及c)可混合成“电极混合物”。

(e)在锂离子电池组中，通常面状的“导电体”(其还被称为容纳材料并且用来稳定用于电极混合物的机械内聚性)可例如由铝箔以及铜箔构成。还可考虑由金属板或金属栅极或纤维状的材料构成的导电体(DE4019092)。尤其在文献WO2004/053200和DE10257186中说明了由金属板网构成的导电体。此外，还可使用包含或含有碳、碳纤维材料、玻碳、石墨烯的、由含有石墨烯的材料(例如含有石墨烯的塑料)构成的或涂有碳的金属箔(其中，金属例如可为铝)的导电体(例如WO2011/141486)。根据现有技术，在铅蓄电池中通常使用铅栅极或包含铅-锑合金的栅极(参见用于密封式Gel型铅电池组的手册，http://www.solarlink.de/PDF-Files/Exide/GelHandbuchTeil1.pdf)。金属板网是在表面中具有开口的栅栏状的材料并且还以表达金属网(Streck栅格)为人所知。