[發(fā)明專利]用于LI-S電池的活性電極材料

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201580070971.6
• 申請(qǐng)日: 2015-12-21
• 公開（公告）號(hào): CN107112508B
• 公開（公告）日: 2021-01-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: A.科爾真科;C.文森道
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 阿科瑪法國公司
• 主分類號(hào): H01M4/136
• 分類號(hào): H01M4/136;H01M4/36;H01M4/58
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務(wù)所 11105
• 代理人: 金擬粲

本發(fā)明涉及適于制造電極、特別地用于Li?S電池的電極的活性材料。根據(jù)本發(fā)明的活性材料包括均勻地分散在硫材料的本體中的碳納米填料，所述活性材料能夠根據(jù)涉及在強(qiáng)機(jī)械能的存在下的熔化的方法獲得。活性材料中碳納米填料的量占1至25重量％，相對(duì)于活性材料的總重量。根據(jù)本發(fā)明的活性材料容許改善電極的配制物的電導(dǎo)率。本發(fā)明的另一方面為活性材料在電極中、特別地在Li?S電池正極中的用途。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及Li/S電池的領(lǐng)域。更特別地，本發(fā)明涉及用于制造電極的活性材料，其包括均勻地(均質(zhì)地)分散在基于硫的材料的主體中的基于碳的納米填料，活性材料可根據(jù)通過熔化路線的方法獲得。

背景技術(shù)

鋰/硫電池(隨后稱作Li/S電池)由元素硫或另外的電活性的基于硫的材料的正極(陰極)、由鋰金屬或基于鋰的金屬合金形成的負(fù)極(陽極)、以及有機(jī)液態(tài)電解質(zhì)組成。

典型地，正極由包括元素硫S₈(隨后表示為天然(自然)硫)和任選地不同的添加劑的活性材料制備，所述活性材料與溶劑和粘合劑混合，從而形成糊料，將所述糊料施加至集流體且然后干燥以除去溶劑。使所形成的復(fù)合結(jié)構(gòu)體任選地經(jīng)過壓縮階段，然后切割成正極的所需尺寸。

Li/S電池通過如下得到：在正極上沉積隔板，以及然后將鋰負(fù)極沉積在所述隔板上。隨后，將通常包括溶解于溶劑中的至少一種鋰鹽的電解質(zhì)引入電池中。

自2000年以來，Li/S電池已經(jīng)成為眾多研究的課題，并且被認(rèn)為是常規(guī)的Li離子電池的有前景的替代者。這種電池的優(yōu)點(diǎn)來自硫電極的高的體積存儲(chǔ)容量，使得可實(shí)現(xiàn)范圍可最高達(dá)500Wh.kg^-1的能量密度。此外，天然硫顯示出豐富、成本低和無毒性的不可忽略的優(yōu)點(diǎn)，其使得可設(shè)想大規(guī)模開發(fā)Li/S電池。

Li/S電池的放電和充電的機(jī)理是基于在正極處的硫的還原/氧化和在負(fù)極處的鋰的氧化/還原

在放電期間，硫分子S₈被還原并且形成溶解于有機(jī)電解質(zhì)中的通式Li₂S_n(n≥2)的鋰多硫化物鏈。硫的還原的最后階段由形成硫化鋰Li₂S構(gòu)成，其從有機(jī)電解質(zhì)沉淀并且沉積在負(fù)極上。相反的電化學(xué)反應(yīng)在充電時(shí)發(fā)生。

為了使電化學(xué)反應(yīng)在電極處快速地發(fā)生，正極和負(fù)極必須總體上是良好的電子導(dǎo)體。事實(shí)上，由于硫?yàn)殡娮咏^緣體(在25℃時(shí)，σ＝5.10^-30S.cm^-1)，放電速率相對(duì)慢。

設(shè)想了目標(biāo)在于克服活性材料的該低電子傳導(dǎo)性的多種改善路線，特別地添加電子傳導(dǎo)添加劑，例如基于碳的導(dǎo)電材料。然而，如果硫/添加劑混合物不是最佳的或如果添加劑的含量太低，則在正極處的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)仍然有限。

在導(dǎo)電添加劑中，通常使用炭黑、活性炭、碳纖維或碳納米管。常規(guī)地使用炭黑。

活性材料和導(dǎo)電添加劑的混合可以多種方式進(jìn)行。

例如，可在電極的制備期間直接進(jìn)行混合。于是，在使電極成型之前，通過機(jī)械攪拌使硫與導(dǎo)電添加劑和粘合劑混合。由于該均質(zhì)化階段，認(rèn)為基于碳的添加劑分布在硫顆粒周圍，從而產(chǎn)生滲透網(wǎng)絡(luò)。也可使用研磨階段，并且其使得可獲得材料的更緊密的混合。然而，該額外的階段可導(dǎo)致電極的孔隙率的破壞。

將活性材料與基于碳的添加劑混合的另一種方法在于通過干式途徑研磨硫和基于碳的添加劑，從而用碳包覆硫。

從相同的觀點(diǎn)來看，通過在氣相中沉積可在硫顆粒周圍沉積碳。相反地，核-殼結(jié)構(gòu)也可由其上沉積一層硫的炭黑制備，例如通過在炭黑納米顆粒上沉淀硫。