[發(fā)明專利]硫碳復(fù)合物、其制備方法和包含其的鋰硫電池

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201780047495.5
• 申請日: 2017-05-26
• 公開（公告）號: CN109643792B
• 公開（公告）日: 2022-05-24
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李東旭;孫權(quán)男;梁斗景
• 申請（專利權(quán)）人: 株式會社LG新能源
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/587;H01M4/38;H01M4/13;H01M10/052
• 代理公司: 中原信達(dá)知識產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司 11219
• 代理人: 陳海濤;穆德駿

本發(fā)明涉及一種硫碳復(fù)合物、其制備方法和包含其的鋰硫電池，所述硫碳復(fù)合物包含通過酸處理進行了表面改性的碳類材料。根據(jù)本發(fā)明，所述硫碳復(fù)合物包含經(jīng)由表面改性從而在其表面上具有能夠吸附多硫化物的羥基基團和羧基基團的碳類材料，由此在所述硫碳復(fù)合物用作鋰硫電池的正極活性材料時，防止了多硫化物的溶出。因此，能夠改善電池的容量特性和壽命特性。另外，根據(jù)本發(fā)明的硫碳復(fù)合物制備方法，能夠通過利用硝酸和硫酸的混合溶液進行處理的簡單工序改性碳類材料的表面，所述表面上官能團的量可以根據(jù)硝酸和硫酸的混合比來控制。

技術(shù)領(lǐng)域

本申請要求于2016年8月11日向韓國知識產(chǎn)權(quán)局提交的韓國專利申請10-2016-0102180號的優(yōu)先權(quán)和權(quán)益，通過參考將其全部內(nèi)容并入本文中。

本發(fā)明涉及一種硫碳復(fù)合物、其制備方法和包含其的鋰硫電池，所述硫碳復(fù)合物包含通過酸處理對表面進行了改性的碳類材料。

背景技術(shù)

隨著便攜式電子設(shè)備、電動車輛和大容量電力存儲系統(tǒng)近來的發(fā)展，出現(xiàn)了對大容量電池的需求。鋰硫電池是使用具有硫-硫鍵(S-S鍵)的硫系材料作為正極活性材料并使用鋰金屬作為負(fù)極活性材料的二次電池，且作為正極活性材料的主要材料的硫具有資源非常豐富、無毒且原子量低的優(yōu)勢。

此外，鋰硫電池的理論放電容量為1672mAh/g-硫且理論能量密度為2600Wh/kg，這與目前研究的其他電池系統(tǒng)的理論能量密度(Ni-MH電池：450Wh/kg，Li-FeS電池：480Wh/kg，Li-MnO₂電池：1000Wh/kg，Na-S電池：800Wh/kg)相比是非常高的，因此作為具有高能量密度性能的電池而受到關(guān)注。

硫被用作鋰硫電池的正極活性材料，然而，硫是非導(dǎo)體，并且由電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的電子的遷移困難，因此，通常使用將硫與導(dǎo)電材料碳復(fù)合的硫碳復(fù)合物以補償非導(dǎo)體性質(zhì)。

然而，簡單的硫碳復(fù)合物存在的問題是，作為中間物的多硫化鋰在電池反應(yīng)期間溶出，導(dǎo)致活性材料損失。除了漂浮或浸漬在液體電解質(zhì)中之外，如上所述溶出的多硫化鋰直接與鋰反應(yīng)并以Li₂S的形式固定在負(fù)極表面上，并且造成腐蝕鋰金屬負(fù)極的問題。

這樣的多硫化鋰的溶出對電池的容量保持率和壽命性能產(chǎn)生不利的影響，因此，已經(jīng)進行了各種嘗試以抑制多硫化鋰的溶出。作為一個實例，韓國專利1379716號公開了一種通過用氫氟酸處理石墨烯以在石墨烯表面上形成孔并在所述孔中生長硫粒子來制備鋰硫碳復(fù)合物的方法。然而，所述方法存在的問題是材料成本高且工序復(fù)雜，這不適合加工。

除此之外，還已經(jīng)公開了向正極混合物中添加具有吸附硫的性能的添加劑的方法，然而，存在的問題是，這里使用的添加劑是高價材料，例如不適合商業(yè)化的過渡金屬硫?qū)僭鼗铮矣捎谔砑觿┑奶砑佣鴮?dǎo)致正極重量不可避免地增加，并且單位重量的容量難以提高。

因此，為了使鋰硫電池商業(yè)化，需要開發(fā)一種在解決多硫化鋰溶出問題的同時使用簡單的工序并在低制備成本下制備的硫碳復(fù)合物，從而可以大量生產(chǎn)。

現(xiàn)有技術(shù)文獻

韓國專利1379716號，lithium-sulfur secondary battery having electrodewhich is constructed with graphene composite including sulfur and a formingmethod thereof(具有由含硫的石墨烯復(fù)合物構(gòu)造的電極的鋰硫二次電池及其形成方法)

發(fā)明內(nèi)容

技術(shù)問題

鑒于上述情況，本發(fā)明的發(fā)明人通過使用將硝酸和硫酸混合的水溶液對碳類材料的表面進行改性，然后將所得物與硫復(fù)合而制備了硫碳復(fù)合物，并且已經(jīng)確認(rèn)，按上述制備的硫碳復(fù)合物在用作鋰硫電池的正極活性材料時表現(xiàn)出優(yōu)異的導(dǎo)電性和抑制多硫化鋰溶出的效果。

因此，本發(fā)明的一個方面提供一種硫碳復(fù)合物。