CN112189269B 硫碳复合物、其制造方法以及包含所述硫碳复合物的锂硫电池用正极和锂硫电池 （株式会社Lg新能源）

2020.11.23PCT/KR2019/0067052019.06.04WO2020/009333KO2020.01.09KR20040013585A,2004.02.14KR20180048309A,2018.05.10US2016181600A1,2016.06.23及包含所述硫碳复合物的锂硫电池用正极和锂2所述正极活性材料层对所述正极集电器的粘附力为2gf/cm以上且15gf/c2.根据权利要求1所述的锂硫电池用正极，其中所述硫碳复合物处于其中形成有所述3.根据权利要求1所述的锂硫电池用正极，其中所述具有电解液浸渗性能的化合物具烯-四氟乙烯)和聚四氟乙烯构成的组中的至5.根据权利要求4所述的锂硫电池用正极，其中所述电解液包含选自由醚类化合物和碳酸酯类化合物构成的组中的至少一种作为6.根据权利要求5所述的锂硫电池用正极，其中所述3[0001]本申请要求于2018年7月2日提交的韩国专利申请第10-2018-0076514号的优先权[0002]本发明涉及一种硫碳复合物以及包含所述硫碳复合物的锂硫电池用正极和锂硫[0004]锂硫电池为一种二次电池，其使用包含硫-硫键的硫类化合物作为正极活性材料并且使用能够嵌入/脱嵌锂金属或锂离子的碳类材料或与锂形成合金的硅或锡等作为负极kg。由于锂硫电池的理论能量密度是目前正在研究的锂离子电池的理论能量密度(约[0007]由于在锂硫电池中用作正极活性材料的硫具有5×10-30S/cm的电导率，即为没有用于改善硫碳复合物的稳定性和电化学反应性的各[0009]然而，为了维持包含硫碳复合物作为正极活性材料的锂硫电池的正极的低孔隙4[0022](b)将在步骤(a)中制备的涂布有所述具有电解液浸渗性能的化合物的所述多孔[0026]本发明的硫碳复合物通过在多孔碳材料上具有包含具有电解液浸渗性能的化合[0027]图1为示出在具有60％的孔隙率的电极中正极活性材料层对集电器的粘附力的结[0028]图2为示出在具有65％的孔隙率的电极中正极活性材料层对集电器的粘附力的结5[0029]图3为示出在具有72％的孔隙率的电极中正极活性材料层对集电器的粘附力的结液的能力，并且与暂时接触或吸收相关物质或成分的区别在于其长时间均匀地浸渗电解强极性物质，其容易溶解在含有亲水性有机溶剂的电解液中并且溶出到正极的反应区以制造的具有低孔隙率的电极存在以下问题：由于集电器与正极活性材料层之间的粘附力6[0043]本发明的多孔碳材料在其表面上包含含有具有电解液浸渗性能的化合物的涂[0052]此外，所述链状碳酸酯可以包含但不限于选自由碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯Cl10CF34)37[0055]所述具有电解液浸渗性能的聚合物对含有醚类化合物或碳酸酯类化合物作为溶物的膜。将所制备的化合物的膜在25℃下浸渍48小时以使所涂布的化合物被电解液饱和，[0056]基于硫碳复合物的总重量，可以含有0.5重量％至5重量优选1重量％至3重超过5重量％的所述化合物，那么作为正极活性材料的功能和电池性能可能会受到不利的[0057]所述多孔碳材料提供其中可以均匀且稳定地固定作为正在多孔碳材料的总体积的10％至90％的范围内。如果所述孔隙的平均直径小于上述范围，890重量％的硫、6重量％至45重量％的多孔碳材料和0.5重量％至5重量％的具有电解液浸有低孔隙率的正极的锂硫电池的寿命特性，并且可以增加正极活性材料对集电器的粘附选1％至95更优选60％至90％的区域中。当硫在上述范围内处于多孔碳材料的表面上述范围内稀薄地并且均匀地浸渗在多孔碳材料的表面上，因此在充电/放电过程中电子转[0068](b)将在步骤(a)中制备的涂布有所述具有电解液浸渗性能的化合物的所述多孔[0069]步骤(a)为在多孔碳材料的表面上形成具有电解液浸渗性能的化合物的涂层的步[0071]步骤(b)可以通过将涂布有具有电解液浸渗性能的化合物的多孔碳材料与硫混[0072]所述混合用于增加上述材料之间的混合度并且可以通过使用本领域中常规使用果加热温度低于120℃,那么硫无法充分地熔融并且因此可能无法适当地形成硫碳复合物[0074]通过步骤(b)，可以制备其中多孔碳材料的表面包含含有具有电解液浸渗性能的[0075]本发明的硫碳复合物为其中在多孔碳材料的表面上形成有具有电解液浸渗性能9述效果，这是因为在具有低孔隙率的正极中正极活性材料层对正极集电器的粘附力非常[0081]导电材料不受特别限制，只要其具有导电性且不会引起[0083]粘结剂为将正极活性材料维持在正极集电器上并且具有在正极活性材料之间有[0084]基于包含正极活性材料的混合物的总重量活性材料和导电材料可能会脱离。如果粘结剂的含量超过30重量那么正极中活性材料有在浆料具有适当的粘度以促进浆料的涂布可以根据浆料的粘度和要形成的正极的厚度将浆料以合适的厚度℃的温度下进行干燥。[0090]所述负极可以由集电器和在其一面或两面上形成的负极[0092]负极集电器可以通过具有在其表面上形成的微细的不规则处来增强与负极活性并且允许锂离子在正极与负极之间传输。隔膜可以由多孔的非导电性或绝缘性材料制成。[0105]将0.5g的碳纳米管添加到通过将作为具有电解液浸渗性能的聚合物的聚(偏二氟乙烯-六氟丙烯)(西格玛奥德里奇公司(SigmaAldrich))以基于硫碳复合物的总重量为[0106]将0.5g上述制备的涂布有聚(偏二氟乙烯-六氟丙烯)的多孔碳材料和2g的硫均匀度的铝箔集电器上并且在80℃的温度下干燥以制造锂硫电池用正极。[0110]除了使用聚偏二氟乙烯(西格玛奥德里奇公司)作为具有电解液浸渗性能的聚合[0112]除了使用没有涂层的碳纳米管以外，以与实施例1中的方式相同的方式制备了锂[0114]将1g的碳纳米管和3g的硫均匀混合，然后在155℃下热处理30分钟以制备硫碳复[0115]之后，将0.5g的碳纳米管添加到通过将作为具有电解液浸渗性能的聚合物的聚度的铝箔集电器上并且在80℃的温度下干燥以制造锂硫电池用正极。[0119]将在实施例1和实施例2以及比较例1中制备的锂硫电池用正极以不同的辊压间隙[0120]测量了具有60％、65％和72％的孔隙率的实施例1和实施例2以及比较例1的锂硫2.9533.2530.820.95发明的硫碳复合物的实施例1和实施例2的正极活性材料层对正极集电器的粘附力优