用于电池组的活性材料制造技术

用于电池组的活性材料的制备方法，包括：提供电化学活性颗粒；任选粉碎该电化学活性颗粒；添加有机碳化合物，任选在适合的有机溶剂中，并混合，在保护气体下将该混合物加热到在该有机化合物的分解极限以上并在电化学活性颗粒的分解温度以下的温度，如此得到的活性材料以及相应的应用和用途。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于电池组的活性材料本申请要求享有DE 10 2011 084 646的优先权。该优先权文件通过参考整体引入到本公开中(=incorporated herein byreference in its entirety)。本申请中引用的所有文件都通过参考整体引入到本公开中(=incorporatedherein by reference in their entirety)。本专利技术涉及用于电池组的活性材料。现有技术: 电池组的应用，例如在电动车辆或可再生能(例如风能、太阳能等)的存储技术中的电池组的应用，需要对具有与迄今可提供的和/或商业上可获得的那些相比显著更高的比能的可再充电的电池组开发新的技术。锂-硫电池组对于这些应用领域是非常有希望的技术。这是因为单质硫(S8)的理论重量电容(gravimetrische Kapazitat)为1672 mAh g_S或换言之,其理论能量密度为最大2600 Wh kg_i(即比已经广泛使用的锂离子技术的能量密度高最多5倍)。此外，硫和基于硫的电极材料的使用提供了进一步的一般优点，如尤其是天然固有的“过度充电保护机制”、没有健康担忧、环境相容性、丰富的原料储藏量、以及低的开采-和生产成本。然而，使用硫作为阴极材料也具有一系列的如下列出的挑战: 一硫和基于硫的化合物(例如Li2S)具有极其小的电和离子传导性。—在充放电过程中中间形成的多硫化锂(Li2Sn，其中2〈η〈 8)非常容易溶解在所用的有机电解液中。这导致不导电不溶的Li2S2和Li2S沉积在阴极表面上，由此在电化学上不再可用；另一方面，这些多硫化物也能够扩散到阳极侧，并作为Li2S2和Li2S沉积在那里，这会造成阳极表面的钝化，或者其在那里再次被还原并扩散回到阴极侧。后一种情况称作所谓的“穿梭机制”，其导致电池组的比电容的降低和自放电的增加。-但是另一方面，由于已述及的该活性材料非常差的离子传导性，在活性材料和电解液之间需要尽可能大的接触面积。-重复充放电循环期间通过与此相关联的重复的体积膨胀和-减小造成导致电极形态的改变，并由此最终导致硫颗粒附聚，非常小的电和离子的传导性再次起了负面作用。在这种情况中，仅所述颗粒-附聚体的表面变成电化学活性的，由于颗粒-附聚必然造成该表面的减小。这又导致可获得的比电容的降低(Jeon等，JournalofMaterialsProcessing Technology 143-144 (2003) 93-97)。总之，其导致明显低于理论可能的电容且在循环过程中通常会快速降低的实际可达到的电容。由此导致产生低的循环稳定性以及充放电过程的低效率。Ji & Nazar Journal of Materials Chemistry 20 (2010) 9821-9826 和 Ji 等 NatureMaterials 8 (2009) 500-506提供了对该主题的很好的综述和介绍。硫电极的放电过程能够非常普遍地总地通过以下反应方程描述:16 Li + S8 —> 8 Li2S 根据该反应方程已经能够认识到，对于使用单质硫作为阴极材料而言，另外的锂源是绝对必要的。因此大都使用金属锂作为阳极，其在反复充放电循环过程中仍然隐藏着形成枝晶的风险。部分地，在现有技术中已经尝试，使用放电过程的最终产物，即Li2S，作为原料替代单质硫。广泛使用Li2S作为阴极材料的主要挑战与单质硫的情况类似，因为电化学反应当然是相同的。仅仅将最初的产物用作了反应物。相应的现有技术例如已知于Wang 等 Electrochimica Acta 55 (2010) 7010-7015;Wang 等 Carbon 46 (2008) 229-235 ;Wang 等 Electrochemistry Communications 4 (2002)499-502 ；Hassoun & Scrosati Angewandte Chemie 49 (2010) 2371-2374；ffang 等 Adv.Funct.Mater 13, N0.6 (2003) 487-492 ；Choi 等 Journal of Alloys and Compounds 449(2008) 313-316 ;Zhang 等 Electrochimica Acta 54 (2009) 3708-3713 ;Choi 等 MaterialsScience Forum 510-511 (2006) 1082-1085和 Ji 等 Nature Materials 8 (2009) 500-506 中。 现有技术中提及的方法通常限制于使用单质硫(S8)作为原料。例如，描述了借助派射-技术的硫颗粒涂覆碳的技术(Y.-J.Choi等，Journal of Power Sources 184 (2008),548-552)。然而，这种技术是非常复杂的，因此是昂贵的，且因此以及由于该技术有限的掺和容量，其并不适于放大到工业规模。此外，已经描述了将硫热嵌入和/或吸收到和/或通过各种形式的介孔碳化合物的许多不同的方法，其中利用了硫的相对低的熔融温度(115°C)。然而，其同样也都是非常复杂的且通常需要使用纳米级和/或纳米结构的碳材料，其又是较为昂贵的。尤其是下游借助正丁基锂的锂化，如Yang等，Nano Lett.2010, 10, 1486-1491中所述，与多个另外的工艺步骤和一系列的额外的试剂的使用相关联，因此也是昂贵的且不可用于工业应用。聚合纳米纤维的使用，如Qiu 等，Electrochimica Acta 55 (2010), 4632-4636 中所述，由于该方法的复杂性，仅很少有希望转化为更大规模。同时，考虑整个体系“电池组”，使用较大量的这样一种聚合物(即电化学钝性的添加剂)显著降低了实际可获得的重量容量以及重量和体积能量密度。此外，这里也使用单质硫，其相对低的熔融温度也是硫热嵌入聚合物基质中的重要的先决条件。已经非常昂贵的多壁碳纳米管(Yuan等，Journal of Power Sources 189 (2009),1141-1146)或纳米线用于形成导电碳基质的应用同样显得以较大规模使用这些材料不太能实行。应当特别注意上面所述的很多解决方案中将硫施加到碳上。这又仅能由于硫的较低熔点实现。此外，该布置特别考虑与锂化相关的体积膨胀 + 22%，参见He等，Journalof Power Sources 190 (2009) 154-156)。然而，此处总是必须考虑到，由于这些体积变化，如已经提及的，在充放电过程中改变了电极形态。因此，将硫施加到碳上总是隐藏了硫颗粒的直接接触的风险，并因此隐藏了已提及的颗粒附聚的风险，以及活性材料从碳材料上脱落并因此损失导电性的风险，特别是如果要通过颗粒尽可能紧密的排列实现尽可能高的体积能量密度并因此使所述颗粒彼此尽可能紧密地布置。此外，尽管一方面希望硫和电解液之间有尽可能大的接触面积以确保锂离子和硫之间尽可能大的接触面积，但在另一方面导致可溶的多硫化物离子的扩散，这随后导致已描述的不利的伴随现象，这是在开发硫基电极材料中的主要困难之一。由Hassoun 等 Jour本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于电池组的活性材料的制备方法，所述方法包括以下步骤a)‑d)或由这些步骤构成：a) 提供电化学活性颗粒，b) 任选将所述电化学活性颗粒粉碎到使用扫描电子显微术测定小于2µm的平均颗粒尺寸，c) 添加有机碳化合物，任选在适合的有机溶剂中，并混合，d) 在保护气体下将所述混合物加热到在所述有机化合物的分解极限以上并且在所述电化学活性颗粒的分解温度以下的温度，由此所述有机碳化合物分解为碳，且该碳作为均匀的层沉积在所述电化学活性颗粒的表面上。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.10.17 DE 102011084646.81.用于电池组的活性材料的制备方法，所述方法包括以下步骤a)-d)或由这些步骤构成: a)提供电化学活性颗粒， b)任选将所述电化学活性颗粒粉碎到使用扫描电子显微术测定小于2Mm的平均颗粒尺寸， c)添加有机碳化合物，任选在适合的有机溶剂中，并混合， d)在保护气体下将所述混合物加热到在所述有机化合物的分解极限以上并且在所述电化学活性颗粒的分解温度以下的温度，由此所述有机碳化合物分解为碳，且该碳作为均匀的层沉积在所述电化学活性颗粒的表面上。2.根据权利要求1的方法，其特征在于，使用Li2S作为电化学活性颗粒。3.根据权利要求1的方法，其特征在于，通过研磨，特别是借助球磨和/或通过手动研磨降低所述电化学活性颗粒的颗粒尺寸。4.根据权利要求1的方法，其特征在于，使用蔗糖和/或聚丙烯腈作为有机碳化合物。5.根据权利要求1的方法，其特征在于，使用聚丙烯腈作为有机碳化合物，和...

【专利技术属性】
技术研发人员：S郑，D布雷塞尔，M温特，S帕瑟里尼，
申请(专利权)人：罗克伍德锂有限责任公司，大众汽车有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE