一种硫-碳复合材料，包含(A)至少一种碳复合材料，该碳复合材料包含(a)至少一种含碳原料的碳化产物，该碳化产物掺有(aa)至少一种导电添加剂的颗粒，该颗粒具有的长宽比为至少10，以及(B)元素硫。此外，一种生产硫-碳复合材料的方法，包含硫-碳复合材料的用于电化学电池的阴极材料，相应的电化学电池以及碳复合材料在生产电化学电池中的用途。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利说明】结-硫电池组用复合材料 本专利技术涉及硫-碳复合材料，包含： (A)至少一种碳复合材料，包含： (a)至少一种含碳原料的碳化产物，该碳化产物惨有 (aa)至少一种导电添加剂的颗粒，该颗粒具有的长宽比为至少10, W及 [000引 做元素硫。 此外，本专利技术还涉及一种生产本专利技术硫-碳复合材料的方法，包含本专利技术硫-碳复 合材料的用于电化学电池的阴极材料，相应的电化学电池W及碳复合材料在生产电化学电 池中的用途。 长久W来，能量的储存已成为持续受到关注的主题。电化学电池，例如电池组或蓄 电池可用于储存电能。最近，所谓的裡离子电池组受到了特别的关注。它们在数个技术方 面优于常规电池组。例如，它们可W用于产生使用基于含水电解质的电池组不能获得的电 压。 然而，具有碳阳极和基于金属氧化物的阴极的常规裡离子蓄电池的能量密度有 限。有关能量密度的新维度正被裡-硫电池打开。在裡-硫电池中，硫在硫阴极经由多硫 化物离子还原成S 2-，后者随着该电池被充电而再次被氧化而形成硫-硫键。在充电和放电 操作过程中，阴极的结构相应地变化，该在宏观水平下对应于阴极的膨胀和收缩，即体积变 化。 除了硫外，裡-硫电池中的阴极通常还包含作为导电添加剂的碳黑或碳黑混合物 W及粘合剂。通常存在于裡-硫电池的阴极中的粘合剂首先用于使导电的碳黑颗粒与本身 不导电的电化学活性硫接触，其次用于将该硫-碳黑混合物与阴极的输出材料，例如金属 铅、金属筛网或金属涂敷的聚合物薄膜相连。 W0 2009/054987描述了在铅层上作为底漆层的聚己帰醇，该铅层用作硫阴极的导 体，也称集电器。 在US 2010/0239914和US 2011/0059361中，裡-硫电池用阴极在每种情况下使 用聚己帰醇作为粘合剂通过将硫和碳黑颗粒（soot particle)用聚己帰醇粘接而生产。 该文献中所述含硫阴极材料就阴极材料W及由其生产的电化学电池所需性能中 的一个或多个而言仍具有缺点。所需性能例如为阴极材料与输出材料的良好粘附能力、阴 极材料的高导电性、阴极容量的提高、电化学电池寿命的提高、阴极的机械稳定性改善或充 电-放电循环过程中W及的体积变化降低。提到的所需性能通常还对改善电化学电池的经 济可行性具有决定性贡献，除了电化学电池的所需技术性能特征方面外，经济可行性也对 用户至关重要。 因此，本专利技术的目的是要提供一种用于裡-硫电池的廉价阴极材料，其在一种或 多种性能上优于已知阴极材料，更具体而言是提供一种能够制造具有改善导电性并且同时 具有高阴极容量、高机械稳定性和长寿命的阴极的阴极材料。 该目的由如下一种硫-碳复合材料实现，该硫-碳复合材料包含： (A)至少一种碳复合材料，包含： (a)至少一种含碳原料的碳化产物，该碳化产物惨有 (aa)至少一种导电添加剂的颗粒，该颗粒具有的长宽比为至少10, W及 [001引 做元素硫。 本专利技术硫-碳复合材料为复合材料。复合材料通常应理解为指如下材料，其为不 能手工分离且具有不同于单个组分的性能的固体混合物。具体而言，本专利技术硫-碳复合材 料为颗粒复合材料，尤其是纤维复合材料。 本专利技术硫-碳复合材料包含作为组分（A)的至少一种碳复合材料，下文也简称为 碳复合材料（A)，其包含作为组分（a)的至少一种含碳原料的碳化产物，下文也简称为碳化 产物（a),该碳化产物惨有作为组分（aa)的至少一种导电添加剂的颗粒，下文也简称为颗 粒（aa)，其中颗粒（aa)具有的长宽比为至少10。此外，本专利技术硫-碳复合材料包含作为组 分炬）的元素硫，下文也简称为硫炬）。 存在于为固体的碳复合材料（A)中的碳化产物（a)可W由各种含碳原料生产。碳 化产物的生产方法和可W用于该生产方法中的合适含碳原料原则上均对本领域熟练技术 人员是已知的。碳化产物通常作为固体富碳残留物在含碳原料在供入热并且完全或至少基 本完全排除氧气W尽可能防止来自含碳原料的该碳氧化成一氧化碳或二氧化碳下的热解 中形成。来自热解方法的已知碳化产物例如为木炭、骨炭、来自褐煤或硬煤的焦碳或由聚丙 帰膳形成的碳纤维。碳化产物（a)也可W称为可W通过含碳原料热解得到的碳基体。 含碳原料优选选自碳水化合物、树脂、焦碳、渐青、聚丙帰膳、苯己帰-丙帰膳共聚 物、蜜胺-甲酵树脂和苯酷-甲酵树脂。优选的含碳原料尤其是碳水化合物，尤其是单-、 二-或多糖，其中在形式意义上讲仅消除水而留下碳。碳水化合物最优选为淀粉。 在本专利技术的一个实施方案中，本专利技术硫-碳复合材料的特征是该含碳原料选自碳 水化合物、树脂、焦碳、渐青、聚丙帰膳、苯己帰-丙帰膳共聚物、蜜胺-甲酵树脂和苯酷-甲 酵树脂，尤其选自碳水化合物。 碳化产物（a)的碳含量为优选大于80重量％，更优选大于90重量％，尤其大于95 重量％至最大接近100重量％，基于通过元素分析测定的碳化产物（a)的质量。存在于碳复合材料（A)中的颗粒（aa)具有的长宽比为至少10,优选至少20,更优 选至少40,尤其至少80。颗粒的长宽比应理解为指颗粒的长度与颗粒的厚度之比。长宽比 为至少10的颗粒相应地可W呈纤维或小叶形式。至少一种导电添加剂的颗粒（aa)优选为 纤维状的，此时纤维的厚度更好的是称为其直径。 颗粒，尤其是纤维的长度和直径借助扫描电子显微照片或光学照片测定。如此测 定的值用来计算长宽比。 导电添加剂的颗粒的厚度或平均直径原则上可W在宽范围内变化。导电添加剂 的颗粒优选具有的厚度或更具体而言平均直径为50nm-100 y m，更优选60-1000nm，尤其是 7〇-200nm。 颗粒的平均直径如上所述借助扫描电子显微照片或光学照片测定。 在本专利技术的一个实施方案中，本专利技术硫-碳复合材料的特征是导电添加剂的颗粒 具有50nm-100 y m的平均直径。 导电添加剂的颗粒优选具有的电导率为0. lmS/cm-30000S/cm，更优选 100-30000mS/cm。 该添加剂的电导率LF通过将该添加剂在用于生产邸r片的标准压机模具中压制 W得到具有厚度d和横截面积A的粒料而测定。然后将该粒料夹于两块金金属板之间并借 助电阻抗图谱分析。阻抗的实部Re (在1-10曲Z的高频范围内）用于根据LF = d/(AX Re) 计算电导率LF。 在本专利技术的一个实施方案中，本专利技术硫-碳复合材料的特征是导电添加剂的颗粒 具有的电导率为0. lmS/cm-30000S/cm。 导电添加剂的合适颗粒原则上对本领域熟练技术人员是已知的。导电添加剂的颗 粒优选选自碳纤维，选自氧化钢锡、A1惨杂氧化锋、Ga惨杂氧化锋、In惨杂氧化锋、F惨杂 氧化锡、訊惨杂氧化锡的透明金属氧化物的纤维，选自WC、MoC和TiC的金属碳化物的纤维 W及选自铅和钢的金属纤维。导电添加剂的颗粒更优选为碳纤维。 制备导电添加剂的颗粒，尤其是导电添加剂的纤维的方法原则上对本领域熟练技 术人员是已知的。例如可W通过聚丙帰膳纤维的热解得到碳纤维。碳纤维可W由许多供应 商市购。透明金属氧化物如A1惨杂氧化锋或訊惨杂氧化锡的纤维例如可当前第1页1 2 3 4 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种硫‑碳复合材料，包含：(A)至少一种碳复合材料，包含：(a)至少一种含碳原料的碳化产物，所述碳化产物掺有(aa)至少一种导电添加剂的颗粒，所述颗粒具有的长宽比为至少10，以及(B)元素硫。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：A·潘琴科，E·克里莫夫，O·格龙瓦尔德，K·莱特纳，P·普日贝尔斯基，
申请(专利权)人：巴斯夫欧洲公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE
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