本发明专利技术涉及一种电极材料，其包括至少一种硫‑柠檬烯硫化物组分或硫‑柠檬烯硫化物组分与第一导电组分的复合物；电极，特别是阴极，含有所述电极材料；半电池、电池和电池组，含有所述电极；及用于获得所述电极材料、及包括本发明专利技术的电极材料和/或电极的电极、半电池、电池和电池组的方法。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】锂-硫电池用包括硫-柠檬烯多硫化物的电极和电极材料本专利技术涉及一种电极材料，其包括至少一种硫-柠檬烯硫化物组分或硫-柠檬烯硫化物组分与一第一导电组分的一复合物；电极，特别是阴极，包含所述电极材料；半电池、电池(cell)和电池(组)(battery)，包含所述电极；及用于获得所述电极材料、包括本专利技术的电极材料和/或电极的所述电极、半电池、电池和电池(组)的方法。随着全球经济的发展和人们生活方式的不断改善，锂离子电池(LIB)在我们的日常生活中变得越来越普遍。考虑到与自然资源、环境和能源有关的问题，具有更高能量密度和比能、对人类和自然具有更高安全性、且具有更长循环寿命和更低成本的下一代锂基可充电电池已被视为对于当前市场急剧增长的需求而言更具吸引力的储能系统。然而，目前市场上基于Li离子插入化学的锂离子电池不能满足这种市场需求，并且在有限的比容量(低于250mAhg-1)和Ni及Co基嵌入阴极材料的高毒性和高成本方面遇到了瓶颈。在锂-硫(Li-S)化学中理论容量为1675mAhg-1的元素硫已成为最有前途的可在未来应用中提供更高能量密度的转化阴极材料之一。另外，与Ni和Co基嵌入化合物相比，硫资源丰富，非常便宜，而且无毒。基于所有这些原因，人们正在研究将硫基电极作为各种电池(例如，Li和Li离子电池)的经济高效、环保、增强性能的组件。具有参与电化学反应的其它活性金属离子(例如，具有Na离子、K离子、Mg离子和其它金属离子)的电池也可得益于高容量含硫电极的使用。然而，金属离子电池中硫基阴极整个电位的实现受到常规硫基阴极的诸多重大挑战的阻碍，这些挑战包括低导电率、低离子传导率和物理不稳定性。硫和含硫化合物高度电绝缘。硫和含硫化合物中的锂的离子传导率也非常小，这通常会减慢电化学反应的整体速率，导致Li-S电池的低功率特性。此外，硫阴极会产生在常规有机电解液中高度可溶的中间电化学反应产物(多硫化物(polysulfides)，例如，Li2Sn)。这样会导致硫阴极溶解，及阳极表面上电绝缘沉淀的再沉积，从而阻止了电化学反应的完全可逆性。为了减轻这些问题，设计了具有复杂纳米体系结构(包括定制表面和/或孔特征)的碳宿主或中间层，目的是改善运输，并抑制多硫化物溶解和相关的穿梭效应。为了更有效地将多硫化物锚固在电极内，使用金属氧化物、硫化物、氮化物或氢氧化物开发了物理限制和化学结合。就碳混合料而言，使用了诸如氮、硼或硫等各种掺杂物，将功能团引入碳表面或在其上施加涂层。对于电解液，已开发出了精选的添加剂和Li盐，在S基阴极或Li金属阳极上提供保护性涂层；此外，采用了高浓度电解液，但这些电解液价格昂贵，并且只能部分降低多硫化物溶解。最近几年以来，已开发出了通过形成强共价键的硫的化学浸渍来合成富硫聚合物，以提高S基阴极的倍率和循环性能。在全部这些示例中，要么是电化学性能不能令人满意，要么就是环境不友好或昂贵。因此，本专利技术的技术问题是克服前述缺点，并提供一种电极及一种用于电极的电极材料，满足对长期稳定的具有高比容量并在工作期间具有高库伦效率的电极和电极材料的需求。特别是，该材料应易于制造，并且全部原材料都应是廉价的。本专利技术通过独立权利要求的主题解决了其技术问题。具体而言，本专利技术通过提供一种如下所述的电极解决了其技术问题：该电极优选用于锂-硫电池，其包括如下电极材料，特别是由如下电极材料组成：该电极材料包括至少一种硫-柠檬烯硫化物组分或硫-柠檬烯硫化物组分与第一导电组分的复合物，该电极材料特别是由至少一种硫-柠檬烯硫化物组分或硫-柠檬烯硫化物组分与第一导电组分的复合物组成。具体而言，本专利技术通过提供一种如下所述的电极材料解决了其技术问题：该电极材料优选用于锂-硫电池，该电极材料包括至少一种硫-柠檬烯硫化物组分或硫-柠檬烯硫化物组分与第一导电组分的复合物，该电极材料特别是由至少一种硫-柠檬烯硫化物组分或硫-柠檬烯硫化物组分与第一导电组分的复合物组成。因此，本专利技术特别提供了一种电极和一种电极材料，它们二者的特征均在于存在至少一种硫-柠檬烯硫化物组分或硫-柠檬烯硫化物组分与第一导电组分的复合物。具体而言，包括所述至少一种硫-柠檬烯硫化物组分或所述硫-柠檬烯硫化物组分与第一导电组分的复合物的所述电极材料可直接用作电极或电极材料，例如，在合适的集电器上，优选阴极集电器。在一特别优选的实施例中，本专利技术的复合物可用作电极本身。本专利技术的一优选实施例涉及一种电极材料，其包括至少一种硫-柠檬烯硫化物组分或其与所述第一导电组分的复合物，该组分或复合物施用在集电器上，特别是阴极集电器，优选金属集电器。本专利技术还涉及一种电极，优选用于锂硫电池，所述电极包括电极材料，该电极材料包括至少一种硫-柠檬烯硫化物组分或硫-柠檬烯硫化物组分与第一导电组分的复合物，其中，该电极材料应用到集电器上，特别是阴极集电器，优选金属集电器。在一优选实施例中，所述至少一种硫-柠檬烯硫化物组分为硫-柠檬烯多硫化物(SLP)。优选地，本专利技术提供一种电极，其包括硫-柠檬烯多硫化物(SLP)或硫-柠檬烯多硫化物(SLP)与第一导电组分的复合物，特别是由硫-柠檬烯多硫化物(SLP)或硫-柠檬烯多硫化物(SLP)与第一导电组分的复合物组成。优选地，本专利技术提供一种电极材料，其包括硫-柠檬烯多硫化物(SLP)或硫-柠檬烯多硫化物(SLP)与第一导电组分的复合物，特别是由硫-柠檬烯多硫化物(SLP)或硫-柠檬烯多硫化物(SLP)与第一导电组分的复合物组成。在本专利技术的上下文中，术语“硫-柠檬烯多硫化物”，也称为SLP，是指SLP，特别是可通过使熔融硫与柠檬烯反应、特别是使熔融硫与D-柠檬烯或其对映体反应获得的硫-柠檬烯基聚合物，特别是通过使熔融硫与柠檬烯反应、特别是使熔融硫与D-柠檬烯或其对映体反应获得的硫-柠檬烯基聚合物，以获得硫-柠檬烯多硫化物。优选地，用于获得SLP采用的硫为元素硫，优选为cycloocta硫(S8)形式。用于获得SLP采用的柠檬烯、特别是D-柠檬烯可从橙子、柠檬、柚子、柑橘等天然水果中提取。在本专利技术的上下文中，SLP优选可通过以下步骤获得：将硫加热至足以提供熔融硫的温度；向熔融硫中加入柠檬烯，特别是D-柠檬烯；及将柠檬烯与熔融硫的混合物加热足以产生单相的时间段，优选0.5-24h，其中，所述单相包括SLP。在本专利技术的一优选实施例中，术语SLP也指可通过以下步骤获得的SLP：将硫加热至足以提供熔融硫的温度；进一步加热熔融硫，然后向所述熔融的被加热的硫中加入柠檬烯，特别是D-柠檬烯；将柠檬烯和熔融硫保持足以产生单相的时间段，其中，所述单相包括SLP。优选地，SLP可通过将硫或硫与柠檬烯的混合物加热至120-300℃，优选165-190℃，特别是170-180℃，特别是175℃来获得。在所述方法中，柠檬烯与硫之间的比例可以为任意比例，优选重量比为1:(0.2-10)，特别是(30-70):(70-30)。优选地，将等质量的柠檬烯加入到熔融的被加热的硫中。不受理论的束缚，将硫加热至150℃以上的温度，特别是170℃以上，会本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种电化学半电池或电池，包括电极，其中，所述电极包括电极材料，该电极材料包括至少一种硫-柠檬烯硫化物组分或硫-柠檬烯硫化物组分与第一导电组分的复合物。/n
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180208 EP 18155768.71.一种电化学半电池或电池，包括电极，其中，所述电极包括电极材料，该电极材料包括至少一种硫-柠檬烯硫化物组分或硫-柠檬烯硫化物组分与第一导电组分的复合物。
2.电极，优选用于锂硫电池，其包括电极材料，该电极材料包括至少一种硫-柠檬烯硫化物组分或硫-柠檬烯硫化物组分与第一导电组分的复合物，其中，所述电极材料应用到集电器上。
3.自立式硫-柠檬烯多硫化物-电极，优选用于锂-硫电池，该电极由硫-柠檬烯硫化物组分，优选SLP，与第一导电组分的复合物组成，其中，所述第一导电组分为自立式第一导电组分，特别是多孔碳片、石墨烯片、碳化聚合物片材、CNT纸、碳化纤维素膜、碳化纸或碳化多孔纤维素纸。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的半电池、电池、电极或自立式SLP-电极，其中，所述至少一种硫-柠檬烯硫化物组分为硫-柠檬烯多硫化物(SLP)或聚合硫-柠檬烯二硫化物结构。
5.根据权利要求4所述的半电池、电池、电极或自立式SLP-电极，其中，所述聚合硫-柠檬烯二硫化物结构为锂-硫-柠檬烯二硫化物结构或元素硫-柠檬烯二硫化物结构。
6.根据权利要求4或5所述的半电池、电池、电极或自立式SLP-电极，其中，SLP与所述第一导电组分的所述复合物中的硫-柠檬烯多硫化物(SLP)的重量含量为50％-95％，优选65％-80％，更优选70％-75％，最优选72％-73％(均是基于SLP与所述第一导电组分的所述复合物的总重量)。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的半电池、电池、电极或自立式SLP-电极，其中，所述聚合硫-柠檬烯二硫化物结构与所述第一导电组分的所述复合物中的聚合硫柠檬烯二硫化物结构的重量含量为50％-95％，优选65％-80％，更优选70％-75％，最优选72％-73％(均是基于所述聚合硫-柠檬烯硫化物结构与所述第一导电组分的所述复合物的总重量)。
8.根据权利要求1-2及4-7中任一项所述的半电池、电池或电极，其中，所述第一导电组分为导电碳、多孔金属氧化物、多孔金属硫化物、多孔金属氢氧化物、导电聚合物或其组合。
9.根据权利要求1-2及4-8中任一项所述的半电池、电池或电极，其中，所述电极材料包括至少一种粘合剂、至少一种第二导电组分或其二者。
10.根据权利要求9所述的半电池、电池或电极，其包括权利要求1-7中任一项所述的电极材料、至少一种第二导电组分及至少一种粘合剂，优选其重量比为(80-90):(1-10):(5-1...
【专利技术属性】
技术研发人员：吴飞翔，余彦，约阿希姆·麦尔，
申请(专利权)人：马克思普朗克科学促进协会公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE
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