硫碳复合物以及包含其的锂二次电池用正极和锂二次电池制造技术

本发明专利技术涉及：硫碳复合物，所述硫碳复合物包含涂布有掺杂有掺杂剂的噻吩类聚合物的多孔碳材料和在所述多孔碳材料的内部和表面的至少一部分中的硫；以及包含所述硫碳复合物的锂二次电池用正极和锂二次电池。锂二次电池用正极和锂二次电池。锂二次电池用正极和锂二次电池。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】硫碳复合物以及包含其的锂二次电池用正极和锂二次电池


[0001]本申请要求基于2019年6月14日提交的韩国专利申请第10
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2019
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0070378号的优先权的权益，通过引用将其全部内容并入本文中。
[0002]本专利技术涉及一种硫碳复合物以及包含其的锂二次电池用正极和锂二次电池。

技术介绍

[0003]近来，对能量存储技术的兴趣日益增加。随着其应用领域扩展到用于移动电话、便携式摄像机、笔记本电脑、甚至是电动车辆的能源，正在越来越具体地努力进行对电化学装置的研究和开发。
[0004]在这方面，电化学装置是最值得关注的领域，其中，能够充电/放电的二次电池的开发是关注的焦点。近来，在开发这些电池时，已经对新型电极和电池的设计进行了研究和开发，以提高容量密度和能量效率。
[0005]在目前应用的二次电池中，在20世纪90年代初期开发的锂二次电池引起了更多关注，因为其优点是其工作电压和能量密度比传统电池的更高，所述传统电池例如为使用水溶液形式的电解液的Ni
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MH、Ni
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Cd和硫酸铅电池。
[0006]特别地，锂硫(Li
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S)电池是使用具有S
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S键(硫
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硫键)的硫类材料作为正极活性材料并使用锂金属作为负极活性材料的二次电池。所述锂硫电池的优势在于，作为正极活性材料的主要材料的硫具有资源非常丰富、无毒且原子量低。另外，锂硫电池的理论放电容量为1675mAh/g硫，且其理论能量密度为2600Wh/kg。因为锂硫电池的能量密度远高于目前正在研究的其他电池系统的理论能量密度(Ni
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MH电池：450Wh/kg，Li
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FeS电池：480Wh/kg，Li
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MnO2电池：1000Wh/kg，Na
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S池：800Wh/kg)，所以锂硫电池是迄今开发的电池中最有前景的电池。
[0007]在锂硫电池的放电期间，在负极处发生锂的氧化反应，并且在正极处发生硫的还原反应。硫在放电之前具有环状S8结构。在还原反应(放电)期间，随着S
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S键的断裂，S的氧化数降低，并且在氧化反应(充电)期间，随着S
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S键的再次形成，S的氧化数升高。使用如上所述的氧化
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还原反应来储存和产生电能。在这些反应期间，通过还原反应将硫从环状S8结构转化成多硫化锂(Li2S
x
，x＝8、6、4、2)的线性结构，最终，当多硫化锂被完全还原时，最后产生硫化锂(Li2S)。通过还原成各种多硫化锂的过程，锂硫电池的放电行为的特征表现出与锂离子电池不同的阶段性的放电电压。
[0008]然而，在这种锂硫电池的情况下，由于寿命特性低而存在难以商业化的问题。
[0009]这能够归因于如下事实：从正极溶出的多硫化锂(LPS)移动到负极，直接在负极表面上引起副反应，从而降低了电池的容量并缩短了寿命。另一个原因可能是如下事实：电解液在作为正极活性材料的多孔碳材料的表面上分解，因此由于电解液的损耗而缩短了寿命。
[0010]目前，已经对防止多硫化锂的溶出进行了大量研究，但是对防止电解液发生分解反应的研究仍然不足。
[0011]因此，需要进行研究以通过防止电解液的分解来改善锂硫电池的寿命特性。
[0012]现有技术文献
[0013][专利文献][0014]韩国未决的专利公布第10
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2016
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0134092号

技术实现思路

[0015][技术问题][0016]在锂二次电池中的锂硫电池的情况下，存在如下问题：电解液在用作正极活性材料的硫碳复合物的多孔碳材料的表面上分解，由此锂硫电池的寿命由于电解液的损耗而缩短。
[0017]作为为了解决上述问题而进行多种研究的结果，本专利技术的专利技术人已经确认，如果硫碳复合物的多孔碳材料的表面涂布有掺杂有掺杂剂的噻吩类聚合物，则能够防止电解液的分解，从而能够改善包含所述硫碳复合物的锂硫电池的寿命特性，从而完成了本专利技术。
[0018]因此，本专利技术的目的为提供一种能够防止电解液分解的硫碳复合物。
[0019]另外，本专利技术的目的还在于提供一种包含所述硫碳复合物的锂二次电池用正极以及包含所述正极的锂二次电池。
[0020][技术方案][0021]为了实现上述目的，本专利技术提供一种硫碳复合物，所述硫碳复合物包含多孔碳材料和包含在所述多孔碳材料的内部和表面的至少一部分中的硫，其中所述多孔碳材料的表面涂布有掺杂有掺杂剂的噻吩类聚合物。
[0022]另外，本专利技术提供一种制备硫碳复合物的方法，所述方法包含如下步骤：
[0023](a)用掺杂有掺杂剂的噻吩类聚合物涂布多孔碳材料；和
[0024](b)将所述步骤(a)中制备的涂布有掺杂有掺杂剂的噻吩类聚合物的多孔碳材料与硫混合并成型，
[0025]另外，本专利技术提供一种包含本专利技术的硫碳复合物的锂二次电池用正极。
[0026]另外，本专利技术提供一种锂二次电池，所述锂二次电池包含正极、负极、设置在所述正极与所述负极之间的隔膜和电解液，其中所述正极为本专利技术的正极。
[0027]有益效果
[0028]因为多孔碳材料的表面涂布有掺杂有掺杂剂的噻吩类聚合物，所以本专利技术的硫碳复合物能够防止电解液的分解，从而改善锂硫电池的反应性和寿命特性。
附图说明
[0029]图1为通过循环伏安法得到的比较例1、2和4的硫碳复合物的图。
[0030]图2为通过测量实施例1、实施例2、比较例1和比较例2的寿命特性而得到的图。
[0031]图3为通过测量实施例1、实施例2、比较例1和比较例2的初始循环的反应性而得到的图。
[0032]图4为通过测量实施例2和比较例2的高倍率阶段中的寿命特性而得到的图。
[0033]图5为通过测量实施例3、实施例4、比较例1和比较例3的寿命特性而得到的图。
[0034]最佳模式
[0035]在下文中，将更详细地描述本专利技术。
[0036]本文中所使用的术语“复合物”是指将两种以上的材料结合以在形成在物理和化学上彼此不同的相的同时表现出更有效的功能的材料。
[0037]在锂二次电池，特别是锂硫电池的情况下，在作为正极活性材料的硫碳复合物的多孔碳材料的表面上发生电解液的分解，更具体地，因为硫首先分解，所以在硫分解后残留的多孔碳材料中发生电解液的分解。因为电解液发生分解，所以电解液被损耗，因此存在锂硫电池的寿命缩短的问题。
[0038]因此，本专利技术提供一种能够解决上述问题的硫碳复合物。
[0039]硫碳复合物
[0040]本专利技术涉及一种硫碳复合物，所述硫碳复合物包含多孔碳材料和包含在所述多孔碳材料的内部和表面的至少一部分中的硫，其中所述多孔碳材料的表面涂布有掺杂有掺杂剂的噻吩类聚合物。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种硫碳复合物，所述硫碳复合物包含多孔碳材料和包含在所述多孔碳材料的内部和表面的至少一部分中的硫，其中所述多孔碳材料的表面涂布有掺杂有掺杂剂的噻吩类聚合物。2.根据权利要求1所述的硫碳复合物，其中所述噻吩类聚合物包含选自由聚(3,4
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乙撑二氧噻吩)
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聚苯乙烯磺酸盐和聚(3
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己基噻吩)构成的组中的至少一种。3.根据权利要求1所述的硫碳复合物，其中所述掺杂剂包含选自由硫酸、对甲苯磺酸、高氯酸、盐酸、氟硼酸和磷酸构成的组中的至少一种。4.根据权利要求1所述的硫碳复合物，其中基于100重量份的所述噻吩类聚合物，所述掺杂剂的含量为0.01重量份～10重量份。5.根据权利要求1所述的硫碳复合物，其中所述多孔碳材料包含选自由石墨、石墨烯、炭黑、碳纳米管、碳纤维和活性炭构成的组中的至少一种。6.根据权利要求1所述的硫碳复合物，其中所述掺杂有掺杂剂的噻吩类聚合物的pH为2...

【专利技术属性】
技术研发人员：金秀炫，金奉洙，
申请(专利权)人：株式会社LG新能源，
类型：发明
国别省市：