【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种用于锂硫电池的正极中的碳复合材料及其制造方法。本申请要求在韩国于2022年8月31日提交的韩国专利申请第2022-0110385号和于2022年12月28日提交的韩国专利申请第2022-0187899号的优先权，所述专利申请的公开内容通过引用并入本文中。
技术介绍
1、锂硫电池是使用具有硫-硫(s-s)键的硫类材料用于正极活性材料并使用锂金属用于负极活性材料的电池体系。作为正极活性材料主要组分的硫在自然界中含量丰富并且能够在世界范围内广泛存在，无毒且原子量低。
2、因为二次电池广泛用于包括电动车辆(ev)和储能系统(ess)的应用中，所以与具有更低的单位重量储能密度(约250wh/kg)的锂离子二次电池相比，理论上具有更高的单位重量储能密度(约2,600wh/kg)的锂硫电池受到关注。
3、在放电期间，锂硫电池通过将电子释放到锂阳离子中而在负极活性材料锂处经历氧化，并通过接受电子而在正极活性材料硫类材料处经历还原。通过还原反应，硫类材料通过s-s键接受两个电子而转化为硫阴离子。通过锂的氧化反应而生成的锂阳离子经由电解质迁移到正极，并与通过硫类化合物的还原反应而生成的硫阴离子结合以形成盐。具体地，放电前的硫具有环状s8结构，并且所述硫通过还原反应而转化为多硫化锂(li2sx，x＝8、6、4、2)并完全还原为硫化锂(li2s)。
4、在这种情况下，在充电/放电期间产生的多硫化锂容易溶解在电解液中，引起电池容量衰减和电池降低。为了克服多硫化锂的溶出问题，已经对在用于正极中的各种多孔
5、然而，尽管这些研究对多硫化锂溶出问题提出了一些解决方案，但未能促进多硫化锂向硫化锂(li2s)的转化反应。
技术实现思路
1、技术问题
2、本专利技术旨在提供一种锂硫电池的正极用碳复合材料及其制造方法，所述碳复合材料用于促进多硫化锂向硫化锂的转化。
3、技术方案
4、为了实现上述目的，根据本专利技术的一个方面，提供如下实施方案的碳复合材料。
5、根据第一实施方案的碳复合材料包含：多孔碳材料；以及形成在多孔碳材料的表面上的氮化钒粒子。
6、根据第二实施方案，在第一实施方案中，碳复合材料的比表面积可以为250m2/g以上。
7、根据第三实施方案，在第一或第二实施方案中，碳复合材料的孔体积可以为1.0cm3/g以上。
8、根据第四实施方案，在第一至第三实施方案中的任一项中，碳复合材料的平均孔尺寸可以为10nm以上。
9、根据第五实施方案，在第一至第四实施方案中的任一项中，氮化钒粒子的平均粒度可以为200nm以下。
10、根据第六实施方案，在第一至第五实施方案中的任一项中，基于100重量份的碳复合材料，氮化钒粒子的含量可以为3至50重量份。
11、根据第七实施方案，在第一至第六实施方案中的任一项中，多孔碳材料可以包含碳纳米管(cnt)、还原型氧化石墨烯(rgo)或其混合物。
12、根据本专利技术的另一方面，提供如下实施方案的正极活性材料、正极和电池。
13、根据第八实施方案的正极活性材料包含：根据第一至第七实施方案中任一项的碳复合材料；以及负载到碳复合材料的孔中的含硫化合物。
14、根据第九实施方案，在第八实施方案中，含硫化合物与碳复合材料的重量比可以为1：1至9：1。
15、根据第十实施方案的正极包含：集电器；以及正极活性材料层，所述正极活性材料层形成在集电器的至少一个表面上，并且包含根据第八或第九实施方案的正极活性材料以及粘合剂。
16、根据第十一实施方案的电池包含：正极、负极、介于正极与负极之间的隔膜、以及电解质，其中，正极如第十实施方案中所定义。
17、根据第十二实施方案的正极包含：集电器；以及正极活性材料层，所述正极活性材料层形成在集电器的至少一个表面上，并且包含正极活性材料、粘合剂和正极添加剂，其中，正极活性材料包含含硫化合物，并且正极添加剂包含根据第一至第七实施方案中任一项的碳复合材料。
18、根据第十三实施方案，在第十二实施方案中，基于总计100重量份的正极活性材料层，正极添加剂的含量可以为0.01至30重量份。
19、根据第十四实施方案的电池包含：正极、负极、介于正极与负极之间的隔膜、以及电解质，其中，正极如第十二或第十三实施方案中所定义。
20、根据本专利技术的又一方面，提供一种制造如下实施方案的碳复合材料的方法。
21、根据第十五实施方案的制造碳复合材料的方法包括：
22、第一步骤：将多孔碳材料；氮化钒或其前体；以及还原剂添加并分散在溶剂中；
23、第二步骤：将第一步骤的所得物过滤以除去溶剂并干燥；以及
24、第三步骤：在非活性气氛下将第二步骤的所得物热处理，
25、其中，第三步骤包括：
26、第一工序：在350℃至650℃下热处理；以及
27、第二工序：在650℃至1400℃下热处理。
28、有益效果
29、通过使用根据本专利技术的碳复合材料作为锂硫电池的正极添加剂或锂硫电池的含硫化合物的载体，可以将多硫化锂快速转化为硫化锂。
30、此外，根据本专利技术的制造碳复合材料的方法能够在不使用有害气体如nh3和强酸如hf的情况下将催化剂均匀地负载到多孔碳载体上。
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1.一种碳复合材料，所述碳复合材料包含：
2.根据权利要求1所述的碳复合材料，其中，所述碳复合材料的比表面积为250m2/g以上。
3.根据权利要求1所述的碳复合材料，其中，所述碳复合材料的孔体积为1.0cm3/g以上。
4.根据权利要求1所述的碳复合材料，其中，所述碳复合材料的平均孔尺寸为10nm以上。
5.根据权利要求1所述的碳复合材料，其中，所述氮化钒粒子的平均粒度为200nm以下。
6.根据权利要求1所述的碳复合材料，其中，基于100重量份的所述碳复合材料，所述氮化钒粒子的含量为3重量份至50重量份。
7.根据权利要求1所述的碳复合材料，其中，所述多孔碳材料包含碳纳米管(CNT)、还原型氧化石墨烯(rGO)或其混合物。
8.一种正极活性材料，所述正极活性材料包含：
9.根据权利要求8所述的正极活性材料，其中，所述含硫化合物与所述碳复合材料的重量比为1：1至9：1。
10.一种正极，所述正极包含：
11.一种电池，所述电池包含：
12.一种正极
13.根据权利要求12所述的正极，其中，基于总计100重量份的所述正极活性材料层，所述正极添加剂的含量为0.01重量份至30重量份。
14.一种电池，所述电池包含：
15.一种制造权利要求1所述的碳复合材料的方法，所述方法包括：
...【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
1.一种碳复合材料，所述碳复合材料包含：
2.根据权利要求1所述的碳复合材料，其中，所述碳复合材料的比表面积为250m2/g以上。
3.根据权利要求1所述的碳复合材料，其中，所述碳复合材料的孔体积为1.0cm3/g以上。
4.根据权利要求1所述的碳复合材料，其中，所述碳复合材料的平均孔尺寸为10nm以上。
5.根据权利要求1所述的碳复合材料，其中，所述氮化钒粒子的平均粒度为200nm以下。
6.根据权利要求1所述的碳复合材料，其中，基于100重量份的所述碳复合材料，所述氮化钒粒子的含量为3重量份至50重量份。
7.根据权利要求1所述的碳复合材料，其中，所述多孔...
【专利技术属性】
技术研发人员：郑尧粲，李昌勋，梁胜普，
申请(专利权)人：株式会社LG新能源，
类型：发明
国别省市：
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