【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及锂硫电池用正极材料和包含其的锂硫电池。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10-2022-0110413号、于2022年8月31日提交的韩国专利申请第10-2022-0110385号、于2022年12月28日提交的韩国专利申请第10-2022-0187899号、于2023年2月24日提交的韩国专利申请第10-2023-0025408号和于2023年3月30日提交的韩国专利申请第10-2023-0042283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金属锂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可以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，所以与具有较低的单位重量储能密度(～250wh/kg)的锂离子二次电池相比，理论上具有较高的单位重量储能密度(～2600wh/kg)的锂硫电池受到关注。
3、在放电期间，锂硫电池通过向锂阳离子释放电子在负极活性材料锂处经历氧化，并通过接受电子在正极活性材料硫类材料处经历还原。通过还原反应，硫类材料通过接受两个电子的s-s键转化为硫阴离子。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，并且它通过还原反应而转化为多硫化锂(li2sx)并被
4、因为正极活性材料中所使用的硫是非导电性的，所以由电化学反应所生成的电子不能移动，并且在充放电期间会发生多硫化物(lisx)的溶出并且硫和硫化锂的低导电性减缓了电化学反应的动力学，这会使电池寿命特性和倍率特性降低。
5、在这种情况下，近年来，开始研究利用主要用作电化学催化剂的铂(pt)以改善在锂硫二次电池的充放电期间硫的氧化和还原反应的动力学，从而改善锂硫二次电池的性能。然而，因为诸如铂的贵金属催化剂价格昂贵，所以高成本是商业化的阻碍，并且存在因在充放电期间硫的氧化和还原反应而中毒的风险，从而其不易用作锂硫二次电池的正极材料。
6、因此，需要开发改善锂硫二次电池充放电期间的电化学反应动力学并且能够以成本效率商业化的正极材料的技术。
技术实现思路
1、技术问题
2、本专利技术旨在提供一种用于锂硫电池的正极中的新型正极活性材料。
3、技术方案
4、为了解决上述问题，根据本专利技术的一个方面，提供如下实施方案的正极活性材料。
5、根据第一实施方案的正极活性材料包含：a)粒子a，所述粒子a包含至少部分为结晶的第一多孔碳材料和沉积在第一多孔碳材料上的催化剂粒子；以及b)粒子b，所述粒子b包含至少部分为结晶的第二多孔碳材料和负载在第二多孔碳材料中的硫，其中，粒子a和粒子b具有不同的形态。
6、根据第二实施方案，在第一实施方案中，粒子b的球形度可以大于粒子a的球形度，并且球形度可以根据如下公式1来定义：
7、[公式1]
8、
9、其中，ψ表示球形度，vp表示粒子的体积，并且ap表示粒子的表面积。
10、根据第三实施方案，在第一或第二实施方案中，50％以上的粒子a可以存在于粒子b的表面上。
11、根据第四实施方案，在第一至第三实施方案中的任一项中，粒子b的至少一部分的表面可以由粒子a覆盖，并且粒子b的由粒子a覆盖的面积可以为粒子b的整个外部面积的20％至50％。
12、根据第五实施方案，在第一至第四实施方案中的任一项中，粒子a的孔隙率可以大于粒子b的孔隙率。
13、根据第六实施方案，在第一至第五实施方案中的任一项中，粒子a的比表面积可以大于粒子b的比表面积。
14、根据第七实施方案，在第一至第六实施方案中的任一项中，粒子a和粒子b可以在粒子a中所包含的催化剂粒子存在的至少一个位置处彼此接触。
15、根据第八实施方案，在第一至第七实施方案中的任一项中，基于第一多孔碳材料和第二多孔碳材料的总重量，硫(s8)的重量可以为60重量％至90重量％。
16、根据第九实施方案，在第一至第八实施方案中的任一项中，第一多孔碳材料和第二多孔碳材料可以是不同的材料。
17、根据第十实施方案，在第一到第九实施方案中的任一项中，第一多孔碳材料和第二多孔碳材料可以是相同的材料。
18、根据第十一实施方案，在第一至第十实施方案中的任一项中，第一多孔碳材料和第二多孔碳材料可以各自独立地包含束型碳纳米管(cnt)、缠结型cnt或还原型氧化石墨烯(rgo)中的至少一种。
19、根据第十二实施方案，在第一至第十一实施方案中的任一项中，催化剂粒子可以包含氮化钒。
20、根据第十三实施方案，在第一至第十二实施方案中的任一项中，催化剂粒子可以包含钴(co)或铁(fe)中的至少一种。
21、根据第十四实施方案，在第一至第十三实施方案中的任一项中，第一多孔碳材料和第二多孔碳材料各自的弹性可以大于无定形碳材料的弹性。
22、根据第十五实施方案，在第一至第十四实施方案中的任一项中，第一多孔碳材料和第二多孔碳材料各自的电导率可以大于无定形碳材料的弹性。
23、根据第十六实施方案，在第一至第十五实施方案中的任一项中，正极活性材料的id/ig值可以等于或小于2.0。
24、根据本专利技术的另一个方面，提供如下实施方案的锂硫电池。
25、根据第十七实施方案的锂硫电池包含根据第一至第十六实施方案中任一项的正极活性材料。
26、有益效果
27、根据本专利技术的一个实施方案的正极活性材料是一种用于二次电池、尤其是锂硫电池中的新型正极活性材料。
28、具体地，根据本专利技术的一个实施方案的正极活性材料是一种适合于显著改善硫的负载量和催化活性的新型正极活性材料。因此，可以改善使用其的二次电池、尤其是锂硫电池的性能，但是本专利技术的效果不限于此。
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1.一种正极活性材料，所述正极活性材料包含：
2.根据权利要求1所述的正极活性材料，其中，所述粒子B的球形度大于所述粒子A的球形度；
3.根据权利要求1所述的正极活性材料，其中，50％以上的所述粒子A存在于所述粒子B的表面上。
4.根据权利要求1所述的正极活性材料，其中，所述粒子B的至少一部分的表面由所述粒子A覆盖，并且
5.根据权利要求1所述的正极活性材料，其中，所述粒子A的孔隙率大于所述粒子B的孔隙率。
6.根据权利要求1所述的正极活性材料，其中，所述粒子A的比表面积大于所述粒子B的比表面积。
7.根据权利要求1所述的正极活性材料，其中，所述粒子A和所述粒子B在所述粒子A中所包含的所述催化剂粒子存在的至少一个位置处彼此接触。
8.根据权利要求1所述的正极活性材料，其中，基于所述第一多孔碳材料和所述第二多孔碳材料的总重量，所述硫的重量为60重量％至90重量％。
9.根据权利要求1所述的正极活性材料，其中，所述第一多孔碳材料和所述第二多孔碳材料是不同的材料。
10.根据权利
11.根据权利要求1所述的正极活性材料，其中，所述第一多孔碳材料和所述第二多孔碳材料各自独立地包含束型碳纳米管(CNT)、缠结型CNT或还原型氧化石墨烯(rGO)中的至少一种。
12.根据权利要求1所述的正极活性材料，其中，所述催化剂粒子包含氮化钒。
13.根据权利要求1所述的正极活性材料，其中，所述催化剂粒子包含钴(Co)或铁(Fe)中的至少一种。
14.根据权利要求1所述的正极活性材料，其中，所述第一多孔碳材料和所述第二多孔碳材料各自的弹性大于无定形碳材料的弹性。
15.根据权利要求1所述的正极活性材料，其中，所述第一多孔碳材料和所述第二多孔碳材料各自的电导率大于无定形碳材料的弹性。
16.根据权利要求1所述的正极活性材料，其中，所述正极活性材料的ID/IG值等于或小于2.0。
17.一种锂硫电池，所述锂硫电池包含：
...【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
1.一种正极活性材料，所述正极活性材料包含：
2.根据权利要求1所述的正极活性材料，其中，所述粒子b的球形度大于所述粒子a的球形度；
3.根据权利要求1所述的正极活性材料，其中，50％以上的所述粒子a存在于所述粒子b的表面上。
4.根据权利要求1所述的正极活性材料，其中，所述粒子b的至少一部分的表面由所述粒子a覆盖，并且
5.根据权利要求1所述的正极活性材料，其中，所述粒子a的孔隙率大于所述粒子b的孔隙率。
6.根据权利要求1所述的正极活性材料，其中，所述粒子a的比表面积大于所述粒子b的比表面积。
7.根据权利要求1所述的正极活性材料，其中，所述粒子a和所述粒子b在所述粒子a中所包含的所述催化剂粒子存在的至少一个位置处彼此接触。
8.根据权利要求1所述的正极活性材料，其中，基于所述第一多孔碳材料和所述第二多孔碳材料的总重量，所述硫的重量为60重量％至90重量％。
9.根据权利要求1所述的正极活性材料，其中，所述第一多孔碳材料和所述第二多孔碳...
【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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