包含金属硫化物的电极材料制造技术

本发明专利技术涉及电池的电极材料，其包含作为组分(A)的至少一种离子及电子传导金属硫属化物；作为组分(B)的包含至少60%sp2杂化碳原子的呈多晶型物的碳；作为组分(C)的至少一种含硫组分，其选自元素硫、由元素硫及至少一种聚合物产生的复合物、包含二价二硫桥或多硫桥的聚合物及其混合物；及作为组分(D)的任选地至少一种粘合剂。本发明专利技术进一步涉及包含至少一个已由或使用本发明专利技术电极材料产生的电极的可再充电电池，该可再充电电池的用途以及离子及电子传导金属硫属化物用于产生本发明专利技术可再充电电池的用途。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】包含金属硫化物的电极材料本专利技术涉及电池的电极材料，其包含作为组分(A)的至少一种离子及电子传导金属硫属化物；作为组分(B)的包含至少60%sp2杂化碳原子的呈多晶型物的碳；作为组分(C)的至少一种含硫组分，其选自元素硫、由元素硫及至少一种聚合物产生的复合物、包含二价二硫桥或多硫桥的聚合物及其混合物；及作为组分(D)的任选地至少一种粘合剂。本专利技术进一步涉及包含至少一个已由或使用本专利技术电极材料产生的电极的可再充电电池，该可再充电电池的用途以及离子及电子传导金属硫属化物用于产生本专利技术可再充电电池的用途。二次电池组、蓄电池或可再充电电池组仅为在产生电能后储存电能及在需要时使用电能的某些实施方案。由于显著更好的功率密度，研发方向最近由水基二次电池组转移至由锂离子完成电池中的电荷输送的电池组。然而，具有碳阳极及基于金属氧化物的阴极的常规锂离子蓄电池的能量密度有限。关于能量密度的新视野已由锂-硫电池开启。在锂-硫电池中，硫阴极中的硫经由多硫化物离子还原为s2_，其在电池充电时被再氧化以形成硫-硫键。然而，问题为在电动车感兴趣的-40°C至80°C的温度范围内元素硫缺乏传导性以及多硫化物(例如Li2S4及Li2S6)在作为液体电解质的一部分的溶剂中缺乏良好溶解性。多硫化物离子自阴极至阳极的迁移也称作“穿梭”，其最终导致所述电池的电池失效。通过(例如)向元素硫中添加传导碳消除元素硫的传导率的缺乏，如J.Mater.Chem.，2010, 20, 9821-9826中所述。为建立GB1599792中的固态锂元素中的硫阴极的传导率，例如，向硫中添加离子及电子传导过渡金属硫化物如二硫化钛等。为抑制多硫化物离子的不期望迁移，如Adv.Mater.2002, 14，963-965中所述，文献提出作为可再充电锂-硫电池组中的阴极材料的聚合物-硫复合物及含硫聚合物的产生及用途。关于所需性质(例如电容、循环稳定性(寿命)、机械稳定性、对化学物质(溶剂、导电盐)的抗性、电化学腐蚀稳定性及热稳定性)的组合，已知阴极材料仍不令人满意。在研发新阴极材料时，新材料在原材料及生产成本方面的经济可行性也为又一重要标准。因此，本专利技术目的为提供一种阴极材料，其容易制备且可整体避免现有技术中已知的关于各种性质的缺陷。此目的通过包含以下物质的电池用电极材料实现:(A)至少一种离子及电子传导金属硫属化物，(B)包含至少60%sp2杂化碳原子的呈多晶型物的碳，(C)至少一种含硫组分，其选自元素硫、由元素硫及至少一种聚合物产生的复合物、包含二价二硫桥或多硫桥的聚合物及其混合物，及(D)任选地至少一种粘合剂。在本专利技术电极材料的优选实施方案中，金属硫属化物(A)的比例为0.1-30重量％，尤其为5-20重量％，碳(B)的比例为19-50重量％，尤其为30-40重量％且含硫组分(C)的比例为20-80重量％，尤其为40-60重量％，其中重量百分比各自基于组分(A)、⑶及(C)的总质量。在另一实施方案中，基于本专利技术电极材料的总重量，组分㈧、⑶及(C)以重量计的比例总和为50-100%，优选80-100%，尤其为90-100%。在本专利技术上下文中，存在于本专利技术电极材料中的离子及电子传导金属硫属化物也简称为金属硫属化物(A)或组分(A)。金属硫属化物(A)优选选自由以下组成的化合物:CoTe2, Cr2S3> HfS2, HfSe2, HfTe2, IrTe2, MoS2, MoSe2, MoTe2, NbS2, NbSe2, NbTe2, NiTe2, PtS2,PtSe2^PtTe2, SnS2, SnSSe, SnSe2, TaS2, TaSe2, TaTe2, TiS2, TiSe2, TiTe2, VS2, VSe2, VTe2, WS2,WSe2、WTe2、ZrS2, ZrSe2及ZrTe20更优选地，金属硫属化物(A)为TiS20在本专利技术的优选实施方案中，金属硫属化物㈧于室温下具有10_1(1至IO2Ohnr1CnT1的离子及电子传导率。用于电池的本专利技术电极材料进一步包含含有至少60%sp2杂化碳原子，优选75-100%sp2杂化碳原子的呈多晶型物的碳。在本专利技术上下文中，此碳也简称作碳(B)或组分(B)，且众所周知。碳⑶为导电多晶型物碳。碳⑶可选自(例如)石墨、碳黑、碳纳米管、石墨烯或上述物质中至少两种的混合物。以％表示的数值基于存在于电极材料中的所有碳⑶以及金属硫属化物㈧及组分(C)(包括任何杂质)，且表示重量百分比。在本专利技术的一个实施方案中，碳(B)为碳黑。碳黑可例如选自灯黑、炉法碳黑、火焰碳黑(flame black)、热裂碳黑、乙炔黑及工业碳黑(industrial black)。碳黑可包含杂质，例如烃(尤其为芳族烃)或含氧化合物或含氧基团(例如OH基团)。此外，碳黑中可能存在含硫或含铁杂质。在一变体中，碳(B)为部分氧化的碳黑。在本专利技术的一个实施方案中，碳⑶包含碳纳米管。碳纳米管(简称为CNT)，例如单壁碳纳米管(SW CNT)及优选多壁碳纳米管(MW CNT)，其本身为已知的。其制备方法及某些特性例如由 A.Jess 等人描述于 Chemie Ingenieur Technik2006, 78, 94-100 中。在本专利技术的一个实施方案中，碳纳米管的直径为0.4-50nm，优选l_25nm。在本专利技术的一个实施方案中，碳纳米管的长度为IOnm至Imm,优选100_500nm。碳纳米管可通过本身已知的方法来制备。例如，可在一种或多种还原剂如氢气和/或另一气体如氮气的存在下分解挥发性碳化合物，例如甲烷或一氧化碳、乙炔或乙烯，或挥发性碳化合物的混合物，例如合成气。另一合适气体混合物为一氧化碳与乙烯的混合物。分解的合适温度例如为400-1000°C，优选500-800°C。分解的合适压力条件例如为标准压力至100巴,优选标准压力至10巴。单壁或多壁碳纳米管可通过例如在光弧中，尤其在分解催化剂存在或不存在下分解碳化合物而获得。在一个实施方案中，挥发性碳化合物在分解催化剂如Fe、Co或优选Ni的存在下分解。在本专利技术上下文中，石墨烯应理解为意指类似结构的几乎理想或理想的二维六角形碳晶体至石墨单层。在本专利技术的优选实施方案中，碳(B)选自石墨、石墨烯、活性碳及尤其是碳黑。碳⑶可呈(例如)直径为0.1-100 μ m,优选2_20 μ m的颗粒形式。粒径应理解为意指测定为体积平均值的次级颗粒的平均直径。在本专利技术的一个实施方案中，碳⑶及尤其碳黑具有根据ISO 9277测量为20-1500m2/g 的 BET 表面积。在本专利技术的一个实施方案中，混合至少两个(例如两个或三个)不同种类的碳(B)。不同种类的碳(B)可关于(例如)粒径或BET表面积或污染程度而不同。在本专利技术的一个实施方案中，所选碳(B)为两种不同碳黑的组合。此外，用于电池的本专利技术电极材料除金属硫属化物(A)及碳(B)外也包含至少一种含硫组分，其选自元素硫、由元素硫及至少一种聚合物产生的复合物、包含二价二硫桥或多硫桥的聚合物及其混合物。在本专利技术上下文中，含硫组分也简称为组分(C)。元素硫已众所周知。由元素硫及至少一种聚合物产生的复合物发现可用作电极材料的成分，其同样已为本领域熟练技术人员所知。A本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于电池的电极材料，其包含：(A)至少一种离子及电子传导金属硫属化物，(B)包含至少60%sp2杂化碳原子的呈多晶型物的碳，(C)至少一种含硫组分，其选自元素硫、由元素硫及至少一种聚合物产生的复合物、包含二价二硫桥或多硫桥的聚合物及其混合物，及(D)任选地至少一种粘合剂。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.07.11 EP 11173448.9;2012.02.21 EP 12156370.41.一种用于电池的电极材料，其包含: (A)至少一种离子及电子传导金属硫属化物， (B)包含至少60%sp2杂化碳原子的呈多晶型物的碳， (C)至少一种含硫组分，其选自元素硫、由元素硫及至少一种聚合物产生的复合物、包含二价二硫桥或多硫桥的聚合物及其混合物，及 (D)任选地至少一种粘合剂。2.根据权利要求1的电极材料，其中金属硫属化物(A)的比例为0.1-30重量％，碳(B)的比例为19-50重量％且含硫组分(C)的比例为20-80重量％，其中重量百分比各自基于组分㈧、⑶及(C)的总质量。3.根据权利要求1或2的电极材料，其中离子及电子传导金属硫属化物为选自由以下组成的化合物:CoTe2、Cr2S3、HfS2、HfSe2、HfTe2、IrTe2、MoS2、MoSe2、MoTe2、NbS2、NbSe2、NbTe2、NiTe2、PtS2、PtSe2、PtTe2、SnS2Λ SnSSe、...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·加祖赫，S·赫尔佐克，L·孟泰戈，A·克雷布斯，
申请(专利权)人：巴斯夫欧洲公司，
类型：
国别省市：