[发明专利]包含金属硫化物的电极材料

说明书

本发明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。本发明进一步涉及包含至少一个已由或使用本发明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S^2-，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℃至80℃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，本发明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。

在本发明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)、(B)及(C)的总质量。

在另一实施方案中，基于本发明电极材料的总重量，组分(A)、(B)及(C)以重量计的比例总和为50-100%，优选80-100%，尤其为90-100%。