[发明专利]电极材料、锂硫电池电极、锂硫电池和电极材料的制造方法

说明书

本发明提供一种电极材料，具有由碳骨架和孔隙形成的共连续结构，并且通过赋予大表面积，导电性、导热性、吸附性等优异。本发明是一种电极材料，含有碳材料和硫，所述碳材料具有碳骨架和孔隙分别呈连续结构的共连续结构部分，并且在表面具有直径为0.01～10nm的细孔。

技术领域

本发明涉及含硫的电极材料、特别是锂硫电池电极材料。

背景技术

从关注可再生能源的蓄电系统的观点、电脑、照相机、手机机器等的发展的观点，电池电压高、具有高能量密度的锂二次电池受到关注，已经对其积极地进行研究开发。

近年来，为了应对高容量化的要求，将硫单质用作为正极活性物质、将锂用作为负极活性物质的锂-硫二次电池的研究开发很活跃。硫的理论容量密度约为1672mAh/克，与现有的锂二次电池用阴极相比，能够制造高容量的电极。

但是现阶段，锂硫二次电池，硫作为正极活性物质的利用率低、充放电循环特性不足，由于这些理由等而不能实用化是目前的现状。

硫的利用率低的原因可以认为是主要由于，被还原了的硫化物Li₂S_x溶解于电解液，同时溶解了的硫化物在变为Li₂S时析出，电极受损伤等。此外认为，硫是绝缘物，以及多硫化物在电解液中溶出，也是原因。

为了解决这些问题，已经提出了，例如将硫填充到活性炭等的多孔质碳材料中(例如，专利文献1)。通过将硫填充到碳材料所具有的孔中，能够使电子移动变得容易。此外，通过在多孔质碳材料的孔隙中保持硫，能够防止生成的硫化物从孔隙流出。但是，对于硫的利用效率低、和性能降低显著这些缺点，依然希望得到改善。

于是，提出了比表面积为200～4500m²/g、细孔容积为0.5～4.0cc/g的多孔质碳材料(例如专利文献2)。通过增大比表面积，碳与硫的接触面积增加，而且通过高容积能够增加硫填充量。

此外，作为多孔质碳材料，已经提出了例如具有1～999nm的纳米细孔和纳米隧道的多孔质碳材料(例如，专利文献3)。纳米细孔和纳米隧道连通，在它们中局部性地填充了硫，由于电解质能够通过扩散、迁移而达到硫，所以能够提高硫的利用效率。

现有技术文献

专利文献

专利文献1:日本特开2003-197196号公报

专利文献2:日本特开2013-143298号公报

专利文献3:日本特开2013-118191号公报

发明内容

发明要解决的课题

这里、专利文献2中记载的电极材料，比表面积大的电极材料细孔直径小、硫填充率低，反之比表面积小的电极材料硫填充率高，但是由于硫与碳的接触面积小，所以不能发挥期待的性能，存在这样的制衡的课题。本发明人认为，与专利文献1中记载的活性炭同样地、孔不连通，所以硫填充量一增加，就有利用效率降低的问题。

但是，专利文献3中记载的电极材料，尽管纳米细孔和纳米隧道连通，但也未能解决硫填充量一增加、利用效率就降低的问题。本发明人认为，虽然纳米细孔和纳米隧道连通，但并不充分，硫的填充率变高时，纳米细孔部分堵塞，电解质的扩散性变得不充分。

像这样，以往的含硫的电极材料，不能使高比表面积和细孔容量同时成立，或者，随着硫的填充，不能确保电解质能够到达的路径，所以利用效率降低，不能发挥充分的性能。本发明以解决该课题为目的。

用于解决课题的手段