用于锂-硫电池的阴极活性材料及其制造方法
【技术领域】
[000。 本申请要求2013年1月8日在KIP0提交的韩国专利申请第10-2013-0001871号 的优先权，其公开内容通过引用整体并入本文。
[0002] 本发明设及用于裡-硫电池的阴极活性材料和制备该阴极活性材料的方法。
【背景技术】
[0003] 近年来对开发使用裡作负电极的高能量密度的电池有相当大的兴趣。裡金属作为 电化学电池的阳极活性材料是特别有吸引力的，原因是该金属例如与嵌裡碳负电极（其作 为非电活性的材料而增加了负电极的重量和体积，从而减小电池的能量密度）和具有镶电 极或簡电极的其他电化学体系相比，重量轻并且能量密度高。裡金属负电极或主要包括裡 金属的负电极提供了构成与例如裡离子电池、镶氨电池或镶簡电池的电池相比重量更轻并 且具有更高能量密度的电池的机会。该些特性对于保费W低加权值支付的用于便携式电子 装置例如移动电话和手提电脑的电池是高度期望的。
[0004] 用于裡电池的该些类型的阴极活性材料是公知的，并且包括含有硫-硫键的含硫 阴极活性材料，其中高能量容量和可再充电性由硫-硫键的电化学裂解（还原）和再形成 (氧化）来实现。
[0005] 如上所述，裡和碱金属用作阳极活性材料且硫用作阴极活性材料的裡-硫电池具 有2800Wh/kg(1，675mAh)的理论能量密度，该理论能量密度比其他电池体系的理论能量密 度高得多，并且近来裡-硫电池由于硫作为自然资源丰富、廉价且环境友好的优点而成为 用于便携式电子装置的关注焦点。
[000引然而，由于用作裡-硫电池阴极活性材料的硫是非导体，存在该样的问题；由电化 学反应产生的电子难W移动，硫在氧化还原反应期间向电解质流出，使得电池寿命劣化，此 夕F，当未选择合适的电解质溶液时，为硫的还原材料的裡多硫化物被溶出，使得裡多硫化物 可能不再参与电化学反应。
[0007] 因此，为了使溶解在电解质溶液中的裡多硫化物的量最小化并且对为非导体的硫 电极赋予导电特性，开发了使用碳和硫的复合物作为正电极的技术，但裡多硫化物的溶出 问题仍然未能解决。
[000引因此，高度需要通过有效阻止裡多硫化物在裡-硫电池的放电期间溶解至电解质 中来增强循环特性的技术。
【发明内容】
[000引技术问题
[0010] 提出本申请是为了解决如上所述的相关领域的问题和来自过去的需要解决的技 术问题。目P，本申请的目的是提供通过有效阻止裡多硫化物在裡-硫电池的放电期间溶解 至电解质中来增强循环特性的技术。
[0011] 技术方案
[0012] 本申请提供了一种用于裡-硫电池的阴极活性材料，包括；包含亲水部分和疏水 部分的两亲聚合物；和硫-碳复合物。
[0013] 此外，本申请提供了包括所述用于裡-硫电池的阴极活性材料的正电极。
[0014] 此外，本申请提供了一种裡-硫电池，包括：
[0015] 包含裡金属或裡合金作为阳极活性材料的负电极；
[0016] 包含所述阴极活性材料作为阴极活性材料的正电极；
[0017] 位于所述正电极和负电极之间的隔板；W及
[0018] 含浸于所述负电极、正电极和隔板并且包含裡盐和有机溶剂的电解质。
[0019] 此外，本申请提供了包括所述裡-硫电池作为单体电池的电池模块。
[0020] 此外，本申请提供了制备用于裡-硫电池的阴极活性材料的方法，该方法包括：将 硫-碳复合物和包含含有亲水部分和疏水部分的两亲聚合物的溶液进行混合的步骤。
[0021] 有益效果
[0022] 根据本申请，阴极活性材料可W通过将包含亲水部分和疏水部分的两亲聚合物添 加至硫-碳复合物来制备，所述两亲聚合物可W使硫与碳更牢固地结合，从而增强电极的 导电性。此外，由于两亲聚合物的亲水部分捕获在放电期间产生的裡多硫化物W解决裡多 硫化物的溶出问题，因此具有可W增强裡-硫电池的循环特性和容量的效果。
【附图说明】
[0023] 图1是作为本申请的示例性实施方案的硫-碳复合物和两亲聚合物的胶束结构的 示意图。
[0024] 图2是对于作为本申请示例性实施方案的实施例1和比较例1的电池，比较在实 验实施例1中获得的对于各C-倍率和各循环的放电容量的图。
[00巧]附图主要符号说明 [002引 100;硫-碳复合物
[0027] 110;裡多硫化物
[002引 200巧亲聚合物
[002引 210 ;亲水部分
[0030] 220 ;疏水部分
【具体实施方式】
[0031] 下文中将详细描述本申请。
[0032] 经过深入研究和重复进行多种实验的结果，本申请的发明人证明，在使用在 硫-碳复合物中还包含两亲聚合物（其包含亲水部分和疏水部分）的阴极活性材料的情况 下，由于具有亲水性和疏水性两者的两亲聚合物使硫与碳结合并且捕获在放电期间产生的 裡多硫化物，通过抑制裡多硫化物溶解于电解质溶液中的现象可W增强裡-硫电池的循环 特性，从而完成本发明。
[0033] 根据本申请示例性实施方案的用于裡-硫电池的阴极活性材料的特征在于包括： 包含亲水部分和疏水部分的两亲聚合物；W及硫-碳复合物。
[0034] 所述两亲聚合物是具有亲水部分和疏水部分两者的材料。所述两亲聚合物的实例 包括聚己締基化咯烧酬（PVP)、聚环氧己烧（PEO)、聚己締醇（PVA)、其共聚物等，但两亲聚 合物不限于此。
[0035] 在一个特定实例中，所述两亲聚合物可W位于硫-碳复合物表面的至少一部分 上。此外，所述两亲聚合物可W位于硫-碳复合物表面的整个区域上。
[0036] 此外，所述两亲聚合物可W位于硫-碳复合物的表面上W形成胶束结构，具体而 言，两亲聚合物的疏水部分朝向硫-碳复合物取向，而亲水部分可W朝向外侧取向。
[0037] 作为本申请的一个示例性实施方案，硫-碳复合物和两亲聚合物的胶束结构的示 意图示于下图1。
[0038] 参照图1，阴极活性材料包括硫-碳复合物100和两亲聚合物200。
[0039] 两亲聚合物200由亲水部分210和疏水部分220构成，疏水部分220朝向硫-碳 复合物100取向，而亲水部分210朝向外侧取向，从而形成胶束结构。
[0040] 如图1所示，本申请的发明人证明，由于硫-碳复合物100不是完全被两亲聚合 物200封闭的结构，裡离子在充电期间易于向硫-碳复合物100的电极移动，在放电期间通 过两亲聚合物200的亲水部分210与从硫-碳复合物100中溶出的亲水材料裡多硫化物 (Li2Sx(x= 4至8) :110)之间的吸引力（??)而减少了硫的溶出，因此改善了包含所述阴 极活性材料的裡-硫电池的循环特性和容量。
[0041] 在一个特定实例中，按阴极活性材料的总重量计，所述两亲聚合物的含量可W大 于0重量％且小于35重量％。
[0042] 当不包含所述两亲聚合物时，可能不能获得期望水平的硫和碳的结合力，并且可 能不能充分解决裡多硫化物的溶出问题，而当两亲聚合物的含量为35重量％或更多时， 硫-碳复合物的量相对降低，可能不能获得期望的容量，该种情况不是优选的。
[0043] 特别地，按阴极活性材料的总重量计，所述两亲聚合物的含量可W为0. 1重量％ 至33重重％，并且更特别地为1. 0重重％至33重重％。
[0044] 作为一个特定实例，所述硫-碳复合物可W通过将硫颗粒涂布在多孔碳上来形 成，也可W通过将硫颗粒溶解并且与碳混合来形成，在该种情况下，硫-碳复合物中碳和硫 的含量比可W是按重量计1 : 20至1 : 1。
[0045] 所述碳可W是晶态或无定形的碳，并且只要碳是导电的碳，对碳没有限制，其可W 是例如石墨、碳黑、活性碳纤维、非活性碳纳米纤维、碳纳米管、碳织物等。
[0046] 本发明还提供了制备用于裡-硫电池的阴极活性材料的方法，该方法包括：将 硫-碳复合物和包含含有亲水部分和疏水部分的两亲聚合物的溶液进行混合的步骤。
[0047] 制备所述用于裡-硫电池的阴极活性材料的方法不受限制，用于裡-硫电池的阴 极活性材料可W通过将包含亲水部分和疏水部分的两亲聚合物与硫-碳复合物混合来制 备。
[0048] 按所述阴极活性材料的总重量计，所述两亲聚合物的含量可W为大于0重量％且 小于35重量％。
[0049] 本发明还提供了包括所述用于裡-硫电池的阴极活性材料的用于裡-硫电池的正 电极。
[0050] 除所述阴极活性材料外，所述正电极还可W包括选自过渡金属元素、IIIA族元素、 IVA族元素、该些元素的硫化合物W及该些元素和硫的合金的一种或更多种添加剂。
[0051]所述过渡金属元素包括Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Y、Zr、佩、Mo、Tc、Ru、 化、Pt化、Ir、Pt、Au、化等，所述IIIA族元素包括Al、Ga、In、Ti等，所述IVA族元素包括 Ge、Sn、Pb等。
[0052] 所述正电极可W包括阴极活性材料，或任选地伴有添加剂，还可W包括用于使电 子在正电极内顺利地移动的导电的导电材料和用于使阴极活性材料与集流体良好粘附的 粘合剂。
[0053] 所述导电材料无特别限制，但可W将KS6之类的石墨系物质，Super-P、超导电己 诀碳黑（denkablack)和碳黑之类的碳系物质等导电性物质，或聚苯胺、聚唾吩、聚己诀和 聚化咯等导电聚合物单独或混合使用。
[0054] 作为所述粘合剂，可W使用聚（己酸己締醋）、聚己締醇、聚环氧己烧、聚己締基化 咯烧酬、烷基化聚环氧己烧、交联聚环氧己烧、聚己締基離、聚（甲基丙締酸甲醋）、聚偏二 氣己締、聚六氣丙締和聚偏二氣己締的共聚物（商品名；Kynar)、聚（丙締酸己醋）、聚四氣 己締聚氯己締、聚丙締膳、聚己締基化晚、聚苯己締、其衍生物、混合物和共聚物等。
[00巧]按包括所述阴极活性材料的混合物的总重量计，所述粘合剂的含量可W是0. 5重 量％至30重量％。当粘合剂的含量小于0. 5重量％时，存在正电极的物理特性劣化并且正 电极中活性材料和导电材料分离的问题，而当该含量超过30重量％时，正电极处的活性材 料与导电材料的比例相对降低，电池容量可能降低，该种情况不是优选的。
[0056] 为本申请的示例性实施方案，当对制备正电极的方法作特别说明时，首先，将所述 粘合剂溶解在用于制备浆料的溶剂中，然后分散导电材料。优选地，作为用于制备浆料的溶 剂，使用可W使阴极活性材料、粘合剂和导电材料均匀分散并且易于蒸发的溶剂，作为代表 性的溶剂，可W使用己膳、甲醇、己醇、四氨快喃、水、异丙醇等。接下来，通过再将阴极活性 材料或任选地连同添加剂均匀分散在其中分散有所述导电材料的溶剂中来制备正电极浆 料。浆料中包括的溶剂、阴极活性材料或任选的添加剂的量在本申请中没有任何特别重要 的含义，只