涂覆碳的锂硫化物的制作方法

涂覆碳的锂硫化物的制作方法
【专利摘要】由锂硫化物和离子液体制备电池用活性材料的方法，相应的活性材料、阴极材料、电池和相应的用途。
【专利说明】涂覆碳的裡硫化物
[0001] 在本申请中引用的所有文件均通过引用全文并入本公开中。
[0002] 本申请涉及电池用活性材料，其基于涂覆碳的锂硫化物。
[0003] 现有技术: 用于电池，例如在电动汽车或用于可再生能源(例如风能，太阳能等）的存储技术中的 用途需要开发具有比迄今可供使用的或商购可得的可再充电电池明显更高的比能量的可 再充电电池的新技术。
[0004] 对于此应用领域而言，锂-硫电池是一种非常有希望的技术。
[0005] 相应地，现有技术中试图提供基于锂硫化物的活性材料。由W0 2013/057023已知 包覆有碳层的锂硫化物，其中该碳层由聚丙烯腈或蔗糖制成。
[0006] 此外，现有技术中还研究了并非基于锂硫化物，而是基于其它锂化合物的锂基体 系。这例如由L. Zhao等人，似#ater. 2011，幻，1385-1388得知，特别是用碳层包覆 Li4Ti5012，其中后者由离子液体制成。在此，该壳的有利性能尤其归因于与Ti形成中间相。
[0007] Paraknowitsch等人，Macromol. Chem. Phys. 2012，213，1132-1145也描述了 由离子液体起始的多种碳材料。
[0008] 发明目的: 本发明的目的在于提供电池用活性材料，其相对于由现有技术已知的体系具有改善的 性能。
[0009] 与此相应地，尤其要找到便宜、有效且可靠的制备电池用活性材料的方法，尤其考 虑该方法之后可能的大规模工业应用。
[0010] 此外，目的在于相应地提供有利的电池用活性材料、相应的电极和电池本身。
[0011] 此外，本发明的目的在于发现根据本发明的活性材料的相应的用途。
[0012] 本发明的另一目的是提供借助于本发明的活性材料的阴极材料。
[0013] 解决方案: 所述目的通过根据本发明的方法、根据本发明的用途和根据本发明的材料得以实现。
[0014] 术语的定义: 在本发明范围内，只要没有另外说明，所有量的数据均应理解为是指重量数据。
[0015] 在本发明范围内，术语"室温"意指20°C的温度。只要没有另外说明，温度数据以摄 氏度（°c)给出。
[0016] 只要没有另外说明，所提及的反应和方法步骤在常压/大气压下，即在1013 mbar 下进行。
[0017] 只要没有另外说明，纳米范围或微米范围的尺寸数据借助扫描电镜术(SEM)确定， 或者可如此确定。
[0018] 在本发明范围内，将术语"离子液体"理解为是指仅由阳离子和阴离子构成的液 体。其具有低于l〇〇°C的低的熔点。所述离子液体在室温下实际上没有蒸汽压。参与离子的 大小和几何形状阻碍了牢固晶格的形成。因此，微小的热能就足以克服晶格能并打破固体 晶体结构。在本发明范围内，尤其将离子液体理解为是指在-10至80°C的温度下，特别是在 室温下为液体的那些。在本发明范围内，也将离子液体简称为IL。
[0019] 在本发明范围内，表述"和/或"包括在各自的清单中提及的元素的每一种任意的 和所有的组合。
[0020] 发明详述: 本发明的主题尤其是制备电池用活性材料的方法，其包括下列步骤a)至e)或由这些步 骤构成： a) 提供锂硫化物，优选Li2S， b) 任选干燥和/或粉碎所述锂硫化物，尤其至小于2 ym，尤其是小于1 ym的尺寸， c) 添加至少一种离子液体，任选在合适的有机溶剂中，并混合， d) 在保护气体下加热该混合物至高于该离子液体的分解极限且低于Li2S颗粒的分 解温度的温度，由此所述至少一种离子液体分解成碳并作为均匀的层沉积在Li 2S颗粒的 表面上， e) 任选粉碎所得到的产物，以分离团聚体。
[0021] 在本发明范围内，作为锂硫化物可以使用Li2Sx，其中x=2_8,和Li2S，优选的是 Li 2S〇
[0022] 在此有利的是，所述锂硫化物的平均粒径小于2 ym，尤其小于1 ym，以实现高的比 表面积。
[0023] 如果所使用的锂硫化物已经具有小于2 ym，尤其小于1 ym的平均粒径，则研磨不 是必需的(但仍是可能的）。
[0024] 所述锂硫化物的干燥通常在50至150°C的温度下进行5小时至2天，而所述锂硫化 物-颗粒的粉碎通过研磨，尤其借助球磨和/或通过手动研磨进行。所述研磨优选在乙腈中 进行，以避免球磨中的球磨损。
[0025] 必须如此选择所添加的离子液体，以使其在保护气体下加热时在低于锂硫化物的 熔点的温度下分解成碳。在此特别合适的是在此过程中首先聚合的IL，因为由此该涂层变 得更稳定且更均匀。
[0026] 在此有利的是所用IL产生含氮的石墨碳层。
[0027] 可在本发明范围内使用的IL优选具有含氮的那些作为阳离子，特别选自吡啶鑰、 吡啶鑰衍生物、吡咯烷鑰、吡咯烷鑰衍生物、咪唑鑰、咪唑鑰衍生物和/或它们的混合物。在 此上下文中的衍生物是被经基取代的基体化合物(Bas i sverbingdung)。在此，例如，在基体 化合物的氮原子上可存在1或2个烷基链，优选由&-(：12-链烷烃构成，其中该烷基链可包含 杂原子，如特别是氧;对于存在纯烷基链的情况而言，特别优选的是其具有1至最多6个碳原 子的链长。
[0028]这样的衍生物是本领域技术人员已知的。
[0029]对此的实例是： 1-丁基-3-甲基咪唑鑰（BMHO， 1-乙基-3-甲基咪唑鑰（EMHO， 1-丁基-1-甲基吡咯烷鑰（Pyr14)， 3-甲基-N-丁基吡啶鑰（3MBP)， 1-癸基-3-甲基咪唑鑰（DMHO， 1-己基-3-甲基咪唑鑰（m〇M)， 1-氰基甲基-3-甲基咪唑鑰（MCNHO， 1，3-双(氰基甲基)咪唑鑰（BCNHO， N-(2-甲氧基乙基)-N-甲基吡咯烷鑰（PyruOd。
[0030]在本发明范围内可使用的IL优选具有含一个或多个氰基官能团的那些作为阴离 子，特别选自二氰胺离子、三氰基甲烷离子(Tricyanomethanid)、它们的衍生物和/或它们 的混合物。在此上下文中的衍生物是被烃基取代的基体化合物。
[0031]在本发明范围内优选的IL是选自下述的那些： 1-丁基-3-甲基咪唑鑰二氰胺（BM頂DCA)， 1-乙基-3-甲基咪唑鑰三氰基甲基化物（EM頂TCM)， 1-丁基-1-甲基吡咯烷鑰三氰基甲基化物（PyrwTCM)， 3-甲基-N-丁基吡啶鑰二氰胺（3MBP DCA)， 1-乙基-3-甲基咪唑鑰二氰胺（EMIMDCA)。
[0032] 根据本发明，特别优选使用1-丁基-3-甲基咪唑鑰、1-乙基-3-甲基咪唑鑰和/或1-丁基-1-甲基吡咯烷鑰作为阳离子。
[0033]在本发明范围内特别优选可使用的IL是选自下述的那些：1_丁基-3-甲基咪唑鑰 二氰胺、1-乙基-3-甲基咪唑鑰三氰基甲基化物、1-丁基-1-甲基吡咯烷鑰三氰基甲基化物 和它们的混合物，最优选EM頂TCM和/或Pyrw TCM。
[0034] 但在本发明范围内仍然可以以次要量，即低于20%，优选低于10%，尤其低于5%，最 优选低于1%的量共同使用不具有上述阳离子和/或阴离子的IL。作为实例可提及:双-三氟 甲基磺酰亚胺（Tf2N)或双（全氟乙基磺酰基）亚胺（BETI)和，较少优选地，卤素阴离子 (Cl'Br'F'尤其是cr)。优选的是不使用它们。
[0035]在此任选可将所述IL加入到常用的有机溶剂中。该有机溶剂优选应易于蒸发并具 有低粘度。
[0036] 优选使用选自乙腈，N-甲基吡咯烷酮（NMP)、1，3-二氧戊环、二甲醚(DME)、DME衍 生物，尤其是具有一个或多个嵌入的乙氧基的那些作为用于此的有机溶剂，如三乙二醇-二 甲醚(TEG-DME)、C6-C 12-链烷烃和它们的混合物，优选乙腈。
[0037] 这些任选可使用的溶剂在此可以以1:1至50:1，尤其是5:1至15:1的溶剂：IL的质 量比率来使用。
[0038] 为将这些碳化合物分解成碳，将其在保护气体，优选氦气、氖气、氩气或氮气，尤其 优选氩气下加热2-5小时，优选3小时至最高850°C，优选550°C至750°C的温度。
[0039] 该到达分解温度的加热在此可影响涂层的形成，并因此表现出控制碳壳形成的可 能性。
[0040] 出于实用的理由，通常选择大约2至4°C/分钟，尤其3°C/分钟的升温。
[0041 ]在本发明的一个方案中，可以首先以2.5°C每分钟加热至300°C，然后以3.3°C每分 钟加热至最终温度。
[0042]优选首先加热至250至350°C，然后在该温度下保持0.5-3小时，然后加热至最高 850°C，优选550-750°C，并将温度在该温度下保持2-5小时，优选3小时。
[0043]加热并保持在该温度下可以在本领域已知的炉中，优选在管式炉中进行。
[0044] 然后，所述如此制成的被碳层包覆的锂硫化物-颗粒可以进一步加工成电极。相应 的方法同样是本发明的主题，其包括步骤i)_iv)或由其构成： i) 提供按照上述根据本发明的方法制备的活性材料， ii) 添加至少一种导电添加剂，任选添加至少一种合适的粘合剂， iia)任选添加其它的添加剂， iii) 混合所述材料， iv) 加工所产生的混合物，优选通过拉制(Ziehen)和/或铸造， v) 干燥所得材料， 其中在步骤i) -i v)中优选使用溶剂，特别优选NMP。
[0045] 步骤iv)中的电极的拉制是一种机械方法，其中将浆料的薄层施加在引流器 (Stromab leiter)上。这可用在箱上拉引的刮刀/薄膜拉制框架(F i lmz i ehrahmen )进行（例 如在实验室操作中），或者将浆料一并施加在运动的箱上(例如以工业规模）。
[0046] 步骤iv)中的铸造是一种机械方法，也可称为狭缝铸造。在此，使给定的进料流通 过腔和狭缝均化，并小心地以层状在狭缝中施加引流器上。
[0047]此外，这两种方法是本领域技术人员已知的。
[0048]可使用的导电添加剂的实例是例如含碳材料。
[0049 ]优选可使用的含碳材料选自炭黑、合成的或天然的石墨、石墨稀、碳纳米颗粒、富 勒烯或它们的混合物。
[0050] 可使用的炭黑例如可在商品名Ketjenblack(R)下得到。
[00511优选可使用的炭黑例如可在商品名Super P(R) C65下得到。
[0052] 该含碳材料可具有1 nm-500 ym，优选5 nm-1 ym，特别优选10 nm-60 nm的平均 粒径。
[0053]合适的粘合剂是聚丙烯腈（PAN)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚氧化乙烯(PE0)、 纤维素、纤维素衍生物、聚（偏二氟乙烯-六氟丙烯）共聚物（PVdF-HFP)、聚四氟乙烯 (PTFE)、苯乙烯-丁二烯橡胶(SBR)和聚偏二氟乙烯(PVdF)。
[0054]在本发明范围内，优选使用聚偏二氟乙烯（PVdF)、PAN和/或PE0作为粘合剂，特别 优选PAN。
[0055]优选将该粘合剂在用于该方法中之前溶于溶剂，优选与步骤i)_iv)中使用的相同 的溶剂中，尤其是NMP中。
[0056]另外的添加剂可以是，例如，经涂覆的锂粉。其可用作锂-储库，以补偿真正的活性 材料最初不可逆的锂损失。
[0057]但通常可以无需添加另外的添加剂。
[0058] 在此，该活性材料可以与至少一种导电添加剂和至少一种合适的粘合剂以常规比 例混合。
[0059]在本发明的一个方案中，活性材料:添加剂:粘合剂的重量比率为4:4:2。在另一方 案中，该比率为4:5:1。
[0060]在另一方案中，可以明显提尚活性材料的比例。
[0061 ]然后，可将如此制备的阴极材料以本领域常用的方式加工成电极。
[0062] 例如，可将其施加在铝箱、镍箱或Al/Ni-箱上充当集流器(Stromabnehmer)。
[0063] 然而也可以使用本领域通常已知的另外的集流器。
[0064] 在本发明范围内，可以使用所有本领域技术人员已知的电解质作为电解质，包括 包含本领域技术人员已知的含锂导电盐的有机电解质和含导电盐的离子液体，例如为在1-丁基-1-甲基吡咯烷鑰双(三氟甲烷磺酰基）亚胺盐(PYR 14TFSI)中的双(氟磺酰基）亚胺锂 (LiFSI)或双(三氟甲烷磺酰基）亚胺锂(LiTFSI)，包含导电盐的聚合物-电解质，例如包含 LiTFSI(和任选PYRwTFSI)的聚氧化乙烯(PE0)，以及任选液体有机电解质例如在TEGDME中 的LiCF 3S03、在碳酸乙烯酯(EC)/碳酸二甲酯(DMC)/碳酸二乙酯(DEC)/碳酸异丙二醇酯(PC) 的任意混合物中的LiPF 6,以及在二甲氧基乙烷(DME)和1，3_二氧戊环(D0L)的混合物中的 LiTFSI或LiPF6或LiBF4或者离子液体、固体电解质和任意组合。
[0065] 优选可使用选自下述的那些：在1-丁基-1-甲基吡咯烷鑰双(三氟甲烷磺酰基）亚 胺盐中的双(氟磺酰基)亚胺锂或双(三氟甲烷磺酰基)亚胺锂、包含LiTFSI的聚氧化乙烯、 包含LiTFSI和PYRmTFSI的聚氧化乙烯、在TEGDME中的LiCF3S03、在碳酸乙烯酯/碳酸二甲 酯/碳酸二乙酯/碳酸异丙二醇酯的任意混合物中的LiPF 6、在二甲氧基乙烷/1，3_二氧戊环 中的LiTFSI、在二甲氧基乙烷/1，3_二氧戊环中的LiPF6、在二甲氧基乙烷/1，3_二氧戊环中 的LiBF4、LiCF 3S03,在3:7四乙二醇二甲醚〇￡601^)/1，3-二氧戊环中和它们的混合物。 [0066] 一种示例性的电解质是在3:7四乙二醇二甲醚（TEGDME)/1，3-二氧戊环中的 LiCF3S03〇
[0067] 特别优选使用PyrwTFSI与LiTFSI (9:1)。
[0068] 在本发明范围内，可以使用选自下述的那些作为隔膜:基于聚乙烯-和/或聚丙烯 的隔膜、基于玻璃纤维的隔膜、陶瓷隔膜、基于纤维素的隔膜和它们的混合物或组合。
[0069] 在聚合物电解质和固体电解质的情况中，它们可同时充当隔膜。
[0070] 优选使用单层聚丙烯隔膜，例如作为Celgard(R) 2500提供的，或者尤其在使用基 于IL的电解质时，使用陶瓷隔膜或基于玻璃纤维的隔膜。
[0071]最优选使用单面涂覆的隔膜，尤其是单面涂覆以PE0的PET隔膜，其如描述在DE 10 2013 105 678.8中。在一个方案中，最优选使用涂覆以陶瓷的PET隔膜。用这些隔膜获 得特别好的结果。
[0072] 在根据本发明制备活性材料时，优选尽可能排除水的存在，优选通过在干燥室中 和/或在保护气体下，因为否则会形成Li20和H 2S。
[0073] 此外，本发明的主题是根据本发明制备的活性材料在锂金属电池和/或锂离子电 池中作为阴极材料的用途。
[0074] 在本发明范围内，针对该电化学活性颗粒制备考虑了下列要求的"微反应器"类 型： -避免可溶性多硫化物扩散到阴极表面或扩散到阳极表面并沉积在那里(钝化和"穿 梭机制"）。 -避免充放电过程中颗粒团聚。 -确保与集流器电接触。
[0075] 同时，在本发明范围内确保该"微反应器"的壳对于锂离子而言是可透过的，以确 保将锂离子运送至活性材料。
[0076]此外考虑了由于锂化和脱锂化造成的已知的体积改变。
[0077]碳用于"反应器壳"，因为其具有高的导电性并在该"反应器"内部保留可溶性的长 链多硫化物，但同时对于锂离子而言是可透过的。
[0078]在本发明范围内已发现，通过首次使用IL形式的液体前体物质取代固体前体物质 可以得到锂硫化物的非常均匀的包封。
[0079] 根据本发明的涂层能够经受电池充放电周期期间的体积变化而无损坏。
[0080] 此外，根据本发明获得相对薄的锂硫化物涂层，但其仍然能够满足所提出的要求。
[0081] 根据本发明，通过使用含氮的IL可以实现涂层的"掺杂"，其显著改善了电性能，尤 其能显著提高导电性。由此，可通过最终温度来影响氮的比例。
[0082] 在使用根据本发明制备的活性材料的情况下获得的结果优于使用可比较活性材 料获得的结果。
[0083] 用根据本发明的电池可实现高效;也可在不添加添加剂的情况下抑制穿梭效应。
[0084] 通过循环实验可表明，用本发明可实现稳定的循环。
[0085] 用本发明可获得比使用现有技术的材料的情况下更均匀一致的涂层的活性材料。
[0086] 此外表明，根据本发明的电池的容量比根据现有技术的那些的情况中降低得明显 更慢。
[0087] 在根据本发明的电池的情况中，仅需要小量的显著影响电池成本的电解质，而且 仅小量的使用也令人惊讶地在提高的比容量、更高的效率以及改善的循环稳定性方面改善 了这样的电池的性能。
[0088] 根据本发明的方法是整体上成本有利的方法。
[0089] 根据本发明的方法可以容易地转化为工业规模。
[0090] 本发明也包括使用根据本发明的活性材料或借助根据本发明的方法制备的活性 材料制备的电池，以及根据本发明的活性材料或借助根据本发明的方法制备的活性材料的 相应的用途。
[0091] 通过本发明的特殊的过程得到的在电化学活性颗粒表面上的碳层是均匀、一致且 封闭的涂层，其相较于现有技术产生改善的性能。
[0092] 本发明的不同的实施方案，例如但不局限于不同的从属权利要求的那些，在此可 以以任意方式彼此组合。
[0093]现借助下列非限制性的实施例说明本发明。
[0094]
【附图说明】: 图1示出根据本发明使用的三种IL的TGA测量。
[0095]图2示出对现有技术(W0 2013/057023)的材料进行的相应TGA测量，其中左边描绘 聚丙稀腈，右边描绘鹿糖。
[0096]图3示出根据本发明的活性材料的REM照片，其中用EMIM TCM以5:1的比率涂覆 Li2S〇
[0097]图4示出图3中示出的根据本发明的活性材料的EDX图像。左上方为该颗粒的REM照 片，右上方为硫的REM照片，左下方为碳的RHM照片，右下方为氧的RHM照片。
[0098] 图5示出用本发明的活性材料进行的循环实验。
[0099] 图6示出基于PAN涂覆的Li2S的REM照片。
[0100] 图7示出基于EMIM-TCM涂覆的Li2S的REM照片。
[0101] 图8示出得自基于PAN和EMIM-TCM的涂层的电极的循环比较。 横坐标:循环号 纵坐标:比容量[mAh/g Li2S] 对循环号〇,上方的曲线(红）：PAN 对循环号〇，下方的曲线(绿）：EMIM-TCM。
[0102] 图9 横坐标:容量[mAh] 纵坐标：电压[V] 短曲线(容量大约0-60 mAh)(红）：PAN 长曲线(容量大约〇-大于600 mAh)(绿）：EM頂-TCM。
[0103] 实施例: 实施例1 -根据本发明的多种活性材料的制备： 制备活性材料，其中首先预先置入1-2克^以并在乙腈存在下在球磨中粉碎，以使二次 颗粒破碎，然后在120 °C下干燥24小时。
[0104]随后，用表1中示出的液体通过将IL或IL/乙腈与L i 2 S以给定的多种比例的混合物 研磨各30分钟来润湿Li2S。
[0105] 在下一步骤中，在保护气体气氛(氩气）下通过首先加热至300°C，然后将该温度保 持1小时来进行碳化。然后，以2.5 °C每分钟加热至300 °C，然后以3.3 °C每分钟加热至最高 700 °C并保持该温度3小时。
[0106] 冷却至室温后，研磨以分离团聚体。
[0107]得到的材料是黑色的，这证明该锂硫化物被完全包封。这被REM照片所证实（图3)。
[0108]当Li2S&5:l的质量比率涂覆以EM頂TCM时，获得最好的涂层，其中该离子液体事 先以9:1的质量比率用乙腈稀释。
[0109] 借助EDX图像可以确定，根据本发明的活性材料显示出硫和碳的均匀分布。因此， 根据本发明的活性材料具有均匀的涂层。
[0110] EMIM TCN (5:1)的元素分析表明大约5-6%C-和N-比例。这与实施例lb)中的TGA 实验一致，在该实验中表明，EM頂TCN至700°C损失其重量的大约三分之二。
[0111] 实施例la-lc -制备所述活性材料: 进行如实施例1中一般性描述的过程，其中使用下列IL: 表第6行的BMIM DCA (实施例la -比率Li2S:IL = 5:1)， 表第5行的EM頂TCM (实施例lb -比率Li2S:IL = 5:1)， 表第2行的PymTCM (实施例lc -比率Li2S:IL = 1:1)。
[0112] 在直接比较实施例la至lc时表明，相较于BMIM DCA，EMM TCM和PyrwTCM产生更 高的碳收率。EM頂TCM和PymTCM至最高700°C损失大约2/3的质量，相较于BM頂DCA，BMIM DCA明显更多。对此进行热重分析测量（TGA)。为此，在惰性气体下加热各试样，并测量重量 损失对温度的依赖性。（图1) 对根据W0 2013/057023的活性材料进行相应的TGA检测（图2)。
[0113] 对用基于EMM-TCM (图7)或用PAN (图6)制成的经涂覆的Li2S进行REM-拍照。表 明，用EM頂-TCM实现更均匀、更致密的Li 2S颗粒。
[0114] 实施例2 -制备电极: 在每种情况中，将实施例1中制备的40 g活性材料与40 g Super P(R) Li和20 g 105 的PVdF溶液在混合器(球磨）中在200-400转每分钟下混合1小时，然后暂停10分钟。将该过 程重复3次。
[0115] 所获得的产品在干燥室中在室温下干燥24小时，随后再次在60°C干燥2小时，在80 °C干燥2小时，和在100 °C干燥2小时。
[0116] 将产生的混合物施加在铝箱上（湿层厚：130 ym)并在轻微减压和室温下干燥24 小时以及在真空下在l〇〇°C干燥48小时。
[0117] 用该干燥的阴极材料通过将该成分布置在"袋"（"pouch bag")中来制造电极。在 此使用Al/Ni电压收集器(Spannungskollektor)，作为电解质使用PymTFSI :LiTFSI (9:1) 和作为隔膜使用Celgard(R) 2500。
[0118] 实施例3a -制备根据现有技术的活性材料: 如TO 2013/057023实施例1中所述般进行。
[0119] 实施例3b -制备根据现有技术的电极(比较）: 如实施例2中所述般进行，仅使用实施例3a的活性材料作为活性材料。
[0120] 用根据实施例2和实施例3 (比较)制备的电极进行测量，其结果示于图8和9中。 [0121]比较表明，根据本发明的电池容量降低明显更慢。
[0122] 实施例4:用根据本发明的活性材料进行的循环测试: 类似于实施例2进行。
[0123] 使用Li2S/C EMIM-TCM:SuperP:PVdF (40:20:20)作为电极（PVdF =聚偏二氟乙 稀)。
[0124] 隔膜是聚氧化乙烯涂覆的Separion隔膜，并使用PyrwTFSI LiTFSI (9:1)作为电 解质。
[0125] 测试电池是在40 °C的袋。
[0126] 结果示于图5中。
[0127] 可看出实现了高效率;在没有添加添加剂的情况下抑制了穿梭效应。
【主权项】
1. 制备电池用活性材料的方法，其包括以下步骤a)-e)或者由这些步骤组成： a) 提供锂硫化物， b) 任选干燥和/或粉碎所述锂硫化物， c) 添加至少一种离子液体，任选在合适的有机溶剂中，并混合， d) 任选在保护气体下，将该混合物加热至高于该离子液体的分解极限且低于锂硫化 物颗粒的分解温度的温度，由此所述至少一种离子液体分解成碳并作为均匀的层沉积在 Li2S颗粒的表面上， e) 任选粉碎所得到的产物，以分离团聚体。2. 根据权利要求1的方法，其特征在于，所述锂硫化物是Li2S。3. 根据权利要求1或2的方法，其特征在于，在步骤b)中，所述干燥在50至150°C的温度 下进行5小时至最多2天，和/或所述锂硫化物-颗粒的粉碎通过研磨，尤其借助球磨和/或通 过手动研磨进行。4. 根据权利要求1-3任一项的方法，其特征在于，所述至少一种离子液体具有含氮阳离 子作为阳尚子，优选选自R比陡鐵、R比陡鐵衍生物、R比略烧鐵、R比略烧鐵衍生物、味唑鐵、味挫 鑰衍生物和它们的混合物，特别优选选自1-丁基-3-甲基咪唑鑰、1-乙基-3-甲基咪唑鑰和 1 _ 丁基_1_甲基P比略烧鐵，和 具有选自下述的阴离子作为阴离子:二氰胺离子、三氰基甲烷离子和它们的混合物，优 选三氰基甲烷离子。5. 根据权利要求1-4任一项的方法，其特征在于，所述至少一种离子液体选自1-丁基-3-甲基咪唑鑰二氰胺、1-乙基-3-甲基咪唑鑰三氰基甲基化物、1-丁基-1-甲基吡咯烷鑰三 氰基甲基化物和它们的混合物。6. 根据权利要求1-5任一项的方法，其特征在于，使用乙腈和/或N-甲基吡咯烷酮，优选 乙腈，作为溶剂。7. 根据权利要求1-6任一项的方法，其特征在于，在步骤d)中，加热至最高850°C，优选 550-750°C，并在此温度下将该温度保持2-5小时，优选3小时。8. 根据权利要求1-7任一项的方法，其特征在于，在步骤d)中，首先加热至250至350°C， 然后在该温度下保持0.5-3小时，然后加热至最高850°C，优选550-750°C，并将温度在该温 度下保持2-5小时，优选3小时。9. 根据前述权利要求之一制备的活性材料在电极和/或电池中的用途。10. 根据权利要求1-8之一制备的活性材料作为阴极材料在锂金属电池和/或锂离子电 池中的用途。11. 制备阴极材料的方法，其包括下述步骤： i) 提供根据权利要求1-8之一制备的活性材料， ii) 添加至少一种导电添加剂，任选添加至少一种合适的粘合剂， iia)任选添加其它的添加剂， iii) 混合所述材料， iv) 加工所产生的混合物，优选通过拉制和/或铸造， V)干燥所得材料， 其中在步骤i)_iv)中优选使用溶剂，特别优选NMP。12. 根据权利要求11的方法，其特征在于，其由步骤i)_v)组成。13. 根据权利要求1 -8之一的方法制备的电池用活性材料。14. 电池用活性材料，其包含电化学活性的锂硫化物-颗粒，所述锂硫化物-颗粒涂覆有 均匀的碳壳或被其包覆，其中所述碳壳通过至少一种离子液体的热分解制得。15. 根据权利要求14的活性材料，其特征在于，所述锂硫化物是Li2S，和所述至少一种离 子液体选自1-丁基-3-甲基咪唑鑰二氰胺、1-乙基-3-甲基咪唑鑰三氰基甲基化物、1-丁基-1-甲基吡咯烷鑰三氰基甲基化物和它们的混合物。
【文档编号】H01M4/36GK105960723SQ201480058999
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2014年10月27日
【发明人】H.德弗里斯, S.郑, S.帕塞里尼
【申请人】罗克伍德锂有限责任公司, 大众汽车有限公司