JP6908778B2 - 硫黄−炭素複合体及びそれを含むリチウム−硫黄電池 - Google Patents
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Description
本発明は、硫黄−炭素複合体及びそれを含むリチウム−硫黄電池に関する。
前記高分子の電解質担持能は、50%以上であってもよい。
また、本発明は、前記正極を含むリチウム−硫黄電池を提供する。
本明細書及び請求の範囲において使用された用語や単語は通常的であるか、又は辞典的な意味に限定して解釈されてはならず、発明者はその自身の発明を最善の方法で説明するために、用語の概念を適切に定義することができるという原則に立脚して、本発明の技術的思想に符合する意味と概念として解釈されなければならない。
前記導電材は、電池に化学的変化を誘発することなく導電性を有するものであれば特に限定されない。例えば、前記導電材は、スーパーP(Super−P)、デンカブラック、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、チャネルブラック、ファーネスブラック、ランプブラック、サマーブラックなどのカーボンブラック;炭素ナノチューブやフラーレンなどの炭素誘導体;炭素繊維や金属繊維などの導電性繊維;フッ化カーボン、アルミニウム、ニッケル粉末などの金属粉末;またはポリアニリン、ポリチオフェン、ポリアセチレン、ポリピロールなどの伝導性高分子を単独又は混合して用いることができる。
本発明に係る硫黄−炭素複合体の製造方法は特に限定されず、当業界において通常知られている方法により製造することができる。
前記硫黄−炭素複合体は、正極内で正極活物質として含むことができる。
前記負極は、集電体とその一面または両面に形成された負極活物質層で構成されてもよい。又は前記負極は、リチウム金属板であってもよい。
前記電解液は、正極と負極との間に位置し、リチウム塩及び非水系有機溶媒を含む。
[実施例1]
ポリウレタン(Elastollan 1180A、BASF社製)をN−メチル−2−ピロリドンに1.5%で溶解させた溶液に炭素ナノチューブ1gを投入した後、80℃で12時間撹拌し、洗浄及び乾燥して多孔性炭素材の表面にポリウレタンコーティング層を形成した。このとき、ポリウレタン:多孔性炭素材の重量比は、2:8であった。このとき、多孔性炭素材とは、炭素ナノチューブの全体重量を意味する。
ポリウレタンコーティング層を形成しない炭素ナノチューブを用いたことを除いては、前記実施例1と同様に行って、電極を製造した。
実施例及び比較例で製造された電極を正極として用い、分離膜としてポリエチレンを用い、負極として150μm厚さのリチウム箔を用いてリチウム−硫黄電池、コインセルを製造した。このとき、前記コインセルは、ジエチレングリコールジメチルエーテルと、1,3−ジオキソラン(DEGDME:DOL=6:4(体積比)からなる有機溶媒に1M LiFSI、1% LiNO3を溶解させて製造された電解液を用いた。
Claims (10)
- 多孔性炭素材と、電解液担持能を有する高分子と、硫黄とを含み、
前記多孔性炭素材の内部及び外部の表面のうち少なくとも一つの表面は、電解液担持能を有する高分子を含むコーティング層を含み、
前記多孔性炭素材と前記硫黄との間に前記コーティング層が形成されており、
前記電解液担持能を有する高分子は、ポリウレタン、ポリビニリデンフルオライド、ポリビニリデンフルオライド−ヘキサフルオロプロピレン、ポリメチルメタクリレート、ポリカーボネート、ポリメチルカーボネート、ポリエチルオキサゾリン、及びポリビニルクロライドからなる群より選ばれる1種以上を含む、硫黄−炭素複合体。 - 前記硫黄−炭素複合体は、前記コーティング層が形成された多孔性炭素材と硫黄が混合された状態である、請求項1に記載硫黄−炭素複合体。
- 前記高分子の電解液担持能は50%以上である、請求項1または2に記載の硫黄−炭素複合体。
- 前記電解液担持能を有する高分子は、多孔性炭素材100重量部を基準として0.1〜50重量部で含まれる、請求項1から3のいずれか一項に記載の硫黄−炭素複合体。
- 前記多孔性炭素材は、グラファイト、グラフェン、カーボンブラック、炭素ナノチューブ、炭素繊維、天然黒鉛、人造黒鉛、膨張黒鉛及び活性炭素からなる群より選ばれる1種以上を含む、請求項1から4のいずれか一項に記載の硫黄−炭素複合体。
- 前記硫黄は、無機硫黄(S8)、Li2Sn(n≧1)、ジスルフィド化合物、有機硫黄化合物及び炭素−硫黄ポリマー((C2Sx)n、x=2.5〜50、n≧2)からなる群より選ばれる1種以上を含む、請求項1から5のいずれか一項に記載の硫黄−炭素複合体。
- (a)電解液担持能を有する高分子で多孔性炭素材をコーティングする段階と、
(b)前記(a)段階で製造された電解液担持能を有する高分子でコーティングされた多孔性炭素材と硫黄とを混合及び成形する段階とを含み、
前記多孔性炭素材の内部及び外部の表面のうち少なくとも一つの表面は、電解液担持能を有する高分子を含むコーティング層を含み、
前記多孔性炭素材と前記硫黄との間に前記コーティング層が形成されており、
前記電解液担持能を有する高分子は、ポリウレタン、ポリビニリデンフルオライド、ポリビニリデンフルオライド−ヘキサフルオロプロピレン、ポリメチルメタクリレート、ポリカーボネート、ポリメチルカーボネート、ポリエチルオキサゾリン、及びポリビニルクロライドからなる群より選ばれる1種以上を含む、硫黄−炭素複合体の製造方法。 - 前記(b)段階は、電解液担持能を有する高分子でコーティングされた多孔性炭素材と硫黄を混合し、加熱して成形することを特徴とする、請求項7に記載の硫黄−炭素複合体の製造方法。
- 請求項1乃至6のいずれか一項に記載の硫黄−炭素複合体を含む、リチウム−硫黄電池用正極。
- 請求項9に記載の正極を含む、リチウム−硫黄電池。
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