TWI553947B - 鋰－硫電池之陰極及製備彼之方法 - Google Patents

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Description

鋰-硫電池之陰極及製備彼之方法
本申請案主張2013年8月16日於KIPO申請之韓國專利申請案第10-2013-0097328號的優先權，將該等申請案之揭示以全文引用方式併入本文中。
本申請案係關於一種鋰-硫電池之陰極及一種製備彼之方法。
近年來在開發使用鋰作為陽極的高能量密度電池方面有相當大的興趣。因為(例如)鋰金屬相較於嵌插鋰的碳陽極(其增加陽極的重量和體積，以減少電池由於存在非電活性材料的能量密度)和具有鎳或鎘電極其它電化學系統，該金屬的重量輕和高能量密度，所以鋰金屬作為電化學電池的陽極活性材料是特別有吸引力的。主要包括鋰金屬陽極或鋰金屬之陽極提供一種製造比電池諸如鋰離子、鎳金屬氫化物或鎳鎘電池重量較輕且具有能量密度較高之電池的機會。這些特性是用於可攜式電子裝置的電池(諸如手機和膝上型電腦)非常想要的，其就額外費用而言， 付出低加權值。
這些用於鋰電池的陰極活性材料的類型是公知的，且包括一種包括硫-硫鍵之含硫陰極活性材料，其中從硫-硫鍵之電化學裂解(還原)和重組(氧化)來達成高能量電量和再充電性。
如上所述其中鹼金屬諸如鋰係用作陽極活性材料和硫係用作陰極活性材料的鋰-硫電池具有2,800Wh/kg(1,675mAh)的理論能量密度，其比其他電池系統要高得多，且由於硫是豐富的天然資源、廉價且環保的優點，最近已成為用於可攜式電子裝置的焦點。
相關技術中的鋰係示意性顯示於下圖1中。
然而，因為用作鋰-硫電池之陰極活性材料的硫為非集電器，所以有下列問題：由電化學反應所產生的電子難以移動、在氧化-還原反應期間硫滲漏到電解質中使得電池的使用壽命降低，而且，當沒有選擇適當電解液時，多硫化鋰(其為硫的還原材料)被溶析，使得多硫化鋰可能不再參與電化學反應。
因此，為了將被溶解於電解溶液中並將非集電器之硫電極賦予導電特性的多硫化鋰之量減至最少，已經開發其中碳和硫的複合物係用作陰極的技術，但多硫化鋰的溶析問題仍然不能得到解決。
因此，對於一種藉由在鋰-硫電池之放電期間有效地阻斷多硫化鋰洩漏到電解質來提高循環特性之技術有很高的需求。
本申請案已致力於提供一種藉由在鋰-硫電池之放電期間有效地阻斷多硫化鋰洩漏到電解質來提高循環特性之技術。
本發明之一例示具體實例提供一種鋰-硫電池之陰極，其包括：陰極活性零件，其包括硫-碳複合物；及陰極塗層，其提供在該陰極活性零件表面的至少一部分上且包括無機氧化物。
本發明之另一例示具體實例提供一種鋰-硫電池，其包括：陽極，其包括鋰金屬或鋰合金作為陽極活性材料；鋰-硫電池之陰極；位於該陰極和該陽極之間的隔板；及浸在該陽極、該陰極和該隔板中且包括鋰鹽和有機溶劑的電解質。
本發明之又另一例示具體實例提供一種鋰-硫電池之陰極，其包括：形成包括硫-碳複合物之陰極活性零件；及在該陰極活性零件表面的至少一部分上形成包含無機氧化物之陰極塗層。
根據本申請案，包括無機氧化物之外塗層可提供於包 括硫-碳複合物之陰極活性零件的表面之至少一部分上以抑制一種其中無機氧化物結合至在放電期間所產生之多硫化鋰及多硫化鋰洩漏到電解質中之現象，從而提高鋰-硫電池的循環特性。
圖1為示意性地顯示相關技術的鋰-硫電池之視圖。
圖2為示意性地顯示根據本申請案之一例示具體實例的鋰-硫電池之視圖。
在下文中，將詳細描述本申請案。
一種根據本申請案之一例示具體實例的鋰-硫電池之陰極包括：陰極活性零件，其包含硫-碳複合物；及陰極塗層，其提供在該陰極活性零件表面的至少一部分上且包括無機氧化物。
在本申請案之一例示具體實例中，該無機氧化物為親水性無機氧化物。
該親水性無機氧化物係包括在陰極活性零件中且結合至放電期間所產生之多硫化鋰的親水性部分，從而抑制一種其中多硫化鋰洩漏到電解質的現象，其中包括在陰極活性零件之硫-碳複合物的硫結合至鋰離子。
無機氧化物可包括選自由下列所組成群組中之一或多者：SrTiO3、SnO2、CeO2、MgO、NiO、CaO、ZnO、 ZrO2、Y2O3、Al2O3、TiO2、SiC、BaTiO3、HfO2、Pb(Zr,Ti)O3(PZT)、Pb1-xLaxZr1-yTiyO3(PLZT、0x1、0y1)和PB(Mg3Nb2/3)O3-PbTiO3(PMN-PT)，但並不限於此。
在本申請案之一例示具體實例中，該無機氧化物為具有鋰離子傳輸能力之無機氧化物。
當使用具有鋰離子傳輸能力之無機氧化物時，可增加電化學裝置中的離子導電性以提高其性能，因此較佳的是離子導電性盡可能的高。此外，當無機粒子具有高密度時，有一問題為：在塗覆期間難以分散無機粒子和在製造電池期間中重量也增加，因此，較佳的是密度盡可能的小。
此外，具有鋰離子傳輸能力之無機氧化物為親水性，且因此也具有上述親水性無機氧化物的效果。
該具有鋰離子傳輸能力之無機氧化物可包括選自由下列所組成群組中之一或多者：磷酸鋰(Li3PO4)、磷酸鈦鋰(LixTiy(PO4)3，0<x<2，0<y<1，0<z<3)、磷酸鈦鋁鋰(LixAlyTiz(PO4)3，0<x<2，0<y<1，0<z<3)、(LiAlTiP)xOy-基玻璃(0<x<4，0<y<13)、鈦酸鑭鋰(LixLayTiO3，0<x<2，0<y<3)、硫代磷酸鍺鋰(LixGeyPzSw，0<x<4，0<y<1，0<z<1，0<w<5)、氮化鋰(LixNy，0<x<4，0<y<2)、SiS2(LixSiySz，0<x<3，0<y<2，0<z<4)-基玻璃和P2S5(LixPySz，0<x<3，0<y<3，0<z<7)-基玻璃，但並不限於此。
(LiAlTiP)xOy-基玻璃可為14Li2O-9Al2O3-38TiO2-39P2O5， 硫代磷酸鍺鋰可為25Ge0.25P0.75S4，氮化鋰可為Li3N，SiS2-基玻璃可為Li3PO4-Li2S-SiS2，和P2S5-基玻璃可為LiI-Li2S-P2S5。
在本申請案之一例示具體實例中，該無機氧化物可包括選自由下列所組成群組中之一或多者：SrTiO3、SnO2、CeO2、MgO、NiO、CaO、ZnO、ZrO2、Y2O3、Al2O3、TiO2、SiC、BaTiO3、HfO2、Pb(Zr,Ti)O3(PZT)、Pb1-xLaxZr1-yTiyO3(PLZT，0x1，0y1)、PB(Mg3Nb2/3)O3-PbTiO3(PMN-PT)、磷酸鋰(Li3PO4)、磷酸鈦鋰(LixTiy(PO4)3，0<x<2，0<y<1，0<z<3)、磷酸鈦鋁鋰(LixAlyTiz(PO4)3，0<x<2，0<y<1，0<z<3)、(LiAlTiP)xOy-基玻璃)(0<x<4，0<y<13)、鈦酸鑭鋰(LixLayTiO3，0<x<2，0<y<3)、硫代磷酸鍺鋰(LixGeyPzSw，0<x<4，0<y<1，0<z<1，0<w<5)、氮化鋰(LixNy，0<x<4，0<y<2)、SiS2(LixSiySz，0<x<3，0<y<2，0<z<4)-基玻璃和P2S5(LixPySz，0<x<3，0<y<3，0<z<7)-基玻璃，但並不限於此。
在本申請案之一例示具體實例中，該硫-碳複合物可藉由將硫粒子施加在多孔碳上而形成。
此外，在本申請案之一例示具體實例中，該硫-碳複合物可藉由將硫粒子熔融且混合該粒子與碳而形成。
在本申請案之一例示具體實例中，該硫-碳複合物之碳：硫的重量比可為1：20或更大和1：1或更小。
該碳可為結晶或非晶碳且沒有限制，只要該碳為導電碳，且可為(例如)石墨、碳黑、活性碳纖維、非活性碳奈 米纖維、碳奈米管、碳織物等等。
在本申請案之一例示具體實例中，該陰極塗層可包括孔。
該等孔可為具有0.5至10μm之平均直徑的孔。
當陰極塗層的孔具有0.5μm或更大之平均直徑時，包括在陰極塗層中的無機氧化物(其吸引在鋰-硫電池之放電期間從包括在陰極活性零件中的硫-碳複合物溶析之多硫化鋰)之面積是足夠的，所以鋰硫電池的特性和容量增加，且當陰極塗層的孔隙具有10μm或更小的平均直徑時，在鋰-硫電池之充電期間鋰離子容易向陰極移動，從而減少充電時間。
陰極塗層之孔隙度以鋰-硫電池之陰極的總體積為基準計可為20至70%。更具體地說，陰極塗層之孔隙度以鋰-硫電池之陰極的總體積為基準計可為50%至70%。
在本申請案之一例示具體實例中，該陰極活性零件的厚度可為20μm to 100μm，但並不限於此。而且，陰極塗層的厚度可為0.01μm至20μm和0.1μm至5μm，但並不限於此。
在本申請案之一例示具體實例中，該陰極塗層可提供於陰極活性零件的整個表面上。
在本申請案之一例示具體實例中，該鋰-硫電池之陰極的形式可為平板型或棒型。
當該鋰-硫電池之陰極的形式為平板型時，較佳的是陰極塗層位在陰極活性零件的一部分表面上，其暴露於電 解質中。
當該鋰-硫電池之陰極的形式為棒型時，較佳的是陰極塗層位在陰極活性零件的整個表面上。
在本申請案之一例示具體實例中，該陰極塗層之無機氧化物含量以陰極活性零件之硫-碳複合物的總重量為基準計可為0.5重量%至10重量%。
在本申請案之一例示具體實例中，該陰極活性零件可另外包括一或多種選自過渡金屬元素、第IIIA族元素、第IVA族元素、這些元素的硫化合物、和這些元素和硫的合金之添加劑。
過渡金屬元素包括Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Y、Zr、Nb、Mo、Tc、Ru、Rh、Pd、Os、Ir、Pt、Au、Hg等等，第IIIA族元素包括Al、Ga、In、Ti等等，和第IVA族元素包括Ge、Sn、Pb等等。
陰極活性零件可另外包括陰極活性材料，或隨意連同添加劑、用於促進電子在陰極中移動之導電性導電材料、和用於將陰極活性材料良好連接至電流導體之黏合劑。
導電材料沒有特別的限制，但可單獨使用或以混合物使用石墨基材料諸如KS6、導電材料諸如碳基材料諸如超級-P、DENKA黑和碳黑或導電聚合物諸如聚苯胺、聚噻吩、聚乙炔、和聚吡咯。
作為黏合劑，可能使用聚(乙酸乙烯酯)、聚乙烯醇、聚氧化乙烯、聚乙烯基吡咯啶酮、烷基化的聚氧化乙烯、交聯的聚氧化乙烯、聚乙烯醚、聚(甲基丙烯酸甲酯)、聚 偏二氟乙烯、聚六氟丙烯和聚偏二氟乙烯之共聚物(商品名：Kynar)、聚(丙烯酸乙酯)、聚四氟乙烯聚氯乙烯、聚丙烯腈、聚乙烯吡啶、聚偏二氟乙烯、聚苯乙烯、彼等之衍生物、摻合物和共聚物、等等。
黏合劑的添加量以陰極活性零件之總重量為基準計可為0.5重量%至30重量%。當黏合劑之含量小於0.5重量%時，有在陰極的物理性質惡化和陰極中之活性材料和導電材料被分離之問題，及當含量超過30重量%時，活性材料和導電材料之比例在陰極處相對減少和電池容量可被減少，其為不佳的。
本申請案提供一種包括上述鋰-硫電池之陰極的鋰-硫電池。根據本發明之一例示具體實例的鋰-硫電池包括：陽極，其包含鋰金屬或鋰合金作為陽極活性材料；鋰-硫電池之陰極；位於該陰極和該陽極之間的隔板；及浸在陽極、該陰極和該隔板中且包括鋰鹽和有機溶劑的電解質。
鋰-硫電池之陰極可存在於陰極活性零件的表面之一部分或整個部分，其為其中外塗層最接近於包括硫-碳複合物之陰極活性零件的位置上。由於鋰-硫電池之陰極的結構，抑制在放電期間藉由硫結合至鋰離子而從陰極活性零件的硫-碳複合物所產生之多硫化鋰在到達電解質之前被溶析。因此，相較於具有其中陰極直接暴露於電解質中之結構的鋰-硫電池，在根據本申請的鋰硫電池中，循環特性提高，從而提高電池的使用壽命。
位於陰極和陽極之間的隔板能夠分離或隔離陰極和陽 極，並在陰極和陽極之間傳輸鋰離子，且可由多孔非導電或絕緣材料組成。隔板可為獨立部件諸如薄膜，且可為加到陰極及/或陽極之塗層。
構成隔板之材料的例子包括聚烯烴諸如聚乙烯和聚丙烯、玻璃纖維濾紙和陶瓷材料，但該材料不限於此，且該厚度可為約5μm至約50μm，具體地為約5μm至約25μm。
在本申請案之一例示具體實例中，該鋰鹽可包括選自由下列所組成群組中之一或多者：LiSCN、LiBr、LiI、LiPF6、LiBF4、LiSO3CF3、LiClO4、LiSO3CH3、LiB(Ph)4、LiC(SO2CF3)3和LiN(SO2CF3)2，但並不限於此。
鋰鹽的濃度可為約0.2M至約2.0M，根據各種因素諸如電解質溶劑混合物的確切組成、該鹽的溶解度、所溶解的鹽之導電性、電池的充電和放電條件、工作溫度等和其他鋰電池領域中公知的因素。將使用於本說明書中之鋰鹽的例子可包括選自由下列所組成群組中之一或多者：LiSCN、LiBr、LiI、LiPF6、LiBF4、LiSO3CF3、LiClO4、LiSO3CH3、LiB(Ph)4、LiC(SO2CF3)3和LiN(SO2CF3)2，但不限於此。
在本說明書之例示具體實例中，作為陽極活性材料之鋰合金可為鋰和選自由下列所組成群組之金屬的合金：Na、K、Rb、Cs、Fr、Be、Mg、Ca、Sr、Ba、Ra、Al和Sn。
在本說明書之例示具體實例中，該有機溶劑可為單一 溶劑或二或多種溶劑之混合有機溶劑。
當使用二或多種溶劑之混合有機溶劑時，較佳的是一或多種溶劑係選自弱極性溶劑組、強極性溶劑組和鋰金屬保護溶劑組之二或多者，並使用。
弱極性溶劑定義為具有小於15之介電常數的溶劑，其可溶解芳基化合物、雙環醚和非環狀碳酸酯中的硫元素，及強極性溶劑定義為溶劑具有大於15之介電常數，其可溶解雙環碳酸酯、亞碸化合物、內酯化合物、酮化合物、酯化合物、硫酸酯化合物、和亞硫酸酯中的多硫化鋰、及鋰金屬保護溶劑定義為在鋰金屬上形成穩定固態電解質界面(SEI)之溶劑諸如包括飽和醚化合物、不飽和醚化合物、或N、O、S或彼等之組合的雜環化合物，且其具有至少50%的充電-放電循環效率。
弱極性溶劑之特定例子包括二甲苯、二甲氧基乙烷、2-甲基四氫呋喃、碳酸二乙酯、碳酸二甲酯、甲苯、甲醚、***、二甘二甲醚、四甘二甲醚等等，但不限於此。
強極性溶劑之特定例子包括六甲基磷醯三胺、γ-丁內酯、乙腈、碳酸伸乙酯、碳酸伸丙酯、N-甲基吡咯啶酮、3-甲基-2-噁唑啶酮、二甲基甲醯胺、環丁碸、二甲基乙醯胺、二甲亞碸、硫酸二甲酯、乙二醇二乙酸酯、亞硫酸二甲酯、乙二醇亞硫酸酯等等，但不限於此。
鋰保護溶劑之特定例子包括四氫呋喃、氧化乙烯、二氧戊環、3,5-二甲基異噁唑、呋喃、2-甲基呋喃、1,4-噁烷(oxane)、4-甲基二氧戊環等等，但不限於此。
根據一例示具體實例之鋰-硫電池係示意性顯示於圖2中。根據本申請案，包括無機氧化物之外塗層可提供於包括硫-碳複合物之陰極活性零件的表面之至少一部分上以抑制一種其中無機氧化物結合至在放電期間所產生之多硫化鋰及多硫化鋰洩漏到電解質中之現象，從而提高鋰-硫電池的循環特性。
本申請案提供一種包括鋰-硫電池作為單元電池之電池模組。
該電池模組可具體用作電動車、混合電動車、插電式電動車或電力存儲裝置的電源。
本申請案提供一種製備鋰-硫電池之方法。該根據本申請案之一例示具體實例的製備鋰-硫電池之方法包括：形成包括硫-碳複合物之陰極活性零件；及在該陰極活性零件表面的至少一部分上形成包括無機氧化物之陰極塗層。
根據本申請案之一例示具體實例，陰極活性零件之形成可使用球磨法或熔融混合法。
在包括硫-碳複合物之陰極活性零件的形成中，在混合導電碳和硫之後，可製備對其添加溶劑之陰極活性材料漿，和陰極活性零件可使用陰極活性材料漿形成。在此情況下，該陰極活性材料漿可塗佈在集電器上以形成陰極活性零件。
溶劑可為N-甲基-2-吡咯啶酮，且沒有限制，只要該溶劑可溶解無機氧化物和黏合劑。
根據本申請案之一例示具體實例，一種浸塗、模塗佈、逗點塗佈(Comma Coating)、凹版塗佈或棒塗佈之方法可用於形成陰極塗層，但該方法並不限於此。
在形成陰極塗層中，可製備包括無機氧化物、黏合劑和溶劑之塗漿，且使用該塗漿可將該陰極塗料零件塗佈在陰極活性零件之表面上，從而形成陰極塗層。
溶劑可為N-甲基-2-吡咯啶酮，且沒有限制，只要該溶劑可溶解無機氧化物和黏合劑。
根據本申請案之一例示具體實例，該無機氧化物的含量以硫-碳複合物的總重量為基準計可為0.5重量%至10重量%。
[最佳模式]
在下文中，將參照本申請案之實例說明本申請案，但下列實例係提供用於說明本申請案，且本申請案的範圍不只限於該等實例。
<實例> <實例1>
藉由以30：70的重量比混合具有導電性之導電碳和硫並使混合物進行球磨法來製備碳和硫的複合物。關於陰極活性材料漿的總重量，製備陰極活性材料漿以使其具有70.0g的包括複合物之陰極活性材料、20.0g的超級-P作為導電材料、10.0g的聚偏二氟乙烯作為黏合劑、和500 g的N-甲基-2-吡咯啶酮作為溶劑之組成，且然後將漿塗佈在鋁集電器上以製備陰極活性零件。
關於塗漿的總重量，製備塗漿以使其具有80.0g的具有大小為50nm之Al2O3作為無機氧化物、10.0g的聚偏二氟乙烯作為黏合劑、和500g的N-甲基-2-吡咯啶酮作為溶劑之組成，且然後將該塗漿塗佈在陰極活性零件之表面上以形陰極塗層，從而製備陰極。
在此情況下，在陰極中Al2O3的含量以陰極之總重量為基準計為1重量%，和陰極塗層的厚度為0.5μm。
使用具有厚度約150μm的鋰箔作為陽極連同陰極，將LiN(CF3SO2)2以1M的濃度溶解於其中的二甲氧基乙烷和二氧戊環以5：4的體積比混合作為電解質以製備電解質，使用具有厚度16μm之聚烯烴作為隔板，從而製備鋰-硫電池。
<實例2>
以如實例1中相同之方式製備鋰-硫電池，除了將在實例1中之陰極中Al2O3的含量以陰極之總重量為基準計調整至5重量%，和陰極塗層的厚度調整至2.5μm之外。
<實例3>
以如實例1中相同之方式製備鋰-硫電池，除了將在實例1中之陰極中Al2O3的含量以陰極之總重量為基準計調整至10重量%，和陰極塗層的厚度調整至5μm之外。
<比較例1>
以如實例1中相同之方式製備鋰-硫電池，除了省略在實例1中包括Al2O3作為無機氧化物之陰極塗層零件的塗佈之外。
<實驗例1>
關於實例1至3和比較例1中所製備之鋰-硫電池，使用充電和放電測定裝置測試充電和放電特性的改變。對於所得電池，電容維持率(%)係藉由重複100次充電和放電(各於0.1C/0.1C之充電/放電和0.5C/0.5C之充電/放電)，於當到達100次循環時的時間，相較於初始電容進行測定，且其結果顥示於下表1中。
如結果中所示，根據本申請案，包括無機氧化物之外塗層可提供於包括硫-碳複合物之陰極活性零件的表面之至少一部分上以抑制一種其中無機氧化物結合至在放電期間所產生之多硫化鋰及多硫化鋰洩漏到電解質中之現象，從而提高鋰-硫電池的循環特性。

Claims (19)

  1. 一種鋰-硫電池之陰極，其包含：陰極活性零件，其包含硫-碳複合物；及陰極塗層，其提供在該陰極活性零件表面的至少一部分上且包括無機氧化物，其中陰極塗層之無機氧化物的含量以陰極活性零件之硫-碳複合物的總重量為基準計為0.5至10重量%。
  2. 如申請專利範圍第1項之鋰-硫電池之陰極，其中該無機氧化物為親水性無機氧化物。
  3. 如申請專利範圍第2項之鋰-硫電池之陰極，其中該親水性無機氧化物包含選自由下列所組成群組中之一或多者：SrTiO3、SnO2、CeO2、MgO、NiO、CaO、ZnO、ZrO2、Y2O3、Al2O3、TiO2、SiC、BaTiO3、HfO2、Pb(Zr,Ti)O3(PZT)、Pb1-xLaxZr1-yTiyO3(PLZT、0x1、0y1)和PB(Mg3Nb2/3)O3-PbTiO3(PMN-PT)。
  4. 如申請專利範圍第1項之鋰-硫電池之陰極，其中該無機氧化物為具有鋰離子傳輸能力之無機氧化物。
  5. 如申請專利範圍第4項之鋰-硫電池之陰極，其中該具有鋰離子傳輸能力之無機氧化物包含選自由下列所組成群組中之一或多者：磷酸鋰(Li3PO4)、磷酸鈦鋰(LixTiy(PO4)3，0<x<2，0<y<1，0<z<3)、磷酸鈦鋁鋰(LixAlyTiz(PO4)3，0<x<2，0<y<1，0<z<3)、(LiAlTiP)xOy-基玻璃(0<x<4，0<y<13)、鈦酸鑭鋰(LixLayTiO3，0<x<2，0<y<3)、硫代磷酸鍺鋰(LixGeyPzSw，0<x<4，0<y<1，0<z<1， 0<w<5)、氮化鋰(LixNy，0<x<4，0<y<2)、SiS2(LixSiySz，0<x<3，0<y<2，0<z<4)-基玻璃和P2S5(LixPySz，0<x<3，0<y<3，0<z<7)-基玻璃。
  6. 如申請專利範圍第1項之鋰-硫電池之陰極，其中該陰極活性零件具有20至100μm的厚度。
  7. 如申請專利範圍第1項之鋰-硫電池之陰極，其中該陰極塗層具有0.01至20μm的厚度。
  8. 如申請專利範圍第1項之鋰-硫電池之陰極，其中該陰極塗層包含具有0.5至10μm之平均直徑的孔，和陰極塗層之孔隙度以鋰-硫電池之陰極的總體積為基準計為20至70%。
  9. 如申請專利範圍第1項之鋰-硫電池之陰極，其中該陰極塗層係提供於陰極活性零件的整個表面上。
  10. 如申請專利範圍第1項之鋰-硫電池之陰極，其中該硫-碳複合物係藉由將硫粒子施用在多孔碳上而形成。
  11. 如申請專利範圍第1項之鋰-硫電池之陰極，其中該硫-碳複合物係藉由將硫粒子溶解且混合硫粒子與碳而形成。
  12. 如申請專利範圍第1項之鋰-硫電池之陰極，其中該陰極活性零件進一步包含一或多種選自過渡金屬元素、第IIIA族元素、第IVA族元素、這些元素的硫化合物、和這些元素和硫的合金之添加劑。
  13. 一種鋰-硫電池，其包含：陽極，其包含鋰金屬或鋰合金作為陽極活性材料； 如申請專利範圍第1至12項中任一項之鋰-硫電池之陰極；位於該陰極和該陽極之間的隔板；及浸在該陽極、該陰極和該隔板中且包含鋰鹽和有機溶劑的電解質。
  14. 如申請專利範圍第13項之鋰-硫電池，其中鋰鹽包含選自由下列所組成群組中之一或多者：LiSCN、LiBr、LiI、LiPF6、LiBF4、LiSO3CF3、LiClO4、LiSO3CH3、LiB(Ph)4、LiC(SO2CF3)3和LiN(SO2CF3)2。
  15. 如申請專利範圍第13項之鋰-硫電池，其中鋰合金為鋰和選自由下列所組成群組之金屬的合金：Na、K、Rb、Cs、Fr、Be、Mg、Ca、Sr、Ba、Ra、Al和Sn。
  16. 如申請專利範圍第13項之鋰-硫電池，其中有機溶劑為單一溶劑或二或多種溶劑的混合有機溶劑。
  17. 一種電池模組，其包含如申請專利範圍第13項之鋰-硫電池作為單元電池。
  18. 一種製備鋰-硫電池之方法，該方法包含：形成包含硫-碳複合物之陰極活性零件；及在該陰極活性零件表面的至少一部分上形成包含無機氧化物之陰極塗層，其中陰極塗層之無機氧化物的含量以陰極活性零件之硫-碳複合物的總重量為基準計為0.5至10重量%。
  19. 如申請專利範圍第18項之方法，其中該塗層之形成使用浸塗、模塗佈、逗點塗佈(Comma Coating)、凹版 塗佈或棒塗佈之方法。
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