锂-硫电池组用复合材料的利记博彩app_2

文档序号:8227683阅读:来源:国知局
W通过电纺丝方 法和随后锻烧生产,如W0 2010/122049或W0 2011/054701所述。
[0035] 在本发明的一个实施方案中,本发明硫-碳复合材料的特征是导电添加剂的颗粒 选自碳纤维,选自氧化钢锡、A1惨杂氧化锋、Ga惨杂氧化锋、In惨杂氧化锋、F惨杂氧化锡、 訊惨杂氧化锡的透明金属氧化物的纤维,选自WC、MoC和TiC的金属碳化物的纤维W及选 自铅和钢的金属纤维。
[0036] 导电添加剂的颗粒基于碳复合材料(A)的总重量的重量比例可W在宽范围内变 化。导电添加剂的颗粒基于碳复合材料(A)的总重量的重量比例优选为0. 1-60重量%,更 优选1-40重量%,尤其是5-25重量%。
[0037] 在本发明的一个实施方案中,本发明硫-碳复合材料的特征是导电添加剂的颗粒 基于碳复合材料(A)的总重量的重量比例为0. 1-60重量%。
[003引在优选实施方案中,碳化产物(a)和导电添加剂的颗粒(aa)在碳复合材料(A)中 的重量比例之和为至少80重量%,更优选至少90重量%,尤其是至少95重量%至最大接 近100重量%。该重量比例可W考虑起始组分的化学组成借助元素分析测定。
[0039] 在另一实施方案中,碳复合材料(A)包含碳化产物(a),后者为多糖,尤其是淀粉 的碳化产物,该碳化产物惨有至少一种导电添加剂的颗粒(aa),该添加剂包括平均直径 70-200nm且长宽比为至少10的碳纤维,并且碳化产物(a)和用作颗粒(aa)的碳纤维的重 量比例之和更优选为95-100重量%。
[0040] 碳复合材料(A)的碳含量为优选大于80重量%,更优选大于90重量%,尤其大于 95重量%至最大接近100重量%,基于通过元素分析测定的碳复合材料(A)的质量。
[0041] 本发明硫-碳复合材料包含作为组分炬)的元素硫并且元素硫本身是已知的。
[0042] 碳复合材料(A)中的硫优选细碎且均匀分布。硫的平均粒度为0. 1-50 ym,优选 0. 1-25 y m,更优选0. 1-10 y m。硫在硫-碳复合材料中的平均粒度可W借助扫描电子显微 照片测定。
[0043] 基于碳复合材料(A)和硫做的重量比例之和,硫的重量比例可W在宽范围内变 化。基于碳复合材料和硫的总重量,硫的重量比例通过元素分析测定为10-95重量%,更优 选30-90重量%,尤其是50-85重量%。
[0044] 在本发明的一个实施方案中,本发明硫-碳复合材料的特征是基于碳复合材料和 硫的重量比例之和,硫的重量比例为10-95重量%。
[0045] 碳复合材料(A)或本发明硫-碳复合材料可W取决于相应生产方法W不同形式得 至IJ。取决于所用反应器的尺寸,原则上可W生产空间尺寸为0. 001-lm的成型体,即体积为 l(T9-lm3的成型体。然而,借助已知的粉碎技术如压碎、磨碎或研磨,可W生产平均粒径为 lOOnm-1000 y m,优选100-10 y m,更优选0. 1-10 y m的碳复合材料(A)或本发明硫-碳复合 材料的颗粒。该类由颗粒状颗粒构成的细碎粉末在本发明上下文中是特别优选的。
[0046] 在本发明的一个实施方案中,本发明硫-碳复合材料的特征是该硫-碳复合材料 呈颗粒状形式。
[0047] 上述本发明硫-碳复合材料可不同方式生产。生产本发明硫-碳复合材料 的方法优选包括如下工艺步骤,其中将包含至少一种含碳原料和至少一种导电添加剂的颗 粒一所述颗粒具有的长宽比为至少10-的混合物相互混合,优选均匀混合。为了确保该一 点,生产碳复合材料(A)的原料优选呈粉末形式,它们通常可W没有任何问题地混合。否 贝1J,取决于原料的形状和物理性能,例如还可W在混合机(也成为惨混机)、磨机或挤出机 中进行混合。该混合步骤可W在加入或不加入优选在随后的碳化步骤中没有任何问题地除 去的合适液体下进行。
[0048] 在另一工艺步骤中,通过碳化将包含含碳原料和导电添加剂的颗粒的混合物转化 成碳复合材料(A),该含碳原料产生碳化产物。
[0049] 在另一工艺步骤中,将碳复合材料可能的话在粉碎步骤之后与元素硫混合。优选 生产碳复合材料与硫,优选硫粉的均匀混合物。
[0050] 本发明进一步提供了一种生产硫-碳复合材料的方法,该复合材料包含:
[0051] (A)至少一种碳复合材料,包含:
[0052] (a)至少一种含碳原料的碳化产物,该碳化产物惨有:
[005引 (aa)至少一种导电添加剂的颗粒,该颗粒具有的长宽比为至少10, W及
[0054] 做元素硫,
[00巧]该方法至少包括下列工艺步骤:
[0056] (i)生产包含至少一种含碳原料和至少一种导电添加剂的颗粒的混合物,该颗粒 具有的长宽比为至少10,
[0057] (ii)将该含碳原料碳化而形成包含导电添加剂的颗粒的碳化产物,得到碳复合材 料,W及
[0058] (iii)生产在步骤(ii)中得到的碳复合材料和元素硫的混合物。
[0059] 在本发明方法中含碳原料、颗粒(aa)、碳化产物(a)、碳复合材料(A)和元素硫炬) 的说明和优选实施方案对应于本发明硫-碳复合材料的该些组分的上述说明。
[0060] 在如上所述的工艺步骤(i)中,优选通过已知混合方法在加入或不加入可W在碳 化步骤中热解或完全除去的其他助剂,例如水下提供碳复合材料(A)用起始组分的均匀混 合物。
[0061] 在工艺步骤(ii)中,通过碳化包含含碳原料和导电添加剂的颗粒的混合物而生 产碳复合材料(A),其中该含碳原料转化成碳化产物(a)。实际碳化步骤(ii)之前可W进 行一个或多个在低于20(TC的温度下热处理原料混合物的步骤,该例如可W是在润湿的淀 粉情况下的胶结步骤或除去一种或多种溶剂,例如水的干燥步骤。
[0062] 术语"使……碳化"和"碳化"在本说明书上下文中同义使用。
[0063] 碳化通常在 200-200(TC,优选 300-160(TC,更优选 400-110(TC,尤其是 500-90(TC 的温度下进行。
[0064] 在本发明的一个实施方案中,本发明生产硫-碳复合材料的方法的特征是在工艺 步骤(ii)中,碳化在至少50(TC,尤其是550-70(TC下进行。
[0065] 碳化的持续时间可W在宽范围内变化且取决于包括碳化进行的温度在内的因素。 碳化的持续时间可W为0. 5-50小时,优选1-24小时,尤其是2-12小时。
[0066] 包含该含碳原料和颗粒(aa)的混合物的碳化原则上可W在一个或多个步骤,例 如一个或两个步骤中进行。原则上碳化步骤可W在氧化剂如氧气存在或不存在下进行,只 要该氧化剂不完全氧化存在于该含碳原料中的碳。为了非常显著抑制存在于该含碳原料中 的碳的氧化,已经发现有利的是在基本或完全排除氧气下,优选在惰性气体存在下进行碳 化。
[0067] 包含该含碳原料和颗粒(aa)的混合物的碳化原则上可W在减压下,例如在真空 下,在标准压力下或在升高的压力下,例如在加压高压蓋中进行。碳化通常在0. 01-100己, 优选0. 1-10己,尤其是0.5-5己或0.7-2己的压力下进行。碳化可W在密闭体系中或在开 放体系中进行,其中形成的挥发性成分在气流、惰性气体或还原性气体中除去。
[0068] 在工艺步骤(iii)中生产在步骤(ii)中得到的碳复合材料(A)和元素硫炬)的混 合物。如上所述,对该目的而言优选生产碳复合材料(A)与硫的均匀混合物。为此将组分 (A)和炬)相互分开地或者直接一起地粉碎而得到粉末。为了由组分(A)和炬)的混合物 得到硫-
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