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TW201203676A - Composite materials, production thereof and use thereof in electrical cells - Google Patents

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TW201203676A
TW201203676A TW100118737A TW100118737A TW201203676A TW 201203676 A TW201203676 A TW 201203676A TW 100118737 A TW100118737 A TW 100118737A TW 100118737 A TW100118737 A TW 100118737A TW 201203676 A TW201203676 A TW 201203676A
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carbon
composite
sulfur
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polyacrylonitrile
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TW100118737A
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English (en)
Inventor
Nicole Janssen
Original Assignee
Basf Se
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Description

201203676 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種複合材料，其包含以下各物之反應產 物： (A) 至少一種有機聚合物， (B) 硫，及 (C) 呈多晶型之碳，其包含至少60%邛2混成碳原子， 且另外包含粒子或晶臂，該等粒子或晶鳴包含經硫（B)填 充之碳（C) » 本發明進一步關於一種製備本發明複合材料之方法。本 發明進一步關於本發明複合材料之用途。 本專利申請案主張2010年5月28曰申請之申請中之美國 臨時專利申請案第61/349,218號的權利，該案以引用的方 式全部併入本文中。 【先前技術】 二次電池組或可再充電電池組僅為可藉以在產生電能後 儲存電能及在需要時使用（消耗）電能之某些實施例。由於 好得多的功率密度，研發方向最近自水基二次電池組轉移 至由裡離子完成電荷輸送之電池組。 然而，具有碳陽極及基於金屬氧化物之陰極之習知鋰離 子电池組的能量密度很有限。鋰_硫電池已打開新視野。 在鋰·硫電池中，硫陰極中之硫經由聚硫化物離子還原為 s2_ ’其在電池充電時被再氧化。 然而，問題為例如LizS4及Li2S6i聚硫化物之可溶性， 156465.doc 201203676 該等聚硫化物在溶劑令可溶且可遷移至陽極。結果可包 括：電容損失，及電絕緣材料沈積於電極之硫粒子上。自 陰極遷移至陽極可最終導致所影響電池之放電及電池組中 之電池失效（cell death)。此非吾人所樂見之聚硫化物離子 遷移亦稱為「穿梭」，該術語亦在本發明之上下文中使 用。 存在很多旨在遏止此穿梭之嘗試。例如，J. Wang等人 建議將硫與聚丙稀腈之反應產物添加至陰極；ji/v. 厂 MWer. 2003，以，487及其後。此藉由自聚丙烯腈消除氫同 時形成硫化氫而產生產物。 另外建議使用例如CuS、FeS2或2,5-二巯基-1，3,4-噻二唑 之硫化物代替硫。然而，此等電池之電容不令人滿意；參 見 ^(列如 P. Wang, J. Electrochem. Soc. 2002, A1171-1174, / 149及 J. Wang 等人，Power «Sowrces 2004，/38, 271 。 另外建議使用呈精細分散形式之硫；參見J. Wang等人， J. Power Sources 2004, ϋδ, 271。然而，在高電流密度 下，觀察到效率波動，作者們將其歸因於樹枝狀鋰結晶 (lithium dendrite)之沈積。由於此等效率波動導致内部短 路，所以其可為麻煩的。 另外建議混合硫與聚丙烯腈之反應產物及碳黑，且將其 壓至電極；J. Wang等人，Adv. Mater. 2002，14, 963及其 後。當此等電極與作為電解質之聚合物組合時，觀察到穿 梭機制之減少。然而，很多聚合物電解質之電導率較低。 【發明内容】 156465.doc 201203676 因此，本發明之一目標為提供一種陰極材料，其可簡單 製備且可避免先前技術中已知之缺陷。本發明之另一目標 為提供一種可製備相應陰極材料之方法。 因此，已發現在開頭所定義之材料。 本發明材料為複合材料，其在本發明之上下文十亦稱為 本發明複合材料。複合材料應理解為意謂不可人工分離且 具有與個敎份不同之特性的固體混合物㈣。本發明材 料尤其為微粒複合材料。 本發明複合材料包含以下各物之反應產物 ㈧至少—種有機聚合物，簡稱為聚合物⑷或有機聚 合物(A) ’本發明之上下文中之表達聚合物包含均 聚物及共聚物， (B)硫， (〇呈多晶型之碳，其包含至少6〇%邛2混成碳原子。 *聚合物㈧可選自任何有機聚合物及共聚物較佳選自 可錯由陰離子或自由基(共)聚合反應獲得之聚合物。 在另1體中，聚合物⑷可選自有機聚醋 脂族聚酯。 在本發明之一實施例令，聚合物⑷係選自可藉由陰離 宜登，化31或自由基（共）聚合反應獲得之（共）聚合物，尤 種：自聚乙缔、聚丙埽腈、聚丁二烯、聚苯乙婦及至少兩 種選自乙稀、丙嫌、# 之共聚單稀、（甲基）丙稀睛及&丁二稀 聚丙_外:適：亦為適合的。聚異戍二稀及 為適合的。聚丙烯腈尤其較佳，其在本發 156465,doc 201203676 月之上下文中亦稱為聚丙稀腈（A)。 本發明之上下文令，聚丙烯腈不僅應理解為意謂聚丙 β句聚物，亦應理解為意謂丙烯腈與丁二烯或苯乙 烯之共聚物。聚丙烯腈均聚物較佳。 在本發明之一實施例中，反應後存在至少部分呈式（I)環 匕產物形式之聚丙烯腈（Α)，亦即存在於本發明複合材 料中
在本發明之上下文中，聚乙烯應理解為不僅意謂均聚乙 烯，亦意謂包含至少50 m〇l%之呈共聚合形式之乙烯及多 達50 m〇l%之至少一種其他共聚單體之乙烯共聚物，該其 他共聚單體為例如α_烯烴，諸如丙烯、丁烯（1-丁烯）、 己烯、1-辛烯、1-癸烯、1_十二烯、^戊烯及異丁烯；芳 乙烯，例如苯乙烯；及（曱基）丙烯酸、乙酸乙烯酯、丙酸 乙焊醋、（甲基）丙烯酸之Cl_Cl〇烷基酯（尤其為丙歸酸曱 酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸乙酯、丙 烯酸正丁酯、丙烯酸2-乙基己酯、曱基丙烯酸正丁酯、曱 基丙烯酸2-乙基己酯）；及順丁烯二酸、順丁烯二酸酐及衣 康酸酐。聚乙烯可為HDPE或LDPE。 在本發明之上下文中’聚丙烯不僅應理解為意謂均聚丙 烯’亦應理解為意謂包含至少50 mol%之呈共聚合形式之 丙烯及多達50 mol%之至少一種其他共聚單體之丙蝉共聚 物’該其他共聚單體為例如乙稀及α-婦煙，諸如丁稀、1 156465.doc -6- 201203676 己稀、im-癸烯、十二埽及卜戊婦。聚丙稀較佳 為等規或基本上等規聚丙烯。 在本發明之上下文中’聚苯乙烯不僅應理解為意謂苯乙 烯之均聚物，亦應理解為意謂丙烯腈、1>3_丁二烯、（甲 基）丙烯酸、（甲基）丙烯酸之Cl_Cio烷基酯、二乙烯笨（尤其 為1，3-一乙烯苯）、ι，2-二苯乙烯及α_甲基苯乙烯之共聚 物。 另一較佳聚合物（Α)為聚 丁二埽。 在本發明之一實施例中，聚合物（Α)係選自彼等在反應 前平均分子量]\^在50 000 g/mol至5〇〇 〇〇〇 g/m〇i、較佳為 50 000 g/m〇l至250 000 g/mo丨範圍内之聚合物。 在本發明之一實施例中，聚丙烯腈（A)係選自彼等在反 應前平均分子量鰱*在10 〇〇〇 g/mol至500 〇〇〇 g/m〇i範圍内 之聚丙烯腈》 聚合物（A)可為交聯或未交聯（共）聚合物。 硫（B)本身為已知的，且在本發明之上下文中亦可簡稱 為硫。 包含至少60% sp2-混成碳原子、較佳至少75%邛2_混成 碳原子之呈多晶型之碳本身為已知，其在本發明之上下文 中亦簡稱為碳（C)。舉例而言，碳（〇可為石墨。 /〇中之數字係基於在化學反應條件下併入本發明複合材 料令之所有碳（C)，包括任何雜質，且表示重量百分比。 在本發明之一實施例中，碳（c)為碳黑。碳黑可例如選 自燈蚊黑（lamp black)、爐法碳黑（furnace black)、火焰碳 156465.doc 201203676 黑（flame black)、熱裂碳黑（thermal black)、乙炔破黑 (acetylene black)及工業碳黑（industrial black)。碳黑可包 含雜質，例如烴（尤其為芳族烴）或含氧化合物或含氧基團 (例如OH基團）。此外，碳黑中可能存在含硫或含鐵雜質。 在一變體中，碳（C)為部分氧化之碳黑。 在本發明之一實施例中，碳（C)包含碳奈米管。碳奈米 管（簡稱為CNT)，例如單層壁碳奈米管（SW CNT)及較佳多 層壁碳奈米管（MW CNT)，本身為已知的。其製備方法及 某些特性由例如A. Jess等人描述於C/zew/e Technik 2006, 78, 94 - 100 t 。 在本發明之一實施例中，礙奈米管之直徑在0.4 nm至5 0 nm、較佳為1 nm至25 nm之範圍内。 在本發明之一實施例中，碳奈米管之長度在1 〇 nm至1 mm、較佳為1 00 nm至500 nm之範圍内。 碳奈米管可藉由本身已知之方法來製備。例如，可在一 或多種還原劑（例如氫氣及/或例如氮氣之另一氣體）存在下 分解揮發性碳化合物（例如甲烷或一氧化碳、乙炔或乙烯） 或揮發性碳化合物之混合物（例如合成氣）。另一適合氣體 混合物為一氧化碳與乙烯之混合物。分解之適合溫度為例 如在400°C至l〇〇〇°C、較佳為500°C至800°C之範圍内。分 解之適合壓力條件為例如在標準壓力至1 00巴、較佳為標 準壓力至10巴之範圍内。 單層壁或多層壁碳奈米管可藉由例如在光弧中，尤其在 分解催化劑存在或不存在下分解含碳化合物來獲得。
156465.doc S 201203676 在一實施例中，揮發性含碳化合物或含碳化合物在例如 Fe、Co或較佳為Ni之分解催化劑存在下分解。 上述起始材料中之至少兩者在製備本發明複合材料過程 中相互化學反應’較佳為聚合物⑷與硫。在此情況下， 聚合物⑷與硫不厂定相互形成共價鍵。例如，可能硫僅 作為氧化劑且以HaS之形式自反應混合物中移除。 在本發明之—實施例中，聚合物⑷與硫⑻在本發明複 合材料形成過程中形成共價鍵β 本發明複合㈣進-步包含粒子或晶_，料粒子或日曰 缚包含由硫(Β)填充之碳（〇。在本發明之一實施例中，硫 以分子形式分散於該等粒子或晶疇中之碳(c)中，例如呈 s8環形式或呈線性硫分子形式，例如線性S8分子。 此等粒子或晶嘴可例如藉由電子探針微量分析來終 在本發明之—實施例中，此等粒子或晶鳴中之碳⑹之 孔隙至少部分由硫（B)填充。 為：直…— 發 子 等粒子可自本發明複合材料機械移除。晶峰不可自本 明複合材料機械移除。在顯微鏡下容易辨認晶轉與粒 在本發明之一實施例中 1.15、較佳為1:1 5至1:1 〇範 (B) 〇 ，此等粒子或晶疇以在2:1至 圍内之重量比包含碳（C)及硫 上描述之粒子或晶倾佳對人眼呈現黑色 156465.d〇c 201203676 在本發明之一實施例中，以上描述之粒子或晶疇構成不 超過5重量％之聚合物（A)或不超過5重量。/❶之以上描述之反 應產物。在本發明之一特定實施例中，聚合物（A)或以上 爲述之反應產物均不可在以上描述之粒子或晶_中偵測 到。 本發明複合材料可進一步包含構成顯著比例（例如達到 至少10重量％之程度）之以上描述之反應產物的粒子或晶 鳴。後一種粒子或晶疇之直徑可在5 μηι至75 μπι、較佳為 10 μιη至50 μπι之範圍内。其較佳小於前一種粒子或晶疇。 在本發明之一實施例中’本發明複合材料包含由元素分 析測定之在20重量％至80重量％、較佳為3〇重量％至7〇重 量％範圍内之硫。 在本發明之一貫施例中，本發明複合材料包含在〇」重 量0/°至30重量％、較佳為1重量％至20重量％範圍内之碳 (C)。僮管在元素分析評估中必須考慮到碳亦經由聚合物 (A)引入本發明複合材料中’但是同樣可例如藉由元素分 析測定此碳。 在本發明之一實施例中，本發明複合材料進一步包含至 少一種黏合劑（Dp黏合劑（D)主要用於本發明複合材料之 機械穩定。 在本發明之一實施例中，黏合劑（D)係選自有機（共）聚合 物。適合有機（共）聚合物之實例可為經_化的或無鹵素 的。實例為聚氧化乙烯（PE〇)、纖維素、羧曱基纖維素、 聚乙烯醇、聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯、聚丙烯腈-甲 156465.doc 201203676 基丙烯酸曱酯共聚物、苯乙烯-丁二烯共聚物、四氟乙烯_ 六氟丙烯共聚物、偏二氟乙烯-六氟丙烯共聚物（PVdF-HFP)、偏二氟乙烯-四氟乙烯共聚物、全氟烷基乙烯醚共 聚物、乙烯-四氟乙烯共聚物、偏二氟乙烯-氣三氟乙烯共 聚物、乙烯-氯氟乙烯共聚物、視情況至少經鹼性金屬鹽 或氨部分中和之乙烯-丙烯酸共聚物、視情況至少經鹼性 金屬鹽或氨部分乍和之乙烯-曱基丙烯酸共聚物、乙烯_(曱 基）丙烯酸酯共聚物、聚醯亞胺及聚異丁烯。 適合黏合劑尤其為聚乙烯醇及鹵化（共）聚合物，例如聚 氯乙烯或聚偏二氯乙烯，尤其為氟化（共）聚合物，諸如聚 氟乙烯及尤其聚偏二氟乙烯及聚四氟乙稀。 黏合劑（D)之平均分子量Mw可在寬範圍内選擇，適合實 例為 20 〇〇〇 g/m〇i至 1 〇〇〇 〇〇〇 g/m〇1。 在本發明之一實施例中， 本發明複合材料包含在〇.丨重
0/〇至8重量％範圍内之黏合劑。
若需要使用微溶聚合物作為黏合劑（D) 烯或四氟乙烯-六氟丙烯共聚物， 例如聚四氟乙 則‘備所討論之黏合劑 156465.doc •11· 201203676 (D)之粒子與陰極之其他組份之懸浮液，且在熱條件下壓 縮。 在本發明之一實施例中，本發明複合材料另外包含碳， 該碳在非反應條件下併入複合材料中。此額外碳可選自與 碳（C)相同之材料。其在各情況下可與碳相同或不同； 例如，碳（C)與所選擇之額外碳可為兩種不同之碳黑或石 墨° 在本發明之一實施例中，本發明複合材料另外包含未與 有機聚合物（A)或聚丙烯腈（A)及硫（B)反應之碳黑。 在本發明之一實施例中，本發明複合材料包含在重 至10重量％範圍内之額外碳，較佳為額外碳黑。 本發明複合材料特別適合作為電極或用於製備電極，尤 其適合用於製備含鋰電池組之電極。本發明提供本發明複 合材料作為電池之電極或用於製備電池之電極之用途。本 發明進-步提供包含至少—個由或使用至少—種本發明複 合材料製備之電極的電池。 在本發明之-實施例中，所述電極為陰極，其亦可稱』 硫陰極或S陰極。在本發明之上下文中，稱為陰極之電名 為放電（運作）時具有還原作用之電極。 在本發明之-實施例中，加工本發明複合材料以獲得喝 極，例如呈由電池組製造商加工之連續帶 由本發明複合材料製備之電極可例如具有在20 _至训 μη-較佳為40叫至20〇 _範圍内之厚度。其可例如 棒狀組態，或以圓形、橢圓形或方柱形組態，或以立；形 I56465.doc
12 S 201203676 組態，或組態為平面電極。 在本發明之一實施例中，除包含本發明複合材料外，本 發明電池亦包含至少一個包含金屬鋅、金屬鈉或較佳為金 屬鋰之電極。 在本發明之一實施例中，除包含本發明複合材料及另一 電極外，本發明電池亦包含至少一種在室溫下可為液體或 固體的非水溶劑，其較佳選自聚合物、環醚或非環醚、環 狀及非％狀縮憋、環狀或非環狀有機碳酸酯及離子液體。 適合聚合物之實例尤其為聚伸烷基二醇，較佳為聚 伸烷基二醇且尤其為聚乙二醇。此等聚乙二醇可包含多達 20 m〇1%之一或多種呈共聚合形式之Ci-C4伸烧基二醇。聚 伸炫基二醇較佳為由甲基或乙基雙封端之聚伸烧基二醇。 、適合聚伸院基二醇且尤其適合聚乙二醇之分子量Mw可 為至少400 g/mol。 一適合聚伸烷基二醇且尤其適合聚乙二醇之分子量1可 高達5 _ _ g/m。卜較佳高達2 _ _咖〇卜 1,2- 適合非環趟之實例為例如二異丙鱗、二正丁輕 甲氧乙烷、1，2_二乙惫Γ0 乳乙烷’ 1，2-二甲氧乙烷較佳 適合環越之實例為四氫吱喃及^二嚼烧。 乙氧曱 適合非環狀縮盤之實例為例如二甲氧甲燒、二 烷、二甲氧乙烷及U_二乙氧乙烷。 適合環狀縮醛之實例為】1 環戊燒。 貫尤其為二氧錦 適合非環狀有機碳酸醋之實例為碳酸二甲醋、碳酸乙 156465.doc •13- 201203676 甲酯及碳酸二乙酯。 適合環狀有機碳酸酯之實例為通式（11)及（ΠΙ)之化合物 又 〇
0
(II) R1
其中R1、R2及R3可相同或不同，且係選自氫及（^-(^燒 基，例如甲基、乙基、正丙基、異丙基、正丁基、異丁 基、第二丁基及第三丁基’其中R2及R3較佳不均為第三丁 基。 在尤其較佳實施例中，R1為曱基且R2及R3各為氫，或 R1、R2及R3各為氩。 另一較佳環狀有機碳酸酯為式（IV)之碳酸伸乙稀酉旨 X. Ο 0 (IV) 溶劑較佳在所知之無水狀態下使用，亦即水含量在1 ppm至0.1重量％之範圍内’其可例如藉由卡耳費雪滴定 (Karl Fischer titration)來確定。 在本發明之一實施例中，本發明電化電池包含一或多種 導電鹽，鋰鹽較佳。適合鋰鹽之實例為UpF6、UBF4、 156465.doc 201203676
LiC104、LiAsF6、LiCF3S03、LiC(CnF2n+1S02)3、醯亞胺鋰 (諸如LiN(CnF2n+1S02)2 ’其中n為在1至20範圍内之整數）、
LiN(S02F)2、Li2SiF6、LiSbF6、LiAlCl4及通式（CnF2n+1S02)mXLi 之鹽，其中m定義如下： 當X選自氧及硫時m= 1， 當X選自氮及峨時m=2，且 當X選自碳及發時m=3。 較佳導電鹽係選自 LiC(CF3S02)3、LiN(CF3SOj2、 LiPF6、LiBF4、LiC104，UPF6及UN(CF3S02)2尤其較佳。 在本發明之一實施例中，本發明電化電池包含一或多種 機械分離電極之隔板。適合隔板為聚合物薄膜，尤其為多 孔聚合物薄膜，其對金屬鋰及硫化鋰及聚硫化鋰無反應 性。隔板之尤其適合材料為聚烯烴，尤其為呈薄膜形式之 多孔聚乙烯及呈薄膜形式之多孔聚丙烯。 由聚稀煙製造、尤其由聚乙婦或聚丙稀製造之隔板之孔 隙率可在35%至45。/◦範圍内。適合孔隙直徑為例如在3〇 nm 至500 nm範圍内。 在本發明之另一實施例中，所選擇之隔板可為由經無機 粒子填充之PET非編織物製造之隔板。此等隔板之孔隙率 可在40%至55%之範圍内《適合孔隙直徑為例如在8〇 nm至 750 nm範圍内。 本發明電池由於電容尤其高、即使在重複充電後仍保持 高效能及電池失效顯著延遲而值得關注。穿梭可非常有效 地得到抑制。本發明電池非常適合用於汽車、飛機、船舶 156465.doc •15· 201203676 201203676 。此等用途形成本發明 或固定能量儲存中 分。 之標的之另一部 本發明進-步徒供-種製備本發明複合材料之方法該 方法在本發明之上下文中亦稱為本發明之製備方法。為= 施本發明之製備方法，程序為例如 (A) 至少一種有機聚合物， (B) 硫’及 (C) 呈多晶型之碳’其包含至少嶋sp2混成碳原子， 在15(TC至400t：、較佳為2〇〇u35(rc範圍内之溫度下相 互反應。 以上所 在此方法中，有機聚合物（A)、硫（B)及碳（c)各如 定義。 有機聚合物⑷較佳選自聚乙烯、$丙烯、聚丙烯腈、 聚丁二烯、聚苯乙烯及至少兩種選自乙烯、丙烯、苯乙 烯、丙婦腈及i，3-丁二烯（最佳選自丙烯腈）之共聚單體之 共聚物。 本發明之製備方法可在例如甲苯或乙醇之溶劑存在下實 把然而，在無溶劑下實施本發明之製備方法較佳。 在本發明之一實施例中，本發明之製備方法在周圍壓 力’亦即在標準壓力下實施。 在本發明之另一實施例中，本發明之製備方法在升壓 下’例如在1.1巴至1〇〇巴下實施。 在本發明之另一實施例中，本發明之製備方法在自生壓 貫知*為此目的’可没立任何壓力，例如10巴或標準
156465.doc -16· S 201203676 壓力，且反應在例如高壓蒼之壓力容器中進行。形成之氣 態*彳產物（尤其為Ηβ)可在反應中增加壓力，例如增加至 高達1〇〇巴或更高之壓力。若需要在自生壓力下實施本發 明之製備方法，則可使用壓力量測來監測反應。 在本發明之-實施例中，本發明之製備方法可實施分 鐘至100小時範圍内之期間，2小時至24小時較佳。 反應、.口束後，較佳釋放所獲得之本發明複合材料中之 叫’例如將其脫氣。脫氣可例如藉由抽氣或藉由以惰性 氣體(例如以氮氣或以諸如氬氣之稀有氣體)吹拂而完成。 獲得本發明複合材料，通常呈粉末形式。 本發明進-步提供-種制至少_個本發明電池運作汽 車、飛機、船舶或固定能量儲存之方法。 本發明藉由實施例說明。 除非另有明確說明，否則％中之數字係關於重量百分 比0 【實施方式】 L 合成複合材料 工.1合成無碳比較複合材料C-CM.1 將25 g硫及20 g聚丙烯腈在研蛛中研磨，且袭入鳩w 高壓釜中。在自生壓力下加熱混合物至3〇〇t，且攪拌Η 小時（300 rpm)。在此過程令’壓力上升至此。隨後，所 形成之h2s經由Na0H«器排出’且經24小時之時間以氮 氣吹拂所得之比較複合材料C-CM]。獲得38 g深灰色至里 色硬粉末C-CM.1。 ” 156465.doc -17. 201203676 元素分析： C=35.4 g/100 g S=50.6 g/100 g N=12.4 g/100 g H=1.7 g/100 g。 Ι·2合成本發明複合材料cm.2 且授拌12小時（300 rpm)。 5隨後’所形成之H2S經由 生壓力下加熱混合物至2 8 0。〇， 在此過程中，壓力上升至43巴
Na〇H洗滌器排出 且經24小時之時間以氮氣吹拂所得之 本發明複合材料CM_2。獲得29.4g深灰色至黑色硬粉末 元素分析： C=43.5 g/100 g S=45.8 g/100 g N=7.5 g/100 g H=1.4 g/100 g。 使用ΕΡΜΑ(電子探針微量分析）來分析本發明複合材料 CM.2之樣品。藉由在20 kV下之EDXS來確定元素分佈 (EDXS :能量色散X射線光譜法）。樣品包含平均直徑在2〇 μηι至70 μπι範圍内之粒子，該等粒子由經硫填充之碳黑組 成。此外，本發明複合材料CM.2之樣品包含粒子，該等粒 子包含聚丙烯腈與硫及碳黑之反應產物，且該等粒子之平 均直徑在5 μιη至50 μπι範圍内。
156465.doc -18- S 201203676 π.製備本發明之電化電池 將1.05 g本發明複合材料cm.2 0.352 g超p®碳黑，平均粒子直徑：〇 〇4 μιη，bet表面 積：62 m2/g 〇·〇7 g石墨’平均粒子直徑：1.6 ，BET表面積：20 m2/g 作為黏合劑（D.1)之〇_i g聚乙烯醇，作為（^^〇1(©市售 混合到一起。將混合物分散於由65% H2〇、30%異丙醇 及5% 1-甲氧基_2_丙醇組成之溶劑混合物中，且攪拌由此 獲得之分散液1 〇小時。 此後’將分散液用到刀塗佈.至A1箔，且在減壓下在4(rc 下乾燥10小時。 對於製備比較陰極，除了本發明複合材料Cm.2由C-CM.1替代’程序為類似的。 III.測試本發明之電化電池 為表徵本發明複合材料CM.2之電化學特徵，根據圖1構 建電化電池。 陽極：Li箔’厚度為 50 μιη， 隔板：聚乙烯薄膜，厚度為15 μιη，多孔， 根據實例II之陰極， 電解質：8重量％之LiN(S〇2CF3)2、46重量％之1,3_二氧 雜環戊烧及46重量％之ι，2-二曱氧乙炫。 圖1中之註解意謂： 1，Γ模具 156465.doc -19· 201203676 2, 2’螺帽 3, 3'密封環-在各狀況中均有兩個，各狀況中較小之第 二密封環在此處未圖示。 4 螺旋彈簣 5 由鎳製造之輸出導體 6 外殼 電池充電及放電在1.8-2.5範圍内之電位下以4.19 mA之 電流進行。電池電容為41 ηιΑ·1ι。結果總結於表1中。 表1 :根據本發明之電化電池及不根據本發明之電化電池 之測試結果 實例 電容 電容 電容 第 1 循環[mA_h/gS] 第 5 循環[mA_h/gS] 第 200循環[mA-h/gS] 基於C-CM.1之陰極 530 360 - 基於CM.2之陰極 1000 900 550 【圖式簡單說明】 圖1顯示用於測試本發明複合材料之已拆卸之電化電池 的圖解構造。 【主要元件符號說明】 1, Γ 模具 2, 2' 螺帽 3,3' 密封環 4 螺旋彈簧 5 由鎳製造之輸出導體 6 外殼 156465.doc -20-

Claims (1)

  1. 201203676 七、申請專利範圍： 1. 一種複合材料’其包含以下各物之反應產物： (A) 至少一種有機聚合物， (B) 硫，及 (c)呈多晶型之碳，其包含至少6G%sp2混成碳原子， 卜^ 3粒子或晶臂’該等粒子或晶_包含經硫⑻填 充之碳（C)。 2·如明求項1之複合材料，其令有機聚合物⑷係選自聚乙 烯、、聚丙烯、聚丙烯腈、聚丁二烯、聚苯乙烯及至少兩 種選自乙烯、丙稀、苯乙烯、丙稀猜及Μ.丁二稀之共 聚單體之共聚物。 ^ 3.如明求項1或2之複合材料，其中有機聚合物係選自聚 丙婦猜。 4. 如睛求項3之複合材料，其令反應後存在至少部分呈式工 環化產物形式之聚丙烯腈（Α) 'N人人人丄N/ ⑴ 〇 5. 如請求項1或2之複合材料，其中碳（c)係選自碳黑。 6. 如請求項1或2之複合材料，其中聚丙烯腈在反應前之 平均分子量]^在50 000 g/mol至25〇 〇〇〇 g/m〇1範圍内。 7. 如請求項1或2之複合材料，其進一步包含黏合劑⑴）。 8·如請求項1或2之複合材料，其另外包含未與聚丙烯腈（A) 及硫反應之碳黑。 9_ 一種電池，其包含至少一個由或使用如請求項1至8中任 156465.doc 201203676 一項之複合材料製備之電極。 Η).如請求項9之電池，其進—步包含至少一個包 之電極。 11. 如請求項9或1〇之電池，其包含至少一種選自聚合物、 環醚或非環醚、非環狀或環狀縮醛及環狀或非環狀有 碳酸酯之非水溶劑。 12. —種製備複合材料之方法，其包含使： (Α)至少一種有機聚合物， (Β)硫’及 (c)王多晶型之碳，其包含至少6〇% sp2混成碳原子， 在150C至400°C範圍内之溫度下相互反應。 13. —種製備如請求項丨至8中任一項之複合材料之方法，其 包含使： (A) 至少一種有機聚合物， (B) 硫，及 (c)呈多晶型之碳，其包含至少6〇% sp2混成碳原子， 在150C至400C範圍内之溫度下相互反應。 14. 如請求項12或13之方法，其中有機聚合物（A)係選自聚乙 烯、聚丙烯、聚丙烯腈、聚丁二烯、聚苯乙烯及至少兩 種選自乙烯、丙烯、苯乙烯、丙烯腈及丨，3_丁二烯之共 聚單體之共聚物。 15·如明求項12或13之方法，其中有機聚合物係選自聚丙 烯腈。 16. —種如請求項9至11中任一項之電池之用途，用於汽 車、飛機、船舶或固定能量儲存中。 156465.doc
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