[发明专利]电极材料、制造电极材料的方法以及二次电池

说明书

技术领域

本公开主要涉及电极材料、制造电极材料的方法以及二次电池。

背景技术

一种锂-硫二次电池已经被开发出来，其中硫单质被用作正极活性材料以及锂(Li)被用作负极活性材料。锂和硫的理论容量密度分别是大约3862mAh/g和大约1672mAh/g，被认为能够获得具有非常高能量密度的二次电池。但是，事实上：

(1)作为正极活性材料的硫的利用率很低，以及

(2)充放电循环特性差，这些是可能被提及的锂-硫二次电池还没有在现阶段商用化的原因。作为锂-硫二次电池特性的非常大的理论容量密度还没有被完全利用。

至于上面描述的第(1)项的原因，考虑是以下原因。即，在放电时，锂离子与S₈硫在正极反应，从而生成硫化物Li₂S_x。随着该反应的进行，x的值从8变为4、2和1。当x的值是8、4和2时，Li₂S_x中产生溶解在电解液中的部。接着，反应继续进行，当溶解的硫化物变成Li₂S(就是说，x＝1)，此硫化物不能溶解于电解液并析出，从而损坏电极。因此，在目前，硫化物可以被放电直到趋近x＝2(理论容量密度：836mAh/g)。

至于上述的第(2)项，认为原因是硫(例如，S₈硫)是具有电阻值为10^-30ohm/cm的绝缘材料以及多硫化物被洗脱在电解液中。此外，还有一个问题是在充电时，由于氧化还原往复反应(redox shuttle reaction)，没有达到截止电压并导致过充电状态，在所述氧化还原往复反应中，被洗脱在电解液中的多硫化物在负极被还原，以生成具有更短硫链的多硫化物以及产生的多硫化物被移动到正极，从而被再次氧化。

引用文献列表

专利文献

PTL1：日本未经审查的专利申请公开No.2010-257689

非专利文献

NPL 1：L.Nazar et al.，Nature Materials，8，500，2009

NPL 2：M.Watanabe et al.，Chem.Commun.，47，8157-8159(2011)

发明内容

技术问题

作为一种解决上述问题的方法，可以列举硫被插入到多孔碳材料的方法。因此，导电物质被允许存在于硫成分的附近，以及电子可以很容易移动。同时，硫可以被保持在多孔碳材料的空隙中，此外，硫和锂离子在所述空隙中反应，从而可以防止所生成的硫化物从所述空隙流出到外面。一般来说，科琴黑(Ketjenblack)、炭黑以及乙炔黑被用作多孔碳材料，科琴黑是具有包括石墨烯层的中空结构的纳米碳材料(例如参照PTL1)。至于其他的多孔材料，在现有技术中提出了硫被保持在棒状纳米碳的空隙中的体系(参照NPL1)以及硫被保持在反蛋白石碳(inverse opal carbon)中的系统(参照NPL2)。然而，建议的兼具导电性和最佳空隙(大小和体积)的多孔碳材料的数量很少，仅有很少的讨论是关于最佳空隙。

期望提供可以改善活性材料的利用率并且用于获得具有优异特性的二次电池的电极材料、用于制造所述电极材料的方法以及使用这类电极材料的二次电池。

问题的解决方案

根据本公开的第一实施方式的用于二次电池的电极材料由多孔碳材料制成，所述多孔碳材料表现出基于X射线衍射法的关于衍射角2θ为4度或更小的(100)面或(101)面的衍射强度峰的半宽度。在一个实施方式中，(100)面和(101)面的衍射强度峰重叠并且对于分离是不同的。因此，(100)面的衍射强度峰和(101)面的衍射强度峰如上所述地统一表述。这同样适用于下面的说明。

根据本公开的第二实施方式的用于二次电池的电极材料由多孔碳材料制成，其中当对以质量比为1：2混合的多孔碳材料和S₈硫的混合物进行热分析时获得的、温度用作参数的质量的微分值的绝对值(-dW/dt的绝对值)在450摄氏度呈现大于0的值以及在400摄氏度呈现1.9或更大的值。

根据本公开的第一实施方式的二次电池包括由多孔碳材料制成的电极，所述多孔碳材料表现出基于X射线衍射法的关于衍射角2θ的4度或更小的(100)面或(101)面的衍射强度峰的半宽度。