[发明专利]二氧化铈-碳-硫复合物、其制造方法以及包含所述二氧化铈-碳-硫复合物的正极和锂硫电池

说明书

本发明涉及二氧化铈‑碳‑硫(CeO₂‑C‑S)复合物、所述复合物的制造方法以及包含所述复合物的锂硫电池用正极和锂硫电池。所述二氧化铈‑碳‑硫(CeO₂‑C‑S)复合物包含：二氧化铈‑碳(CeO₂‑C)复合物，其中表面结合有二氧化铈(CeO₂)粒子的圆柱形碳材料缠结并且由此三维相互连接；和被引入到所述二氧化铈‑碳复合物的外表面和内部的至少一部分中的硫。

技术领域

本申请要求于2018年3月16日提交的韩国专利申请号10-2018-0030737的优先权和权益，该韩国专利申请的全部公开内容以引用的方式整体并入本文中。

本发明涉及一种二氧化铈-碳-硫复合物、其制造方法以及包含所述二氧化铈-碳-硫复合物的正极和锂硫电池。

背景技术

近年来，随着电子产品、电子装置、通信装置等的小型化和轻量化的迅速发展以及与环境问题相关而引起的对电动车辆的需求大大增加，对用作这些产品的电源的二次电池的性能改善的需求也日益增长。其中，锂二次电池由于其高能量密度和高标准电极电位而作为高性能电池受到了相当大的关注。

锂硫(Li-S)电池为使用具有硫-硫键(S-S键)的硫类材料作为正极活性材料并且使用锂金属作为负极活性材料的二次电池。锂硫电池具有以下优势，即作为正极活性材料的主要材料的硫具有非常丰富的资源、无毒并且具有低的原子量。此外，锂硫电池的理论放电容量为每克硫1675mAh，并且其理论能量密度为2600Wh/kg。由于锂硫电池的理论能量密度比目前正在研究的其它电池系统的理论能量密度高得多(Ni-MH电池：450Wh/kg；Li-FeS电池：480Wh/kg；Li-MnO₂电池：1000Wh/kg；Na-S电池：800Wh/kg)，因此锂硫电池为迄今为止开发的电池中最有前途的电池。

在锂硫电池的放电期间，在负极处发生锂的氧化反应并且在正极处发生硫的还原反应。在放电之前硫具有环状S₈结构。在还原反应(放电)期间，随着S-S键的断裂，S的氧化数减少，并且在氧化反应(充电)期间，随着S-S键的重新形成，S的氧化数增加，从而使用氧化还原反应来储存和产生电能。在该反应期间，硫通过还原反应从环状S₈结构转化成线性结构的多硫化锂(Li₂S_x，x＝8、6、4、2)，并且最终，当多硫化锂被完全还原时，最终产生硫化锂(Li₂S)。通过还原成各种多硫化锂的过程，锂硫电池的放电行为不同于锂离子电池，其特征在于阶段性地显示放电电压。

然而，在锂硫电池的情况下，应当解决硫的电导率低以及在充电/放电期间多硫化锂的溶出和体积膨胀的问题以及由此导致的库仑效率低和容量随着充电/放电而快速降低的问题。

在现有技术中，为了改善锂硫电池的寿命特性，已经进行了研究以防止在充电和放电期间产生的多硫化锂的溶出，并且代表性地，已经进行了通过设计各种孔隙而在物理吸附方面进行的研究和通过引入各种氧化物而在化学吸附方面进行的研究。然而，诸如金属氧化物的化学吸附材料具有低的电导率，这会导致无法完全表现电化学特性的问题。因此，需要进行开发以改善电池的寿命和电化学特性。

[现有技术文献]

[专利文献]

中国专利公开第108417852号

发明内容

【技术问题】

本发明的一个目的在于提供一种二氧化铈-碳-硫复合物，其中铈前体在圆柱形碳材料的表面上化学生长成二氧化铈粒子，以使得即使在锂硫电池由于充电/放电而发生体积膨胀时，也不会发生二氧化铈粒子的脱离并且由此可以显示出电极的稳定性和优异的电化学特性，并且由于二氧化铈-碳-硫复合物的分级孔结构，可以确保电子转移通道并且可以改善电子传导性而显示出优异的电化学特性。