CN102906177B - 复合材料、其制备及其在电池中的用途 - Google Patents

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Abstract

复合材料、其制备及其在电池中的用途。一种复合材料，其包含如下组分的反应产物：(A)至少一种有机聚合物，(B)硫，以及(C)呈多晶型的碳，其包含至少60%sp2-杂化碳原子，且另外包含粒子或晶畴，该粒子或晶畴包含由硫(B)填充的碳(C)。

Description

复合材料、其制备及其在电池中的用途
本专利申请主张2010年5月28日申请的申请中的美国临时专利申请第61/349,218号的权利，其以引用的方式全部并入本文中。
本发明涉及一种复合材料，其包含如下组分的反应产物：
(A)至少一种有机聚合物，
(B)硫，以及
(C)呈多晶型的碳，其包含至少60%sp2-杂化碳原子，
且另外包含粒子或晶畴，该粒子或晶畴包含由硫(B)填充的碳(C)。
本发明进一步涉及一种制备本发明复合材料的方法。本发明进一步涉及本发明复合材料的用途。
二次电池组或可再充电电池组仅为在产生电能后储存电能及在需要时使用(消耗)电能的某些实施方案。由于好得多的功率密度，研发方向最近由水基二次电池组转移至由锂离子完成电荷输送的电池组。
然而，具有碳阳极及基于金属氧化物的阴极的常规锂离子电池组的能量密度有限。锂-硫电池已打开新视野。在锂-硫电池中，硫阴极中的硫经由多硫化物离子还原为S2-，其在电池充电时被再氧化。
然而，问题为多硫化物如Li2S4及Li2S6的可溶性，该多硫化物在溶剂中可溶且可迁移至阳极。结果可包括：电容损失，及电绝缘材料沉积于电极的硫粒子上。自阴极迁移至阳极可最终导致所影响电池的放电及电池组中的电池失效(cell death)。这种不想要的多硫化物离子迁移亦称为“穿梭”，该术语亦在本发明的上下文中使用。
存在很多旨在遏止此穿梭的尝试。例如，J.Wang等人建议将硫与聚丙烯腈的反应产物添加至阴极；Adv.Funct.Mater.2003,13,487及其后。其通过从聚丙烯腈消除氢同时生成硫化氢而生成产物。
另外建议使用硫化物例如CuS、FeS2或2,5-二巯基-1,3,4-噻二唑以代替硫。然而，该电池的电容不令人满意；参见例如P.Wang,J.Eectrochem.Soc.2002,A1171-1174,149及J.Wang等人,J.Power Sources 2004,138,271。
另外建议使用呈精细分散形式的硫；参见J.Wang等人,J.PowerSources 2004,138,271。然而，在高电流密度下，观察到效率波动，作者们将其归因于树枝状锂结晶(lithium dendrite)的沉积。由于该效率波动导致内部短路，所以其可为麻烦的。
另外建议将硫与聚丙烯腈的反应产物与炭黑混合，且将其压至电极；J.Wang等人,Adv.Mater.2002,14,963及其后。当该电极与作为电解质的聚合物组合时，观察到穿梭机制的减少。然而，很多聚合物电解质的电导率较低。
因此，本发明目的为提供一种阴极材料，其可简单制备且可避免现有技术中的已知缺陷。本发明的另一目的为提供一种可制备相应阴极材料的方法。
因此，已发现在开头所定义的材料。
本发明材料为复合材料，其在本发明的上下文中亦称为本发明复合材料。复合材料应理解为意指不可人工分离且具有与单独组分不同特性的固体混合物材料。本发明材料尤其为微粒复合材料。
本发明复合材料包含如下组分的反应产物：
(A)至少一种有机聚合物，简称为聚合物(A)或有机聚合物(A)，本发明的上下文中的表达聚合物包含均聚物及共聚物，
(B)硫，
(C)呈多晶型的碳，其包含至少60%sp2-杂化碳原子。
聚合物(A)可选自任何有机聚合物及共聚物，优选选自可通过阴离子或自由基(共)聚合反应获得的聚合物。
在另一变体中，聚合物(A)可选自有机聚酯，尤其选自脂族聚酯。
在本发明一个实施方案中，聚合物(A)选自可通过阴离子、催化型或自由基(共)聚合反应获得的(共)聚合物，尤其选自聚乙烯、聚丙烯腈、聚丁二烯、聚苯乙烯及至少两种选自乙烯、丙烯、苯乙烯、(甲基)丙烯腈及1,3-丁二烯的共聚单体的共聚物。聚丙烯亦为合适的。聚异戊二烯及聚丙烯酸酯另外为合适的。尤其优选聚丙烯腈，其在本发明的上下文中亦称为聚丙烯腈(A)。
在本发明的上下文中，聚丙烯腈不仅应理解为意指聚丙烯腈均聚物，亦应理解为意指丙烯腈与1,3-丁二烯或苯乙烯的共聚物。优选聚丙烯腈均聚物。
在本发明一个实施方案中，反应后存在至少部分呈式(I)环化产物形式的聚丙烯腈(A)，即存在于本发明复合材料中
在本发明的上下文中，聚乙烯应理解为不仅意指均聚乙烯，亦意指包含至少50mol%的呈共聚合形式的乙烯及至多50mol%的至少一种其他共聚单体的乙烯共聚物，该其他共聚单体为例如α-烯烃，如丙烯、丁烯(1-丁烯)、1-己烯、1-辛烯、1-癸烯、1-十二烯、1-戊烯及异丁烯；乙烯基芳烃，例如苯乙烯；以及(甲基)丙烯酸、乙酸乙烯酯、丙酸乙烯酯、(甲基)丙烯酸C1-C10烷基酯，尤其为丙烯酸甲酯、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、甲基丙烯酸正丁酯、甲基丙烯酸2-乙基己酯；以及顺丁烯二酸、顺丁烯二酸酐及衣康酸酐。聚乙烯可为HDPE或LDPE。
在本发明的上下文中，聚丙烯不仅应理解为意指均聚丙烯，亦应理解为意指包含至少50mol%的呈共聚合形式的丙烯及至多50mol%的至少一种其他共聚单体的丙烯共聚物，该其他共聚单体为例如乙烯及α-烯烃，如丁烯、1-己烯、1-辛烯、1-癸烯、1-十二烯及1-戊烯。聚丙烯优选为全同或基本上全同的聚丙烯。
在本发明的上下文中，聚苯乙烯不仅应理解为意指苯乙烯的均聚物，亦应理解为意指与丙烯腈、1,3-丁二烯、(甲基)丙烯酸、(甲基)丙烯酸C1-C10烷基酯、二乙烯基苯(尤其为1,3-二乙烯基苯)、1,2-二苯乙烯及α-甲基苯乙烯的共聚物。
另一优选聚合物(A)为聚丁二烯。
在本发明的一个实施方案中，聚合物(A)选自那些在反应前平均分子量Mw为50000-500000g/mol、优选50000-250000g/mol的聚合物。
在本发明的一个实施方案中，聚丙烯腈(A)选自那些在反应前平均分子量Mw为10000-500000g/mol的聚丙烯腈。
聚合物(A)可为交联或未交联(共)聚合物。
硫(B)本身为已知的，且在本发明的上下文中亦可简称为硫。
包含至少60%sp2-杂化碳原子、优选至少75%sp2-杂化碳原子的呈多晶型的碳本身为已知，其在本发明的上下文中亦简称为碳(C)。举例而言，碳(C)可为石墨。
%中的数字为基于在化学反应条件下掺入本发明复合材料中的所有碳(C)，包括任何杂质，且表示重量百分比。
在本发明的一个实施方案中，碳(C)为炭黑。炭黑可例如选自灯黑、炉法炭黑、火焰炭黑(flame black)、热裂炭黑、乙炔黑及工业炭黑(industrialblack)。炭黑可包含杂质，例如烃(尤其为芳族烃)或含氧化合物或含氧基团(例如OH基团)。此外，炭黑中可能存在含硫或含铁杂质。
在一变体中，碳(C)为部分氧化的炭黑。
在本发明的一个实施方案中，碳(C)包含碳纳米管。碳纳米管(简称为CNT)，例如单壁碳纳米管(SW CNT)及优选多壁碳纳米管(MW CNT)，其本身为已知的。其制备方法及某些特性例如由A.Jess等人描述于ChemieIngenieur Technik 2006,78,94-100中。
在本发明的一个实施方案中，碳纳米管的直径为0.4-50nm、优选1-25nm。
在本发明的一个实施方案中，碳纳米管的长度为10nm至1mm、优选100-500nm。
碳纳米管可通过本身已知的方法来制备。例如，可在一种或多种还原剂如氢气和/或另一气体如氮气的存在下分解挥发性碳化合物，例如甲烷或一氧化碳、乙炔或乙烯，或挥发性碳化合物的混合物，例如合成气。另一合适气体混合物为一氧化碳与乙烯的混合物。分解的合适温度例如为400-1000°C、优选500-800°C。分解的合适压力条件例如为标准压力至100巴、优选标准压力至10巴。
单壁或多壁碳纳米管可通过例如在光弧中，尤其在分解催化剂存在或不存在下分解含碳化合物而获得。
在一个实施方案中，挥发性含碳化合物或含碳化合物在分解催化剂如Fe、Co或优选为Ni的存在下分解。
至少两种上述起始材料，优选聚合物(A)与硫在制备本发明复合材料过程中相互化学反应。在此情况下，聚合物(A)与硫不必需相互形成共价键。例如，硫可能仅作为氧化剂且以H2S的形式从反应混合物中移除。
在本发明的一个实施方案中，聚合物(A)与硫(B)在本发明复合材料形成过程中形成共价键。
本发明复合材料进一步包含粒子或晶畴，该粒子或晶畴包含由硫(B)填充的碳(C)。在本发明的一个实施方案中，硫以分子形式，例如呈S8环形式或呈线性硫分子，例如线性S8分子形式分散于该粒子或晶畴中的碳(C)中，
该粒子或晶畴可例如通过电子探针微量分析而检测。
在本发明的一个实施方案中，该粒子或晶畴中的碳(C)的孔隙至少部分由硫(B)填充。
该粒子或晶畴的平均直径可为10-100μm、优选10-70μm。
该粒子可从本发明复合材料中机械移除。晶畴不可从本发明复合材料中机械移除。在显微镜下容易辨认晶畴与粒子。
在本发明的一个实施方案中，该粒子或晶畴以2:1-1:15、优选1:1.5-1:10的重量比包含碳(C)及硫(B)。
以上描述的粒子或晶畴优选对人眼呈黑色。
在本发明的一个实施方案中，以上描述的粒子或晶畴包含不超过5重量%的聚合物(A)或不超过5重量%的以上描述的反应产物。在本发明的一个特定实施方案中，以上描述的粒子或晶畴中均检测不到聚合物(A)或以上描述的反应产物。
本发明复合材料可进一步含有包含显著比例(例如至少10重量%)的以上描述的反应产物的粒子或晶畴。后一种粒子或晶畴可具有5-75μm、优选10-50μm的直径。其优选小于前一种粒子或晶畴。
在本发明的一个实施方案中，本发明复合材料包含由元素分析测定的20-80重量%、优选30-70重量%的硫。
在本发明的一个实施方案中，本发明复合材料包含0.1-30重量%、优选1-20重量%的碳(C)。尽管在元素分析评估中必须考虑到碳也经由聚合物(A)引入本发明复合材料中，但是同样可例如通过元素分析测定该碳。
在本发明的一个实施方案中，本发明复合材料进一步包含至少一种黏合剂(D)。黏合剂(D)主要用于本发明复合材料的机械稳定。
在本发明的一个实施方案中，黏合剂(D)选自有机(共)聚合物。合适有机(共)聚合物的实例可为经卤化的或无卤素的。实例为聚氧化乙烯(PEO)、纤维素、羧甲基纤维素、聚乙烯醇、聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯、聚丙烯腈-甲基丙烯酸甲酯共聚物、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-氯三氟乙烯共聚物、乙烯-氯氟乙烯共聚物、任选至少经碱金属盐或氨部分中和的乙烯-丙烯酸共聚物、任选至少经碱金属盐或氨部分中和的乙烯-甲基丙烯酸共聚物、乙烯-(甲基)丙烯酸酯共聚物、聚酰亚胺及聚异丁烯。
合适黏合剂尤其为聚乙烯醇及卤化(共)聚合物，例如聚氯乙烯或聚偏二氯乙烯，尤其为氟化(共)聚合物，如聚氟乙烯及尤其聚偏二氟乙烯及聚四氟乙烯。
黏合剂(D)的平均分子量Mw可在宽范围内选择，合适实例为20000-1000000g/mol。
在本发明的一个实施方案中，本发明复合材料包含0.1-10重量%、优选5-10重量%并且更优选7-8重量%的黏合剂。
黏合剂(D)可通过各种方法掺入本发明复合材料中。例如，可将可溶黏合剂(D)如聚乙烯醇溶解于合适溶剂或溶剂混合物(水/异丙醇例如适用于聚乙烯醇)中并且与阴极的其他组分一起制备悬浮液。施加至合适基底后，移除溶剂或溶剂混合物(例如蒸发)以获得本发明复合材料。聚偏二氟乙烯的合适溶剂为NMP。
若需要使用微溶聚合物作为黏合剂(D)，例如聚四氟乙烯或四氟乙烯-六氟丙烯共聚物，则制备所讨论的黏合剂(D)的粒子与阴极的其他组分的悬浮液，且在热条件下压缩。
在本发明的一个实施方案中，本发明复合材料另外包含碳，该碳在非反应条件下掺入复合材料中。该额外碳可选自与碳(C)相同的材料。其在各情况下可与碳(C)相同或不同；例如，碳(C)与所选择的额外碳可为两种不同的炭黑或石墨。
在本发明的一个实施方案中，本发明复合材料另外包含未与有机聚合物(A)或聚丙烯腈(A)及硫(B)反应的炭黑。
在本发明的一个实施方案中，本发明复合材料包含0.1-10重量%的额外碳，优选为额外炭黑。
本发明复合材料特别适合作为电极或用于制备电极，尤其适合用于制备含锂电池组的电极。本发明提供本发明复合材料作为电池的电极或用于制备电池的电极的用途。本发明进一步提供包含至少一个由或使用至少一种本发明复合材料制备的电极的电池。
在本发明的一个实施方案中，所述电极为阴极，其亦可称为硫阴极或S阴极。在本发明的上下文中，称为阴极的电极为放电(操作)时具有还原作用的电极。
在本发明的一个实施方案中，加工本发明复合材料，例如呈由电池组制造商加工的连续带状形式的复合材料以获得电极。
由本发明复合材料制备的电极可例如具有20-500μm、优选40-200μm的厚度。其可例如具有棒状构造，或以圆形、椭圆形或方柱形构造，或以立方形构造，或构造为平面的电极。
在本发明的一个实施方案中，除包含本发明复合材料外，本发明电池亦包含至少一个包含金属锌、金属钠或优选为金属锂的电极。
在本发明的一个实施方案中，除包含本发明复合材料及另一电极外，本发明电池还包含至少一种在室温下可为液体或固体的非水溶剂，其优选选自聚合物、环醚或非环醚、环状及非环状缩醛、环状或非环状有机碳酸酯及离子液体。
合适的聚合物的实例尤其为聚亚烷基二醇，优选为聚C1-C4亚烷基二醇并且尤其为聚乙二醇。该聚乙二醇可包含至多20mol%的一种或多种呈共聚合形式的C1-C4亚烷基二醇。聚亚烷基二醇优选为由甲基或乙基双封端的聚亚烷基二醇。
合适的聚亚烷基二醇并且尤其合适的聚乙二醇的分子量Mw可为至少400g/mol。
合适的聚亚烷基二醇并且尤其合适的聚乙二醇的分子量Mw可为至多5000000g/mol，优选至多2000000g/mol。
合适的非环醚的实例例如为二异丙醚、二正丁醚、1,2-二甲氧基乙烷、1,2-二乙氧基乙烷，优选1,2-二甲氧基乙烷。
合适的环醚的实例为四氢呋喃和1,4-二烷。
合适的非环状缩醛的实例为例如二甲氧基甲烷、二乙氧基甲烷、1,1-二甲氧基乙烷及1,1-二乙氧基乙烷。
合适的环状缩醛的实例为1,3-二烷并且尤其为1,3-二氧杂环戊烷。
合适的非环状有机碳酸酯的实例为碳酸二甲酯、碳酸乙酯甲酯以及碳酸二乙酯。
合适的环状有机碳酸酯的实例为通式(II)和(III)的化合物：
其中R1、R2和R3可相同或不同，且选自氢和C1-C4烷基，例如甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基、仲丁基及叔丁基，其中优选R2和R3不全为叔丁基。
在尤其优选实施方案中，R1为甲基且R2和R3各为氢，或R1、R2和R3各为氢。
另一优选的环状有机碳酸酯为式(IV)的碳酸亚乙烯酯：
溶剂优选在已知的无水状态下使用，即水含量为1ppm至0.1重量%，其可例如通过卡尔费歇尔滴定而确定。
在本发明的一个实施方案中，本发明电化学电池包含一种或多种导电盐，优选锂盐。合适锂盐的实例为LiPF6、LiBF4、LiClO4、LiAsF6、LiCF3SO3、LiC(CnF2n+1SO2)3、酰亚胺锂如LiN(CnF2n+1SO2)2(其中n为1-20的整数)、LiN(SO2F)2、Li2SiF6、LiSbF6、LiAlCl4以及通式(CnF2n+1SO2)mXLi的盐，其中m定义如下：
当X选自氧和硫时m=1，
当X选自氮和磷时m=2，且
当X选自碳和硅时m=3。
优选导电盐选自LiC(CF3SO2)3、LiN(CF3SO2)2、LiPF6、LiBF4、LiClO4，尤其优选LiPF6和LiN(CF3SO2)2。
在本发明的一个实施方案中，本发明电化学电池包含一种或多种机械分离电极的隔板。合适隔板为聚合物薄膜，尤其为多孔聚合物薄膜，其对金属锂及硫化锂及多硫化锂无反应性。隔板的尤其合适材料为聚烯烃，尤其为呈薄膜形式的多孔聚乙烯及呈薄膜形式的多孔聚丙烯。
由聚烯烃制成、尤其由聚乙烯或聚丙烯制成的隔板的孔隙率可为35-45%。合适的孔隙直径例如为30-500nm。
在本发明的另一实施方案中，所选择的隔板可为由经无机粒子填充的PET非编织物制成的隔板。该隔板的孔隙率可为40-55%。合适孔隙直径为例如80-750nm。
本发明电池由于电容尤其高、即使在重复充电后仍保持高效能及电池失效显著延迟而值得关注。穿梭可非常有效地得到抑制。本发明电池非常适合用于汽车、飞机、船舶或固定能量储存中。该用途形成本发明主题的的另一部分。
本发明进一步提供一种制备本发明复合材料的方法，该方法在本发明的上下文中也称为本发明制备方法。为实施本发明的制备方法，程序可例如为使如下组分在150-400°C、优选200-350°C的温度下相互反应：
(A)至少一种有机聚合物，
(B)硫，及
(C)呈多晶型的碳，其包含至少60%sp2-杂化碳原子。
在此方法中，有机聚合物(A)、硫(B)及碳(C)各如以上所定义。
有机聚合物(A)优选选自聚乙烯、聚丙烯、聚丙烯腈、聚丁二烯、聚苯乙烯及至少两种选自乙烯、丙烯、苯乙烯、丙烯腈及1,3-丁二烯，最优选选自丙烯腈的共聚单体的共聚物。
本发明制备方法可在溶剂如甲苯或乙醇存在下实施。然而，优选在无溶剂下实施本发明制备方法。
在本发明的一个实施方案中，本发明制备方法在环境压力，即标准压力下实施。
在本发明的另一实施方案中，本发明制备方法在升压下，例如在1.1-100巴下实施。
在本发明的另一实施方案中，本发明制备方法在自生压力下实施。为此目的，可设立任何压力，例如10巴或标准压力，且反应在压力容器如高压釜中进行。生成的气态副产物，尤其是H2S可在反应中增加压力，例如增至高达100巴或更高的压力。若需要在自生压力下实施本发明制备方法，则可使用压力测量而监测反应。
在本发明的一个实施方案中，本发明制备方法可实施10分钟至100小时，优选2-24小时的时间。
反应结束后，优选从所获得的本发明复合材料中除去H2S，例如将其脱气。脱气可例如通过抽气或通过以惰性气体如氮气或稀有气体(如氩气)吹扫而完成。
获得通常呈粉末形式的本发明复合材料。
本发明进一步提供一种使用至少一个本发明电池操控汽车、飞机、船舶或固定能量储存的方法。
本发明通过工作实施例说明。
除非另有明确说明，否则%中的数字指重量百分比。
I.复合材料的合成
I.1无碳的对比复合材料C-CM.1的合成
将25g硫和20g聚丙烯腈在研钵中研磨，且装入300ml高压釜中。在自生压力下加热混合物至300°C，并且搅拌12小时(300rpm)。在此过程中，压力升至43巴。随后，所生成的H2S经由NaOH洗涤器排出，并且经24小时的时间以氮气吹扫所得的对比复合材料C-CM.1。获得38g深灰色至黑色硬粉末C-CM.1。
元素分析：
C=35.4g/100g
S=50.6g/100g
N=12.4g/100g
H=1.7g/100g。
I.2本发明复合材料CM.2的合成
将20g硫、10g聚丙烯腈和6g炭黑(作为科琴黑(Ketjen Black)市购)在研钵中研磨，且装入300ml高压釜中。在自生压力下加热混合物至280°C，并且搅拌12小时(300rpm)。在此过程中，压力升至43巴。随后，所生成的H2S经由NaOH洗涤器排出，并且经24小时的时间以氮气吹扫所得的本发明复合材料CM.2。获得29.4g深灰色至黑色硬粉末。
元素分析：
C=43.5g/100g
S=45.8g/100g
N=7.5g/100g
H=1.4g/100g。
使用EPMA(电子探针微量分析)来分析本发明复合材料CM.2的样品。通过在20kV下的EDXS来确定元素分布(EDXS：能量色散X射线光谱法)。样品包含平均直径为20-70μm的粒子，该粒子由经硫填充的炭黑组成。此外，本发明复合材料CM.2的样品包含粒子，其包含聚丙烯腈与硫及炭黑的反应产物，并且其平均直径为5-50μm。
II.本发明电化学电池的制备
将如下组分混合到一起：
1.05g本发明复合材料CM.2
0.352g Super炭黑，平均粒径：0.04μm，BET表面积：62m2/g
0.07g石墨，平均粒径：1.6μm，BET表面积：20m2/g
0.1g作为黏合剂(D.1)的聚乙烯醇，作为市购。
将混合物分散于由65%H2O、30%异丙醇及5%1-甲氧基-2-丙醇组成的溶剂混合物中，并且搅拌由此获得的分散体10小时。
此后，将分散体用刮刀涂布至Al箔，且在减压下在40°C下干燥10小时。
对于制备对比阴极，程序为类似的，不同之处在于本发明复合材料CM.2由C-CM.1替代。
III.测试本发明电化学电池
为表征本发明复合材料CM.2的电化学特征，根据图1构建电化学电池。
阳极：Li箔，厚度50μm，
隔板：聚乙烯薄膜，厚度15μm，多孔
根据实施例II的阴极，
电解质：8重量%的LiN(SO2CF3)2、46重量%的1,3-二氧杂环戊烷以及46重量%的1,2-二甲氧基乙烷。
图1中的注释意指：
1,1'模具
2,2'螺帽
3,3'密封环-在各状况中均有两个，各状况中较小的第二密封环在此处未示出
4螺旋弹簧
5由镍制成的输出导体
6外壳
电池的充电和放电在1.8-2.5的电位下以4.19mA的电流进行。电池电容为41.2mA·h。结果总结于表1中。
表1：根据本发明的电化学电池和未根据本发明的电化学电池的测试结果

Claims (24)

1.一种复合材料，其包含如下组分的反应产物：
(A)至少一种有机聚合物，
(B)硫，以及
(C)呈多晶型的碳，其包含至少60％sp2-杂化碳原子，
并且另外包含粒子或晶畴，所述粒子或晶畴包含经硫(B)填充的碳(C)。
2.根据权利要求1的复合材料，其中使聚合物(A)、硫(B)和碳(C)在200-400℃的温度下相互反应。
3.根据权利要求1的复合材料，其中有机聚合物(A)选自聚乙烯、聚丙烯、聚丙烯腈、聚丁二烯、聚苯乙烯以及至少两种选自乙烯、丙烯、苯乙烯、丙烯腈和1,3-丁二烯的共聚单体的共聚物。
4.根据权利要求2的复合材料，其中有机聚合物(A)选自聚乙烯、聚丙烯、聚丙烯腈、聚丁二烯、聚苯乙烯以及至少两种选自乙烯、丙烯、苯乙烯、丙烯腈和1,3-丁二烯的共聚单体的共聚物。
5.根据权利要求1-4中任一项的复合材料，其中有机聚合物(A)选自聚丙烯腈。
6.根据权利要求5的复合材料，其中反应后存在至少部分呈式I环化产物形式的聚丙烯腈(A)：
7.根据权利要求1-4中任一项的复合材料，其中碳(C)选自炭黑。
8.根据权利要求6的复合材料，其中碳(C)选自炭黑。
9.根据权利要求1-4中任一项的复合材料，其中聚丙烯腈(A)在反应前的平均分子量Mw为50000-250000g/mol。
10.根据权利要求8的复合材料，其中聚丙烯腈(A)在反应前的平均分子量Mw为50000-250000g/mol。
11.根据权利要求1-4中任一项的复合材料，其进一步包含黏合剂(D)。
12.根据权利要求10的复合材料，其进一步包含黏合剂(D)。
13.根据权利要求1-4中任一项的复合材料，其额外包含未与聚丙烯腈(A)和硫反应的炭黑。
14.根据权利要求12的复合材料，其额外包含未与聚丙烯腈(A)和硫反应的炭黑。
15.一种电池，其包含至少一个由或使用根据权利要求1-14中任一项的复合材料制备的电极。
16.根据权利要求15的电池，其进一步包含至少一个包含金属锂的电极。
17.根据权利要求15或16的电池，其包含至少一种选自聚合物、环醚或非环醚、非环状或环状缩醛以及环状或非环状有机碳酸酯的非水溶剂。
18.一种制备复合材料的方法，其包括使如下组分在150-400℃的温度下相互反应：
(A)至少一种有机聚合物，
(B)硫，以及
(C)呈多晶型的碳，其包含至少60％sp2-杂化碳原子。
19.一种制备根据权利要求1-14中任一项的复合材料的方法，其包括使如下组分在150-400℃的温度下相互反应：
(A)至少一种有机聚合物，
(B)硫，以及
(C)呈多晶型的碳，其包含至少60％sp2-杂化碳原子。
20.根据权利要求18的方法，其中有机聚合物(A)选自聚乙烯、聚丙烯、聚丙烯腈、聚丁二烯、聚苯乙烯以及至少两种选自乙烯、丙烯、苯乙烯、丙烯腈和1,3-丁二烯的共聚单体的共聚物。
21.根据权利要求19的方法，其中有机聚合物(A)选自聚乙烯、聚丙烯、聚丙烯腈、聚丁二烯、聚苯乙烯以及至少两种选自乙烯、丙烯、苯乙烯、丙烯腈和1,3-丁二烯的共聚单体的共聚物。
22.根据权利要求18或20的方法，其中有机聚合物(A)选自聚丙烯腈。
23.根据权利要求19或21的方法，其中有机聚合物(A)选自聚丙烯腈。
24.根据权利要求15-17中任一项的电池在汽车、飞机、船舶或固定能量储存中的用途。
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