JP2017535913A5

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Publication number: JP2017535913A5
Application number: JP2017514823A
Authority: JP
Filing date: 2015-09-10
Publication date: 2019-05-16
Anticipated expiration: 2035-09-10

Description

図１は、本発明の一実施形態による被覆されたカプセル化硫黄サブミクロン粒子の調製についての模式図を示す。図２Ａは、本発明の一実施形態による被覆された単一のカプセル化硫黄ナノ粒子のＳＥＭ画像を示す。図２Ｂは、本発明の一実施形態による被覆された単一のカプセル化硫黄ナノ粒子のＴＥＭ画像（Ｂ）を示す。図２Ｃは、実施例１で得られた単一粒子の凝集物のＳＥＭ画像を示す。図３は、実施例１で調製された被覆された単一のカプセル化ナノ粒子を使用して構成されたセルについての初回の定電流充放電の電気化学プロファイルを示す。サイクル前のセルインピーダンスを挿入図に示す。図４は、実施例１で得られた融解している硫黄粒子のＴＥＭ画像を示す。挿入図には、カプセル化しているポリマーの膜が観察できる。図５は、実施例１で作製したセルについて最初の５００サイクル超での容量の衰えを示す。図６は、７層のＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ／ＰＤＡＤＭＡＣから構成されるポリマー膜によってカプセル化されたサブミクロン硫黄粒子の合成についての模式図を示す。この粒子はその後、−ＣＯＯＨで官能基化されたケッチェンブラック６００ＪＤによって修飾される。図７は、７層のＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ／ＰＤＡＤＭＡＣによってカプセル化され、かつ官能基化ケッチェンブラック６００ＪＤ炭素によって部分的に修飾された、実施例２に記載のサブミクロン硫黄粒子のＳＥＭ画像を示す。図８は、実施例２で作製した電池についての初回の定電流充放電電気化学プロファイルを示す。サイクル前のセルインピーダンスを挿入図に示す。図９は、実施例２で作製した電池について最初の５００サイクル超での容量の衰えを示す。図１０は、実施例３に記載の本発明の一実施形態によるサブミクロン硫黄粒子の合成についての模式図を示す。図１１Ａは、実施例３で得られた単一のサブミクロン粒子のＳＥＭ画像を示す。図１１Ｂは、実施例３で得られた単一のサブミクロン硫黄粒子のＴＥＭ画像を示す。図１１Ｃは、実施例３で得られたサブミクロン粒子の凝集物のＳＥＭ画像を示す。図１２は、実施例３で作製した電池の初回の定電流充放電の電気化学プロファイルを示す。サイクル前のセルインピーダンスを挿入図に示す。図１３は、実施例３で作製した電池について最初の５００サイクル超での容量の衰えを示す。

Claims

カソードであって、
導電性基材と、
前記導電性基材上の活物質のコーティングとを含み、
前記活物質のコーティングは、硫黄材料を含み、
前記硫黄材料は、析出した１つの硫黄元素粒子であるコアをシェル内に含むサブミクロンコア−シェル粒子を含み、
前記シェルは、
前記１つの硫黄元素粒子であるコアの最も近くにある、少なくとも１つの疎水性領域を有するイオン的に帯電した自己組織化導電性コポリマーの第１層と、
前記第１層に隣接およびイオン結合し、前記第１層とは相反する電荷を有する、少なくとも第２の導電性ポリマー層とを含み、
前記析出した１つの硫黄元素粒子である前記コアは、少なくとも１つの疎水性領域を有する前記イオン的に帯電した自己組織化導電性コポリマーの存在下で形成され、
前記析出した１つの硫黄元素粒子である前記コアは、前記コア内に分散している官能基化導電性炭素材料の粒子を含む、カソード。
前記官能基化導電性炭素材料が、−ＣＯＯＨで官能基化されたケッチェンブラック（登録商標）（カーボンブラック）である、請求項１に記載のカソード。
カソードの前記活物質の硫黄元素含有量が、カソードの前記活物質総重量の７５重量％以上である、請求項１に記載のカソード。
リチウム金属を含むアノードと；
請求項１に記載のカソードと
を含む、リチウム硫黄電池。
前記官能基化導電性炭素材料が、−ＣＯＯＨで官能基化されたケッチェンブラック（登録商標）（カーボンブラック）である、請求項４に記載のリチウム硫黄電池。
カソードの前記活物質の硫黄元素含有量が、カソードの前記活物質総重量の７５重量％以上である、請求項４に記載のリチウム硫黄電池。
請求項４に記載のリチウム硫黄電池を備えた車両。
前記硫黄材料の硫黄元素含有量が、少なくとも９５重量％である、請求項１に記載のカソード。
前記コア内に分散している前記官能基化導電性炭素の含有量が、前記コア−シェル粒子の０．１〜５重量％である、請求項１に記載のカソード。
外側の導電性ポリマー層の表面上にあるかまたは埋め込まれている前記官能基化導電性炭素をさらに備え、前記官能基化導電性炭素の含有量が、前記コア−シェル粒子の０．１〜５重量％である、請求項１に記載のカソード。
前記析出した１つの硫黄元素粒子である前記コアは、直径が１マイクロメートル未満である、請求項１に記載のカソード。
少なくとも１つの疎水性領域を有する前記導電性ポリマーが、ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）（ＰＥＤＯＴ）とポリスチレンスルホネート（ＰＳＳ）とのポリマー塩である、請求項１１に記載のカソード。
前記第２の導電性ポリマー層がポリジメチルジアリルアンモニウムクロリド（ＰＤＡＤＭＡＣ）を含む、請求項１２に記載のカソード。
ＰＥＤＯＴ−ＰＳＳおよびＰＤＡＤＭＡＣの合計７つの交互の層を含む、請求項１３に記載のカソード。
前記官能基化導電性炭素の含有量が、前記コア−シェル粒子の０．１〜５重量％である、請求項４に記載のリチウム硫黄電池。
外側の導電性ポリマー層の表面上にあるかまたは埋め込まれている官能基化導電性炭素をさらに備え、前記官能基化導電性炭素の含有量が、前記コア−シェル粒子の０．１〜５重量％である、請求項４に記載のリチウム硫黄電池。
少なくとも１つの疎水性領域を有する前記導電性ポリマーが、ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）（ＰＥＤＯＴ）とポリスチレンスルホネート（ＰＳＳ）とのポリマー塩であり、析出された硫黄元素の前記コアは、直径が１マイクロメートル未満である、請求項４に記載のリチウム硫黄電池。
前記第２の導電性ポリマー層がポリジメチルジアリルアンモニウムクロリド（ＰＤＡＤＭＡＣ）を含む、請求項４に記載のリチウム硫黄電池。