WO2018127124A1 - Synthesis of porous carbon microspheres and their application in lithium-sulfur batteries - Google Patents

Synthesis of porous carbon microspheres and their application in lithium-sulfur batteries Download PDF

Info

Publication number
WO2018127124A1
WO2018127124A1 PCT/CN2018/071546 CN2018071546W WO2018127124A1 WO 2018127124 A1 WO2018127124 A1 WO 2018127124A1 CN 2018071546 W CN2018071546 W CN 2018071546W WO 2018127124 A1 WO2018127124 A1 WO 2018127124A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
carbon
sulfur
cmss
lithium
polymer
Prior art date
Application number
PCT/CN2018/071546
Other languages
French (fr)
Inventor
Jang-Kyo Kim
Xianying QIN
Zhenglong XU
Jianqiu HUANG
Woon Gie CHONG
Xiangyu Wang
Original Assignee
The Hong Kong University Of Science And Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from US201762498766P external-priority
Application filed by The Hong Kong University Of Science And Technology filed Critical The Hong Kong University Of Science And Technology
Publication of WO2018127124A1 publication Critical patent/WO2018127124A1/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052Li-accumulators
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B32/00Carbon; Compounds thereof
    • C01B32/05Preparation or purification of carbon not covered by groups C01B32/15, C01B32/20, C01B32/25, C01B32/30
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B32/00Carbon; Compounds thereof
    • C01B32/70Compounds containing carbon and sulfur, e.g. thiophosgene
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/056Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes
    • H01M10/0564Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes the electrolyte being constituted of organic materials only
    • H01M10/0566Liquid materials
    • H01M10/0568Liquid materials characterised by the solutes
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/058Construction or manufacture
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/04Processes of manufacture in general
    • H01M4/0402Methods of deposition of the material
    • H01M4/0404Methods of deposition of the material by coating on electrode collectors
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/139Processes of manufacture
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/38Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of elements or alloys
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/38Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of elements or alloys
    • H01M4/381Alkaline or alkaline earth metals elements
    • H01M4/382Lithium
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/62Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
    • H01M4/624Electric conductive fillers
    • H01M4/625Carbon or graphite
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01PINDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2004/00Particle morphology
    • C01P2004/30Particle morphology extending in three dimensions
    • C01P2004/32Spheres
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M2004/026Electrodes composed of, or comprising, active material characterised by the polarity
    • H01M2004/028Positive electrodes
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/64Carriers or collectors
    • H01M4/66Selection of materials
    • H01M4/661Metal or alloys, e.g. alloy coatings
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Abstract

Lithium-sulfur batteries are formed with a high-capacity sulfur cathode, using porous carbon microspheres infused with sulfur, and lithium anode. A mixture of precursor solution is formed by dispersing superconductive carbon black particles in the dissolved polymer solution. The mixture is used to form carbon black/polymer precursor microspheres via electrospraying after solvent evaporation. The precursor microspheres are pyrolyzed to form a porous carbon microsphere substrate by removing the polymers, and then the porous carbon microspheres are infused with sulfur. The sulfur-infused carbon microspheres are employed as a cathode in the lithium sulfur battery.

Description

Synthesis of Porous Carbon Microspheres and Their Application in Lithium-Sulfur Batteries
RELATED APPLICATION
The present Patent Application claims priority to U.S. Provisional Patent Application No. 62/498,766 filed January 6, 2017, which is assigned to the assignee hereof and filed by the inventors hereof and which is incorporated by reference herein.
BACKGROUND Technical Field
The present disclosure relates to synthesis of carbon microspheres (CMSs) with a hierarchical porous structure based on an electrospraying technique. The disclosure relates to the application of CMSs as sulfur host for high-performance lithium-sulfur batteries (LSBs) .
Background Art
Portable electronic devices have been developed in the past couple of decades, these developments being attributed to the technology progress of lithium ion batteries (LIBs) as the main energy storage means. In order to extend the working hours of portable electronic devices and increase the driving distance of electric vehicles without extra charge, next generation energy storage devices need to be developed having higher energy densities, longer cycling life and lower cost. Lithium-sulfur batteries (LSBs) comprised of a high-capacity sulfur cathode and a lithium anode are considered one of the most promising alternatives to the current LIB system. Sulfur, an abundant element on the earth's crust, can offer a high theoretical capacity of 1672 mA h g -1, which is an order of magnitude higher than those of the transition metal oxide cathodes. The high specific capacity arises from the conversion reaction of sulfur to form lithium sulfide (Li 2S) by reversible reaction of two electrons per sulfur atom as well as its relatively low molecular weight. Despite the overwhelming advantages, LSBs also have several technological limitations, such as poor cyclic stability, low Coulombic efficiency, loss of active materials on the cathode, dendrite formation on the anode, and inefficient electron/Li + pathway through the thick electrode. These fundamental challenges facing  Li 2S systems originate from the inherent material characteristics of sulfur, including the insulating nature of elemental sulfur and lithium sulfides, large volume changes of sulfur during lithiation/delithiation, and dissolution of lithium polysulfides in electrolyte causing the so-called "shuttling effect" .
The specific capacities and cycle life of LSBs have been greatly improved recently by developing new, multifunctional cathodes, interlayers and electrolytes. To overcome the aforementioned limitations of LSBs, the active sulfur or sulfides are usually combined with carbon, a conductive but electrochemically inert host material, to modify the characteristics of batteries. Existing technologies, using many different types of carbon materials (such as carbon black, carbon nanotubes, carbon nanofibers, carbon microsphere, graphite and graphene) with diverse structures (such as sphere, hollow, yolk-shell, honeycomb, pomegranate, sandwich, and scaffold) , are implemented as conductive and confining hosts to entrap sulfur species and enhance sulfur utilization during the electrochemical cycles. Based on numerous previous studies, it can be concluded that, to obtain LSBs with superior performance, the carbon-based sulfur host should possess the following characteristics: (1) an excellent electrical conductivity to form an effective conductive network for high accessibility of active materials; (2) a hierarchical porous structure with a large pore volume to accommodate volume expansion of sulfur with high loading, and with large specific surface area to allow direct contacts between the conductive matrix and the active material, while facilitating permeation of electrolyte through the internal unimpeded pore channels; and (3) a micro-scale spherical architecture with an enclosed external surface and reduced exits to entrap polysulfides. The above understanding may offer better design and development of new carbon hosts toward achieving higher sulfur loading and uncompromised sulfur utilization.
In order to provide a suitable carbon host for LSBs, polymers are often used as the carbon precursor and oxide particles as the template to prepare porous carbon by chemical synthesis, followed by carbonization at an elevated temperature and an additional template etching process. Further activation is also often carried out to increase the porosity and surface area by creating micropores. The whole fabrication process is time-consuming and expensive, and environmentally harmful.
SUMMARY
Lithium sulfur batteries are produced by forming a carbon microsphere substrate and infusing the microsphere substrate with sulfur. This forms a sulfur-carbon microsphere composite. The sulfur-carbon microsphere composite is provided as a cathode in a lithium-sulfur battery.
In one technique, the carbon microsphere substrate is formed by electrospraying a polymer solution comprising superconductive carbon black mixed with the polymer solution. The infusing of the microsphere substrate with sulfur may be performed by a molten sulfur infusion. In a particular technique, heat treating the mixture to form the carbon microspheres; and, after the heat treating, the carbon microspheres are constructed by stacking the branched superconductive carbon black compactly. In this technique; the carbon microspheres are adhered together by the amorphous carbon matrix derived from polystyrene (PS) and/or polyvinylpyrrolidone (PVP) polymers after evaporation of the heteroatoms.
In a further aspect, a battery is formed with a conductive substrate, a carbon microsphere layer infused coated on the substrate, as a sulfur-carbon microsphere composite adhered together with polymers. A lithium anode is provided in an adjacent relationship with the coated substrate, and an electrolyte is provided in communication with the coated substrate and the lithium anode. In particular configurations, the electrolyte comprises a material selected from the group consisting of lithium bis(trifluoromethanesulfonyl) imide (Li (CF3SO2) 2N or LiTFSI) , 1, 3-dioxolane (DOL) , dimethoxyethane (DME) and LiNO 3 , are used. In particular configurations, a
Figure PCTCN2018071546-appb-000001
film separator is used.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
Fig. 1 is a schematic diagram showing porous carbon microspheres (CMSs) and their synthesis procedure.
Fig. 2 is a scanning electron microscope (SEM) image of PS/PVP/KB precursor microspheres.
Figs. 3A and 3B are microphotographs of porous carbon microspheres (CMSs) . Fig. 3A is a scanning electron microscope (SEM) image of the CMSs and Fig. 3B is a transmission electron microscope (TEM) image of the CMSs.
Figs. 4A-E are photomicrographs showing the morphology and structure of the sulfur-infiltrated carbon microspheres (S/CMSs) . Fig. 4A is a SEM image. Fig. 4B is a TEM image. Fig. 4C is a scanning transmission electron microscope (STEM) image of S/CMSs. Figs. 4D and 4E are Energy Dispersive X-Ray Analysis (EDX) elemental maps corresponding to the STEM image of Fig 4C.
Figs. 5A-D are graphic depictions showing the pore properties of CMSs and S/CMSs. Figs. 5A and 5C depict nitrogen adsorption/desorption isotherm curves of CMSs and S/CMSs, respectively. Figs. 5B and 5D depict pore size distribution of the CMSs and S/CMSs of Figs. 5A and 5B, respectively.
Figs. 6A and 6B are graphic depictions showing the cyclic performance of S/CMS and S/KB cathodes. Fig. 6A shows the cyclic performance at 1 C (1 C = 1672 mA g -1) and Fig. 6B shows the cyclic performance at 2 C (2 C = 3344 mA g -1) . The higher current density of 2 C results in a lower specific capacity than at 1 C because of the shorter time required for charge/discharge cycles at a higher current density.
DETAILED DESCRIPTION
Overview
According to the structural design principles for a carbon host mentioned above, carbon microspheres (CMSs) are prepared. The CMSs exhibited excellent electrical conductivity, a hierarchical porous structure, high porosity, a large specific surface area but with a low apparent surface area, based on a facile electrospray technique and subsequent heat treatment, without additional template removal and activation processes. After infusing molten sulfur, the sulfur/CMS (S/CMS) composites are used as the cathode for lithium sulfide batteries (LSBs) . The S/CMS cell delivered excellent electrochemical performance with a high specific capacity, excellent rate capability and long cycle life. The simple fabrication method and commercially available precursors make the CMSs a promising sulfur host for the LSBs.
Carbon microspheres (CMSs) with a hierarchical porous structure and high electrical conductivity are prepared by electrospraying polystyrene/polyvinylpyrrolidine (PS/PVP) solution in dimethylformamide (DMF) containing Ketjen carbon black (Ketjenblack or KB) , followed by subsequent heat treatment. Ketjenblack is a registered trademark of Akzo Nobel Chemicals B.V., Arnhem, The Netherlands, and describes a very pure carbon black used for antistatic and electroconductive applications. Ketjenblack EC-600JD is a trademark for a particular formulation of this type of carbon black. Ketjenblack EC-600JD is a non-limiting example of a superconducting carbon black. Ketjenblack EC-600JD presents approximately 6 times the surface area as ordinary carbon black. Ketjenblack EC-600JD presents a branched structure where the hollow carbon nanoparticles are interconnected to form conducting networks.
In the electrospraying polystyrene/polyvinylpyrrolidine (PS/PVP) solution in dimethylformamide (DMF) , PS allows the formation of microspheres during electrospraying. PVP serves as a surfactant and facilitated uniform dispersion of KB nanoparticles in the solution. The branched and porous KB particles serve as conductive skeleton in the CMS products. The precursor microspheres are formed after evaporation of solvent under a high–voltage electrostatic force. In the precursor microspheres, branched KB particles are uniformly embedded in the polymer matrix, which also acted as pore template during the pyrolysis process. After the heat treatment, CMSs are constructed by stacking the branched KB compactly, in which the KB particles are tightly adhered together by the amorphous carbon matrix derived from the polymer. During the heat treatment, the PS/PVP polymers are converted into amorphous carbon after the evaporation of heteroatoms, such as nitrogen, oxygen and hydrogen. After the infusion of sulfur, the S/CMS composites are used as the cathode of LSBs, which deliver excellent electrochemical performance with a high specific capacity, excellent rate capability and long cycle life.
The present disclosure describes how the porous carbon microspheres (CMSs) are synthesized using an electrospray technique followed by a high temperature heat treatment. CMSs with a mean diameter ranging 1 -5 μm, a large pore volume above 2 cm 3 g -1, a large specific surface area above 750 m 2 g -1, and a hierarchical pore distribution from micro-to macropores are successfully produced after direct carbonization. The CMSs are then used as the host to prepare sulfur/CMS (S/CMS) composites after infusion of molten sulfur via a traditional melt infusion technique.  After blending with binder and conductive additives, the S/CMS composite is used as the active material for cathode to assemble coin-type lithium-sulfur batteries (LSBs) . The resulting LSBs deliver excellent electrochemical performance.
The present technique applies a facile electrospray method to prepare precursor microspheres (PMSs) derived from PS/PVP/KB solution, which are then directly carbonized to produce porous CMSs. In prior art applications, templates had to be removed and the carbon host was further treated chemically for activation to generate porous carbon materials with a large pore volume, a large specific surface area and a hierarchical pore structure. Here, the abovementioned extra processes including template removal and chemical activation are completely eliminated during the process of synthesizing porous CMSs. Branched KB nanoparticles serve as the structural skeleton to support CMSs that are assembled in situ due to strong adhesion by the amorphous carbon derived from the PS/PVP matrix during carbonization. The PS/PVP matrix forms massive pores after thermal pyrolysis in an inert atmosphere due to their low carbon yields at a high temperature. The carbon yield is a measure of the weight of remaining carbon after carbonization of polymers.
The present technique uses an energy-efficient and environment-friendly approach for the preparation of porous CMSs and S/CMSs. The coin-type LSBs made of the as-prepared S/CMSs are of high specific capacity, good current rate capability, large sulfur mass loading, ultra-long cycle life, which have great potential for application in the next generation energy storage devices.
Process
The precursor solution for electrospray is prepared by dissolving PS and PVP polymers in DMF solvent by stirring at an elevated temperature and dispersing KB nanoparticles in the solution by sonication.
Fig. 1 is a schematic diagram showing porous CMSs and their synthesis procedure. The synthesis procedure is used for the preparation of PS/PVP/KB PMSs and porous CMSs as the final product. After evaporation of the solvent, PMSs are obtained from the droplets by electrospraying the PS/PVP/KB solution at a high voltage, an optimized flow rate and distance between the nozzle and collector. Then, the as-sprayed PMSs are heat treated at a high temperature in an inert atmosphere. Upon  decomposition of polymers, porous CMSs consisting of branched KB skeleton and amorphous carbon matrix derived from polymers are formed.
The S/CMSs are prepared via mechanical grinding and subsequent melt infusion. Sulfur nanoparticles and CMSs are ground together at a large sulfur proportion. The mixture is heated in an Ar atmosphere to infiltrate sulfur into the pores of CMSs.
The morphologies and pore structures of PMSs, CMSs and S/CMSs are characterized by SEM, TEM and BET analysis. CR2032 coin cells are assembled in an Ar-filled chamber to measure the electrochemical properties of S/CMS composite cathode in LSBs using lithium foil as the anode. The use of an Ar-filled chamber is given by way of non-limiting example, as any suitable inert or non-reacting atmosphere or a vacuum can be used for the assembly. The specific capacities, rate capabilities and cycle life of the LSBs are measured on a Land 2001A test system.
The disclosed technology provides a process for the preparation of porous CMSs and S/CMS composite cathode in LSBs. The process has distinct advantages of low power consumption, high yields, environment-friendly and being easy to be scaled up for mass production. In a non-limiting example, the technique uses the following sequence:
1: Preparation of electrospray solution by dissolving PS/PVP and dispersing KB in DMF
2: Formation of PS/PVP/KB PMSs based on high-voltage electrospray
3: Formation of Porous CMSs by pyrolyzing PS and PVP at a high temperature
4: Fabrication of S/CMS composites by infusing sulfur to CMSs
5: Assembly of coin cells as cathode for LSBs
Step 1 –Preparation of electrospray solution by dissolving PS/PVP and dispersing KB in DMF: 0.3 -0.8 g PS, 0.3 -0.8 g PVP, 0.1 -0.5 g KB and 11 ml DMF are placed in a sealed flask. The mixer is stirred at 60 -80℃ for over 3 h and dispersed for over 1 h under ultrasonic agitation using ultrasonic vibrational energy. After  dispersion by ultrasonic agitation, the precursor solution containing dissolved PS/PVP and KB is obtained.
Step 2 –Formation of PS/PVP/KB PMSs based on high-voltage electrospray: The precursor solution is poured into a syringe. The syringe pump feed rate is maintained at 0.5 -5 ml/h to supply the solution for electrospray. A stainless steel nozzle with an AWG (American Wire Gauge) ranging 19 -23 (with varying diameters of 1.06, 0.9, 0.81, 0.71 and 0.63 mm) is used to spray droplets and connect the high-voltage emitter clamp. A high voltage of 10 -30 kV and a constant distant of 5 -30 cm are maintained between the nozzle and aluminum foil collector. Upon evaporation of the solvent, PS/PVP/KB PMSs are obtained from the electrosprayed droplets. The PMS films are carefully peeled from the collector.
Step 3 –Formation of porous CMSs by pyrolyzing PS and PVP at a high temperature: The as-sprayed PMSs are heated in Ar at 500 -1200℃ for 0.1 -6 h at a heating rate of 2 -10℃ min -1 to form porous CMSs. After carbonization, the porous CMSs are obtained after the furnace is cooled to 25℃ overnight.
Step 4 –Fabrication of S/CMS composites by infusing molten sulfur into CMSs: Sulfur nanoparticles and CMSs are ground together at a sulfur content of 50 -70%in the mixture. The mixture is heated at 155℃ in Ar for 12 h at a heating rate of 2℃ min -1 to allow the sulfur to infiltrate into the pores of CMSs. The S/CMP composites are collected after cooling to 25℃ overnight.
Step 5 –Assembly of LSB cells using S/CMSs as cathode: CR2032 coin cells are assembled in an Ar-filled chamber to investigate the electrochemical properties of S/CMS cathodes in LSBs. The electrochemical performance including specific capacities, rate capabilities and cycle life for the LSBs are measured. To prepare the S/CMS cathodes, the slurry mixture of S/CMSs (active material) , Super P TM (conductive additive) and PVDF (binder) at a weight ratio of 8: 1: 1 in NMP is prepared by stirring for 3 h, which is uniformly applied on a carbon-coated aluminum foil and dried at 60℃ under vacuum for 12 h. Super P is a trademark of Alfa Aesar, to describe the product Alfa Aesar Carbon black, Super P TM, and is usually used as conductive additive for electrodes of commercial Li-ion batteries. The mass loading of sulfur is controlled at 0.3 -3 mg cm -2 by adjusting the thickness of the slurry coating. Lithium foil is used as the counter electrode. 
Figure PCTCN2018071546-appb-000002
2250 film is employed as the separator between the S/CMS cathode  and the lithium anode. 
Figure PCTCN2018071546-appb-000003
2250 is a 25 μm microporous trilayer membrane (PP/PE/PP) , manufactured by Celgard, LLC of Charlotte, North Carolina, USA, and is given by way of non-limiting example. Moderate liquid electrolyte is added into both the S/CMS cathode and lithium anode sides dropwisely using a pipette. The batteries are discharged from 2.8 to 1.7 V and charged from 1.7 to 2.8 V (vs Li/Li +) on a Land 2001A cell test system.
Materials:
Ketjenblack EC-600JD (KB) , commercially available branched porous carbon, is used to construct the framework skeleton structure in the CMSs. Ketjenblack EC-600JD is a superconductive carbon black material with an electrical conductivity of about 10 6 S/m. Polystyrene (PS, M w = 192,000, Aldrich) and polyvinylpyrrolidone (PVP, M w = 1,300,000, Aldrich) are used to construct the PMSs via electrospray. N, N-dimethylformamide (DMF, Fisher) is used as a solvent for the electrospray process without further purification. Sulfur nanoparticles are provided by Aldrich. Poly (vinylidine fluoride) (PVDF, Mw = 534,000, Aldrich) is used as the binder for S/CMS cathodes. Commercial Super P is used as the conductive additive for S/CMS cathodes. The electrolyte consists of 1M bis (trifluoromethane) sulfonamide lithium salt (LiTFSI) dissolved in a mixture of 1, 2-dioxolane (DOL) and dimethoxymethane (DME) (1: 1 by volume) with 1 wt%LiNO 3 .
The LiNO 3 electrolyte is given as a non-limiting example, as other electrolytes suitable for the type of battery can be used. In the case of lithium-sulfur batteries, non-limiting examples of electrolytes can comprise a material selected from the group consisting of lithium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide (Li (CF3SO2) 2N or LiTFSI) , 1, 3-dioxolane (DOL) , dimethoxyethane (DME) and LiNO 3 .
The Ketjenblack EC-600JD carbon black is used as a non-limiting example, and other sources for carbon black can be used. For example, the carbon black can be selected from Ketjenblack EC-600JD, Ketjenblack EC-330JMA, and combinations thereof, as well as from competitive products. By way of non-limiting example, the carbon black is chosen so that the resulting CMS and CMS/S composite have electrical conductivities of 3.5 x 10 4 and 1.1 x 10 3 Siemens per meter, respectively. The desired characteristics of the carbon black is that the carbon black have a high surface area, as  compared to conventional carbon blacks. For example Ketjenblack EC-600JD is claimed to have a surface area of approximately 1400 m 2/g (BET) , so that only one sixth the amount of Ketjenblack EC600-JD is needed compared to conventional electroconductive blacks in order to achieve the same conductivity.
Characterization:
The morphology and structure of as-sprayed PMSs and porous CMSs are characterized using a field emission scanning electron microscopy (FE-SEM, ZEISS Supra 55) and high-resolution transmission electron microscope (HR-TEM, FEI TECNAIG2 F30) . Energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDX) is carried out to obtain the elemental maps. The pore volumes, pore distribution and Brunauer–Emmett–Teller (BET) surface areas of CMSs and S/CMSs are measured on a Micrometrics ASAP 2020 analyzer. The electrochemical properties, including specific capacities, rate capabilities, cycle life and charge-discharge curves, of S/CMS composite cathodes in LSBs are charged and discharged between 1.7 V and 2.8 V (vs Li/Li +) on a Land 2001A cell test system.
Fabrication process:
Precursor solutions are prepared by heating and stirring the solution in a sealed flask on a heating stage, followed by dispersion by ultrasonic agitation using ultrasonic vibrational energy. PMSs are produced by electrospraying the precursor solution on an electrospinning apparatus. CMSs and S/CMSs are produced in an Ar-filled tube furnace at high temperatures and an optimized heating rate. The S/CMS composite electrodes are prepared using a slurry coating method. The S/CMS-based coin-type LSBs are assembled in a chamber and tested on a LAND cell test device.
Experiment 1 -Synthesis of porous CMSs:
0.6 g PS, 0.6 g PVP, 0.3 g KB and 11 ml DMF were placed in a sealed flask. The mixture was stirred at 70℃ for 5 h and then subjected to ultrasonic vibrational energy for 2 h. The precursor solution containing PS, PVP and KB was poured into a syringe. The feed rate of syringe pump was kept at 2 ml/h to supply the solution for  electrospray. A stainless steel nozzle sized at 21 AWG was used to spray droplets. A constant voltage of 18 kV and a constant distance of 150 mm were maintained between the nozzle and aluminum foil collector.
Fig. 2 is a scanning electron microscope (SEM) image of PS/PVP/KB precursor microspheres. Figs. 3A and 3B are microphotographs of porous carbon microspheres (CMSs) . Fig. 3A is a scanning electron microscope (SEM) image of the CMSs and Fig. 3B is a transmission electron microscope (TEM) image of the CMSs. Referring to Fig. 2, the PS/PVP/KB PMSs were obtained after evaporation of solvent from the electrosprayed droplets. The PMSs were heated in Ar at 1000℃ for 2 h at a heating rate of 5℃ min -1 to form porous CMSs. Referring to Fig. 3, after carbonization, the porous CMSs with diameters of 1 -5 μm were obtained after the furnace was cooled to 25℃ overnight.
Figs. 4A-E are photomicrographs showing the morphology and structure of the sulfur-infiltrated carbon microspheres (S/CMSs) . Fig. 4A is a SEM image. Fig. 4B is a TEM image. Fig. 4C is a STEM image of S/CMS. Figs. 4D and 4E are Energy Dispersive X-Ray Analysis (EDX) elemental maps corresponding to the STEM image of Fig 4C.
Figs. 5A-D are graphic depictions showing the pore properties of CMSs and S/CMSs. Figs. 5A and 5C depict nitrogen adsorption/desorption isotherm curves. Fig. 5B depicts pore size distribution of the CMSs of Fig. 5A. Fig. 5D depicts pore size distribution of the S/CMSs of Fig. 5C. Based on the nitrogen adsorption/desorption isotherm curves (Fig. 5A) and the pore size distribution curves (Fig. 5B) , the porous CMSs have a large pore volume of 2.08 cm 3 g -1, a large specific surface area of 75 m 2 g -1 and a hierarchical pore distribution of 0.3 -100 nm.
Experiment 2 -Synthesis of S/CMSs and assembly of LSB coin cells:
Sulfur and CMSs were mixed together at a weight ratio of 3: 2 by mechanical grinding. Then the mixture was heated at 155℃ in Ar for 12 h at a heating rate of 2℃ min -1 to obtain S/CMSs. Their pore characteristics are shown in Fig. 5C and 5D. For preparing the S/CMS cathodes, S/CMSs, Super P and PVDF at a weight ratio of  8: 1: 1 were mixed in NMP for 3 h to form a slurry. The slurry was uniformly applied to the surface of a carbon-coated aluminum foil and dried at 60℃ under vacuum for 12 h to obtain the S/CMS electrode. The mass loading of sulfur was maintained at 0.5 mg cm -2. CR2032 coin-type LSBs were assembled in an Ar-filled chamber using S/CMS as the cathode, lithium foil as the anode, Celgard TM 2250 film as the separator. A moderate amount of electrolyte consisting of LiTFSI, DOL, DME and LiNO 3 was applied to the cathode and anode.
Figs. 6A and 6B are graphic depictions showing the cyclic performance of S/CMS and S/KB cathodes. Fig. 6A shows the cyclic performance at 1 C (1 C = 1672 mA g -1) and Fig. 6B shows the cyclic performance at 2 C (1 C = 1672 mA g -1) . The assembled LSBs were tested on a Land 2001A cell test system at a charge/discharge voltage ranging between 1.7 V and 2.8 V (vs Li/Li +) at different current densities. The S/CMS cells deliver a high reversible capacity of 1280 mAh g -1 at 0.1 C (1 C = 1672 mA g -1) and an initial capacity of 1006 mAh g -1 at 1 C, maintaining 679 mAh g -1 after 1000 cycles. The LSB cells exhibit an initial reversible capacity of 728 mAh g -1 at 2 C and retain 499 mAh g -1 after 2000 cycles.
Experiment 3 -Synthesis of S/KB and assembly of LSBs:
Sulfur and KB were mixed together at a weight ratio of 3: 2 by mechanical grinding. Then the mixture was heated at 155℃ in Ar for 12 h at a heating rate of 2℃ min -1 to obtain S/KB. For preparing the S/KB cathodes, S/KB, Super P and PVDF at a weight ratio of 8: 1: 1 were mixed in NMP for 4 h to form a slurry. The slurry was uniformly applied to the surface of a carbon-coated aluminum foil and dried at 60℃ under vacuum for 12 h to obtain the S/KB electrode. The mass loading of sulfur was maintained at 0.5 mg cm -2. CR2032 coin-type LSBs were assembled in an Ar-filled chamber using S/KB as the cathode, lithium foil as the anode, 
Figure PCTCN2018071546-appb-000004
2250 film as the separator. A moderate amount of electrolyte consisting of LiTFSI, DOL, DME and LiNO 3 was applied to the cathode and anode. The assembled LSBs were tested on a Land 2001A cell test system at a charge/discharge voltage ranging between 1.7 V and 2.8 V (vs Li/Li +) at different current densities. The S/KB cells deliver a reversible capacity of 1143 mAh g -1 at 0.1 C (1 C = 1672 mA g -1) and an initial capacity of 793 mAh g -1 at 1 C, retaining 449 mAh g -1 after 1000 cycles.
Conclusion
It is understood that many changes in the details of materials parameters and processing conditions, such as precursor materials, solution concentrations, rate of flow, voltage and distance of electrospray, temperature and time of heat treatment, sulfur contents, which are described herein and illustrated to explain the nature of the subject matter, may be made by those skilled in the art within the principle and scope of the invention as expressed in the appended claims.

Claims (35)

  1. Method of producing lithium-sulfur batteries, the method comprising:
    forming a carbon microsphere substrate;
    infusing the carbon microsphere substrate with sulfur, forming a sulfur-carbon microsphere composite; and
    providing the sulfur-carbon microsphere composite as a cathode in a lithium-sulfur battery.
  2. The method of claim 1, further comprising:
    forming the carbon microsphere substrate by electrospraying a polymer solution containing superconductive carbon black particles to form a mixture of superconductive carbon black mixed with the polymer solution; and
    heat treating the mixture to form the carbon microspheres.
  3. The method of claim 1, wherein the carbon microsphere substrate comprises carbon microspheres with a mean diameter ranging 1 -5 μm, and a pore volume > 2 cm 3 g -1 .
  4. The method of claim 1, further comprising:
    infusing the carbon microsphere substrate with sulfur by a molten sulfur infusion process.
  5. The method of claim 1, further comprising:
    forming the carbon microsphere substrate by electrospraying a polymer solution containing superconductive carbon black particles;
    heat treating the mixture to form the carbon microspheres; and
    after the heat treating, constructing the carbon microspheres by stacking the branched superconductive carbon black compactly; the amorphous carbon matrix derived from the polymers after evaporation of the heteroatoms cause the carbon microspheres to adhere together.
  6. The method of claim 5, further comprising:
    using, as the polymers, a material selected from the group consisting of polystyrene (PS) and polyvinylpyrrolidone (PVP) .
  7. A method of fabricating porous carbon microspheres (CMSs) , the method comprising:
    dissolving a soluble polymer and dispersing of superconductive carbon black particles in solvent capable of carrying the polymers in solution to form a mixture of the dissolved polymer and the superconductive carbon black particles to form a precursor mixture;
    applying the precursor mixture under electrostatic force and collecting of polymer/superconductive carbon precursor microspheres (PMSs) ; and
    pyrolyzing of the polymer/superconductive carbon PMSs to obtain porous CMSs.
  8. The method of claim 7 further characterized by:
    using, as the soluble polymer, polystyrene (PS) and polyvinylpyrrolidone (PVP) , and dissolving the soluble polymers in N, N-dimethylformamide (DMF) , thereby providing the PS/PVP dissolved in the DMF as a precursor solvent capable of carrying the polymers in solution, with the PS/PVP/DMF solution and superconductive carbon forming the precursor mixture;
    electrospraying the precursor mixture under electrostatic force to apply the precursor mixture, and collecting of PS/PVP/superconductive carbon precursor microspheres (PMSs) ; and
    infusing the PMSs with sulfur to form sulfur-impregnated CMSs.
  9. The method of claim 8 further characterized by:
    subsequent to adding PS, PVP and superconductive carbon into DMF, heating and stirring the solution to dissolve PS and PVP to form a polymer-superconductive carbon mixture.
  10. The method of claim 9, further comprising:
    after dissolving PS and PVP in DMF, using ultrasonic vibrational energy to disperse the superconductive carbon uniformly in the PS/PVP solution.
  11. The method of claim 8, further comprising:
    in the preparation of the polymer-superconductive carbon mixture, changing the weight rates of components to control a structure and property of the PMSs and CMSs.
  12. The method of claim 8 further characterized by:
    subsequent to forming the polymer-superconductive carbon mixture, applying a high-voltage to form droplets of polymer/superconductive carbon to achieve evaporation of a solvent used to dissolve the polymers by applying a high–voltage electrostatic force; and
    after applying an electrostatic force, adjusting electrospray distances and flow rates to effect the solvent volatilization of droplets and formation of PS/PVP/superconductive carbon PMSs.
  13. The method of claim 8, further comprising:
    changing temperatures, heating rates and holding times to control the structure and conductivity of porous CMSs.
  14. The method of claim 7, further comprising:
    changing temperatures, heating rates and holding times to control the structure and conductivity of porous CMSs.
  15. The method of claim 7 further characterized by:
    applying a high temperature to pyrolyze the polymer/superconductive carbon PMSs.
  16. The method of claim 7 further characterized by:
    applying a high temperature to pyrolyze the polymer/superconductive carbon PMSs, wherein the pyrolysis of PS/PVP/superconductive carbon PMSs comprises  heating the samples in a tube furnace in an inert atmosphere, followed by cooling to room temperature to obtain porous CMSs.
  17. The method of claim 7 further characterized by:
    subsequent to forming the polymer-superconductive carbon mixture, applying a high-voltage to form droplets of polymer/superconductive carbon to achieve evaporation of a solvent used to dissolve the polymers by applying a high–voltage electrostatic force.
  18. A method for fabricating sulfur/carbon microsphere (S/CMS) composite, the method comprising:
    preparing a bed of porous CMSs; and
    infusing the CMSs with sulfur into the porous CMSs in an inert atmosphere to form the S/CMS composite.
  19. The method of claim 18, further comprising:
    adjusting a weight ratio of sulfur to CMSs to control the sulfur content in S/CMS composite.
  20. The method of claim 18, further comprising:
    adjusting an infusion temperature of the sulfur, time and heating rate to affect the distribution of sulfur in the porous CMSs.
  21. A method for assembling lithium-sulfur batteries (LSBs) using S/CMSs as cathode material, the method comprising:
    preparing of a slurry for cathode coating using a mixture comprising S/CMSs and a polymer in a solvent, with the polymer in solution with the solvent;
    coating the slurry on a conductive substrate;
    placing a lithium anode in an adjacent relationship with the coated substrate, and assembling an LSB in an inert or non-reactive atmosphere; and
    providing an electrolyte in communication with the coated substrate and the lithium anode.
  22. The method of claim 21, further comprising:
    forming the S/CMSs by a process comprising:
    forming a carbon microsphere substrate;
    infusing the carbon microsphere substrate with sulfur, forming a sulfur-carbon microsphere composite; and
    providing the sulfur-carbon microsphere composite as a cathode in a lithium-sulfur battery.
  23. The method of claim 21, further comprising:
    using, as the slurry, a mixture of S/CMSs, Super P and PVDF in NMP.
  24. The method of claim 21, further comprising:
    using, as the conductive substrate, a conductive substrate carbon-coated aluminum foil.
  25. The method of claim 21, further comprising:
    during the preparation of slurry, changing the weight rates of components to control a structure and property of the cathode.
  26. The method of claim 25, further comprising:
    controlling a thickness of coated slurry to affect mass loading of sulfur on the electrode.
  27. The method of claim 25, further comprising:
    subsequent to coating slurry comprising S/CMSs, Super P and PVDF on aluminum, drying the slurry in vacuum to remove solvent and obtain dried cathode.
  28. The method of claim 21, further comprising:
    using lithium foil the lithium anode, and solution comprising a material selected from the group consisting of LiTFSI, DOL, DME and LiNO 3 as the electrolyte.
  29. The method of claim 21, further comprising:
    using lithium foil the lithium anode, 
    Figure PCTCN2018071546-appb-100001
    2250 film as separator, and solution comprising LiTFSI, DOL, DME and LiNO 3 as the electrolyte.
  30. A lithium sulfur battery comprising:
    a conductive substrate;
    a carbon microsphere layer coated on the conductive substrate, the carbon microsphere coating formed of carbon microspheres, and infused with sulfur to form a sulfur-carbon microsphere composite, the carbon microspheres adhered together by the amorphous carbon matrix derived from polymers after evaporation of the heteroatoms;
    a lithium anode in an adjacent relationship with the coated substrate; and
    an electrolyte in communication with the coated substrate and the lithium anode.
  31. The lithium-sulfur battery of claim 30, further comprising:
    the carbon microsphere substrate comprising carbon microspheres with a mean diameter ranging 1 -5 μm, and a pore volume > 2 cm 3 g -1 ; and
    the amorphous carbon matrix polymers comprise polymers selected from the group consisting of polystyrene (PS) and polyvinylpyrrolidone (PVP) .
  32. The lithium-sulfur battery of claim 30, further comprising:
    the conductive substrate comprising carbon-coated aluminum foil.
  33. The lithium-sulfur battery of claim 30, further comprising:
    a thickness of coated slurry selected to control mass loading of sulfur on the electrode.
  34. The lithium-sulfur battery of claim 30, further comprising:
    the lithium anode comprising lithium foil; and
    the electrolyte comprising a material selected from the group consisting of LiTFSI, DOL, DME and LiNO 3.
  35. The lithium-sulfur battery of claim 30, further comprising:
    the lithium anode comprising lithium foil; and
    the electrolyte comprising a material selected from the group consisting of LiTFSI, DOL, DME and LiNO 3; and
    a separator
    Figure PCTCN2018071546-appb-100002
    2250 film.
PCT/CN2018/071546 2017-01-06 2018-01-05 Synthesis of porous carbon microspheres and their application in lithium-sulfur batteries WO2018127124A1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201762498766P 2017-01-06 2017-01-06
US62/498,766 2017-01-06

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2018127124A1 true WO2018127124A1 (en) 2018-07-12

Family

ID=62790878

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/CN2018/071546 WO2018127124A1 (en) 2017-01-06 2018-01-05 Synthesis of porous carbon microspheres and their application in lithium-sulfur batteries

Country Status (1)

Country Link
WO (1) WO2018127124A1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109698336A (en) * 2018-12-20 2019-04-30 浙江大学 The sulphur of accordion-rice carbon/titanium carbide composite material and preparation method and application
CN110098398A (en) * 2019-05-23 2019-08-06 中南大学 The preparation method and application of one type honeycomb sulfur doping carbon material
CN112707381A (en) * 2020-12-30 2021-04-27 高立雅 Preparation method and application of nitrogen-rich hollow carbon sphere modified graphene positive electrode active material

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1577926A (en) * 2003-07-01 2005-02-09 三星Sdi株式会社 Negative electrode for lithium secondary battery, method of preparing same, and lithium secondary battery comprising same
CN102969487A (en) * 2012-11-23 2013-03-13 南开大学 Carbon-sulfur composite material used for positive pole of lithium-sulfur battery and preparation method of material
CN102969481A (en) * 2012-12-11 2013-03-13 武汉大学 Sulfur/carbon composite material for lithium-sulfur secondary battery and preparation method thereof
CN103441248A (en) * 2013-08-15 2013-12-11 广州市香港科大霍英东研究院 High-specific-capacity and long-life type N-doped carbon microsphere/sulphur composited anode material and preparation method thereof
KR20150131653A (en) * 2014-05-15 2015-11-25 현대자동차주식회사 Lithium sulfur batteries system

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1577926A (en) * 2003-07-01 2005-02-09 三星Sdi株式会社 Negative electrode for lithium secondary battery, method of preparing same, and lithium secondary battery comprising same
CN102969487A (en) * 2012-11-23 2013-03-13 南开大学 Carbon-sulfur composite material used for positive pole of lithium-sulfur battery and preparation method of material
CN102969481A (en) * 2012-12-11 2013-03-13 武汉大学 Sulfur/carbon composite material for lithium-sulfur secondary battery and preparation method thereof
CN103441248A (en) * 2013-08-15 2013-12-11 广州市香港科大霍英东研究院 High-specific-capacity and long-life type N-doped carbon microsphere/sulphur composited anode material and preparation method thereof
KR20150131653A (en) * 2014-05-15 2015-11-25 현대자동차주식회사 Lithium sulfur batteries system

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ZHAO, CUNYU ET AL.: "Sulfur-infiltrated porous carbon microspheres with controllable multi- modal pore size distribution for high energy lithium-sulfur batteries", NANOSCALE, vol. 6, no. 2, 27 October 2013 (2013-10-27), pages 882 - 888, XP055510045 *

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109698336A (en) * 2018-12-20 2019-04-30 浙江大学 The sulphur of accordion-rice carbon/titanium carbide composite material and preparation method and application
CN110098398A (en) * 2019-05-23 2019-08-06 中南大学 The preparation method and application of one type honeycomb sulfur doping carbon material
CN110098398B (en) * 2019-05-23 2020-07-28 中南大学 Preparation method and application of honeycomb-like sulfur-doped carbon material
CN112707381A (en) * 2020-12-30 2021-04-27 高立雅 Preparation method and application of nitrogen-rich hollow carbon sphere modified graphene positive electrode active material
CN112707381B (en) * 2020-12-30 2022-09-13 新乡市中天新能源科技股份有限公司 Preparation method and application of nitrogen-rich hollow carbon sphere modified graphene positive electrode active material

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI787504B (en) Lithium ion battery and battery materials
Liu et al. Crumpled graphene balls stabilized dendrite-free lithium metal anodes
EP3435452B1 (en) Carbon-sulfur complex, method for producing same, and cathode and lithium-sulfur battery comprising same
An et al. An ultrathin and continuous Li4Ti5O12 coated carbon nanofiber interlayer for high rate lithium sulfur battery
TWI496333B (en) Use of expanded graphite in lithium/sulphur batteries
KR101580039B1 (en) Manufacturing method of porous carbon-silicon composite, and porous carbon-silicon composite manufactured thereby
Qin et al. Electrosprayed multiscale porous carbon microspheres as sulfur hosts for long-life lithium-sulfur batteries
EP3168905A1 (en) Carbon composites
CA3117764A1 (en) Silicon-carbon composite anode material
KR102319176B1 (en) Anode slurry for lithium ion batteries
CN109417171B (en) Adjustable and mass-producible synthesis of graded porous nanocarbon/sulfur composite cathodes
EP3792222A1 (en) Titania-carbon nanotube-sulfur (tio2-x-cnt-s) composite and preparing method therefor
KR20180017975A (en) Sulfur-carbon composite and lithium-sulfur battery including the same
KR20180071106A (en) Surface-treated positive active material, method for surface-treating positive active material, and electrochemical devices including the same surface-treated positive active material
KR101429842B1 (en) Electrode including mixed composites of self―assembled carbon nanotube and sulphur for lithium sulphur battery, and the fabrication method thereof
WO2018127124A1 (en) Synthesis of porous carbon microspheres and their application in lithium-sulfur batteries
Lee et al. Facile and scalable fabrication of highly loaded sulfur cathodes and lithium–sulfur pouch cells via air-controlled electrospray
JP5623303B2 (en) Electrode for lithium-sulfur secondary battery and lithium-sulfur secondary battery
Zeng et al. Regulating alkali metal deposition behavior via Li/Na-philic Ni nanoparticles modified 3D hierarchical carbon skeleton
WO2018081055A2 (en) Host material for stabilizing lithium metal electrode, and fabricating method and applications of same
Sahu et al. Tamarind seed skin-derived fiber-like carbon nanostructures as novel anode material for lithium-ion battery
CN111095622A (en) Sulfur-carbon composite, method for preparing the same, and lithium secondary battery comprising the same
JP2016115417A (en) Positive electrode used for lithium sulfur secondary battery, and lithium sulfur secondary battery
KR101587324B1 (en) Sulfur-carbon composite and method for manufacturing the same
KR20190061215A (en) Sulfur-Carbon Tube Composite Originated from Biomass and the Fabrication Method Thereof

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 18736303

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 18736303

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1