【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本專利技術涉及一種鋰二次電池，更特別地涉及具有高能量密度的鋰硫電池。本申請要求在韓國于2023年6月9日提交的韓國專利申請第10-2023-0074500號和于2023年11月10日提交的韓國專利申請第10-2023-0155551號的優先權，所述專利申請的公開內容通過引用并入本文中。
技術介紹
1、隨著鋰二次電池的應用從便攜式電子裝置擴展到電動車輛(ev)和電力存儲系統(ess)，對高容量、高能量密度且長壽命的鋰二次電池的需求越來越大。
2、在鋰二次電池中，鋰硫電池是使用含有硫-硫鍵的硫類材料作為正極活性材料，并使用鋰金屬、其中發生鋰離子的嵌入/脫嵌的碳類材料、與鋰形成合金的硅或錫作為負極活性材料的電池系統。
3、在鋰硫電池中，正極活性材料的主要材料硫的原子量低，且儲量豐富、易得、價廉、無毒且環境友好。
4、此外，當將鋰金屬用于負極中時，鋰硫電池理論上顯示來自鋰離子和硫在正極處的轉化反應(s8+16li++16e-→8li2s)的比容量1,675?mah/g，并且能量密度為2,600?wh/kg。因為鋰硫電池的理論能量密度遠高于目前正在研究的其它電池系統(ni-mh電池：450?wh/kg，li-fes電池：480?wh/kg，li-mno2電池：1,000?wh/kg，na-s電池：800?wh/kg，鋰離子電池：250?wh/kg)，所以在已開發和正在開發的二次電池中，高容量、環境友好且價格低廉的鋰二次電池引起了關注。
5、然而，電解液的量大、正極效率的降低和負極的劣化阻礙了
6、在這種情況下，人們一直在研究從而實現具有高能量密度的鋰二次電池。
技術實現思路
1、技術問題
2、本專利技術旨在解決上述問題，因此本專利技術旨在提供一種具有高能量密度的鋰硫電池。
3、特別地，本專利技術旨在提供一種鋰硫電池，所述鋰硫電池減少電解質的量并改善正極的效率以增加容量，從而實現高能量密度。
4、技術方案
5、為了解決上述問題，根據本專利技術的一個方面，提供了如下示例性實施方案的鋰硫電池。
6、根據第一示例性實施方案的鋰硫電池包含：
7、包含硫碳復合材料的正極、負極、在正極與負極之間的隔膜、以及電解液，
8、其中，鋰硫電池包含化合物，所述化合物在放電深度(dod)15%至dod?80%下具有選自如下中的x射線衍射(xrd)圖案的衍射角(2θ值)中的三個以上特征峰：7.1±0.2°、9.0±0.2°、9.4±0.2°、9.6±0.2°、9.9±0.2°、10.0±0.2°、10.4±0.2°、11.0±0.2°、11.6±0.2°、12.1±0.2°、13.3±0.2°、14.5±0.2°和15.0±0.2°。
9、根據第二示例性實施方案，在第一示例性實施方案中，dod?15%至dod?80%可以是具有1.7?v至2.2?v的電位的狀態。
10、根據第三示例性實施方案，在第一或第二示例性實施方案中，dod?15%至dod?80%可以是具有150至960?mah/g(s)的單位硫(s)重量的放電容量的狀態。
11、根據第四示例性實施方案，在第一至第三示例性實施方案中的任一項中，所述化合物可以具有選自所述衍射角中的四個以上特征峰。
12、根據第五示例性實施方案，在第一至第四示例性實施方案中的任一項中，所述化合物可以包含7.1±0.2°、9.0±0.2°、9.4±0.2°、9.6±0.2°、9.9±0.2°、10.0±0.2°、10.4±0.2°、11.0±0.2°、11.6±0.2°、12.1±0.2°、13.3±0.2°、14.5±0.2°和15.0±0.2°的xrd圖案的衍射角(2θ值)。
13、根據第六示例性實施方案，在第一至第五示例性實施方案中的任一項中，硫碳復合材料可以具有2.3?g/g以上的硫/碳(s/c)重量比。
14、根據第七示例性實施方案，在第一至第六示例性實施方案中的任一項中，正極可以包含：集電器；和在集電器的至少一個表面上的、包含硫碳復合材料的正極活性材料層，并且硫碳復合材料的重量基于正極活性材料層的總重量為90重量%以上。
15、根據第八示例性實施方案，在第一至第七示例性實施方案中的任一項中，正極可以具有2至5?mah/cm2的硫(s)負載量。
16、根據第九示例性實施方案，在第一至第八示例性實施方案中的任一項中，負極可以具有40至80?μm的厚度。
17、根據第十示例性實施方案，在第一至第九示例性實施方案中的任一項中，電解液與硫碳復合材料中單質硫(s)的重量比(el/s重量比)可以為2.5?g/g以下。
18、根據第十一示例性實施方案，在第一至第十示例性實施方案中的任一項中，鋰硫電池可以具有1.4?mah/cm2以上的sx，sx滿足如下公式1：
19、[公式1]
20、sx=spe/sel/s
21、其中，spe是所述正極中的硫(s)負載量，并且
22、其中，sel/s是電解液與硫碳復合材料中單質硫(s)的重量比(el/s重量比)。
23、根據第十二示例性實施方案，在第一至第十一示例性實施方案中的任一項中，鋰硫電池的能量密度可以為430?wh/kg以上。
24、根據第十三示例性實施方案，在第一到第十二示例性實施方案中的任一項中，鋰硫電池可以是袋型電池或圓筒形電池。
25、根據本專利技術的另一個方面，提供了如下示例性實施方案的評價方法。
26、根據第十四示例性實施方案的評價方法是評價鋰硫電池的能量密度的方法，所述鋰硫電池包含：包含硫碳復合材料的正極、負極、在正極與負極之間的隔膜、以及電解液，所述方法包括：
27、將包含化合物的鋰硫電池確定為具有高能量密度的電池，所述化合物在dod?15%至dod?80%下具有選自如下中的xrd圖案的衍射角(2θ值)中的三個以上特征峰：7.1±0.2°、9.0±0.2°、9.4±0.2°、9.6±0.2°、9.9±0.2°、10.0±0.2°、10.4±0.2°、11.0±0.2°、11.6±0.2°、12.1±0.2°、13.3±0.2°、14.5±0.2°和15.0±0.2°。
28、根據第十五示例性實施方案，在第十四示例性實施方案中，具有高能量密度的電池可以是具有430?wh/kg以上的能量密度的電池。
29、有益效果
30、根據本專利技術一個方面的鋰硫電池具有高能量密度。
31、特別地，本專利技術的鋰硫電池可以具有300?wh/kg以上、進一步為430?wh/kg以上的能量密度。
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1.一種鋰硫電池，所述鋰硫電池包含：
2.根據權利要求1所述的鋰硫電池，其中，所述DOD?15%至DOD?80%是具有1.7?V至2.2?V的電位的狀態。
3.根據權利要求1所述的鋰硫電池，其中，所述DOD?15%至DOD?80%是具有150?mAh/g(s)至960?mAh/g(s)的單位硫(S)重量的放電容量的狀態。
4.根據權利要求1所述的鋰硫電池，其中，所述化合物具有選自所述衍射角中的四個以上特征峰。
5.根據權利要求1所述的鋰硫電池，其中，所述化合物包含7.1±0.2°、9.0±0.2°、9.4±0.2°、9.6±0.2°、9.9±0.2°、10.0±0.2°、10.4±0.2°、11.0±0.2°、11.6±0.2°、12.1±0.2°、13.3±0.2°、14.5±0.2°和15.0±0.2°的XRD圖案的衍射角(2θ值)。
6.根據權利要求1所述的鋰硫電池，其中，所述硫碳復合材料具有2.3?g/g以上的硫/碳(S/C)重量比。
7.根據權利要求1所述的鋰硫電池，其中，所述正極包含：
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