JP2018520490A - ポリドーパミンを含む複合コーティング層が形成されたリチウム−硫黄電池用分離膜、この製造方法及びこれを含むリチウム−硫黄電池 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ポリドーパミンを含む複合コーティング層が形成されたリチウム−硫黄電池用分離膜及びこの製造方法に関する。
したがって、本発明の目的は、リチウムポリスルフィドの湧出及び拡散を抑制し、これのさらなる還元反応サイトを提供するリチウム−硫黄電池用分離膜を提供することである。
本発明のもう一つの目的は、上記リチウム−硫黄電池用分離膜を含むリチウム−硫黄電池を提供することである。
また、本発明は上記リチウム−硫黄電池用分離膜を含むリチウム−硫黄電池を提供する。
本発明は、リチウムポリスルフィドの拡散を防止して硫黄の還元反応の追加的サイト(site)を提供するために、分離膜本体の少なくとも一面にポリドーパミンと伝導性物質を含む複合コーティング層を含む、リチウム−硫黄電池用分離膜を提供する。上記分離膜本体の少なくとも一面とは、電極を組み立てる時、正極と対向する面を必ず含む一面または両面である。
本発明の第1具現例で提示する、図1に図示されたようなリチウム−硫黄電池用分離膜は、次のような段階を経て製造される。
先ず、分離膜本体110を用意する。分離膜本体110は、本発明で特に限定しないし、前述した分離膜本体のいずれか一つを選択することができるし、直接製造したり市販される分離膜を購入して使うことが可能である。
前述した第1及び第2具現例で提示する分離膜100は、好ましくは、リチウム−硫黄電池の分離膜として適用可能であり、図1及び図2に提示したように、分離膜100は正極200及び負極300の間に介在され、この時、複合コーティング層120が片面にだけコーティングされる場合、好ましくは、複合コーティング層120が正極200と対向するように配置して組み立てる。
1.分離膜製造
ポリドーパミンと炭素系導電材であるSuper−Pを5:1の重量比で混合し、塩基性(pH8.5)バッファー溶液に分散させて製造されたスラリーを20μm厚さのポリプロピレンフィルムの片面に5μm厚さでコーティングして分離膜を製造した。
炭素及び硫黄を9:1の重量比で混合して製造された正極活物質70重量%、導電材であるデンカブラック(Denka black)20重量%、及びバインダーとしてSBR/CMC(重量比1:1)10重量%組成の正極合剤を脱イオン水に添加して正極スラリーを製造した後、アルミニウム集電体にコーティングして正極を製造した。但し、バインダーでSBRはスチレンブタジエンゴムで、CMCはカルボキシメチルセルロースである。
上記ポリプロピレンにポリドーパミンとSuper−Pがコーティングされた分離膜の代わりに何も処理されていない20μmのポリプロピレンフィルムを分離膜として使うことを除き、上記実施例1と同様の方法でリチウム−硫黄電池を製造した。
実施例1及び比較例1によって製造されたリチウム−硫黄電池をそれぞれ0.1C/0.1Cで充電/放電を30サイクル繰り返しながら、サイクルごとに各電池の初期容量を測定した。図3に図示されたように、本明細書による実施例1のリチウム−硫黄電池は、比較例1のリチウム−硫黄電池より初期容量が大きく、寿命特性も向上されたことが分かる。
Claims (11)
- 分離膜本体;及び
上記分離膜本体の少なくとも一面に形成された複合コーティング層;を含み、
上記複合コーティング層は、ポリドーパミンと伝導性物質を含むことを特徴とする、リチウム−硫黄電池用分離膜。 - 上記複合コーティング層は、ポリドーパミンと伝導性物質を3:1〜7:1の重量比で含むことを特徴とする、請求項1に記載のリチウム−硫黄電池用分離膜。
- 上記複合コーティング層の厚さは、0.1〜10μmであることを特徴とする、請求項1に記載のリチウム−硫黄電池用分離膜。
- 上記伝導性物質は、炭素系導電材、伝導性高分子及びこれらの組み合わせからなる群から選択された1種を含むことを特徴とする、請求項1に記載のリチウム−硫黄電池用分離膜。
- 上記炭素系導電材は、黒鉛系、活性炭系、カーボンブラック系、炭素繊維系、炭素ナノ構造体及びこれらの組み合わせからなる群から選択された1種を含むことを特徴とする、請求項4に記載のリチウム−硫黄電池用分離膜。
- 上記伝導性高分子は、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアズレン、ポリピリジン、ポリインドール、ポリカルバゾール、ポリアジン、ポリキノン、ポリアセンチレン、ポリセレノフェン、ポリテルロフェン、ポリパラフェニレン、ポリフェニレンビニレン、ポリフェニレンスルフィド、ポリエチレンジオキシチオフェン及びこれらの組み合わせからなる群から選択された1種を含むことを特徴とする、請求項4に記載のリチウム−硫黄電池用分離膜。
- 上記分離膜本体と複合コーティング層の間にポリドーパミンコーティング層をさらに備えることを特徴とする、請求項1に記載のリチウム−硫黄電池用分離膜。
- 上記ポリドーパミンコーティング層の厚さは、0.1〜10μmであることを特徴とする、請求項7に記載のリチウム−硫黄電池用分離膜。
- リチウム−硫黄電池用分離膜の製造方法において、
i)分離膜本体を準備する段階;
ii)ポリドーパミン、伝導性物質及び溶媒を混合してスラリーを製造する段階;
iii)上記スラリーを分離膜本体の少なくとも一面にコーティングする段階;及び
iv)上記コーティングされた分離膜を乾燥して複合コーティング層を形成する段階;を含むことを特徴とする、リチウム−硫黄電池用分離膜の製造方法。 - 上記i)段階を行った後、ii)段階を行う前に、
ポリドーパミンスラリーを製造して分離膜の本体上にコーティングした後、乾燥してポリドーパミンコーティング層を形成する段階を行うことを特徴とする、請求項9に記載のリチウム−硫黄電池用分離膜の製造方法。 - 正極;負極;上記正極と負極の間に介在される分離膜;及び電解質を含むリチウム−硫黄電池において、
上記分離膜は、請求項1ないし請求項8のいずれか一項の分離膜であることを特徴とするリチウム−硫黄電池。
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