KR100551002B1 - Conductive material used in positive electrode for lithium sulfur battery, positive electrode for lithium sulfur battery and lithium sulfur battery comprising same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 리튬 설퍼 전지의 양극용 도전재, 리튬 설퍼 전지용 양극 및 그를 포함하는 리튬 설퍼 전지에 관한 것으로서, 상기 도전재는 400ml/100g 보다 큰 디부틸프탈레이트 흡유량을 갖는 탄소 계열 물질을 포함한다. 본 발명의 양극은 DBP 흡유량이 높은 도전재를 사용하므로 전지의 용량 특성을 향상시킬 수 있다.The present invention relates to a conductive material for a positive electrode of a lithium sulfur battery, a positive electrode for a lithium sulfur battery, and a lithium sulfur battery including the same, wherein the conductive material includes a carbon-based material having a dibutyl phthalate oil absorption greater than 400 ml / 100 g. Since the positive electrode of the present invention uses a conductive material having a high DBP oil absorption, the capacity characteristics of the battery can be improved.

DBP흡유량,도전재,리튬설퍼전지,양극DBP oil absorption, conductive material, lithium sulfur battery, anode

Description

리튬 설퍼 전지 양극용 도전재, 리튬 설퍼 전지용 양극 및 그를 포함하는 리튬 설퍼 전지{CONDUCTIVE MATERIAL USED IN POSITIVE ELECTRODE FOR LITHIUM SULFUR BATTERY, POSITIVE ELECTRODE FOR LITHIUM SULFUR BATTERY AND LITHIUM SULFUR BATTERY COMPRISING SAME}A conductive material for a lithium sulfur battery positive electrode, a cathode for a lithium sulfur battery and a lithium sulfur battery including the same.

도 1은 본 발명의 실시예 1 내지 2 및 비교예 1 내지 2의 양극의 디부틸프탈레이트 흡유량에 따른 방전 용량을 나타낸 그래프.1 is a graph showing the discharge capacity according to the dibutyl phthalate oil absorption amount of the positive electrode of Examples 1 to 2 and Comparative Examples 1 to 2 of the present invention.

[산업상 이용 분야][Industrial use]

본 발명은 리튬 설퍼 전지의 양극용 도전재, 리튬 설퍼 전지용 양극 및 그를 포함하는 리튬 설퍼 전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 우수한 방전 용량을 나타내는 리튬 설퍼 전지용 양극 및 그를 포함하는 리튬 설퍼 전지에 관한 것이다.The present invention relates to a conductive material for a positive electrode of a lithium sulfur battery, a positive electrode for a lithium sulfur battery, and a lithium sulfur battery including the same, and more particularly, to a positive electrode for a lithium sulfur battery having excellent discharge capacity, and a lithium sulfur battery including the same. .

[종래 기술][Prior art]

최근 전자 제품, 전자 기기, 통신 기기의 소형화, 경량화 및 고성능화가 급속히 진전됨에 따라 이들 제품의 전원으로 사용될 이차 전지의 성능 개선이 크게 요구되고 있다. 이러한 요구를 만족시키는 이차 전지로 황계 물질을 양극 활물질 로 사용하는 리튬 설퍼 전지에 대한 개발이 활발하게 진행되고 있다.Recently, as the miniaturization, weight reduction, and high performance of electronic products, electronic devices, and communication devices have rapidly progressed, there is a great demand for improving the performance of secondary batteries to be used as power sources for these products. As a secondary battery that satisfies these requirements, development of a lithium sulfur battery using a sulfur-based material as a cathode active material is being actively conducted.

리튬 설퍼 전지는 황-황 결합(Sulfur-Sulfur bond)을 갖는 황 계열 화합물을 양극 활물질로 사용하고, 리튬과 같은 알카리 금속, 또는 리튬 이온 등과 같은 금속 이온의 삽입/탈삽입이 일어나는 탄소계 물질을 음극 활물질로 사용하는 이차 전지이다. 환원 반응시(방전시) S-S 결합이 끊어지면서 S의 산화수가 감소하고, 산화 반응시(충전시) S의 산화수가 증가하면서 S-S 결합이 다시 형성되는 산화-환원 반응을 이용하여 전기적 에너지를 저장 및 생성한다.The lithium sulfur battery uses a sulfur-based compound having a sulfur-sulfur bond as a positive electrode active material, and an alkali metal such as lithium, or a carbon-based material in which insertion / deintercalation of metal ions such as lithium ions occurs. It is a secondary battery used as a negative electrode active material. In the reduction reaction (discharged), the SS bond is broken and the oxidation number of S decreases. In the oxidation reaction (charged), the oxidation-reduction reaction of the SS bond is formed by increasing the oxidation number of S and the electrical energy is stored and stored. Create

리튬 설퍼 전지는 이론 에너지 밀도가 2800Wh/kg(1675mAh/g)으로 다른 전지 에 비하여 매우 높고, 또한 양극 활물질로 사용되는 황계 물질은 자원이 풍부하여 값이 싸며, 환경친화적인 물질로서 주목을 받고 있다. Lithium sulfur battery has a theoretical energy density of 2800 Wh / kg (1675 mAh / g), which is much higher than other batteries, and the sulfur-based material used as a positive electrode active material has abundant resources, is inexpensive, and attracts attention as an environmentally friendly material. .

리튬 설퍼 전지의 양극 활물질로 사용되는 황은 부도체이므로 전기 화학 반응으로 생성된 전자의 이동을 위해서는 도전재를 필요로 한다. 즉 전기 화학 반응을 활발하게 발생시키기 위해서는 도전재의 역할이 중요하다.Sulfur, which is used as a positive electrode active material of a lithium sulfur battery, is an insulator and thus requires a conductive material for the movement of electrons generated by an electrochemical reaction. In other words, the role of the conductive material is important to actively generate the electrochemical reaction.

이러한 도전재로는 카본 블랙류의 카본이나 금속 분말 등이 사용될 수 있으며, 일반적으로 카본이 사용되고 있다. 상기 도전재는 충방전 동안 액상으로 존재하는 폴리설파이드의 반응 사이트 역할을 수행하므로 비표면적이 크고 전해액(또는 폴리설파이드 용액)을 다량 함침할 수 있어야 한다. As the conductive material, carbon of carbon black, metal powder, or the like may be used, and carbon is generally used. Since the conductive material serves as a reaction site for the polysulfide present in the liquid phase during charging and discharging, the conductive material should have a large specific surface area and be able to impregnate a large amount of the electrolyte (or polysulfide solution).

이러한 물성을 만족시키기 위하여, 미국 특허 제 6,143,448 호에는 도전재의 물성을 디부틸 프탈레이트(dibutyl phthalate: DBP) 흡유량 및 비표면적으로 조절한 내용이 기술되어 있다. 이 도전재의 DBP 흡유량은 52 내지 400ml/100g이고 비 표면적은 250 내지 1000㎡, 입도는 10 내지 50nm이었다. 그러나 여전히 도전재의 물성을 조절하여 전지 용량을 증가시키기 위한 연구가 진행되고 있다.In order to satisfy such physical properties, US Pat. No. 6,143,448 describes the adjustment of the physical properties of the conductive material to dibutyl phthalate (DBP) oil absorption and specific surface area. The DBP oil absorption of this electrically conductive material was 52-400 ml / 100g, the specific surface area was 250-1000 m <2>, and the particle size was 10-50 nm. However, research is still being conducted to increase battery capacity by controlling the properties of conductive materials.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 전지의 물성을 최적화할 수 있는 리튬 설퍼 전지 양극용 도전재를 제공하는 것이다.The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a conductive material for a lithium sulfur battery positive electrode that can optimize the physical properties of the battery.

본 발명의 다른 목적은 최적의 물성을 갖는 도전재를 사용한 리튬 설퍼 전지용 양극을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a positive electrode for a lithium sulfur battery using a conductive material having optimum physical properties.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 양극을 포함하는 리튬 설퍼 전지를 제공하는 것이다.Still another object of the present invention is to provide a lithium sulfur battery including the positive electrode.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 400ml/100g 보다 큰 디부틸프탈레이트 흡유량을 갖는 탄소계 물질을 포함하는 리튬 설퍼 전지의 양극용 도전재를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a conductive material for a positive electrode of a lithium sulfur battery comprising a carbon-based material having a dibutyl phthalate oil absorption greater than 400ml / 100g.

본 발명은 또한 상기 도전재 및 양극 활물질을 포함하는 리튬 설퍼 전지용 양극을 제공한다.The present invention also provides a positive electrode for a lithium sulfur battery comprising the conductive material and the positive electrode active material.

아울러, 본 발명은 상기 양극; 음극 활물질을 포함하는 음극; 및 전해액을 포함하는 리튬 설퍼 전지를 제공한다.In addition, the present invention is the positive electrode; A negative electrode including a negative electrode active material; And it provides a lithium sulfur battery comprising an electrolyte solution.

이하 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail.

본 발명은 리튬 설퍼 전지의 양극에 사용되는 도전재의 물성을 최적의 용량을 얻을 수 있도록 조절한 도전재에 관한 것이다.The present invention relates to a conductive material in which the physical properties of the conductive material used for the positive electrode of a lithium sulfur battery are adjusted to obtain an optimum capacity.

리튬 설퍼 전지에서 도전재로는 일반적으로 탄소 계열 물질, 예를 들어 카본 또는 카본 블랙이 사용되고 있다. 이러한 탄소 계열 물질의 특성은 기본적으로 입자 사이즈, 비표면적(surface area), 응집체 크기(구조(aggregate size(structure)), 표면 화학(surface chemistry) 등으로 나타낼 수 있다. 탄소 계열 물질의 구조 즉, 응집체 크기는 카본의 일차 입자가 얼마나 많이 뭉쳐있는냐를 나타내는 물성으로서 구조에 따라 전해액 함침성이 달라지므로 전지 용량에 영향을 미치는 중요한 변수 중 하나이다. 즉, 상기 도전재는 전자를 잘 전달해야하며, 폴리설파이드 용액 또는 전해액을 잘 흡유할 수 있는 구조를 가져야 한다. 이러한 물성을 만족시키는 탄소 계열 물질의 구조로는 고구조성 블랙((high structure), 카본 블랙의 기본 입자(primary particle)들이 모여 형성된 응집체 1개당 기본 입자 수가 많은 것을 말함. 또한 상기 구조는 기본 입자들이 수 개에서 수십개가 서로 붙어 있는 것을 말함)으로서, 많은 일차 입자가 뭉쳐있는 것으로 많은 양의 공극 면적(void space)을 갖고 있는 많은 사슬 체인(highly branched chains)들로 구성되어 있으며, 전도도가 좋고 분산이 잘되며, 점도가 높다는 장점이 있다.In the lithium sulfur battery, a carbon-based material such as carbon or carbon black is generally used as the conductive material. The properties of such carbon-based materials may be expressed in terms of particle size, surface area, aggregate size (structure), surface chemistry, etc. The structure of the carbon-based material, Agglomerate size is a property of how much primary particles of carbon are aggregated and is one of the important variables affecting battery capacity since electrolyte impregnation varies depending on the structure, that is, the conductive material must transfer electrons well and polysulfide The structure of the carbon-based material satisfying these properties may include a structure of high structural black (primary particles) formed by gathering primary particles of carbon black. It refers to a large number of basic particles, and the structure also has several basic particles attached to each other. A large number of primary particles, composed of many branched chains with a large amount of void space, good conductivity, good dispersion, and high viscosity. There is this.

탄소 계열 물질인 도전재가 이러한 치밀 구조를 갖고 있는지의 여부는 디부틸 프탈레이트(dibutyl phthalate: DBP) 흡유량(absorption rate)으로 측정할 수 있다. 본 발명의 도전재는 400ml/100g보다 큰 DBP 흡유량을 갖는 탄소 계열 물질이다. 바람직한 DBP 흡유량은 410 내지 700ml/100g이다. 도전재의 DBP 흡유량이 400ml/100g보다 큰 탄소 계열 물질은 일차 입자가 많이 뭉쳐져 있는 상태이므로 활물질 조성물 제조시 용매 내에서의 분산력이 좋아 양극판을 제조할 때 극판의 균질성을 향상시킬 수 있다. 또한 제조된 양극에는 탄소 계열 물질의 구조들 사이에 많은 양의 공극이 존재하므로, 전해액과의 접촉 면적이 증가하여 전기 화학 반응 면적이 넓어지며, 또한 전해액 함침성이 증가하여 전지의 용량을 향상시킬 수 있다. 따라서 도전재의 DBP 흡유량이 400ml/100g 이하일 경우에는 용량이 저하되므로 바람직하지 않다. Whether or not the conductive material, which is a carbon-based material, has such a dense structure can be measured by dibutyl phthalate (DBP) absorption rate. The conductive material of the present invention is a carbon-based material having a DBP oil absorption greater than 400 ml / 100 g. Preferred DBP oil absorption is 410 to 700 ml / 100 g. Since the carbonaceous material having a DBP oil absorption greater than 400ml / 100g of the conductive material is in a state in which a large number of primary particles are agglomerated, the dispersibility in the solvent is good when the active material composition is prepared, thereby improving the homogeneity of the electrode plate when manufacturing the positive electrode plate. In addition, since a large amount of voids exist between the structures of the carbon-based material in the manufactured anode, the contact area with the electrolyte is increased to increase the electrochemical reaction area, and the electrolyte impregnability is increased to improve the battery capacity. Can be. Therefore, when DBP oil absorption amount of a electrically conductive material is 400 ml / 100g or less, since a capacity | capacitance falls, it is not preferable.

상기 도전재는 pH가 6 이상이 바람직하며, 6 내지 10이 보다 바람직하고, 평균 입자 사이즈는 10 내지 50nm인 것이 바람직하다. 또한 도전재의 비표면적은 800㎡/g 이상이 바람직하며, 900 내지 1500㎡/g이 보다 바람직하다. 상기 도전재의 평균 입자 사이즈가 50nm보다 크면 자연히 비표면적이 줄어들고 이에 따라 전기 화학 반응이 일어날 수 있는 반응 사이트가 줄어들어 전지의 성능에 악영향을 미치게 된다. 또한 상기 도전재의 평균 입자 사이즈가 10nm보다 작으면 비표면적이 크고 반응 사이트가 증가하여 전지 성능에 좋은 영향을 줄 것으로 예상되나, 입도가 매우 작고 비표면적이 큰 탄소 계열의 물질의 경우에는 슬러리 물성이 나빠져 공정상의 어려움이 있고, 이러한 도전재를 극판에 부착시키기 위해서는 많은 양의 바인더가 필요하여 극판에 활물질의 양을 줄여야하는 문제가 발생한다.The conductive material preferably has a pH of 6 or more, more preferably 6 to 10, and preferably an average particle size of 10 to 50 nm. Moreover, 800 m <2> / g or more is preferable and, as for the specific surface area of a electrically conductive material, 900-1500 m <2> / g is more preferable. When the average particle size of the conductive material is larger than 50 nm, the specific surface area naturally decreases, and thus, the reaction site at which the electrochemical reaction can occur is reduced, which adversely affects the performance of the battery. In addition, when the average particle size of the conductive material is less than 10 nm, it is expected that the specific surface area is large and the reaction site is increased, thereby affecting battery performance. However, in the case of a carbon-based material having a very small particle size and a large specific surface area, the slurry properties It is worsened, there are difficulties in the process, and in order to attach such a conductive material to the electrode plate, a large amount of binder is required, which causes a problem of reducing the amount of the active material on the electrode plate.

이와 같이, DBP 흡유량(단위: ml/100g)이 큰 도전재를 리튬 설퍼 전지의 양극에 사용하면 활물질 조성물 제조시 분산이 균일하게 되어 활물질 조성물 품질을 개선시킬 수 있고 따라서 균질한 양극판을 제조할 수 있었다. 또한 DBP 흡유량이 큰 탄소 계열 물질을 사용함에 따라 전해액의 함침성을 보다 향상시킬 수 있어 전 지의 성능을 향상시킬 수 있다.As such, when a conductive material having a large DBP oil absorption (unit: ml / 100g) is used for the positive electrode of the lithium sulfur battery, the dispersion is uniform during the preparation of the active material composition, thereby improving the quality of the active material composition, and thus, producing a homogeneous positive electrode plate. there was. In addition, the use of a carbon-based material having a large DBP oil absorption can further improve the impregnation of the electrolyte, thereby improving the performance of the battery.

DBP 흡유량이 큰 카본 분말을 사용하였을 때 방전 용량이 높게 나타난 이유로는 DBP 흡유량이 큰 분말은 일차 입자가 많이 뭉쳐져 있어 물과 같은 용매에서의 분산력이 좋아 양극판 제조시 극판의 균질성이 높아졌고, 제조된 극판에서는 카본의 구조들 사이에 많은 양의 공극이 존재하므로 전해액과의 접촉 면적이 넓어져서 전기화학 반응 면적이 넓어질 것이고 또한 전해액 함침성이 좋아져서 전지의 용량 향상에 기여하는 것으로 판단된다.The reason why the discharge capacity was high when using the carbon powder having a large DBP oil absorption was that the powder having a large DBP oil absorption had a lot of primary particles, so that the dispersibility in a solvent such as water was good. In the electrode plate, since a large amount of pores exist between the structures of carbon, the contact area with the electrolyte is widened and the electrochemical reaction area is widened, and the electrolyte impregnation is improved, which contributes to the improvement of the battery capacity.

본 발명의 리튬 설퍼 전지용 양극은 상기 도전재와 양극 활물질을 포함한다. 상기 양극 활물질로는 황 원소(elemental sulfur, S8), 황 계열 화합물 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있다. 상기 황 계열 화합물은 Li2Sn(n≥1), 유기 황 화합물, 및 탄소-황 폴리머((C2Sx)n: x= 2.5 내지 50, n≥2)로 이루어진 군에서 선택되는 것을 사용할 수 있다. The positive electrode for lithium sulfur battery of this invention contains the said electrically conductive material and positive electrode active material. As the cathode active material, elemental sulfur (S 8 ), a sulfur-based compound, or a mixture thereof may be used. The sulfur-based compound is selected from the group consisting of Li 2 S n (n ≧ 1), an organic sulfur compound, and carbon-sulfur polymer ((C 2 S x ) n : x = 2.5 to 50, n ≥ 2) Can be used.

또한 상기 양극 활물질을 집전체에 잘 부착시킬 수 있는 바인더를 더욱 포함할 수 있다. 상기 바인더의 대표적인 예로는 폴리(비닐 아세테이트), 폴리비닐 알콜, 폴리에틸렌 옥사이드, 폴리비닐 피롤리돈, 알킬레이티드 폴리에틸렌 옥사이드, 가교결합된 폴리에틸렌 옥사이드, 폴리비닐 에테르, 폴리(메틸 메타크릴레이트), 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리헥사플루오로프로필렌과 폴리비닐리덴 플루오라이드의 코폴리머(상품명: Kynar), 폴리(에틸 아크릴레이트), 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리비닐클로라이드, 폴리아크릴로니트릴, 폴리비닐피리딘, 폴리스티렌, 이들 의 유도체, 블랜드, 코폴리머 등을 들 수 있다.In addition, the positive electrode active material may further include a binder that can be attached to the current collector. Representative examples of the binder include poly (vinyl acetate), polyvinyl alcohol, polyethylene oxide, polyvinyl pyrrolidone, alkylated polyethylene oxide, crosslinked polyethylene oxide, polyvinyl ether, poly (methyl methacrylate), poly Vinylidene fluoride, copolymer of polyhexafluoropropylene and polyvinylidene fluoride (trade name: Kynar), poly (ethyl acrylate), polytetrafluoroethylene, polyvinylchloride, polyacrylonitrile, polyvinylpyridine , Polystyrene, derivatives thereof, blends, copolymers and the like.

본 발명의 양극에서 도전재, 양극 활물질 및 바인더의 함량은 본 발명의 효과에 영향을 미치는 요소가 아니므로 적절하게 혼합하면 되며, 그 혼합 비율은 당해 분야에 종사하는 사람들에게는 널리 이해될 수 있는 내용이다.The content of the conductive material, the positive electrode active material and the binder in the positive electrode of the present invention is not a factor influencing the effects of the present invention, and may be appropriately mixed. The mixing ratio may be widely understood by those skilled in the art. to be.

상기 양극을 포함하는 본 발명의 리튬 설퍼 전지는 음극과 전해액을 포함한다. 상기 음극에서 음극 활물질로는 리튬 이온을 가역적으로 인터칼레이션 또는 디인터칼레이션할 수 있는 물질, 리튬 이온과 반응하여 가역적으로 리튬 함유 화합물을 형성할 수 있는 물질, 리튬 금속 및 리튬 합금으로 이루어진 군에서 선택되는 것을 사용할 수 있다.The lithium sulfur battery of the present invention including the positive electrode includes a negative electrode and an electrolyte solution. The negative electrode active material in the negative electrode is a group consisting of a material capable of reversibly intercalating or deintercalating lithium ions, a material capable of reacting with lithium ions to reversibly form a lithium-containing compound, a lithium metal and a lithium alloy. Can be selected from.

상기 리튬 이온을 가역적으로 인터칼레이션/디인터칼레이션할 수 있는 물질로는 탄소 물질로서, 리튬 이온 이차 전지에서 일반적으로 사용되는 탄소계 음극 활물질은 어떠한 것도 사용할 수 있으며, 그 대표적인 예로는 결정질 탄소, 비정질 탄소 또는 이들을 함께 사용할 수 있다. 또한, 상기 리튬 이온과 반응하여 가역적으로 리튬 함유 화합물을 형성할 수 있는 물질의 대표적인 예로는 산화 주석(SnO2), 티타늄 나이트레이트, 실리콘(Si) 등을 들 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 리튬 합금으로는 리튬과 Na, K, Rb, Cs, Fr, Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra, Al 및 Sn으로 이루어진 군에서 선택되는 금속의 합금이 사용될 수 있다. As a material capable of reversibly intercalating / deintercalating the lithium ions, any carbon-based negative electrode active material generally used in a lithium ion secondary battery may be used, and representative examples thereof include crystalline carbon. , Amorphous carbon or these can be used together. In addition, a representative example of a material capable of reacting with lithium ions to reversibly form a lithium-containing compound may include, but is not limited to, tin oxide (SnO 2 ), titanium nitrate, silicon (Si), and the like. As the lithium alloy, an alloy of a metal selected from the group consisting of lithium and Na, K, Rb, Cs, Fr, Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra, Al, and Sn may be used.

리튬 금속 표면에 무기질 보호막(protective layer), 유기질 보호막 또는 이들이 적층된 물질도 음극으로 사용될 수 있다. 상기 무기질 보호막으로는 Mg, Al, B, C, Sn, Pb, Cd, Si, In, Ga, 리튬 실리케이트, 리튬 보레이트, 리튬 포스페이트, 리튬 포스포로나이트라이드, 리튬 실리코설파이드, 리튬 보로설파이드, 리튬 알루미노설파이드 및 리튬 포스포설파이드로 이루어진 군에서 선택되는 물질로 이루어진다. 상기 유기질 보호막으로는 폴리(p-페닐렌), 폴리아세틸렌, 폴리(p-페닐렌 비닐렌), 폴리아닐린, 폴리피롤, 폴리티오펜, 폴리(2,5-에틸렌 비닐렌), 아세틸렌, 폴리(페리나프탈렌), 폴리아센, 및 폴리(나프탈렌-2,6-디일)로 이루어진 군에서 선택되는 도전성을 가지는 모노머, 올리고머 또는 고분자로 이루어진다. An inorganic protective layer, an organic protective layer, or a material in which these layers are stacked on a lithium metal surface may also be used as a cathode. As the inorganic protective film, Mg, Al, B, C, Sn, Pb, Cd, Si, In, Ga, lithium silicate, lithium borate, lithium phosphate, lithium phosphoronide, lithium silicon sulfide, lithium borosulfide, lithium aluminium It consists of a material selected from the group consisting of nosulfide and lithium phosphosulfide. The organic protective film is poly (p-phenylene), polyacetylene, poly (p-phenylene vinylene), polyaniline, polypyrrole, polythiophene, poly (2,5-ethylene vinylene), acetylene, poly (ferry) Naphthalene), polyacene, and poly (naphthalene-2,6-diyl), and a monomer, oligomer or polymer having conductivity selected from the group consisting of.

또한, 리튬-황 전지를 충방전하는 과정에서, 양극 활물질로 사용되는 황이 비활성 물질로 변화되어, 리튬 음극 표면에 부착될 수 있다. 이와 같이 비활성 황(inactive sulfur)은 황이 여러 가지 전기화학적 또는 화학적 반응을 거쳐 양극의 전기화학 반응에 더이상 참여할 수 없는 상태의 황을 말하며, 리튬 음극 표면에 형성된 비활성 황은 리튬 음극의 보호막(protective layer)으로서 역할을 하는 장점도 있다. 따라서, 리튬 금속과 이 리튬 금속 위에 형성된 비활성 황, 예를 들어 리튬 설파이드를 음극으로 사용할 수도 있다.In addition, in the process of charging and discharging the lithium-sulfur battery, sulfur used as the positive electrode active material may be changed into an inert material and adhered to the surface of the lithium negative electrode. As described above, inactive sulfur refers to sulfur in which sulfur is no longer able to participate in the electrochemical reaction of the anode through various electrochemical or chemical reactions, and inert sulfur formed on the surface of the lithium cathode is a protective layer of the lithium cathode. There is also an advantage to act as. Therefore, lithium metal and inert sulfur formed on the lithium metal, for example lithium sulfide, may be used as the negative electrode.

상기 전해액으로는 전해염과 유기 용매를 포함하는 것을 사용할 수 있다.As said electrolyte solution, what contains an electrolyte salt and an organic solvent can be used.

상기 유기 용매로는 단일 용매를 사용할 수도 있고 2이상의 혼합 유기용매를 사용할 수도 있다. 2이상의 혼합 유기 용매를 사용하는 경우 약한 극성 용매 그룹, 강한 극성 용매 그룹, 및 리튬 메탈 보호용매 그룹 중 두 개 이상의 그룹에서 하나 이상의 용매를 선택하여 사용하는 것이 바람직하다.As the organic solvent, a single solvent may be used, or two or more mixed organic solvents may be used. When using two or more mixed organic solvents, it is preferable to select one or more solvents from two or more groups among the weak polar solvent group, the strong polar solvent group, and the lithium metal protective solvent group.

약한 극성 용매는 아릴 화합물, 바이사이클릭 에테르, 비환형 카보네이트 중 에서 황 원소를 용해시킬 수 있는 유전 상수가 15보다 작은 용매로 정의되고, 강한 극성 용매는 비사이클릭 카보네이트, 설폭사이드 화합물, 락톤 화합물, 케톤 화합물, 에스테르 화합물, 설페이트 화합물, 설파이트 화합물 중에서 리튬 폴리설파이드를 용해시킬 수 있는 유전 상수가 15보다 큰 용매로 정의되며, 리튬 보호 용매는 포화된 에테르 화합물, 불포화된 에테르 화합물, N, O, S 또는 이들의 조합이 포함된 헤테로 고리 화합물과 같은 리튬금속에 안정한 SEI(Solid Electrolyte Interface) 필름을 형성하는 충방전 사이클 효율(cycle efficiency)이 50% 이상인 용매로 정의된다. Weak polar solvents are defined as solvents with a dielectric constant of less than 15 that can dissolve sulfur elements among aryl compounds, bicyclic ethers, and acyclic carbonates; strong polar solvents are bicyclic carbonates, sulfoxide compounds, lactone compounds Is defined as a solvent having a dielectric constant of greater than 15 that can dissolve lithium polysulfide among ketone compounds, ester compounds, sulfate compounds, and sulfite compounds, and lithium protective solvents are saturated ether compounds, unsaturated ether compounds, N, O And a charge / discharge cycle efficiency (cycle efficiency) of forming a SEI (Solid Electrolyte Interface) film stable on a lithium metal, such as a heterocyclic compound containing S, or a combination thereof, is defined as a solvent of 50% or more.

약한 극성 용매의 구체적인 예로는 자일렌(xylene), 디메톡시에탄, 2-메틸테트라하이드로퓨란, 디에틸 카보네이트, 디메틸 카보네이트, 톨루엔, 디메틸 에테르, 디에틸 에테르, 디글라임, 테트라글라임 등이 있다.  Specific examples of weak polar solvents include xylene, dimethoxyethane, 2-methyltetrahydrofuran, diethyl carbonate, dimethyl carbonate, toluene, dimethyl ether, diethyl ether, diglyme, tetraglyme and the like.

강한 극성 용매의 구체적인 예로는 헥사메틸 포스포릭 트리아마이드(hexamethyl phosphoric triamide), 감마-부티로락톤, 아세토니트릴, 에틸렌 카보네이트, 프로필렌 카보네이트, N-메틸피롤리돈, 3-메틸-2-옥사졸리돈, 디메틸 포름아마이드, 설포란, 디메틸 아세트아마이드, 디메틸 설폭사이드, 디메틸 설페이트, 에틸렌 글리콜 디아세테이트, 디메틸 설파이트, 또는 에틸렌 글리콜 설파이트 등을 들 수 있다. Specific examples of strong polar solvents include hexamethyl phosphoric triamide, gamma-butyrolactone, acetonitrile, ethylene carbonate, propylene carbonate, N-methylpyrrolidone, 3-methyl-2-oxazolidone , Dimethyl formamide, sulfolane, dimethyl acetamide, dimethyl sulfoxide, dimethyl sulfate, ethylene glycol diacetate, dimethyl sulfite, or ethylene glycol sulfite.

리튬 보호용매의 구체적인 예로는 테트라하이드로 퓨란, 에틸렌 옥사이드, 디옥솔란, 3,5-디메틸 이속사졸, 2,5-디메틸 퓨란, 퓨란, 2-메틸 퓨란, 1,4-옥산, 4-메틸디옥솔란 등이 있다.Specific examples of the lithium protective solvent include tetrahydrofuran, ethylene oxide, dioxolane, 3,5-dimethyl isoxazole, 2,5-dimethyl furan, furan, 2-methyl furan, 1,4-oxane, 4-methyldioxolane Etc.

상기 전해염인 리튬염으로는 리튬 트리플루오로메탄설폰이미드(lithium trifluoromethansulfonimide), 리튬 트리플레이트(lithium triflate), 리튬 퍼클로레이트(lithium perclorate), LiPF6, LiBF4 또는 테트라알킬암모늄, 예를 들어 테트라부틸암모늄 테트라플루오로보레이트, 또는 상온에서 액상인 염, 예를 들어 1-에틸-3-메틸이미다졸리움 비스-(퍼플루오로에틸 설포닐) 이미드와 같은 이미다졸리움 염 등을 하나 이상 사용할 수 있다.The electrolytic salt lithium salt is lithium trifluoromethansulfonimide (lithium trifluoromethansulfonimide), lithium triflate (lithium triflate), lithium perchlorate (lithium perclorate), LiPF 6 , LiBF 4 or tetraalkylammonium, for example tetra One or more butylammonium tetrafluoroborate, or liquid salts at room temperature, such as imidazolium salts such as 1-ethyl-3-methylimidazolium bis- (perfluoroethyl sulfonyl) imide and the like Can be.

이하 본 발명의 바람직한 실시예 및 비교예를 기재한다. 그러나 하기한 실시예는 본 발명의 바람직한 일 실시예일 뿐 본 발명이 하기한 실시예에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, preferred examples and comparative examples of the present invention are described. However, the following examples are only one preferred embodiment of the present invention and the present invention is not limited to the following examples.

(실시예 1)(Example 1)

무기 황(S8) 양극 활물질; 카본 블랙 도전재 : 폴리에틸렌옥사이드 바인더를 중량비로 84:12:4의 비율로 이소프로필 용매 중에서 혼합하여 양극 활물질 슬러리를 제조하였다. 상기 도전재의 DBP 흡유량은 425ml/100g이었다. 또한, pH는 6 내지 9, 입도 30nm, 비표면적은 950m2이었다.Inorganic sulfur (S 8 ) positive electrode active material; A carbon black conductive material: polyethylene oxide binder was mixed in an isopropyl solvent at a ratio of 84: 12: 4 by weight to prepare a positive electrode active material slurry. The DBP oil absorption amount of the said electrically conductive material was 425 ml / 100 g. Moreover, pH was 6-9, particle size 30nm, and specific surface area was 950m <2> .

상기 양극 활물질 슬러리를 이용하여 통상의 방법으로 양극을 제조하였다.The positive electrode was manufactured by the conventional method using the positive electrode active material slurry.

(실시예 2)(Example 2)

DBP 흡유량이 495ml/100g인 카본 블랙 도전재를 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 실시하였다. 상기 카본 블랙 도전재의 pH는 8 내지 10, 입도 33.9nm, 비표면적은 1270m2/g이었다.The same procedure as in Example 1 was carried out except that a carbon black conductive material having a DBP oil absorption of 495 ml / 100 g was used. The carbon black conductive material had a pH of 8 to 10, a particle size of 33.9 nm, and a specific surface area of 1270 m 2 / g.

(비교예 1)(Comparative Example 1)

DBP 흡유량이 130ml/100g인 카본 블랙 도전재를 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 실시하였다. 상기 카본 블랙 도전재의 pH는 8, 입도는 19nm, 비표면적은 150m2/g이었다.The same procedure as in Example 1 was carried out except that a carbon black conductive material having a DBP oil absorption of 130 ml / 100 g was used. The carbon black conductive material had a pH of 8, a particle size of 19 nm, and a specific surface area of 150 m 2 / g.

(비교예 2)(Comparative Example 2)

DBP 흡유량이 330ml/100g인 카본 블랙 도전재를 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 실시하였다.The same procedure as in Example 1 was carried out except that a carbon black conductive material having a DBP oil absorption of 330 ml / 100 g was used.

상기 실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 2의 양극과 리튬 포일 음극을 사용하여 리튬 설퍼 전지를 제조하였다. 제조된 전지를 0.2C 충전 속도, 0.2C 방전 속도로 충방전을 실시하여 방전 용량을 측정하고, 그 결과를 도 1에 나타내었다. 도 1에서, 방전 용량%는 설계 용량 대비한 값이다. 도 1에 나타낸 것과 같이, DBP 흡유량이 400ml/100g보다 큰 도전재를 사용한 실시예 1 내지 3의 전지는 설계 용량 대비 각각 57.6%, 64.8% 및 65%로, 400ml/100g 이하의 도전재를 사용한 비교예 1 내지 2의 전지에 비하여 방전 용량%가 우수함을 알 수 있다.A lithium sulfur battery was manufactured using the positive electrode and the lithium foil negative electrode of Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 2 above. The produced battery was charged and discharged at a 0.2C charge rate and a 0.2C discharge rate to measure discharge capacity, and the results are shown in FIG. 1. In FIG. 1, the discharge capacity% is a value compared to the design capacity. As shown in FIG. 1, the batteries of Examples 1 to 3 using a conductive material having a DBP oil absorption greater than 400 ml / 100 g were 57.6%, 64.8%, and 65%, respectively, based on the design capacity, and the conductive material of 400 ml / 100 g or less was used. It can be seen that the discharge capacity% is superior to the batteries of Comparative Examples 1 and 2.

상술한 바와 같이, 본 발명은 DBP 흡유량이 높은 도전재를 양극에 사용하여 용량 특성이 우수한 전지를 제공할 수 있다.As described above, the present invention can provide a battery having excellent capacity characteristics by using a conductive material having a high DBP oil absorption in the positive electrode.

Claims (17)

삭제delete 삭제delete 양극 활물질; 및Positive electrode active material; And 디부틸프탈레이트 흡유량이 410 내지 700ml/100g이고, 평균 입자 크기가 10 내지 50nm인 탄소계 도전재Carbonaceous conductive material having dibutyl phthalate oil absorption of 410 to 700 ml / 100 g and an average particle size of 10 to 50 nm 를 포함하는 리튬 설퍼 전지용 양극.A positive electrode for a lithium sulfur battery comprising a. 삭제delete 제 3 항에 있어서, 상기 도전재의 pH는 6 내지 11인 리튬 설퍼 전지용 양극.The positive electrode for a lithium sulfur battery according to claim 3, wherein the conductive material has a pH of 6-11. 삭제delete 삭제delete 제 3 항에 있어서, 상기 도전재의 비표면적은 900 내지 1500㎡/g인 리튬 설퍼 전지용 양극.The positive electrode for lithium sulfur battery of Claim 3 whose specific surface area of the said electrically conductive material is 900-1500m <2> / g. 제 3 항에 있어서, 상기 양극 활물질은 무기 황(elemental sulfur, S8), Li2Sn(n≥1), 유기 황 화합물, 및 탄소-황 폴리머((C2Sx)n: x= 2.5 내지 50, n≥2)로 이루어진 군에서 선택되는 황 계열 화합물 또는 이들의 혼합물인 리튬 설퍼 전지용 양극.The method of claim 3, wherein the positive electrode active material is inorganic sulfur (elemental sulfur, S 8 ), Li 2 S n (n≥1), organic sulfur compound, and carbon-sulfur polymer ((C 2 S x ) n : x = A positive electrode for a lithium sulfur battery, which is a sulfur-based compound selected from the group consisting of 2.5 to 50 and n ≧ 2) or a mixture thereof. 양극 활물질 및 디부틸프탈레이트 흡유량이 410 내지 700ml/100g이고, 평균 입자 크기가 10 내지 50nm인 탄소계 도전재를 포함하는 양극;A positive electrode including a positive electrode active material and a dibutylphthalate oil absorption amount of 410 to 700 ml / 100 g, and a carbon-based conductive material having an average particle size of 10 to 50 nm; 음극 활물질을 포함하는 음극; 및A negative electrode including a negative electrode active material; And 전해액Electrolyte 을 포함하는 리튬 설퍼 전지.Lithium sulfur battery comprising a. 삭제delete 제 10 항에 있어서, 상기 도전재의 pH는 6 내지 11인 리튬 설퍼 전지.The lithium sulfur battery of claim 10, wherein the conductive material has a pH of 6 to 11. 11. 삭제delete 삭제delete 제 10 항에 있어서, 상기 도전재의 비표면적은 900 내지 1500㎡/g인 리튬 설퍼 전지.The lithium sulfur battery of claim 10, wherein a specific surface area of the conductive material is 900 to 1500 m 2 / g. 제 10 항에 있어서, 상기 양극 활물질은 무기 황(elemental sulfur, S8), Li2Sn(n≥1), 유기 황 화합물, 및 탄소-황 폴리머((C2Sx)n: x= 2.5 내지 50, n≥2)로 이루어진 군에서 선택되는 황 계열 화합물 또는 이들의 혼합물인 리튬 설퍼 전지.The method of claim 10, wherein the positive electrode active material is inorganic sulfur (elemental sulfur, S 8 ), Li 2 S n (n≥1), organic sulfur compound, and carbon-sulfur polymer ((C 2 S x ) n : x = Lithium sulfur battery which is a sulfur-based compound selected from the group consisting of 2.5 to 50, n≥2) or a mixture thereof. 제 10 항에 있어서, 상기 음극 활물질은 리튬 이온을 가역적으로 인터칼레이션할 수 있는 물질, 리튬 이온과 반응하여 가역적으로 리튬 함유 화합물을 형성할 수 있는 물질, 리튬 금속 및 리튬 합금으로 이루어진 군에서 선택되는 것인 리튬 설퍼 전지.The method of claim 10, wherein the negative electrode active material is selected from the group consisting of a material capable of reversibly intercalating lithium ions, a material capable of reacting with lithium ions to form a lithium-containing compound reversibly, lithium metal and a lithium alloy It is a lithium sulfur battery.
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