KR100570604B1 - 리튬-설퍼 전지용 전해액 및 이를 포함하는 리튬-설퍼 전지 - Google Patents

리튬-설퍼 전지용 전해액 및 이를 포함하는 리튬-설퍼 전지 Download PDF

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Abstract

본 발명은 리튬-설퍼 전지용 전해액에 관한 것으로서, 에테르계 용매, 사이클릭 에테르(cyclic ether)계 용매, 및 질소 포함 고리형태 용매를 포함하는 리튬-설퍼 전지용 전해액과 이를 포함하는 리튬-설퍼 전지에 관한 것이다.
본 발명의 리튬-설퍼 전지용 전해액은 설파이드 이온의 용해도와 이온 안정성을 향상시켜 리튬-설퍼 전지의 방전용량을 증가시킬 수 있는 장점이 있다.
리튬 설퍼 전지, 피롤리돈, 방전용량, 전해액

Description

리튬-설퍼 전지용 전해액 및 이를 포함하는 리튬-설퍼 전지{An Electrolyte for Lithium-Sulfur Batteries and Lithium-Sulfur Batteries Comprising The Same}
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 제조된 리튬-설퍼 전지의 사시도이다.
도 2는 실시예 2, 비교예 1 및 2에 따라 제조된 셀의 방전전류밀도가 0.2 C 일 때의 설퍼이용률을 나타낸 곡선이다.
도 3은 실시예 2, 비교예 1 및 2에 따라 제조된 셀의 방전전류밀도가 1.0 C 일 때의 설퍼이용률을 나타낸 곡선이다.
[산업상 이용분야]
본 발명은 리튬-설퍼 전지용 전해액 및 이를 포함하는 리튬-설퍼 전지에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 설파이드 이온의 용해도와 이온 안정성을 향상시켜 리튬-설퍼 전지의 방전용량을 증가시킬 수 있는 리튬-설퍼 전지용 전해액 및 이를 포함하는 리튬-설퍼 전지에 관한 것이다.
[종래기술]
휴대용 전자기기의 급속한 발전에 따라 전지의 수요를 증가시키고 있다. 휴대용 전자기기의 경박단소의 추세에 부응할 수 있는 고 에너지 밀도의 전지의 등장이 지속적으로 요구되고 있으며, 이러한 요구에 부응하기 위해서는 값싸고 안전하고 환경친화적인 면을 만족시키는 전지의 개발이 필요하다.
이러한 요구를 만족시키는 여러 가지 전지들 중에 리튬-설퍼 전지는 현재까지 개발되고 있는 전지 중 에너지 밀도면에서 가장 유망하다. 리튬의 에너지 밀도는 3830 mAh/g, 설퍼(S8)의 에너지 밀도가 1675 mAh/g으로 사용되는 활물질 자체가 값싸고, 환경친화적인 물질이라는 장점이 있다.
그러나 아직 이 전지 시스템으로 상용화에 성공한 예는 없는 실정이다. 그 이유는 설퍼를 활물질로 사용하면 투입된 설퍼의 양에 대한 전지 내 전기화학적 산화환원 반응에 참여하는 설퍼의 양을 나타내는 이용률이 낮아 극히 낮은 전지 용량을 나타낸다는 것이다.
또한, 산화환원 반응시에 설퍼가 전해액으로 유출됨으로써 야기되는 전지수명의 열화와 적절한 전해액을 선택하지 못했을 경우 설퍼의 환원물질인 리튬설파이드(Li2S)가 석출되어 더 이상 전기화학반응에 참여하지 못하게 되는 문제점이 있다.
현재 리튬 이온 전지에 사용하기 위한 전해액 성분으로서 높은 이온 전도도와 함께 높은 산화전위를 보이는 전해질염(salt)과 유기용매에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 리튬 이온 전지에서는 주로 LiClO4, LiBF4, LiPF6 와 같은 리튬염 이 사용되고 있다.
미국 특허 제5,827,602호에는 트리플레이트(triflate), 이미드(imide), 메타이드(methide)계 음이온을 포함하는 리튬염을 사용하는 비수계 전지에 대하여 기재되어 있다. 그러나 상기와 같은 리튬 이온 전지용 전해액은 리튬 이온 전지에서는 우수한 성능을 보이나 리튬 설퍼 전지에서는 전지 특성이 열화되는 등의 문제가 있어 리튬 이온 전지의 전해액을 리튬 설퍼 전지의 전해액으로 그대로 이용하지 못하고 있다.
이것은 리튬 이온 전지에 주로 사용되는 카보네이트계 전해액에서 폴리설파이드의 전기화학 반응이 매우 불안정하기 때문이다. 리튬 설퍼 전지의 전해액으로 사용되기 위해서는 폴리설파이드의 전기화학 반응이 안정되게 일어나고 생성된 고농도의 폴리설파이드가 용해될 수 있는 전해액의 개발이 지속적으로 요구되고 있다.
미국특허 제6,030,720호에서는 주용매가 R1(CH2CH2O)nR 2 (여기에서 n은 2 내지 10이고, R은 알킬 또는 알콕시 그룹), 공용매는 도우너(donor) 넘버가 15 이상인 혼합 용매를 사용한다. 또한, 크라운 에테르(crown ether), 크립탠드(cryptand), 도우너 용매(donor number) 중 적어도 하나를 포함하는 용매를 포함하는 액체 전해액을 사용한다. 상기 전해액은 방전된 후 결과적으로 캐솔라이트(catholyte)가 되는 전해액이다. 그러나 이러한 전해액을 사용하여도 리튬-설퍼 전지의 용량, 고효율특성 또는 수명 특성은 만족할 만한 수준에 이르지 못하고 있다.
지금까지 우수한 방전용량을 갖는 리튬-설퍼 전지를 얻고자 하는 많은 연구가 있었지만, 이에 가장 적합한 전해액으로서의 유기 용매와 그 조성에 대해서는 구체적인 연구가 부족한 실정이다.
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 설파이드 이온의 용해도와 이온 안정성을 향상시켜 리튬-설퍼 전지의 방전용량을 증가시킬 수 있는 리튬-설퍼 전지용 전해액과 이를 포함하는 리튬-설퍼 전지를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 에테르계 용매, 사이클릭 에테르(cyclic ether)계 용매, 및 질소 포함 고리형태 용매를 포함하는 유기용매 및 리튬염을 포함하는 리튬-설퍼 전지용 전해액을 제공한다.
본 발명은 또한 (a) 설퍼 원소, 설퍼계 화합물 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나의 양극 활물질을 포함하는 양극, (b) 에테르계 용매, 사이클릭 에테르(cyclic ether)계 용매, 및 질소 포함 고리형태 용매를 포함하는 유기용매 및 리튬염을 포함하는 전해액 및 (c) 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 음극 활물질을 포함하는 음극으로 이루어지는 리튬-설퍼 전지를 제공한다.
이하, 본 발명을 설명하면 다음과 같다.
리튬-설퍼 전지를 방전시키면, 양극에서 설퍼 원소(S8)가 환원되어 설파이드(S-2) 또는 폴리설파이드(Sn -1, Sn -2, 여기서 n ≥ 2)가 생성된다. 그러므로 리튬-설퍼 전지는 설퍼 원소, 리튬 설파이드(Li2S), 또는 리튬 폴리설파이드(Li2S n, n= 2, 4, 6, 8)를 양극 활물질로 사용한다. 이중 설퍼는 극성이 작고, 리튬설파이드나 리튬 폴리설파이드는 극성이 큰 이온성 화합물이며, 리튬 설파이드는 유기용매에 침전 상태로 존재하나 리튬 폴리설파이드는 대체로 용해된 상태로 존재한다. 이러한 다양한 특성을 가지는 설퍼계 물질이 전기 화학 반응을 원활히 수행하기 위해서는 이들 설퍼계 물질을 잘 용해시키는 전해액을 선택하는 것이 중요하다.
본 발명자는 설퍼계 양극 활물질에 대한 용해도가 우수하고, 높은 이온전도도를 가지는 전해액으로서 질소 포함 고리형태 용매를 적당한 조성으로 포함하는 경우에는 폴리설파이드 이온의 용해도와 이온안정성이 향상되는 것을 발견하고 본 발명을 완성하게 되었다.
본 발명의 리튬-설퍼 전지에서는 설퍼계 양극 활물질에 대한 용해도가 우수하고, 높은 이온 안정성을 나타내는, 질소 포함 고리형태 용매를 포함하는 전해액을 사용한다. 본 발명에서 사용하는 전해액은 3성분계 용매로서 에테르계 용매, 사이클릭 에테르계 용매, 및 질소 포함 고리형태 용매를 포함한다.
상기 에테르계 용매의 예로는 디메톡시에탄(DME:dimethoxyethane), 디에틸에테르, 디글라임, 및 테트라글리임 등이 있고, 그 함량은 전체 유기용매 부피에 대 하여 10 내지 80 부피%인 것이 바람직하며, 20 내지 40 부피%인 것이 더욱 바람직하다.
상기 사이클릭 에테르계 용매의 예로는 1,3-디옥솔란(DOX), 3,5-디메틸 이속사졸, 2,5-디메틸퓨란, 퓨란, 2-메틸 퓨란, 1,4-옥산, 및 4-메틸디옥솔란 등이 있고, 그 함량은 전체 유기용매 부피에 대하여 10 내지 30 부피%인 것이 바람직하며, 15 내지 25 부피%인 것이 더욱 바람직하다.
또한, 질소 포함 고리형태 용매의 예로는 피리딘, 메틸피롤, 및 N-메틸피롤리돈(NMP:N-methylpyrrolidone) 등이 있고, 그 함량은 전체 유기용매 부피에 대하여 10 내지 40 부피%인 것이 바람직하며, 15 내지 25 부피%인 것이 더욱 바람직하다.
상기 3성분계 용매에 있어서, 함량비가 상기 최적범위를 만족할 때에 설퍼 이용률 증가의 효과를 얻을 수 있다. 특히 상기 질소 포함 고리형태 용매의 함량이 10 부피% 미만인 경우에는 설퍼 이용률 증가 효과가 작고, 40 부피%를 초과하는 경우에는 오히려 폴리설파이드 용해도를 감소시키거나, 점도를 증가시켜 이용률이 감소한다.
본 발명의 전해액은 또한 전해염으로서 리튬염을 더욱 포함할 수 있다. 상기 리튬염의 예로는 LiPF6, LiBF4, LiSbF6, LiAsF6, LiClO 4, LiCF3SO3, Li(CF3SO2)2N, LiC4F9SO3, LiSbF6, LiAlO4, LiAlCl4 , LiN(CxF2x+1SO2)(CyF2y+1SO2 )(여기서, x 및 y는 자연수임), LiCl, 및 LiI 등이 있으며, 0.5 내지 2.0 M의 농도로 전해액에 포함되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 리튬 설퍼 전지(1)는 도 1에 도시된 바와 같이 양극(3), 음극(4), 및 상기 양극(3)과 음극(4) 사이에 위치한 세퍼레이터를 포함하는 전지 캔(5)을 포함한다. 상기 양극(3)과 음극(4) 사이에 피롤리돈을 포함하는 상기 전해액을 주입한다.
본 발명의 리튬 설퍼 전지의 양극(3)은 설퍼 원소, Li2Sn(n≥1), 캐솔라이트(catholyte)에 용해된 Li2Sn(n≥1), 유기 설퍼 화합물, 및 탄소-설퍼 폴리머((C2Sx)n: x= 2.5 내지 50, n≥2)로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나의 양극 활물질을 포함한다.
상기 양극(3)은 전이 금속, ⅢA족, ⅣA족 금속, 이들의 합금, 또는 이들 금속을 포함하는 설퍼 화합물로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 첨가제를 더욱 포함할 수 있다. 상기 전이금속은 Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Y, Zr, Nb, Mo, Tc, Ru, Rh, Pd, Ag, Cd, Ta, W, Re, Os, Ir, Pt, Au 및 Hg로 이루어진 군에서 선택되는 것이 바람직하다. 상기 ⅢA족 금속은 Al, Ga, In 및 Tl로 이루어진 군에서 선택되는 것이 바람직하다. 상기 ⅣA족 금속은 Si, Ge, Sn 및 Pb로 이루어진 군에서 선택되는 것이 바람직하다.
또한 전자가 양극 극판(3) 내에 원활하게 이동할 수 있도록 하는 전기 전도성 도전제를 더 포함할 수 있다. 상기 도전제로는 특히 한정하지 않으나, 흑연계 물질, 카본계 물질 등과 같은 전도성 물질 또는 전도성 고분자가 바람직하게 사용 될 수 있다. 상기 흑연계 물질로는 KS 6(Timcal사 제품)가 있고 카본계 물질로는 수퍼 P(MMM사 제품), 케첸 블랙(ketjen black), 덴카 블랙(denka black), 아세틸렌 블랙, 카본 블랙 등이 있다. 상기 전도성 고분자의 예로는 폴리아닐린, 폴리티오펜, 폴리아세틸렌, 폴리피롤 등이 있다. 이들 전도성 도전제들은 단독으로 사용하거나 둘 이상을 혼합하여 사용할 수도 있다.
상기 양극 활물질은 바인더에 의하여 전류 집전체에 부착된다. 상기 바인더로는 폴리(비닐 아세테이트), 폴리비닐 알콜, 폴리에틸렌 옥사이드, 폴리비닐 피롤리돈, 알킬레이티드 폴리에틸렌 옥사이드, 가교결합된 폴리에틸렌 옥사이드, 폴리비닐 에테르, 폴리(메틸 메타크릴레이트), 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리헥사플루오로프로필렌과 폴리비닐리덴플루오라이드의 코폴리머(상품명: Kynar), 폴리(에틸 아크릴레이트), 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리비닐클로라이드, 폴리아크릴로니트릴, 폴리비닐피리딘, 폴리스티렌, 이들의 유도체, 블렌드, 코폴리머 등이 사용될 수 있다.
본 발명의 양극을 제조하기 위해서는 먼저, 슬러리를 제조하기 위한 용매에 바인더를 용해시킨 다음, 도전제를 분산시킨다. 슬러리를 제조하기 위한 용매로는 설퍼-화합물, 바인더 및 도전제를 균일하게 분산시킬 수 있으며, 쉽게 증발되는 것을 사용하는 것이 바람직하며, 대표적으로는 아세토니트릴, 메탄올, 에탄올, 테트라하이드로퓨란, 물, 이소프로필알콜, 디메틸 포름아마이드 등을 사용할 수 있다. 다음으로 설퍼계열 활물질과 첨가제를 상기 도전제가 분산된 슬러리에 다시 균일하게 분산시켜 양극 활물질 슬러리를 제조한다. 슬러리에 포함되는 용매, 설퍼 화합 물 또는 선택적으로 첨가제의 양은 본 발명에 있어서 특별히 중요한 의미를 가지지 않으며, 단지 슬러리의 코팅이 용이하도록 적절한 점도를 가지면 충분하다.
이와 같이 제조된 슬러리를 집전체에 도포하고, 진공 건조하여 양극 극판(3)을 형성한 후 이를 전지(1) 조립에 사용한다. 슬러리는 점도 및 형성하고자 하는 양극 극판의 두께에 따라 적절한 두께로 집전체에 코팅하면 충분하다. 상기 집전체로는 특히 제한하지 않으나 스테인레스 스틸, 알루미늄, 구리, 티타늄 등의 도전성 물질을 사용하는 것이 바람직하며, 카본-코팅된 알루미늄 집전체를 사용하면 더욱 바람직하다. 탄소가 코팅된 알루미늄 기판을 사용하는 것이 탄소가 코팅되지 않은 것에 비해 활물질에 대한 접착력이 우수하고, 접촉 저항이 낮으며, 알루미늄의 폴리설파이드에 의한 부식을 방지할 수 있는 장점이 있다.
본 발명의 리튬-설퍼 전지(1)의 음극(4)은 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 음극 활물질을 포함한다.
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 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.
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 프스포르나이트라이드, 리튬 실리코노설파이드, 리튬 보로설파이드, 리튬 알루미노 설파이드 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.
또한, 리튬-설퍼 전지를 충방전하는 과정에서, 양극 활물질로 사용되는 설퍼가 비활성 물질로 변화되어, 리튬 음극 표면에 부착될 수 있다. 이와 같이 비활성 설퍼(inactive sulfur)은 설퍼가 여러 가지 전기화학적 또는 화학적 반응을 거쳐 양극의 전기화학 반응에 더이상 참여할 수 없는 상태의 설퍼를 말하며, 리튬 음극 표면에 형성된 비활성 설퍼는 리튬 음극의 보호막(protective layer)으로서 역할을 하는 장점도 있다. 따라서, 리튬 금속과 이 리튬 금속 위에 형성된 비활성 설퍼, 예를 들어 리튬 설파이드를 음극으로 사용할 수도 있다.
양극과 음극에 존재하는 세퍼레이터로는 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌 등의 고분자막 또는 이들의 다중막이 사용된다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예 및 비교예를 기재한다. 그러나 하기한 실시예는 본 발명의 바람직한 일 실시예일 뿐, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
(실시예 1)
설퍼 원소 67.5 중량%, 도전제로 케첸 블랙11.4 중량% 및 바인더로 폴리에틸렌 옥사이드 21.1 중량%를 아세토니트릴 용매에서 혼합하여 리튬-설퍼 전지용 양극 활물질 슬러리를 제조하였다. 이 슬러리를 탄소-코팅된 알루미늄 전류 집전체에 코팅하고, 슬러리가 코팅된 전류 집전체를 12시간 이상 60℃ 진공 오븐에서 건조하여 25×50 ㎟ 크기를 가진, 2 mAh/cm2의 양극판을 제조하였다. 양극판, 진공 건조된 세퍼레이터 및 음극으로 리튬 전극을 차례로 얹은 다음 파우치에 삽입하였다. 1.0M 비스(트리플루오르메틸설포닐이미드)(LiN(CF3SO2)2)가 용해된 디메톡시에탄/N-메틸피롤리돈(NMP:N-methylpyrrolidone)/디옥솔란을 70:10:20의 부피비로 혼합한 전해액을 상기 파우치에 주입하였다. 전해액 주입 후 실링하여 파우치형 테스트 셀을 조립하였다.
(실시예 2)
1.0M 비스(트리플루오르메틸설포닐이미드)가 용해된 디메톡시에탄/NMP/디옥솔란을 60:20:20의 부피비로 혼합한 용액을 전해액으로 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 테스트 셀을 조립하였다.
(실시예 3)
1.0M 비스(트리플루오르메틸설포닐이미드)가 용해된 디메톡시에탄/NMP/디옥솔란을 40:40:20의 부피비로 혼합한 용액을 전해액으로 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 테스트 셀을 조립하였다.
(비교예 1)
1.0M 비스(트리플루오르메틸설포닐이미드)가 용해된 디메톡시에탄/디옥솔란을 80:20의 부피비로 혼합한 용액을 전해액으로 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 테스트 셀을 조립하였다.
(비교예 2)
1.0M 비스(트리플루오르메틸설포닐이미드)가 용해된 디메톡시에탄/NMP/디옥솔란을 10:70:20의 부피비로 혼합한 용액을 전해액으로 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 테스트 셀을 조립하였다.
방전 특성 평가
실시예 1 내지 3 및 비교예 1, 2에 따라 제조된 셀을 1.5 V 내지 2.4 V의 컷오프 전압 범위에서 0.2 C로 방전시켜 설퍼이용률을 측정하여 그 결과를 표 1에 나타내었으며, 실시예 2 및 비교예 1, 2의 설퍼이용률 측정 그래프를 도 2에 도시하였다.
[표 1]
1차 영역의 설퍼 이용률(%) 2차 영역의 설퍼 이용률(%) 전체 설퍼 이용률(%)
비교예 1 5.7 42.7 48.4
비교예 2 6.1 39.6 45.7
실시예 1 6.5 44.3 50.8
실시예 2 9.0 44.3 53.3
실시예 3 9.7 40.9 50.6
상기 표 1에서 보는 바와 같이 NMP를 포함하는 실시예 1 내지 3의 셀은 NMP를 포함하지 않은 비교예의 셀보다 1차영역과 2차영역에서의 설퍼이용률이 증가하였으며, 실시예 2의 경우에는 그 증가 폭이 더욱 큰 것을 알 수 있으며, 이로부터 NMP를 포함하는 전해액을 사용하는 경우 리튬-설퍼 전지의 방전용량이 증가하였음을 알 수 있다.
실시예 1 내지 3 및 비교예 1, 2에 따라 제조된 셀을 1.5 V 내지2.5 V의 컷오프 전압 범위에서 1.0 C로 방전시켜 설퍼이용률을 측정하였다. 실시예 2와 비교예 1, 2의 설퍼이용률 측정 그래프를 도 3에 도시하였다. 도 3에서 볼 수 있는 바와 같이 1.0 C에서의 설퍼이용률에 있어서도 실시예 2의 셀의 설퍼이용률이 비교예 1 및 2에 비하여 우수한 것으로 나타났다.
본 발명의 질소 포함 고리형태 용매를 포함하는 전해액을 사용하여 제조된 리튬 설퍼 전지는 설퍼이용률이 증가하여 방전 용량이 증가되었음을 알 수 있다.

Claims (17)

  1. 에테르계 용매, 사이클릭 에테르(cyclic ether)계 용매, 및 질소 포함 고리형태 용매를 포함하는 유기용매 및 리튬염을 포함하며,
    상기 에테르계 용매는 전체 유기용매 부피에 대하여 10 내지 80 부피%이고, 상기 사이클릭 에테르계 용매는 전체 유기용매 부피에 대하여 10 내지 30 부피%이며, 상기 질소 포함 고리형태 용매는 전체 유기용매 부피에 대하여 10 내지 40 부피%인 리튬-설퍼 전지용 전해액.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 에테르계 용매는 디메톡시에탄(DME), 디에틸에테르, 디글라임, 및 테트라글리임으로 이루어진 군으로부터 선택되는 리튬-설퍼 전지용 전해액.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 사이클릭 에테르계 용매는 1,3-디옥솔란(DOX), 3,5-디메틸 이속사졸, 2,5-디메틸퓨란, 퓨란, 2-메틸 퓨란, 1,4-옥산, 및 4-메틸디옥솔란으로 이루어진 군으로부터 선택되는 리튬-설퍼 전지용 전해액.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 질소 포함 고리형태 용매는 피리딘, 메틸피롤, 및 N-메틸피롤리돈(NMP:N-methylpyrrolidone)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 리튬-설퍼 전지용 전해액.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 에테르계 용매는 전체 유기용매 부피에 대하여 20 내지 40 부피%인 리튬-설퍼 전지용 전해액.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 사이클릭 에테르계 용매는 전체 유기용매 부피에 대하여 15 내지 25 부피% 인 리튬-설퍼 전지용 전해액.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 질소 포함 고리형태 용매는 전체 유기용매 부피에 대하여 15 내지 25 부피%인 리튬-설퍼 전지용 전해액.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 리튬염은 LiPF6, LiBF4, LiSbF6, LiAsF6, LiClO 4, LiCF3SO3, Li(CF3SO2)2N, LiC4F9SO3, LiSbF6, LiAlO4, LiAlCl4 , LiN(CxF2x+1SO2)(CyF2y+1SO2 )(여기서, x 및 y는 자연수임), LiCl, 및 LiI로 이루어진 군에서 선택되는 리튬-설퍼 전지용 전해액.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 전해염의 농도가 0.5 내지 2.0 M인 리튬-설퍼 전지용 전해액.
  11. 설퍼 원소, 설퍼계 화합물 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나의 양극 활물질을 포함하는 양극;
    제1항 내지 제4항, 및 제6항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 리튬-설퍼 전지용 전해액; 및
    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 음극 활물질을 포함하는 음극
    으로 이루어지는 리튬-설퍼 전지.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 양극 활물질은 설퍼 원소, Li2Sn(n≥1), 캐솔라이트(catholyte)에 용해된 Li2Sn(n≥1), 유기 설퍼 화합물, 및 탄소-설퍼 폴리머((C2Sx )n: x= 2.5 내지 50, n≥2)로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나의 양극 활물질인 리튬-설퍼 전지.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 양극이 전이 금속, ⅢA족, ⅣA족 금속, 이들의 합금, 또는 이들 금속을 포함하는 설퍼 화합물로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 첨가제를 더 포함하는 것인 리튬-설퍼 전지.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 전이금속은 Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Y, Zr, Nb, Mo, Tc, Ru, Rh, Pd, Ag, Cd, Ta, W, Re, Os, Ir, Pt, Au 및 Hg로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나의 원소이고, 상기 ⅢA족 금속은 Al, Ga, In 및 Tl로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나의 원소이고, 상기 ⅣA족 금속은 Si, Ge, Sn 및 Pb로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나의 원소인 리튬-설퍼 전지.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 양극이 전자의 원활한 이동을 돕는 전기 전도성 도전제를 더 포함하는 리튬-설퍼 전지.
  16. 제11항에 있어서,
    상기 양극이 전류 집전체 및 양극 활물질을 상기 전류 집전체에 부착시키는 바인더를 더 포함하고,
    상기 바인더는 폴리(비닐 아세테이트), 폴리비닐 알콜, 폴리에틸렌 옥사이드, 폴리비닐 피롤리돈, 알킬레이티드 폴리에틸렌 옥사이드, 가교결합된 폴리에틸렌 옥사이드, 폴리비닐 에테르, 폴리(메틸 메타크릴레이트), 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리헥사플루오로프로필렌과 폴리비닐리덴플루오라이드의 코폴리머, 폴리(에틸 아크릴레이트), 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리비닐클로라이드, 폴리아크릴로니트릴, 폴리비닐피리딘, 폴리스티렌, 및 이들의 유도체, 블렌드, 또는 코폴리머로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나인 리튬-설퍼 전지.
  17. 제11항에 있어서,
    상기 전해액은 LiPF6, LiBF4, LiSbF6, LiAsF6, LiClO 4, LiCF3SO3, Li(CF3SO2)2N, LiC4F9SO3, LiSbF6, LiAlO4, LiAlCl4 , LiN(CxF2x+1SO2)(CyF2y+1SO2 )(여기서, x 및 y는 자연수임), LiCl, 및 LiI로 이루어진 군에서 선택되는 리튬염을 포함하는 리튬-설퍼 전지.
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