KR101329550B1 - 음이온 고정화 물질을 포함하는 리튬-황 전지용 양극 및 이를 포함하는 리튬-황 전지 - Google Patents

음이온 고정화 물질을 포함하는 리튬-황 전지용 양극 및 이를 포함하는 리튬-황 전지 Download PDF

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Abstract

본 발명은 음이온 고정화 물질을 포함하는 리튬-황 전지용 양극 및 이를 포함하는 리튬-황 전지에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 리튬-황 양극에 음이온고정화물질이 도입됨에 따라 양극 활물질의 충방전 중간 산물인 폴리설파이드가 전해질로 유출되는 것이 억제됨으로써 리튬-황 전지의 용량 유지율이 크게 개선된 음이온 고정화 물질을 포함하는 리튬-황 전지용 양극 및 이를 포함하는 리튬-황 전지에 관한 것이다.
본 발명에 따른 음이온 고정화 물질을 포함하는 리튬-황 전지는 음이온 고정화 물질이 도입됨에 따라 양극 활물질의 충방전 중간 산물인 폴리설파이드가 전해질로 유출되는 것이 억제됨으로써 리튬-황 전지의 용량 유지율이 크게 개선될 수 있다.

Description

음이온 고정화 물질을 포함하는 리튬-황 전지용 양극 및 이를 포함하는 리튬-황 전지{A positive electrode for lithium-sulfur battery and lithium-sulfur battery comprising the same}
본 발명은 음이온 고정화 물질을 포함하는 리튬-황 전지용 양극 및 이를 포함하는 리튬-황 전지에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 리튬-황 양극에 음이온고정화물질이 도입됨에 따라 양극 활물질의 충방전 중간 산물인 폴리설파이드가 전해질로 유출되는 것이 억제됨으로써 리튬-황 전지의 용량 유지율이 크게 개선된 음이온 고정화 물질을 포함하는 리튬-황 전지용 양극 및 이를 포함하는 리튬-황 전지에 관한 것이다.
휴대전자기기 시장의 지속적 확대와 전기자동차 및 에너지저장장치 시장의 폭발적 성장에 대한 기대감으로 핵심 부품인 전기화학소자에 대한 관심이 급속히 높아지고 있다. 전기화학소자 중 가장 많이 적용되고 있는 소자가 이차전지로서, 작동전압, 에너지 및 출력 밀도 측면에서 리튬이차전지가 시장을 주도하고 있다. 리튬이차전지는 수계 전해액을 사용하는 납축전지, Ni-Cd, Ni-MH(Nickel- metal hydrate) 등의 기존 이차전지에 비해 성능은 우수하지만, 비수계 전해액 사용에 따른 발화 및 폭발 등의 안전성 문제와 제조 공정이 까다로운 단점이 있다. 또한, 전기자동차와 에너지저장장치 사용을 위해서는 고에너지밀도, 고온신뢰성, 저온특성, 단가 등 해결되어야 할 문제가 다수 존재한다.
특히, 고에너지밀도 구현을 위해서는 이론 용량이 큰 전극 활물질의 개발이 필수적으로 요구된다. 그러나, 기존의 리튬이차전지용 양극 활물질인 전이금속산화물의 이론 용량이 약 250mAh/g 이하로, 고에너지밀도 전지를 구현하기가 쉽지 않다. 이를 극복하기 위한 방안으로 황 계열의 화합물을 양극 활물질로 사용하는 리튬-황 전지에 대한 개발이 활발하게 진행되고 있다.
리튬-황 전지는 황-황 결합(Sulfur-sulfur bond)을 갖는 황 계열 화합물을 양극 활물질로 사용하고, 리튬 금속, 리튬 합금 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 전기에너지를 저장 및 생성한다.
리튬-황 전지는 음극 활물질로 사용되는 리튬 금속을 사용할 경우 에너지 밀도가 3860mAh/g이고, 양극 활물질로 사용되는 황(S8)을 사용할 경우 에너지 밀도가 1675mAh/g으로, 현재까지 개발되고 있는 전지 중에서 에너지 밀도 면에서 가장 유망한 전지이다. 또한 양극 활물질로 사용되는 황 계열 화합물은 자체가 값싸고 환경친화적인 물질이라는 장점이 있다.
그러나 아직 리튬-황 전지 시스템으로 상용화에 성공한 예는 없는 실정이다. 리튬-황 전지는 우선 황을 활물질로 사용하면 투입된 황의 양에 대한 전지 내 전기화학적 산화환원 반응에 참여하는 황의 이용률이 낮아, 이론 용량과 달리 실제로는 극히 낮은 전지 용량을 나타내는 문제점이 있다.
이에, 대한민국 출원특허 제10-2001-0042633호에서는 음이온 고분자를 세퍼레이터에 부착하여 폴리설파이드가 음극으로 이동하는 것을 억제하는 방법으로 전지 내 전기화학적 산화환원반응에서의 황의 이용률을 개선시키는 방법이 제안되었으나 그 양극 내 폴리설파이드가 빠져나오는 것을 억제하는 데는 한계가 있는 문제점이 있다.
이에, 본 발명자들은 상기 문제점을 해결하기 위하여 예의 노력한 결과, 리튬-황 전지에 음이온 고정화 물질을 도입하여 양극 활물질의 충방전 중간 산물인 폴리설파이드가 전해질로 유출되는 것이 억제됨으로써 리튬-황 전지의 용량 유지율이 크게 개선되는 것을 확인하고, 본 발명을 완성하게 되었다.
본 발명의 목적은 양극 활물질의 충방전 중간 산물인 폴리설파이드가 전해질로 유출되는 것이 억제하기 위해 리튬-황 양극에 음이온 고정화 물질을 포함하는 리튬-황 전지용 양극 및 이를 포함하는 리튬-황 전지를 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 황 원소(S8); 황 계열 화합물 및 이들의 혼합물로 이루어진 양극 활물질; 도전재; 바인더; 및 음이온 고정화 물질을 포함하는 리튬-황 전지용 양극을 제공한다.
본 발명은 또한, 양극, 음극, 상기 양극과 음극 사이에 개재된 세퍼레이터, 전해액을 포함하는 리튬-황 전지를 제공한다.
본 발명에 따른 음이온 고정화 물질을 포함하는 리튬-황 전지는 음이온 고정화 물질이 도입됨에 따라 양극 활물질의 충방전 중간 산물인 폴리설파이드가 전해질로 유출되는 것이 억제됨으로써 리튬-황 전지의 용량 유지율이 크게 개선될 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 리튬-황 전지용 양극을 포함하는 리튬-황 전지의 용량 유지율을 나타낸 그래프이다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다. 이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로서, 본 발명을 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 설명하는 실시예에 한정되는 것이 아니다. 그리고, 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 생략되며, 도면의 동일한 참조부호는 동일한 부재임을 나타낸다.
본 명세서에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이하, 본 발명을 상세히 설명하나, 본 발명의 범위는 이에 제한되지 않는다.
본 발명은 일 관점에서, 황 원소(S8); 황 계열 화합물 및 이들의 혼합물로 이루어진 양극 활물질; 도전재; 바인더; 및 음이온 고정화 물질을 포함하는 리튬-황 전지용 양극에 관한 것이다.
본 발명에 따른, 음이온고정화물질은 13족 원소를 포함한 무기물로서 비수계 전해액 내 음이온과 루이스산-루이스염기 상호 작용이 가능한 물질이면 사용할 수 있다. 구체적인 음이온고정화물질로는 보론 옥사이드(B2O3), 알루미늄 옥사이드(Al2O3), 알루미늄 플루오라이드(AlF3), 알루미늄 클로라이드 (AlCl3) 등이 있으며, 음이온고정화물질이 도입됨에 따라 양극 활물질의 충방전 중간 산물인 폴리설파이드가 전해질로 유출되는 것이 억제됨으로써 리튬-황 전지의 용량 유지율을 크게 개선시킬 수 있다.
본 발명에 따른, 음이온고정화물질 입자 크기는 제한이 없으나, 균일한 전극의 형성과 음이온고정화 효과를 위하여, 가능한 한 입경이 0.01 내지 10㎛ 범위인 것이 바람직하다. 0.01㎛ 미만인 경우 분산성이 저하되어 양극 슬러리의 분산성을 조절하기가 용이하지 않고, 10㎛를 초과하는 경우 도입 함량 대비 음이온고정화 효과가 떨어지는 문제점이 있다.
본 발명에 따른, 리튬-황 전지용 양극의 음이온고정화물질의 조성비는 예를 들어 0.5중량% 내지 50중량% 범위가 바람직하며, 더욱 바람직하게는 1중량% 내지 25중량%이다. 음이온고정화물질 함량이 너무 낮으면 음이온고정화효과를 부여할 수 없으며, 음이온고정화물질 함량이 너무 높으면 음이온고정화효과가 높아지는 대신 양극 활물질의 함량이 상대적으로 줄어들어 전극의 용량이 너무 낮이지는 문제점이 있다.
본 발명에 따른, 양극 활물질은 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. 또한, 상기 양극 활물질과 함께 전자가 양극활물질 내에서 원활하게 이동하도록 하기 위한 도전재로는 특히 한정하지 않으나, 흑연계 물질, 카본계 물질 등과 같은 전도성 물질 또는 전도성 고분자가 바람직하게 사용될 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 도전재들은 단독으로 사용하거나 둘 이상을 혼합하여 사용할 수도 있다.
본 발명에 따른, 양극 활물질을 집전체에 부착시키는 역할을 수행하는 일반적인 바인더로는 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리비닐리덴 플루오라이드와 헥사플루오로프로필렌의 코폴리머, 폴리(비닐아세테이트), 폴리(비닐 부티랄-코-비닐 알콜-코-비닐 아세테이트), 폴리(메틸메타크릴레이트-코-에틸 아크릴레이트), 폴리아크릴로니트릴, 폴리 비닐 클로라이드-코-비닐 아세테이트, 폴리비닐알콜, 폴리(1-비닐피롤리돈-코-비닐 아세테이트), 셀룰로즈 아세테이트, 폴리비닐피롤리돈, 폴리아크릴레이트, 폴리메타크릴레이트, 폴리올레핀, 폴리우레탄, 폴리비닐 에테르, 아크릴로니트릴-부타디엔 러버, 스티렌-부타디엔 러버, 아크릴로니트릴-부타디엔 스티렌, 설포네이티드 스티렌/에틸-부틸렌/스티렌 트리블록 코폴리머, 폴리에틸렌 옥사이드, 이들의 유도체, 블랜드, 코폴리머 등으로 구성된 군에서 선택되고, 바람직하게는 폴리비닐리덴 플루오라이드를 사용할 수 있다.
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 Al 기판을 사용하는 것이 탄소가 코팅되지 않은 것에 비해 활물질에 대한 접착력이 우수하고, 접촉 저항이 낮으며, 알루미늄의 폴리설파이드에 의한 부식을 방지할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 양극은 고분자, 무기물, 유기물 또는 이들의 혼합물로 이루어진 코팅층을 포함할 수도 있다.
상기 고분자는 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리비닐리덴 플루오라이드와 헥사플루오로프로필렌의 코폴리머, 폴리(비닐아세테이트), 폴리(비닐 부티랄-코-비닐 알콜-코-비닐 아세테이트), 폴리(메틸메타크릴레이트-코-에틸 아크릴레이트), 폴리아크릴로니트릴, 폴리 비닐 클로라이드-코-비닐 아세테이트, 폴리비닐알콜, 폴리(1-비닐피롤리돈-코-비닐 아세테이트), 셀룰로즈 아세테이트, 폴리비닐피롤리돈, 폴리아크릴레이트, 폴리메타크릴레이트, 폴리올레핀, 폴리우레탄, 폴리비닐 에테르, 아크릴로니트릴-부타디엔 러버, 스티렌-부타디엔 러버, 아크릴로니트릴-부타디엔 스티렌, 설포네이티드 스티렌/에틸렌-부틸렌/스티렌 트리블록 코폴리머, 폴리에틸렌 옥사이드 및 이들의 혼합물로 구성된 군에서 선택되고, 바람직하게는 폴리비닐리덴 플루오라이드를 사용할 수 있다.
상기 무기물로는 콜로이달 실리카, 비정질 실리카, 표면 처리된 실리카, 콜로이달 알루미나, 비정질 알루미나, 틴 옥사이드, 티타늄 옥사이드, 타타늄 설파이드(TiS2), 바나듐 옥사이드, 지르코늄 옥사이드(ZrO2), 산화철(Iron Oxide), 황화철(Iron Sulfide, FeS), 티탄산 철(Iron titanate, FeTiO3), 티탄산 바륨(Vanadium titanate, BaTiO3) 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되고, 바람직하게는 콜로이달 실리카 또는 콜로이달 알루미나를 사용할 수 있다.
본 발명은 다른 관점에서, 양극, 음극, 상기 양극과 음극 사이에 개재된 세퍼레이터, 전해액을 포함하는 리튬-황 전지에 있어서, 상기 양극이 제1항, 제5항 내지 제 11항 중 어느 한 항의 양극인 리튬-황 전지에 관한 것이다.
상기 비수계 용매로는 벤젠, 플루오로벤젠, 톨루엔, 트리플루오로톨루엔, 자일렌, 사이클로헥산, 테트라하이드로퓨란, 2-메틸 테트라하이드로퓨란, 사이클록헥사논, 에탄올, 이소프로필알콜, 디메틸 카보네이트, 에틸메틸 카보네이트, 디에틸 카보네이트, 메틸프로필 카보네이트, 메틸프로피오네이트, 에틸프로피오네이트, 메틸아세테이트, 에틸 아세테이트, 프로필 아세테이트, 디메톡시 에탄, 1,3-디옥솔란, 디글라임, 테트라글라임, 에틸렌 카보네이트, 프로필렌 카보네이트, γ-부티로락톤 및 설포란으로 이루어진 군에서 선택되는 용매를 하나 이상 사용한다.
상기 전해염인 리튬염으로는 리튬 트리플루오로메탄설폰이미드(lithium trifluoromethansulfonimide), 리튬 트리플레이트(lithium triflate), 리튬 퍼클로레이트(lithium perclorate), 리튬 헥사플루오로아제네이트(LiAsF6), 리튬 트리플루오로메탄설포네이트(CF3SO3Li), 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. 상기 비수계 용매는 리튬염을 0.5 내지 2.0M의 농도로 포함한다. 이때, 리튬염의 농도가 0.5M 미만일 경우, 전해질 내 리튬이온의 농도가 적어 이온전도도가 낮은 문제점이 있고, 리튬염의 농도가 2.0M 초과일 경우, 전해액의 높은 점도로 인해 이온전도도가 다시 낮아지는 문제점이 있다.
상기 양극 활물질, 도전재, 바인더 및 음이온 고정화 물질을 혼합하기 위해 사용되는 용매는 끓는점 (boiling point)이 낮은 것이 바람직하다. 이는 혼합 균일하게 이루어질 수 있으며, 이후 용매를 용이하게 제거할 수 있기 때문이다. 이때, 용매는 아세톤(acetone), 테트라하이드로퓨란 (tetrahydrofuran), 메틸렌클로라이드(methylene chloride), 클로로포름 (chloroform), 디메틸포름아미드 (dimethylformamide), N-메틸-2-피롤리돈 (N-methyl-2-pyrrolidone, NMP), 시클로헥산 (cyclohexane), 물 또는 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되고, 바람직하게는 N-메틸-2-피롤리돈 (N-methyl-2-pyrrolidone, NMP)을 사용 할 수 있다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 예시하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되지 않는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
비교예 1 : B 2 O 3 0중량%가 함유된 리튬-황 전지용 양극
양극 활물질로는 황 분말 58중량%, 도전재로 카본 블랙(carbon black) 28중량%, 바인더로는 폴리비닐리덴플로라이드(PVdF) 14중량%에 용제인 N-메틸-2 피롤리돈(NMP)을 활물질, 도전재 및 바인더의 4~5배 중량비로 첨가하여 혼합된 슬러리를 두께 15㎛인 Al foil에 도포하여 65℃ 오븐에 2~3시간 건조를 시켜 전극을 제조한다. 이 때, 황 원소(S8) 분말은 입경 254um 이하인 분말을 사용하였고, 전극 건조 후 롤 프레스(roll press)를 실시하여 전극의 두께 및 밀도를 조절하였다.
실시예 1 : B 2 O 3 2.9중량%가 함유된 리튬-황 전지용 양극
평균 입경이 약 500nm인 B2O3를 음이온고정화물질로 2.9중량%, 양극 활물질로는 황 분말 55.1중량%, 도전재로 카본 블랙(carbon black) 28중량%, 바인더로는 폴리비닐리덴플로라이드(PVdF) 14중량%인 것을 제외하고는, 상기 비교예1과 동일하게 제조하였다.
실시예 2 : B 2 O 3 5.8중량%가 함유된 리튬-황 전지용 양극
평균 입경이 약 500nm인 B2O3를 음이온고정화물질로 5.8중량%, 양극 활물질로는 황 분말 52.2중량%, 도전재로 카본 블랙(carbon black) 28중량%, 바인더로는 폴리비닐리덴플로라이드(PVdF) 14중량%인 것을 제외하고는, 상기 비교예1과 동일하게 제조하였다.
실시예 3 : B 2 O 3 11.6중량%가 함유된 리튬-황 전지용 양극
평균 입경이 약 500nm인 B2O3를 음이온고정화물질로 11.6중량%, 양극 활물질로는 황 분말 46.4중량%, 도전재로 카본 블랙(carbon black) 28중량%, 바인더로는 폴리비닐리덴플로라이드(PVdF) 14중량%인 것을 제외하고는, 상기 비교예1과 동일하게 제조하였다.
실험예 1 : 충방전 평가
비교예 1, 실시예 1, 실시예 2, 실시예 3에서 제조된 양극, 리튬메탈 음극, 기공도 40%, 두께는 20㎛인 다공성 폴리에틸렌 분리막, 1,3-Dioxolane과 TEGDME가 부피비로 65대 35로 혼합된 유기용매에 1M LiTFSI 리튬염이 포함된 전해질을 사용하여 2032 코인셀을 제조하였다.
상기 코인셀을 0.1C의 전류 속도로 1.5V와 2.5V 사이에서 충방전을 진행하여 리튬-황 전지의 용량유지율을 측정하였다.
그 결과, 도 1에 나타낸 바와 같이, 비교예 1의 경우에서 제조된 리튬-황 전지용 양극의 경우, 충·방전 도중에 양극에서 폴리설파이드가 전해질로 유출되기 때문에 30회 충방전 후 용량 유지율이 33.9% (661mAh/g → 224mAh/g)로 매우 낮은 반면에 실시예 1 내지 3에 의해 제조된 리튬-황 전지용 양극은 음이온고정화물 함량에 비례해서 초기 용량값은 떨어지지만 용량유지율은 크게 향상되는 결과를 나타내었다. 그러나, 실시예 1에서처럼 음이온고정화물질의 함량이 낮은 경우에는 용량유지율이 49.7% (608mAh/g → 302mAh/g)로 향상이 크지 않고, 실시예 3에서처럼 음이온고정화물질 함량이 너무 높으면 용량유지율은 좋으나 초기 용량값이 너무 낮아 리튬-황 전지의 고용량 특성이 제대로 구현되기 어렵다. 따라서, 실시예 2에서 제조된 리튬-황 전지용 양극과 같이 적절한 음이온고정화물질 함량을 선택해야만, 높은 초기 용랑값과 우수한 싸이클 특성을 나타낼 수 있다.
이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시 양태일뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서, 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.

Claims (18)

  1. 황 원소(S8); 황 계열 화합물 및 이들의 혼합물로 이루어진 양극 활물질;
    도전재; 바인더; 및 보론 옥사이드(B2O3), 알루미늄 플루오라이드(AlF3) 및 알루미늄 클로라이드 (AlCl3)으로 이루어진 군에서 선택되는 음이온 고정화 물질을 포함하고, 상기 음이온 고정화 물질의 함량이 0.5중량% 내지 50중량%인 리튬-황 전지용 양극.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서, 상기 음이온고정화물질의 평균 입자의 크기는 0.01 내지 10㎛인 것을 특징으로 하는 리튬-황 전지용 양극.
  6. 제1항에 있어서, 상기 황 계열 화합물은 Li2Sn (n≥1), 유기-황 화합물 및 탄소-황 고분자[(C2Sx)n , x = 2.5 내지 50, n ≥ 2]로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 리튬-황 전지용 양극.
  7. 제1항에 있어서, 상기 도전재는 흑연계 물질, 카본계 물질 및 전도성 고분자로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 리튬-황 전지용 양극.
  8. 제1항에 있어서, 상기 바인더는 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리비닐리덴 플루오라이드와 헥사플루오로프로필렌의 코폴리머, 폴리(비닐아세테이트), 폴리(비닐 부티랄-코-비닐 알콜-코-비닐 아세테이트), 폴리(메틸메타크릴레이트-코-에틸 아크릴레이트), 폴리아크릴로니트릴, 폴리 비닐 클로라이드-코-비닐 아세테이트, 폴리비닐알콜, 폴리(1-비닐피롤리돈-코-비닐 아세테이트), 셀룰로즈 아세테이트, 폴리비닐피롤리돈, 폴리아크릴레이트, 폴리메타크릴레이트, 폴리올레핀, 폴리우레탄, 폴리비닐 에테르, 아크릴로니트릴-부타디엔 러버, 스티렌-부타디엔 러버, 아크릴로니트릴-부타디엔 스티렌, 설포네이티드 스티렌/에틸-부틸렌/스티렌 트리블록 코폴리머, 폴리에틸렌 옥사이드 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 리튬-황 전지용 양극.
  9. 제1항에 있어서, 양극은 고분자, 무기물, 유기물, 및 이들의 혼합물로 이루어진 코팅층을 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬-황 전지용 양극.
  10. 제9항에 있어서, 고분자는 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리비닐리덴 플루오라이드와 헥사플루오로프로필렌의 코폴리머, 폴리(비닐아세테이트), 폴리(비닐 부티랄-코-비닐 알콜-코-비닐 아세테이트), 폴리(메틸메타크릴레이트-코-에틸 아크릴레이트), 폴리아크릴로니트릴, 폴리 비닐 클로라이드-코-비닐 아세테이트, 폴리비닐알콜, 폴리(1-비닐피롤리돈-코-비닐 아세테이트), 셀룰로즈 아세테이트, 폴리비닐피롤리돈, 폴리아크릴레이트, 폴리메타크릴레이트, 폴리올레핀, 폴리우레탄, 폴리비닐 에테르, 아크릴로니트릴-부타디엔 러버, 스티렌-부타디엔 러버, 아크릴로니트릴-부타디엔 스티렌, 설포네이티드 스티렌/에틸렌-부틸렌/스티렌 트리블록 코폴리머, 폴리에틸렌 옥사이드 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 리튬-황 전지용 양극.
  11. 제9항에 있어서, 무기물은 콜로이달 실리카, 비정질 실리카, 표면 처리된 실리카, 콜로이달 알루미나, 비정질 알루미나, 틴 옥사이드, 티타늄 옥사이드, 타타늄 설파이드(TiS2), 바나듐 옥사이드, 지르코늄 옥사이드(ZrO2), 산화철(Iron Oxide), 황화철(Iron Sulfide, FeS), 티탄산 철(Iron titanate, FeTiO3), 티탄산 바륨(Vanadium titanate, BaTiO3) 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 리튬-황 전지용 양극.
  12. 양극, 음극, 상기 양극과 음극 사이에 개재된 세퍼레이터, 전해액을 포함하는 리튬-황 전지에 있어서,
    상기 전해액은 1종 이상의 전해염과 리튬염을 0.5 내지 2.0M의 농도로 포함하는 1종 이상의 비수계 용매를 포함하고, 상기 양극이 제1항, 제5항 내지 제 11항 중 어느 한 항의 양극인 리튬-황 전지.
  13. 제12항에 있어서, 상기 음극은 리튬 금속, 리튬 합금 및 리튬 이온을 가역적으로 함유할 수 있는 물질로 이루어진 군에서 선택되는 음극 활물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬-황 전지.
  14. 제12항에 있어서, 상기 세퍼레이터는 폴리올레핀계 다공성 막 및 1종 이상의 고분자로 형성된 부직포로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 리튬-황 전지.
  15. 삭제
  16. 제12항에 있어서, 상기 전해염은 리튬 트리플루오로메탄설폰이미드(lithium trifluoromethansulfonimide), 리튬 트리플레이트(lithium triflate), 리튬 퍼클로레이트(lithium perclorate), 리튬 헥사플루오로아제네이트(LiAsF6), 리튬 트리플루오로메탄설포네이트(CF3SO3Li), LiPF6, LiBF4 또는 테트라알킬암모늄, 테트라부틸암모늄 테트라플루오로보레이트, 1-에틸-3-메틸이미다졸리움 비스(퍼플루오로에틸 설포닐) 이미드 및 이미다졸리움 염으로 이루어진 군에서 하나 이상 선택되는 것을 특징으로 하는 리튬-황 전지.
  17. 제12항에 있어서, 비수계 용매는 벤젠, 플루오로벤젠, 톨루엔, 트리플루오로톨루엔, 자일렌, 사이클로헥산, 테트라하이드로퓨란, 2-메틸 테트라하이드로퓨란, 사이클록헥사논, 에탄올, 이소프로필알콜, 디메틸 카보네이트, 에틸메틸 카보네이트, 디에틸 카보네이트, 메틸프로필 카보네이트, 메틸프로피오네이트, 에틸프로피오네이트, 메틸아세테이트, 에틸 아세테이트, 프로필 아세테이트, 디메톡시 에탄, 1,3-디옥솔란, 디글라임, 테트라글라임, 에틸렌 카보네이트, 프로필렌 카보네이트, γ-부티로락톤 및 설포란으로 이루어진 군에서 하나 이상 선택되는 것을 특징으로 하는 리튬-황 전지.
  18. 삭제
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