KR101891876B1 - Separator of lithium-sulfur battery containing conductive polymer swollen by plasticizer, lithium-sulfur battery comprising the same, and manufacturing method for the same - Google Patents

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Abstract

리튬-황 전지 분리막으로, 상기 분리막은 음이온 기능기를 갖는 전도성 고분자; 및 상기 전도성 고분자에 함침된 가소제를 포함하며, 상기 가소제에 의하여 상기 전도성 고분자가 팽윤된 것을 특징으로 하는 리튬-황 전지 분리막이 제공된다. A lithium-sulfur battery separator, wherein the separator comprises a conductive polymer having an anionic functional group; And a plasticizer impregnated in the conductive polymer, wherein the conductive polymer is swollen by the plasticizer.

Description

가소제로 팽윤된 전도성 고분자를 포함하는 리튬-황 전지 분리막, 이를 포함하는 리튬-황 전지 및 그 제조방법{Separator of lithium-sulfur battery containing conductive polymer swollen by plasticizer, lithium-sulfur battery comprising the same, and manufacturing method for the same}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a lithium-sulfur battery separator comprising a conductive polymer swollen with a plasticizer, a lithium-sulfur battery including the conductive polymer swollen with plasticizer, and a lithium-sulfur battery including the conductive polymer swollen by plasticizer. method for the same}

본 발명은 가소제로 팽윤된 전도성 고분자를 포함하는 리튬-황 전지 분리막, 이를 포함하는 리튬-황 전지 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a lithium-sulfur battery separator comprising a conductive polymer swollen with a plasticizer, a lithium-sulfur battery including the same, and a method of manufacturing the same.

리튬-황 이차전지는 에너지 밀도가 높고 활물질 가격이 저렴하기 때문에 리튬이온전지를 대체할 수 있는 차세대 이차전지 중 하나다. 이 외에도 에너지 밀도가 높은 특성을 이용하여 항공 산업분야에서도 점점 리튬-황 전지를 상용화하려는 추세이다. 하지만 리튬-황 전지는 양극 활물질인 폴리설파이드가 전해액으로 용출되어 용량 감소 및 셔틀현상이라는 문제점들이 존재한다. 최근 나피온 고분자를 양극 표면에 직접 코팅하여 폴리설파이드 용출 문제를 해결하고자 하였지만 여전히 용량감소 및 폴리설파이드 셔틀 현상이 관찰되었다. Lithium-sulfur secondary batteries are one of the next-generation secondary batteries that can replace lithium-ion batteries because of their high energy density and low active material prices. In addition, lithium-sulfur batteries are increasingly being commercialized in the aviation industry by using high energy density characteristics. However, the lithium-sulfur battery has problems that the polysulfide, which is a positive electrode active material, is eluted into the electrolyte to reduce capacity and shuttle phenomenon. Recently, Nafion polymer was directly coated on the anode surface to solve the polysulfide leaching problem, but the capacity decrease and polysulfide shuttle phenomenon were still observed.

예를 들어 종래기술 ("고분자 필름을 구비한 양극 및 이를 채용한 리튬-설퍼 전지", 10-2005-0022616)에서는 양극 표면에 고분자를 코팅하여 하여 폴리설파이드가 용출되어 음극으로의 접근을 완화시켰다. 하지만 이온전도성이 없는 고분자로 양극을 코팅하는 기술은 이온 전도성을 확보하지 못하기 때문에 폴리설파이드 이온용출은 억제하여도 저항이 많이 걸린다는 단점이 존재한다. 따라서 리튬 이온의 전도성을 확보함과 동시에 열역학적으로 폴리설파이드 이온의 용해도를 낮춰 폴리설파이드 이온용출을 억제하는 장점을 갖는 기술은 아직 개시되지 못한 상황이다. For example, in the prior art ("a positive electrode having a polymer film and a lithium-sulfur battery ", 10-2005-0022616), a polymer is coated on a surface of a positive electrode to dissolve polysulfide to alleviate access to a negative electrode . However, there is a disadvantage in that the technique of coating the anode with a polymer having no ion conductivity does not secure the ion conductivity, and therefore it takes a lot of resistance even if the polysulfide ion elution is suppressed. Therefore, a technique that has the advantage of securing the conductivity of lithium ion and suppressing dissolution of polysulfide ions by lowering the solubility of polysulfide ion thermodynamically has not yet been disclosed.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 폴리설파이드 분포를 조절하고자 하고 이를 통해 폴리설파이드 이온 용출 및 셔틀현상을 감소시킬 수 있는 기술을 제공하고자 하는 것이다.The object of the present invention is to provide a technique capable of reducing polysulfide ion elution and shuttle phenomenon by controlling the polysulfide distribution.

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 리튬-황 전지 분리막으로, 상기 분리막은 음이온 기능기를 갖는 전도성 고분자; 및 상기 전도성 고분자에 함침된 가소제를 포함하며, 상기 가소제에 의하여 상기 전도성 고분자가 팽윤된 것을 특징으로 하는 리튬-황 전지 분리막을 제공한다. In order to solve the above problems, the present invention provides a lithium-sulfur battery separator, wherein the separator comprises a conductive polymer having an anionic functional group; And a plasticizer impregnated in the conductive polymer, wherein the conductive polymer is swollen by the plasticizer.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 음이온 기능기는 도난 포텐셜을 형성하여 양극의 활물질인 폴리설파이드 이온을 배제시킨다. In one embodiment of the present invention, the anion functional group forms a stolen potential to exclude the polysulfide ion as an active material of the positive electrode.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 음이온 기능기는 술폰산(-SO3-)기, 인산(-PO4-)기 및 카르복실레이트(-COO-)기로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상이다.In one embodiment of the present invention, the anionic functional group is at least one selected from the group consisting of sulfonic acid (-SO3-) group, phosphoric acid (-PO4-) group and carboxylate (-COO-) group.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 전도성 고분자는 하기 화학식 1로 표시되는 고분자이다.In one embodiment of the present invention, the conductive polymer is a polymer represented by the following formula (1).

Figure 112016023969448-pat00001
(화학식 1)
Figure 112016023969448-pat00001
(Formula 1)

(상기 화학식 1에서 x, z는 1 내지 10까지의 정수를 나타내고, y는 1000 미만의 정수를 나타내며, A는 H, Li, Na, K 중에서 선택되는 어느 하나의 원소를 나타냄.)(Wherein x and z represent an integer of 1 to 10, y represents an integer of less than 1000, and A represents any one element selected from H, Li, Na and K.)

본 발명의 일 실시예에서, 상기 전도성 고분자는 하기 화학식 2로 표시되는 고분자이다.In one embodiment of the present invention, the conductive polymer is a polymer represented by the following formula (2).

Figure 112016023969448-pat00002
(화학식 2)
Figure 112016023969448-pat00002
(2)

(상기 화학식 2에서 x, y는 0<x, y≤1 범위를 만족하는 임의의 수를 나타내며, B는 H, Li, Na, K 중에서 선택되는 어느 하나의 원소를 나타냄)(Wherein x and y each represent an arbitrary number satisfying 0 <x, y? 1, and B represents any one element selected from the group consisting of H, Li, Na and K)

본 발명의 일 실시예에서, 상기 분리막은 1~50 μm 두께의 필름 형태를 갖는다.In one embodiment of the present invention, the separation membrane has a film shape of 1 to 50 μm thick.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 가소제는 염을 포함하지 않는 비수전해액이며, 상기 비수전해액은 N-메틸-2-피롤리디논, 에틸렌 카보네이트, 프로필렌카보네이트, 부틸렌카보네이트, 디메틸카보네이트, 디에틸카보네이트, 감마-부틸로락톤, 1,2-디메톡시 에탄, 테트라히드록시 프랑(franc), 2-메틸 테트라하이드로푸란, 테트라글라임, 디메틸술폭시드, 1,3-디옥소런, 포름아미드, 디메틸포름아미드, 디옥소런, 아세토니트릴, 니트로메탄, 포름산 메틸, 초산메틸, 인산 트리에스테르, 트리메톡시 메탄, 디옥소런유도체, 설포란, 메틸설포란, 1,3-디메틸-2-이미다졸리디논, 프로필렌카보네이트 유도체, 테트라하이드로푸란유도체, 다이글라임(DEGDME), 에테르, 피로피온산메틸, 및 프로피온산 에틸로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상이다.In one embodiment of the present invention, the plasticizer is a non-aqueous electrolyte containing no salt, and the nonaqueous electrolyte is selected from the group consisting of N-methyl-2-pyrrolidinone, ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate , Gamma -butyrolactone, 1,2-dimethoxyethane, tetrahydroxyfuran, 2-methyltetrahydrofuran, tetraglyme, dimethylsulfoxide, 1,3-dioxolane, formamide, dimethyl But are not limited to, formamide, dioxolane, acetonitrile, nitromethane, methyl formate, methyl acetate, triester phosphate, trimethoxymethane, dioxolane derivatives, sulfolane, methylsulfolane, At least one selected from the group consisting of propylene carbonate derivatives, tetrahydrofuran derivatives, DEGDME, ether, methyl pyrophosphate, and ethyl propionate.

본 발명은 상술한 리튬-황 전지 분리막을 포함하는 리튬-황 전지를 제공한다. The present invention provides a lithium-sulfur battery including the above-described lithium-sulfur battery separator.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 리튬-황 전지는 양극; 상술한 분리막; 및 음극을 포함하며, 상기 양극의 바인더는 상기 분리막의 전도성 고분자와 동일한 종류이다.In one embodiment of the present invention, the lithium-sulfur battery includes a positive electrode; The above-described separation membrane; And a cathode, and the binder of the anode is of the same kind as the conductive polymer of the separator.

본 발명은 또한 상술한 리튬-황 전지가 단위 스택으로 적층된 바이폴라 스택 구조의 리튬-황 전지 시스템을 제공한다.The present invention also provides a lithium-sulfur battery system having a bipolar stack structure in which the above-described lithium-sulfur battery is stacked in a unit stack.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 단위스택과 단위스택 사이에는 추가 격막구조가 없다.In an embodiment of the present invention, there is no additional diaphragm structure between the unit stack and the unit stack.

본 발명은 또한 리튬-황 전지 분리막 제조방법으로, 음이온 기능기를 갖는 전도성 고분자에 가소제를 함침시키는 단계; 및 상기 전도성 고분자를 팽윤시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬-황 전지 분리막 제조방법을 제공한다. The present invention also provides a method for preparing a lithium-sulfur battery separator, comprising the steps of: impregnating a conductive polymer having an anionic functional group with a plasticizer; And swelling the conductive polymer. The present invention also provides a method for preparing a lithium-sulfur battery separator.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 가소제는 염을 포함하지 않는 비수전해액이며, 상기 비수전해액은 N-메틸-2-피롤리디논, 에틸렌 카보네이트, 프로필렌카보네이트, 부틸렌카보네이트, 디메틸카보네이트, 디에틸카보네이트, 감마-부틸로락톤, 1,2-디메톡시 에탄, 테트라히드록시 프랑(franc), 2-메틸 테트라하이드로푸란, 테트라글라임, 디메틸술폭시드, 1,3-디옥소런, 포름아미드, 디메틸포름아미드, 디옥소런, 아세토니트릴, 니트로메탄, 포름산 메틸, 초산메틸, 인산 트리에스테르, 트리메톡시 메탄, 디옥소런유도체, 설포란, 메틸설포란, 1,3-디메틸-2-이미다졸리디논, 프로필렌카보네이트 유도체, 테트라하이드로푸란유도체, 다이글라임(DEGDME), 에테르, 피로피온산메틸, 및 프로피온산 에틸로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상이다.In one embodiment of the present invention, the plasticizer is a non-aqueous electrolyte containing no salt, and the nonaqueous electrolyte is selected from the group consisting of N-methyl-2-pyrrolidinone, ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate , Gamma -butyrolactone, 1,2-dimethoxyethane, tetrahydroxyfuran, 2-methyltetrahydrofuran, tetraglyme, dimethylsulfoxide, 1,3-dioxolane, formamide, dimethyl But are not limited to, formamide, dioxolane, acetonitrile, nitromethane, methyl formate, methyl acetate, triester phosphate, trimethoxymethane, dioxolane derivatives, sulfolane, methylsulfolane, At least one selected from the group consisting of propylene carbonate derivatives, tetrahydrofuran derivatives, DEGDME, ether, methyl pyrophosphate, and ethyl propionate.

본 발명에 따르면 음전하를 띄는 고분자 분리막에 상기 고분자 분리막을 팽윤시킬 수 있는 가소제를 소량 함침시켜 고분자 분리막의 이온전도도를 향상시킨다. 이로써, 이온전도가 이루어짐과 동시에 도난 전위(Donnan potential)를 생성해 폴리설파이드의 용해도를 낮출 수 있는 효과가 있고(도난 배제 효과, Donnan exclusion effect), 이를 통해 폴리설파이드는 양극 내 높은 농도를 유지 할 수 있어 높은 용량유지 특성 및 폴리설파이드 셔틀 현상 억제로 인한 쿨룽 효율 증대를 기대할 수 있다. According to the present invention, a small amount of a plasticizer capable of swelling the polymer separator is impregnated into a polymer electrolyte membrane having a negative charge to improve the ion conductivity of the polymer electrolyte membrane. As a result, ionic conduction occurs, and at the same time, a donnan potential is generated to lower the solubility of the polysulfide (donnan exclusion effect), whereby the polysulfide maintains a high concentration in the anode It is possible to expect a high capacity retention characteristic and an increase in the coulomb efficiency due to the suppression of polysulfide shuttle phenomenon.

도 1은 하이브리드 단이온 전도체를 리튬-황 전지에 도입한 모형도이다.
도 2는 단이온 전도성 고분자막을 다양한 가소제로 팽윤시켰을 때 이온 전도도 및 팽윤 비율을 나타내는 표이다.
도 3a은 하이브리드 단이온 전도체 시스템을 리튬-황 전지에 적용했을 때 50 싸이클 이후 용량변화 및 충방전 효율 변화 그래프이다.
도 3b는 기존 액체 전해질 시스템에서의 리튬-황 전지의 50싸이클 이후 용량 변화 및 충방전 효율 변화 그래프이다.
도 4는 하이브리드 단이온 전도체 시스템을 리튬-황 전지에 적용하여 바이폴라 스택 구조로 두 개의 셀을 직렬로 연결한 모형도이다.
Fig. 1 is a model diagram of a hybrid-ion conductor introduced into a lithium-sulfur battery.
FIG. 2 is a table showing ion conductivity and swelling ratio when the single-ion conductive polymer membrane is swollen with various plasticizers.
FIG. 3A is a graph of capacity change and charge-discharge efficiency change after 50 cycles when the hybrid-stage ion conductor system is applied to a lithium-sulfur battery.
FIG. 3B is a graph of change in capacity and charge-discharge efficiency after 50 cycles of a lithium-sulfur battery in a conventional liquid electrolyte system.
FIG. 4 is a model diagram of a hybrid-type ion conductor system applied to a lithium-sulfur battery, in which two cells are connected in series in a bipolar stack structure.

다음에 소개되는 실시예들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서 본 발명은 이하 설명된 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고 도면에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다. The following embodiments are provided by way of example so that those skilled in the art can fully understand the spirit of the present invention. Therefore, the present invention is not limited to the embodiments described below, but may be embodied in other forms. In the drawings, the width, length, thickness, etc. of constituent elements may be exaggerated for convenience. Like reference numerals designate like elements throughout the specification.

본 발명은 상술한 문제를 해결하기 위하여, 음전하를 띄는 기능기, 예를 들어 술폰산(-SO3-)기, 카르복실레이트기, 인산기 등의 음이온 기능기를 포함한 고분자를 분리막과 바인더로 도입하는데, 상기 고분자에 가소제를 함침시켜 상기 고분자를 팽윤시킨다. In order to solve the above-mentioned problems, the present invention introduces a polymer having an anionic functional group such as a functional group having a negative charge, for example, a sulfonic acid (-SO 3 -) group, a carboxylate group or a phosphoric acid group as a separator and a binder, The polymer is impregnated with a plasticizer to swell the polymer.

특히 본 발명은 도난 효과를 극대화하기 위해 염을 첨가하지 않고 소량의 가소제로 단이온 전도성 고분자(단이온 전도체)를 팽윤시켜 이온전도도를 확보 할 수 있고, 본 발명에 따른 시스템은 염을 사용하지 않기 때문에 바이폴라 스택 구조로 추가적인 격막 없이 단위셀을 직렬로 연결했을 시 shunt current를 억제할 수 있는 효과가 있다. In particular, in order to maximize the theft effect, the present invention can ensure ion conductivity by swelling a single ion conductive polymer (a single ion conductor) with a small amount of a plasticizer without adding a salt, and the system according to the present invention, Therefore, the shunt current can be suppressed when a unit cell is connected in series without an additional diaphragm in the bipolar stack structure.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 단이온 전도체를 리튬-황 전지에 도입한 모형도이다. 본 명세서에서 하이브리드 단이온 전도체는 가소제에 함침된 단이온 전도체를 지칭하는 것이다.1 is a schematic diagram of a hybrid ion conductor according to an embodiment of the present invention incorporated in a lithium-sulfur battery. Hybrid mono-ionic conductors herein refer to mono-ionic conductors impregnated with a plasticizer.

도 1을 참조하면, 분리막(100)은 음전하를 띄는 기능기를 갖는 단이온 전도체(120)와 가소제(110)를 포함한다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 분리막(100)은 가소제(110)를 단이온 전도체(120)에 함침시킨 후, 상기 단이온 전도체(120)를 팽윤시킨다. 이로써 도난 효과에 의한 폴리펄파이드 용출 현상 억제를 극대화시킨다. 본 발명의 일 실시예에서 상기 상기 음이온 기능기는 술폰산(-SO3-)기, 인산(-PO4-)기 및 카르복실레이트(-COO-)기로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있다. Referring to FIG. 1, a separation membrane 100 includes a single ion conductor 120 having a negatively charged functional group and a plasticizer 110. That is, the separator 100 according to an embodiment of the present invention swells the single ion conductor 120 after impregnating the single ion conductor 120 with the plasticizer 110. This maximizes the suppression of the release of polypheide due to the theft effect. In one embodiment of the present invention, the anionic functional group may be at least one selected from the group consisting of sulfonic acid (-SO3-) group, phosphoric acid (-PO4-) group and carboxylate (-COO-) group.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 고분자는 분자량(molecular weight)이 10,00~1,000,000, 이온당량(Equivalent weight)이 300~1400, 탄성계수(Young's modulus)가 5~400 MPa 범위를 가지는 1종 이상의 소재로 구성된다. In one embodiment of the present invention, the polymer has a molecular weight of 10,00 to 1,000,000, an equivalent weight of 300 to 1,400, and a Young's modulus of 5 to 400 MPa. It is composed of the above materials.

만약 이온당량이 상기 범위 미만일 경우 고분자 물성이 단단해져서 깨지는 특성을 보이고 이온당량이 그 이상일 경우 낮은 이온전도도를 가지는 단점이 있다. 그리고 탄성계수가 상기 범위 미만일 경우 고분자가 단단해져 깨지는 특성을 보이고 이상일 경우 물성이 단단하지 못한 낮은 물성이라는 단점이 있다.If the ion equivalent is less than the above range, the physical properties of the polymer are hardened and cracked. When the ion equivalent is more than the above range, the polymer has a low ion conductivity. When the modulus of elasticity is less than the above range, the polymer tends to be hardened and cracked. When the elastic modulus is above the above range, the physical properties of the polymer tends to be poor.

본 발명의 일 실시예에 따른 가소제는 염을 포함하지 않는데, 이로써 본 발명에 따라 제조된 리튬-황 전지를 단위체(스택)로 갖는 바이폴라 스택 시스템은, 단위스택 사이에 추가적인 격막 구조 없이 Shunt current를 억제할 수 있는 장점을 갖는다.The plasticizer according to an embodiment of the present invention does not include a salt. Thus, the bipolar stack system having a lithium-sulfur battery as a unit (stack) fabricated according to the present invention can provide a shunt current without additional diaphragm structure between unit stacks It has the advantage of being able to suppress.

도 1의 리튬-황 전지는 양극(300)과 음극(200) 사이에 상기 분리막(100)이 구비되는데 특히 상기 양극은 활물질(320)과, 집전체(330)와, 상기 분리막의 단이온 전도체와 동일한 단이온 전도성 고분자(340)를 바인더로 포함한다. 1, the separator 100 is provided between the anode 300 and the cathode 200. In particular, the anode includes an active material 320, a current collector 330, a single ion conductor of the separator, Ion conductive polymer 340 as a binder.

본 발명은 팽윤된 고분자 분리막과 양극의 바인더물질을 단이온 전도성 고분자로 동일하게 사용하여 리튬 이온전도가 분리막, 양극 사이 계면에서 원활히 이루어지게 한다. In the present invention, the swollen polymer separator and the binder material of the positive electrode are used as the single ion conductive polymer in the same manner, so that the lithium ion conduction is smoothly performed at the interface between the separator and the positive electrode.

본 발명의 일 실시예에 따른 단이온 전도성 고분자는 하기 화학식 1 또는 화학식 2의 고분자를 포함할 수 있다. The mono-ion conductive polymer according to an embodiment of the present invention may include a polymer having the following general formula (1) or (2).

<화학식 1>&Lt; Formula 1 >

Figure 112016023969448-pat00003
Figure 112016023969448-pat00003

상기 화학식 1에서 x, z는 1 내지 10까지의 정수를 나타내고, y는 1000 미만의 정수를 나타내며, A는 H 또는 Li, Na, K 중의 어느 하나의 원소를 나타낸다.In Formula 1, x and z represent an integer of 1 to 10, y represents an integer of less than 1000, and A represents H or any one of Li, Na, and K.

<화학식 2>(2)

Figure 112016023969448-pat00004
Figure 112016023969448-pat00004

상기 화학식 2에서 x, y는 0<x, y≤1 범위를 만족하는 임의의 수를 나타내며, B는 H, Li, Na, K 중의 하나의 원소를 나타낸다.In Formula 2, x and y represent an arbitrary number satisfying 0 <x, y? 1, and B represents one element of H, Li, Na, and K.

본 발명에서, 가소제로 팽윤된 단이온 전도성 고분자 막을 사용하여 분리막으로 사용하여, 리튬 이온이 음극에서 양극으로 수송이 되는 효과와 전기적 단락 효과를 제공하는데, 이는 상술한 바와 같다.In the present invention, by using a single ion conductive polymer membrane swollen with a plasticizer as a separator, the effect of transporting lithium ions from the anode to the anode and the electrical shorting effect are as described above.

본 발명에서, 상기 분리막(100)은 1마이크로미터에서 50마이크로미터 사이의 두께를 가진다.In the present invention, the separation membrane 100 has a thickness of between 1 micrometer and 50 micrometer.

본 발명의 양극(300) 제조 시 단이온 전도성 고분자가 바인더 (340)로도 사용이 되는데 이는 양극 활물질끼리 접착력을 높일 뿐 아니라 이온 전도통로를 제공한다. In manufacturing the anode 300 of the present invention, a single ion conductive polymer is also used as the binder 340, which not only improves the adhesion between the cathode active materials but also provides an ion conduction path.

본 발명에서 양극 제조 시 사용되는 단이온 전도성 고분자바인더는 단일 용매 혹은 혼합용액에 분산시켜 사용한다. 상기 용매로는 이소프로필 알콜, 증류수, 부틸알콜 등의 단일 용매 혹 혼합용액이다.In the present invention, the single ion conductive polymeric binder used in the preparation of the anode is dispersed in a single solvent or a mixed solution. The solvent is a single solvent or mixed solution of isopropyl alcohol, distilled water, butyl alcohol, or the like.

본 발명에서 양극 슬러리 제조 시 양극활물질(320), 전도성 탄소(310), 단이온 전도성 고분자 바인더(340)를 상기 용매(이소프로필 알콜, 증류수, 부틸알콜)등 단일 혹 혼합 용매를 섞어 적정 점도를 맞춘 후 알루미늄 호일표면에 캐스팅 한 후 건조한다.In the present invention, the cathode active material 320, the conductive carbon 310, and the single-ion conductive polymeric binder 340 are mixed in a solvent mixture (isopropyl alcohol, distilled water, butyl alcohol) After aligning, cast on the aluminum foil surface and dry.

본 발명에서는 단이온 전도성 고분자의 이온 전도도를 높이기 위해 염을 포함하지 않은 비수 전해액(110)을 가소제로 하여 나피온 분리막(100)을 팽윤을 시킨다.In the present invention, in order to increase the ionic conductivity of the mono-ion conductive polymer, the Nafion membrane 100 is swollen with the non-aqueous electrolyte solution 110 containing no salt as a plasticizer.

본 발명에서 상기 비수 전해액은 N-메틸-2-피롤리디논, 에틸렌 카보네이트, 프로필렌카보네이트, 부틸렌카보네이트, 디메틸카보네이트, 디에틸카보네이트, 감마-부틸로락톤, 1,2-디메톡시 에탄, 테트라히드록시 프랑(franc), 2-메틸 테트라하이드로푸란, 테트라글라임, 디메틸술폭시드, 1,3-디옥소런, 포름아미드, 디메틸포름아미드, 디옥소런, 아세토니트릴, 니트로메탄, 포름산 메틸, 초산메틸, 인산 트리에스테르, 트리메톡시 메탄, 디옥소런유도체, 설포란, 메틸설포란, 1,3-디메틸-2-이미다졸리디논, 프로필렌카보네이트 유도체, 테트라하이드로푸란유도체, 다이글라임(DEGDME), 에테르, 피로피온산메틸, 및 프로피온산 에틸로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상의 비양자성 단일 유기용매 혹은 혼합 유기용매인 것을 특징으로 한다.In the present invention, the non-aqueous electrolyte may be at least one selected from the group consisting of N-methyl-2-pyrrolidinone, ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, gamma- The reaction can be carried out in the presence of a catalyst such as ricci franc, 2-methyltetrahydrofuran, tetraglyme, dimethylsulfoxide, 1,3-dioxolane, formamide, dimethylformamide, dioxolane, acetonitrile, nitromethane, methyl formate, Methylmorpholine, methylene, phosphoric acid triester, trimethoxymethane, dioxolane derivatives, sulfolane, methylsulfolane, 1,3-dimethyl-2-imidazolidinone, propylene carbonate derivatives, tetrahydrofuran derivatives, DEGDME ), Ethers, methyl pyrophosphate, and ethyl propionate, or an organic solvent mixed with at least two non-organic monohydric solvents.

본 발명의 일 실시예에 따른 양극 제조 방법은 용매에 혼합된 단이온 전도성 고분자와 전극 활물질, 전도성 물질을 혼합하여 슬러리를 제조하는 단계; 상기 슬러리를 전사용 필름상에 도포하는 단계; 도포된 슬러리의 용매를 제거하는 건조단계를 포함한다. A method of manufacturing an anode according to an embodiment of the present invention includes the steps of: preparing a slurry by mixing a single ion conductive polymer mixed in a solvent with an electrode active material and a conductive material; Applying the slurry onto a transfer film; And a drying step of removing the solvent of the applied slurry.

본 발명의 리튬-황 이차전지의 양극은 탄소-황 복합체, 전도성 탄소, 단이온 전도성 고분자를 포함하고 단이온 전도성 고분자의 함량은 10%~70%까지 조절할 수 있다. The anode of the lithium-sulfur secondary battery of the present invention comprises a carbon-sulfur complex, a conductive carbon, a single ion conductive polymer, and the content of the ion conductive polymer can be controlled to 10% to 70%.

본 발명의 리튬-황 이차전지의 제작 과정은 상기 제조한 양극(300)과 가소제로 함침된 단이온 전도성 분리막(100) 그리고 리튬 메탈(200)을 순서대로 쌓는 단계를 포함한다.The manufacturing process of the lithium-sulfur secondary battery of the present invention includes sequentially stacking the prepared anode 300, the single ion conductive separator 100 impregnated with the plasticizer, and the lithium metal 200 in this order.

본 발명의 보다 확실한 이해를 돕기 위해 상기 제조 단계가 보다 구체화된 바람직한 실시예를 통해, 본 발명의 내용을 상세히 설명하기로 한다. 다만 이들 실시예는 본 발명의 내용을 이해하기 위해 제시되는 것일 뿐 본 발명의 권리 범위가 이들 실시예에 한정 되어지는 것으로 해석되어서는 아니 된다. In order to facilitate a more thorough understanding of the present invention, the present invention will be described in detail through preferred embodiments in which the above manufacturing steps are more specific. It is to be understood, however, that these examples are provided so that the scope of the present invention is not limited thereto.

[실시예][Example]

본 발명의 일 실시예에서는 음이온으로 술폰산기를 함유하는 단이온 전도성 고분자인 나피온(Nafion)을 분리막(100)과 양극 바인더(340)로 사용하였다. 이를 위하여 먼저 상용화된 나피온 212 (Dufont)에 도 2에 도시된 다양한 종류의 유기용매 가소제를 함침시킨 후 상기 나피온 212 (Dufont)를 팽윤시키고, 이후 표면에 남은 잔여 가소제를 흡습제를 이용해 제거하여 사용하였다. 이때 상용화된 나피온 212 고분자 막을 2M LiOH 용액에 함침하여 60도, 2시간동안 교반과정을 통해 술폰산기 말단에 존재하는 수소기를 리튬으로 치환한다. In one embodiment of the present invention, Nafion, which is a single ion conductive polymer containing a sulfonic acid group as an anion, was used as the separator 100 and the positive electrode binder 340. To this end, the Nafion 212 (Dufont) was impregnated with various types of organic solvent plasticizers as shown in FIG. 2, and then the remaining plasticizer remaining on the surface was removed using a desiccant Respectively. At this time, the commercialized Nafion 212 polymer membrane was impregnated with a 2M LiOH solution, and the hydrogen group present at the terminal of the sulfonic acid group was replaced with lithium by stirring at 60 ° C. for 2 hours.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 사용된 나피온 212는 기 화학식 1 또는 화학식 2의 고분자로 교체 할 수 있다. In one embodiment of the present invention, the Nafion 212 used may be replaced by a polymer of Formula I or Formula II.

<화학식 1>&Lt; Formula 1 >

Figure 112016023969448-pat00005
Figure 112016023969448-pat00005

상기 화학식 1에서 x, z는 1 내지 10까지의 정수를 나타내고, y는 1000 미만의 정수를 나타내며, A는 H 또는 Li, Na, K 중의 어느 하나의 원소를 나타낸다.In Formula 1, x and z represent an integer of 1 to 10, y represents an integer of less than 1000, and A represents H or any one of Li, Na, and K.

<화학식 2>(2)

Figure 112016023969448-pat00006
Figure 112016023969448-pat00006

상기 화학식 2에서 x, y는 0<x, y≤1 범위를 만족하는 임의의 수를 나타내며, B는 H, Li, Na, K 중의 하나의 원소를 나타낸다.In Formula 2, x and y represent an arbitrary number satisfying 0 <x, y? 1, and B represents one element of H, Li, Na, and K.

본 발명의 일 실시예에서, 양극에 사용되는 단이온 전도성 고분자를 용매에 5~20%로 분산시킨다. 상기 용매로는 이소프로필 알콜, 증류수, 부틸알콜 등의 단일 용매 혹 혼합용액이다. 상용화된 나피온 단이온 전도성 고분자의 술폰산기에는 수소기가 붙어있기 때문에 이를 리튬이온으로 치환하기 위해 2M LiOH 수용액으로 치환한다.In one embodiment of the present invention, the mono-ion conductive polymer used for the anode is dispersed in a solvent at 5 to 20%. The solvent is a single solvent or mixed solution of isopropyl alcohol, distilled water, butyl alcohol, or the like. Since the commercially available Nafion ionic conductive polymer has a hydrogen group in the sulfonic acid group, it is substituted with a 2M LiOH aqueous solution to replace it with lithium ion.

본 발명의 일 실시예에서, 단이온 전도성 고분자를 팽윤시키는 상기 비수 전해액은 N-메틸-2-피롤리디논, 에틸렌 카보네이트, 프로필렌카보네이트, 부틸렌카보네이트, 디메틸카보네이트, 디에틸카보네이트, 감마-부틸로락톤, 1,2-디메톡시 에탄, 테트라히드록시 프랑(franc), 2-메틸 테트라하이드로푸란, 테트라글라임, 디메틸술폭시드, 1,3-디옥소런, 포름아미드, 디메틸포름아미드, 디옥소런, 아세토니트릴, 니트로메탄, 포름산 메틸, 초산메틸, 인산 트리에스테르, 트리메톡시 메탄, 디옥소런유도체, 설포란, 메틸설포란, 1,3-디메틸-2-이미다졸리디논, 프로필렌카보네이트 유도체, 테트라하이드로푸란유도체, 다이글라임(DEGDME), 에테르, 피로피온산메틸, 및 프로피온산 에틸로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상의 비양자성 단일 유기용매 혹은 혼합 유기용매인 것을 특징으로 한다.In one embodiment of the present invention, the non-aqueous electrolyte solution for swelling the single ion conductive polymer is selected from the group consisting of N-methyl-2-pyrrolidinone, ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, But are not limited to, lactone, 1,2-dimethoxyethane, tetrahydroxyfuran, 2-methyltetrahydrofuran, tetraglyme, dimethylsulfoxide, 1,3-dioxolane, formamide, dimethylformamide, But are not limited to, acetonitrile, nitromethane, methyl formate, methyl acetate, triester phosphate, trimethoxymethane, dioxolane derivatives, sulfolane, methyl sulfolane, 1,3- One or two or more aprotic organic solvents selected from the group consisting of tetrahydrofuran derivatives, DEGDME, ether, methyl pyrophosphate, and ethyl propionate, Organic solvent.

본 발명의 일 실시예에서, 양극(300) 제조 시에는 KB(ketjen black)과 황을 4:6으로 섞은 후 밀폐된 용기에서 155도로 12시간 유지한다. 제조된 KB/S 복합체와 전도성 탄소 (VGCF)를 2:1로 혼합 후 용매에 분산된 단이온 전도성 고분자 용액을 30%~70% 질량비로 첨가해 슬러리를 제조한다. 슬러리 제조 시 점도는 상기 단이온 전도성 고분자가 분산된 용매와 동일한 용매를 사용하여 조절한다.In an embodiment of the present invention, when preparing the anode 300, ketjen black and sulfur are mixed in a ratio of 4: 6, and then maintained in a sealed container at 155 DEG C for 12 hours. The prepared KB / S composite and conductive carbon (VGCF) were mixed at a ratio of 2: 1, and a mono-ion conductive polymer solution dispersed in a solvent was added at a mass ratio of 30% to 70% to prepare a slurry. The viscosity of the slurry is adjusted by using the same solvent as the solvent in which the single ion conductive polymer is dispersed.

본 발명의 실시예에서, 상기 제조된 슬러리를 알루미늄 호일에 캐스팅 후 전극을 60도 오븐에 건조시킨다. 이후 건조된 전극은 150도 롤프레스를 이용하여 초기 전극 두께 대비 60%까지 압출될 수 있도록 압착 과정을 진행한다. 이는 단이온 전도체 고분자와 활물질 사이의 이온전도를 높이기 위한 과정이다.In an embodiment of the present invention, the slurry thus prepared is cast in an aluminum foil, and then the electrode is dried in a 60 degree oven. Thereafter, the dried electrode is subjected to a pressing process so that the electrode can be extruded up to 60% of the initial electrode thickness using a 150-degree roll press. This is a process for enhancing the ion conduction between the ion conductor polymer and the active material.

본 발명의 실시예에서, 음극(200)은 450 마이크로미터 두께의 리튬 금속 금속을 사용하고 양극(300)은 상기 제조한 전극을 사용한다. 분리막(100)으로는 상기 가소제에 팽윤된 나피온 막을 사용한다. 팽윤된 나피온막을 양극과 음극 사이에 넣어 셀을 조립하기 전 표면에 존재하는 잔여 가소제를 흡습제를 이용해 제거한다.In an embodiment of the present invention, the cathode 200 uses lithium metal metal of 450 micrometers in thickness and the anode 300 uses the electrode prepared above. As the separator 100, a Nafion membrane swollen in the plasticizer is used. Put the swollen Nafion membrane between the anode and cathode to remove any residual plasticizer present on the surface before assembling the cell using a desiccant.

도 2는 단이온 전도 분리막을 리튬 염이 포함되지 않은 다양한 가소제에 함침 후 이온전도도 및 함침율을 나타내는 표이다.FIG. 2 is a table showing ion conductivity and impregnation rate after impregnating a single ion conductive separator into various plasticizers not containing a lithium salt. FIG.

도 2를 참조하면, 가소제로 단이온 전도성 고분자를 함침 시켰을 때 함침 전에 비해 이온전도도를 높일 수 있음을 알 수 있다.Referring to FIG. 2, when the single ion conductive polymer is impregnated with a plasticizer, the ion conductivity can be increased compared with that before impregnation.

본 실험예에서 사용한 가소제는 DOL: 1,3-Dioxolane, DME: 1,2-Dimethoxyethane, DEGDME: Diethylene glycol dimethyl ether, EC: Ethylene carbonate, PC: Propylene carbonate, TEGDME: Tetraethylene glycol dimethyl ether이었다. 비교예는 염이 포함된 액체 전해질로 1M의 LiTFSI, DOL/DME (1:1, v/v))이었다. The plasticizer used in this experiment was DOL: 1,3-Dioxolane, DME: 1,2-Dimethoxyethane, DEGDME: Diethylene glycol dimethyl ether, EC: Ethylene carbonate, PC: Propylene carbonate, TEGDME: Tetraethylene glycol dimethyl ether. The comparative example was 1 M LiTFSI, DOL / DME (1: 1, v / v) as a liquid electrolyte containing a salt).

도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따라 하이브리드 단이온 전도성 고분자 시스템을 리튬-황 전지에 도입했을 때 0.1C 전류밀도로 충방전 시 50사이클 동안 방전 용량을 나타내는 그래프이다.3A is a graph showing the discharge capacity during 50 cycles of charging and discharging at a current density of 0.1 C when a hybrid single ion conductive polymer system is introduced into a lithium-sulfur battery according to an embodiment of the present invention.

도 3a를 참조하면, 50사이클 동안 안정적인 방전용량이 구현되는 것을 확인할 수 있다. 또한 쿨룽 효율이 90% 이상 확보된 것을 확인할 수 있다. 이를 통해 폴리설파이드 활물질 용출이 효과적으로 억제된 것을 확인 할 수 있다.Referring to FIG. 3A, it can be seen that a stable discharge capacity is realized for 50 cycles. Also, it can be confirmed that the cullung efficiency is secured at 90% or more. As a result, it can be confirmed that the dissolution of the polysulfide active material is effectively inhibited.

본 실험예에서는 Sulfolane/DEGDME, 1/1, v/v 혼합용액을 사용하였으며, 팽윤 비율은 60부피%이었다. 따라서, 본 발명에 따른 가소제 사용에 따른 팽윤비율은 초기 부피 대비 10 내지 90% 수준이다.In this experiment, Sulfolane / DEGDME, 1/1, v / v mixed solution was used and the swelling ratio was 60% by volume. Thus, the swelling ratio with the use of the plasticizer according to the present invention is in the range of 10 to 90% of the initial volume.

도 3b는 비교예로서 기존 액체전해질 시스템을 리튬-황 전지에 도입했을 때 0.1C 전류 밀도로 충방전 시 50 사이클 동안 방전 용량을 나타낸 그래프이다.FIG. 3B is a graph showing a discharge capacity during 50 cycles of charging and discharging at a current density of 0.1 C when a conventional liquid electrolyte system is introduced into a lithium-sulfur battery as a comparative example.

도 3b를 참조하면, 50 사이클 동안 방전용량이 급격하게 감소하는 것을 확인할 수 있다. 이를 통해 폴리설파이드 활물질 용출현상이 발생한 것을 확인 할 수 있다.Referring to FIG. 3B, it can be seen that the discharge capacity sharply decreases during 50 cycles. As a result, it can be confirmed that the polysulfide active material elution occurs.

도 4는 본 발명에 따른 리튬-황 전지를 단위 셀로 하여 두개의 단위 셀을 직렬로 연결했을 때의 도면이다. 이하 단위 셀의 음극, 분리막, 양극의 구조와 구성 성분은 도 1과 동일하다. FIG. 4 is a view showing a case where two unit cells are connected in series with a lithium-sulfur battery according to the present invention as a unit cell. The structures and components of the negative electrode, separator, and positive electrode of the unit cell are the same as those of FIG.

도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 바이폴라 스택은 첫 번째 스택(500)과 두 번째 스택(600)이 추가적인 격막 없이 직렬로 연결된 구조다. 도 4에서 410과 710 부호는 각각 음극 집전체, 양극 집전체이다.Referring to FIG. 4, the bipolar stack according to the present invention is a structure in which a first stack 500 and a second stack 600 are connected in series without an additional diaphragm. In FIG. 4, reference numerals 410 and 710 denote an anode current collector and a cathode current collector, respectively.

첫 번째 스택(500)은 리튬금속(530)으로 이루어진 음극, 하이브리드 단이온 전도체 고분자 분리막(520), 그리고 양극(510)으로 이루어졌다. 이와 동일하게 두 번째 스택(600)도 리튬금속(630)으로 이루어진 음극, 하이브리드 단이온 전도체 고분자 분리막(620), 그리고 양극(610)으로 이루어졌다. 도 2에 나타난 바이폴라 스택 셀은 액체 전해질이 고분자에 함침되어 있으며 리튬염을 포함하고 있지 않아 첫 번째 스택(500)과 두 번째 스택(600) 사이 shunt current를 제거할 수 있다.The first stack 500 is composed of a cathode made of a lithium metal 530, a hybrid ion-polymer polymer separator 520, and a cathode 510. Similarly, the second stack 600 includes a negative electrode made of lithium metal 630, a hybrid ion-polymer polymer separator 620, and a positive electrode 610. The bipolar stack cell shown in FIG. 2 can remove shunt current between the first stack 500 and the second stack 600 because the liquid electrolyte is impregnated with the polymer and does not contain a lithium salt.

이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들을 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 한다.The present invention has been described with reference to the preferred embodiments. It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. Accordingly, the disclosed embodiments are to be considered in an illustrative rather than a restrictive sense, and all differences within the scope of equivalents thereof should be construed as being included in the present invention.

100: 분리막(하이브리드 단이온 전도성 고분자)
110: 가소제
120: 단이온 전도성 고분자
200: 음극(리튬금속)
300: 양극
310: 전도성 탄소
320: 황
330: 집전체
340: 단이온 전도성 고분자
400: 양극 집전체
500: 첫 번째 단위 셀
510: 양극
520: 분리막(단이온 전도성 고분자)
530: 음극 (리튬)
610: 양극
620: 분리막 (단이온 전도성 고분자)
630: 음극 (리튬)
700: 음극 집전체
100: Membrane (Hybrid Ion Conducting Polymer)
110: plasticizer
120: Single ion conductive polymer
200: cathode (lithium metal)
300: anode
310: Conductive carbon
320: sulfur
330: Entire house
340: Single ion conductive polymer
400: positive collector
500: First unit cell
510: anode
520: Membrane (Ion Conducting Polymer)
530: cathode (lithium)
610: anode
620: Membrane (Ion Conductive Polymer)
630: cathode (lithium)
700: cathode collector

Claims (13)

리튬-황 전지 분리막으로,
상기 분리막은 음이온 기능기를 갖는 전도성 고분자; 및
상기 전도성 고분자에 함침된 가소제를 포함하며,
상기 가소제에 의하여 상기 전도성 고분자가 팽윤되고,
상기 가소제는 염을 포함하지 않는 비수전해액이며, 상기 비수전해액은 N-메틸-2-피롤리디논, 에틸렌 카보네이트, 프로필렌카보네이트, 부틸렌카보네이트, 디메틸카보네이트, 디에틸카보네이트, 감마-부틸로락톤, 1,2-디메톡시 에탄, 테트라히드록시 프랑(franc), 2-메틸 테트라하이드로푸란, 테트라글라임, 디메틸술폭시드, 1,3-디옥소런, 포름아미드, 디메틸포름아미드, 디옥소런, 아세토니트릴, 니트로메탄, 포름산 메틸, 초산메틸, 인산 트리에스테르, 트리메톡시 메탄, 디옥소런유도체, 설포란, 메틸설포란, 1,3-디메틸-2-이미다졸리디논, 프로필렌카보네이트 유도체, 테트라하이드로푸란유도체, 다이글라임(DEGDME), 에테르, 피로피온산메틸, 및 프로피온산 에틸로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상인 것을 특징으로 하는 리튬-황 전지 분리막.
As a lithium-sulfur battery separator,
Wherein the separation membrane comprises a conductive polymer having an anionic functional group; And
And a plasticizer impregnated in the conductive polymer,
The conductive polymer is swollen by the plasticizer,
Wherein the plasticizer is a non-aqueous electrolyte containing no salt, and the non-aqueous electrolyte is selected from the group consisting of N-methyl-2-pyrrolidinone, ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, gamma-butylolactone, , 2-dimethoxyethane, tetrahydroxyfuran, 2-methyltetrahydrofuran, tetraglyme, dimethylsulfoxide, 1,3-dioxolane, formamide, dimethylformamide, dioxolane, acetone But are not limited to, nitrile, nitromethane, methyl formate, methyl acetate, triester phosphate, trimethoxymethane, dioxolane derivatives, sulfolane, methylsulfolane, Wherein the lithium-sulfur battery separator is one or two or more selected from the group consisting of hydrogen fluoride derivatives, DEGDME, ether, methyl pyrophosphate, and ethyl propionate.
제 1항에 있어서,
상기 음이온 기능기는 도난 포텐셜을 형성하여 양극의 활물질인 폴리설파이드 이온을 배제시키는 것을 특징을 가지는 리튬-황 전지 분리막.
The method according to claim 1,
Wherein the anion functional group forms a stolen potential to exclude a polysulfide ion as an active material of the positive electrode.
제 1항에 있어서,
상기 음이온 기능기는 술폰산(-SO3-)기, 인산(-PO4-)기 및 카르복실레이트(-COO-)기로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 리튬-황 전지 분리막.
The method according to claim 1,
Wherein the anionic functional group is at least one selected from the group consisting of a sulfonic acid (-SO3-) group, a phosphoric acid (-PO4-) group and a carboxylate (-COO-) group.
제 3항에 있어서,
상기 전도성 고분자는 하기 화학식 1로 표시되는 고분자인 것을 특징으로 하는 리튬-황 전지 분리막.
Figure 112016023969448-pat00007
(화학식 1)
(상기 화학식 1에서 x, z는 1 내지 10까지의 정수를 나타내고, y는 1000 미만의 정수를 나타내며, A는 H, Li, Na, K 중에서 선택되는 어느 하나의 원소를 나타냄.)
The method of claim 3,
Wherein the conductive polymer is a polymer represented by the following formula (1).
Figure 112016023969448-pat00007
(Formula 1)
(Wherein x and z represent an integer of 1 to 10, y represents an integer of less than 1000, and A represents any one element selected from H, Li, Na and K.)
제 3항에 있어서,
상기 전도성 고분자는 하기 화학식 2로 표시되는 고분자인 것을 특징으로 하는 리튬-황 전지 분리막.
Figure 112016023969448-pat00008
(화학식 2)
(상기 화학식 2에서 x, y는 0<x, y≤1 범위를 만족하는 임의의 수를 나타내며, B는 H, Li, Na, K 중에서 선택되는 어느 하나의 원소를 나타냄)
The method of claim 3,
Wherein the conductive polymer is a polymer represented by the following formula (2).
Figure 112016023969448-pat00008
(2)
(Wherein x and y each represent an arbitrary number satisfying 0 <x, y? 1, and B represents any one element selected from the group consisting of H, Li, Na and K)
제 1항에 있어서,
상기 분리막은 1~50 μm 두께의 필름 형태를 가지는 것을 특징으로 하는 리튬-황 전지 분리막.
The method according to claim 1,
Wherein the separator has a film thickness of 1 to 50 占 퐉.
삭제delete 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 따른 리튬-황 전지 분리막을 포함하는 리튬-황 전지.
A lithium-sulfur battery including the lithium-sulfur battery separator according to any one of claims 1 to 6.
제 8항에 있어서,
양극; 상기 리튬-황 전지 분리막; 및 음극을 포함하며,
상기 양극의 바인더는 상기 리튬-황 전지 분리막의 전도성 고분자와 동일한 종류인 것을 특징을 하는 리튬-황 전지.
9. The method of claim 8,
anode; The lithium-sulfur battery separator; And a cathode,
Wherein the binder of the positive electrode is of the same kind as the conductive polymer of the lithium-sulfur battery separating membrane.
제 9항에 따른 리튬-황전지가 단위 스택으로 적층된 바이폴라 스택 구조의 리튬-황 전지 시스템.
13. A lithium-sulfur battery system having a bipolar stack structure in which a lithium-sulfur battery according to claim 9 is laminated in a unit stack.
제 10항에 있어서,
상기 단위스택과 단위스택 사이에는 추가 격막구조가 없는 것을 특징을 하는 리튬-황 전지 시스템.
11. The method of claim 10,
Wherein no additional diaphragm structure is present between the unit stack and the unit stack.
리튬-황 전지 분리막 제조방법으로,
음이온 기능기를 갖는 전도성 고분자에 가소제를 함침시키는 단계; 및
상기 전도성 고분자를 팽윤시키는 단계를 포함하고,
상기 가소제는 염을 포함하지 않는 비수전해액이며, 상기 비수전해액은 N-메틸-2-피롤리디논, 에틸렌 카보네이트, 프로필렌카보네이트, 부틸렌카보네이트, 디메틸카보네이트, 디에틸카보네이트, 감마-부틸로락톤, 1,2-디메톡시 에탄, 테트라히드록시 프랑(franc), 2-메틸 테트라하이드로푸란, 테트라글라임, 디메틸술폭시드, 1,3-디옥소런, 포름아미드, 디메틸포름아미드, 디옥소런, 아세토니트릴, 니트로메탄, 포름산 메틸, 초산메틸, 인산 트리에스테르, 트리메톡시 메탄, 디옥소런유도체, 설포란, 메틸설포란, 1,3-디메틸-2-이미다졸리디논, 프로필렌카보네이트 유도체, 테트라하이드로푸란유도체, 다이글라임(DEGDME), 에테르, 피로피온산메틸, 및 프로피온산 에틸로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상인 것을 특징으로 하는 리튬-황 전지 분리막 제조방법.
As a method for producing a lithium-sulfur battery separator,
Impregnating the conductive polymer having an anionic functional group with a plasticizer; And
And swelling the conductive polymer,
Wherein the plasticizer is a non-aqueous electrolyte containing no salt, and the non-aqueous electrolyte is selected from the group consisting of N-methyl-2-pyrrolidinone, ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, gamma-butylolactone, , 2-dimethoxyethane, tetrahydroxyfuran, 2-methyltetrahydrofuran, tetraglyme, dimethylsulfoxide, 1,3-dioxolane, formamide, dimethylformamide, dioxolane, acetone But are not limited to, nitrile, nitromethane, methyl formate, methyl acetate, triester phosphate, trimethoxymethane, dioxolane derivatives, sulfolane, methylsulfolane, A lithium-sulfur battery separator characterized by being at least one member selected from the group consisting of hydrogen fluoride derivatives, DEGDME, ether, methyl pyrophosphate, and ethyl propionate. Joe method.
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