KR102207522B1 - Electrolyte for lithium-sulfur battery and lithium-sulfur battery comprising thereof - Google Patents

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Abstract

본 발명은 리튬-설퍼 전지용 전해액 및 이를 포함하는 리튬-설퍼 전지에 관한 것이다. 본 발명의 전해액은 리튬-설퍼 전지에 적용 시 방전 과전압 현상이 적고, 에너지 밀도 향상 효과를 나타내며, 이에 따라 전지의 수명 특성을 향상시킨다. 따라서 리튬-설퍼 전지의 성능을 개선시킬 수 있어 바람직하다.The present invention relates to a lithium-sulfur battery electrolyte and a lithium-sulfur battery comprising the same. When applied to a lithium-sulfur battery, the electrolytic solution of the present invention has less discharge overvoltage, exhibits an energy density improvement effect, and thus improves battery life characteristics. Therefore, it is desirable to improve the performance of the lithium-sulfur battery.

Description

리튬-설퍼 전지용 전해액 및 이를 포함하는 리튬-설퍼 전지{ELECTROLYTE FOR LITHIUM-SULFUR BATTERY AND LITHIUM-SULFUR BATTERY COMPRISING THEREOF}Electrolyte for lithium-sulfur battery and lithium-sulfur battery containing the same {ELECTROLYTE FOR LITHIUM-SULFUR BATTERY AND LITHIUM-SULFUR BATTERY COMPRISING THEREOF}

본 발명은 리튬-설퍼 전지용 전해액 및 이를 포함하는 리튬-설퍼 전지에 관한 것이다.The present invention relates to a lithium-sulfur battery electrolyte and a lithium-sulfur battery comprising the same.

최근 휴대용 전자기기, 전기자동차 및 대용량 전력저장 시스템 등이 발전함에 따라 대용량 전지의 필요성이 대두되고 있다. 리튬-설퍼 전지는 S-S 결합(Sulfur - sulfur bond)을 갖는 황 계열 물질을 양극 활물질로 사용하고, 리튬 금속을 음극 활물질로 사용하는 이차전지로, 양극 활물질의 주재료인 황은 자원이 매우 풍부하고, 독성이 없으며, 낮은 원자당 무게를 가지고 있는 장점이 있다. Recently, as portable electronic devices, electric vehicles, and large-capacity power storage systems have been developed, the need for large-capacity batteries has emerged. Lithium-sulfur battery is a secondary battery that uses a sulfur-based material having an SS bond (Sulfur-sulfur bond) as a positive electrode active material and lithium metal as a negative electrode active material. Sulfur, the main material of the positive electrode active material, is very rich in resources and is toxic. It has the advantage of having a low weight per atom.

또한 리튬-설퍼 전지의 이론 방전 용량은 1672mAh/g-sulfur이며, 이론 에너지밀도가 2,600Wh/kg로서, 현재 연구되고 있는 다른 전지시스템의 이론 에너지밀도(Ni-MH 전지: 450Wh/kg, Li-FeS 전지: 480Wh/kg, Li-MnO2 전지: 1,000Wh/kg, Na-S 전지: 800Wh/kg)에 비하여 매우 높기 때문에 고에너지 밀도 특성을 갖는 전지로서 주목 받고 있다. In addition, the theoretical discharge capacity of the lithium-sulfur battery is 1672mAh/g-sulfur, and the theoretical energy density is 2,600Wh/kg, and the theoretical energy density of other battery systems currently being studied (Ni-MH battery: 450Wh/kg, Li- FeS battery: 480Wh/kg, Li-MnO 2 battery: 1,000Wh/kg, Na-S battery: 800Wh/kg), which is very high compared to), thus attracting attention as a battery having high energy density characteristics.

그러나 아직까지 리튬-설퍼 전지는 상용화되고 있지 못한 실정이다. 이는 황을 활물질로 사용 시 전기화학 반응에 이용되는 비율(황 이용률)이 낮아 이론 용량만큼 충분한 용량이 확보되지 않고, 수명 특성이 떨어지기 때문이다. However, lithium-sulfur batteries have not yet been commercialized. This is because when sulfur is used as an active material, the ratio used in the electrochemical reaction (sulfur utilization rate) is low, so that sufficient capacity as the theoretical capacity is not secured, and lifespan characteristics are poor.

이러한 문제점을 극복하기 위하여 다양한 시도가 이루어지고 있다. 즉, 황을 탄소와 복합체화하여 비표면적을 늘리는 방법, 폴리설파이드의 용해도가 높은 전해액을 사용하는 방법, 전해액에 첨가제를 적용하여 황 및 폴리설파이드의 반응성을 개선하는 방법 등이 연구되고 있다.Various attempts have been made to overcome this problem. That is, a method of increasing the specific surface area by complexing sulfur with carbon, a method of using an electrolytic solution having a high solubility of polysulfide, a method of improving the reactivity of sulfur and polysulfide by applying an additive to the electrolytic solution, etc. are being studied.

일례로, 대한민국 등록특허 제1511206호는 전해질에 리튬 폴리설파이드를 포함시킴으로써 양극제로부터의 황 화합물이 용출되는 것을 억제하여 황 이용률 및 수명 특성을 향상시키는 기술을 개시하고 있다. For example, Korean Patent No. 1511206 discloses a technology for improving sulfur utilization and lifespan characteristics by suppressing elution of a sulfur compound from a positive electrode agent by including lithium polysulfide in an electrolyte.

그러나 이러한 종래기술들은 리튬-설퍼 전지의 용량 특성과 수명 특성을 크게 개선하지 못하는 문제점이 있다.However, these conventional techniques have a problem in that the capacity characteristics and life characteristics of the lithium-sulfur battery are not significantly improved.

대한민국 등록특허 제1511206호, "리튬 황 전지"Korean Patent Registration No. 1511206, "Lithium Sulfur Battery"

본 발명자들은 상기 문제를 해결하기 위해 리튬-설퍼 전지의 전해액 용매 조성에 관하여 연구하였고, 그 결과 본 발명을 완성하였다.In order to solve the above problem, the present inventors studied the composition of an electrolyte solvent of a lithium-sulfur battery, and as a result, the present invention was completed.

따라서, 본 발명의 목적은 황의 이용률을 높여 방전 과전압을 개선시키고 전지의 에너지 밀도를 향상시키는 리튬-설퍼 전지용 전해액을 제공하는 것이다.Accordingly, an object of the present invention is to provide an electrolyte for a lithium-sulfur battery that improves the energy density of the battery by increasing the utilization rate of sulfur to improve discharge overvoltage.

또한, 본 발명의 다른 목적은 상기 전해액을 포함하는 리튬-설퍼 전지를 제공하는 것이다.In addition, another object of the present invention is to provide a lithium-sulfur battery comprising the electrolyte.

상기 과제를 해결하기 위하여 본 발명은,In order to solve the above problems, the present invention,

설포늄 이온을 포함하는 이온성 액체; 및 비수계 용매; 를 포함하는, 리튬-설퍼 전지용 전해액을 제공한다.An ionic liquid containing sulfonium ions; And a non-aqueous solvent; It provides an electrolyte for a lithium-sulfur battery comprising a.

상기 이온성 액체는 전해액 100 중량%에 대하여 0.01 내지 10 중량%로 포함될 수 있다.The ionic liquid may be included in an amount of 0.01 to 10% by weight based on 100% by weight of the electrolyte.

상기 설포늄 이온은 디에틸메틸설포늄 및 트리에틸설포늄으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있다.The sulfonium ion may be at least one selected from the group consisting of diethylmethylsulfonium and triethylsulfonium.

상기 비수계 용매는 에테르계 용매일 수 있고, 상기 에테르계 용매는 선형에테르, 환형에테르 또는 이들의 조합일 수 있다.The non-aqueous solvent may be an ether solvent, and the ether solvent may be a linear ether, a cyclic ether, or a combination thereof.

상기 선형에테르는 디메틸 에테르, 디에틸 에테르, 디프로필 에테르, 디부틸 에테르, 디이소부틸 에테르, 에틸메틸 에테르, 에틸프로필 에테르, 에틸터트부틸 에테르, 디메톡시메탄, 트리메톡시메탄, 디메톡시에탄, 디에톡시에탄, 디메톡시프로판, 디에틸렌글리콜 디메틸에테르, 디에틸렌글리콜 디에틸에테르, 트리에틸렌글리콜 디메틸에테르, 테트라에틸렌글리콜 디메틸에테르, 에틸렌글리콜 디비닐에테르, 디에틸렌글리콜 디비닐에테르, 트리에틸렌글리콜 디비닐에테르, 디프로필렌 글리콜 디메틸렌 에테르, 부틸렌 글리콜 에테르, 디에틸렌글리콜 에틸메틸에테르, 디에틸렌글리콜 이소프로필메틸에테르, 디에틸렌글리콜 부틸메틸에테르, 디에틸렌글리콜 터트부틸에틸에테르, 및 에틸렌글리콜 에틸메틸에테르로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있다.The linear ethers are dimethyl ether, diethyl ether, dipropyl ether, dibutyl ether, diisobutyl ether, ethylmethyl ether, ethylpropyl ether, ethyl tertbutyl ether, dimethoxymethane, trimethoxymethane, dimethoxyethane, Diethoxyethane, dimethoxypropane, diethylene glycol dimethyl ether, diethylene glycol diethyl ether, triethylene glycol dimethyl ether, tetraethylene glycol dimethyl ether, ethylene glycol divinyl ether, diethylene glycol divinyl ether, triethylene glycol di Vinyl ether, dipropylene glycol dimethylene ether, butylene glycol ether, diethylene glycol ethyl methyl ether, diethylene glycol isopropyl methyl ether, diethylene glycol butyl methyl ether, diethylene glycol tertbutyl ethyl ether, and ethylene glycol ethyl methyl It may be one or more selected from the group consisting of ether.

상기 환형에테르는 디옥솔란, 메틸디옥솔란, 디메틸디옥솔란, 비닐디옥솔란, 메톡시디옥솔란, 에틸메틸디옥솔란, 옥세인, 디옥세인, 트리옥세인, 테트라하이드로퓨란, 메틸테트라하이드로퓨란, 디메틸테트라하이드로퓨란, 디메톡시테트라히드로퓨란, 에톡시테트라히드로퓨란, 디하이드로피란, 테트라하이드로피란, 퓨란 및 메틸퓨란으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있다.The cyclic ethers are dioxolane, methyldioxolane, dimethyldioxolane, vinyldioxolane, methoxydioxolane, ethylmethyldioxolane, oxane, dioxane, trioxane, tetrahydrofuran, methyltetrahydrofuran, dimethyltetra It may be one or more selected from the group consisting of hydrofuran, dimethoxytetrahydrofuran, ethoxytetrahydrofuran, dihydropyran, tetrahydropyran, furan, and methylfuran.

상기 전해액은 LiCl, LiBr, LiI, LiClO4, LiBF4, LiB10Cl10, LiPF6, LiCF3SO3, LiCF3CO2, LiC4BO8, LiAsF6, LiSbF6, LiAlCl4, CH3SO3Li, CF3SO3Li, (CF3SO2)2NLi, (C2F5SO2)2NLi, (SO2F)2NLi, (CF3SO2)3CLi, 리튬 비스(옥살라토)보레이트, 리튬-옥살릴디플루오로보레이트, 리튬 4,5-디시아노-2-(트리플루오로메틸)이미다졸, 리튬 디시아노트리아졸레이트, 리튬 티오시아네이트, 클로로 보란 리튬, 저급지방족 카르본산 리튬, 테트라 페닐 붕산 리튬, 리튬 이미드 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 1종의 리튬염을 추가적으로 포함할 수 있다.The electrolyte is LiCl, LiBr, LiI, LiClO 4 , LiBF 4 , LiB 10 Cl 10 , LiPF 6 , LiCF 3 SO 3 , LiCF 3 CO 2 , LiC 4 BO 8 , LiAsF 6 , LiSbF 6 , LiAlCl 4 , CH 3 SO 3 Li, CF 3 SO 3 Li, (CF 3 SO 2 ) 2 NLi, (C 2 F 5 SO 2 ) 2 NLi, (SO 2 F) 2 NLi, (CF 3 SO 2 ) 3 CLi, lithium bis(jade Salato)borate, lithium-oxalyldifluoroborate, lithium 4,5-dicyano-2-(trifluoromethyl)imidazole, lithium dicyanotriazolate, lithium thiocyanate, chloroborane lithium, lower grade It may further include one kind of lithium salt selected from the group consisting of aliphatic lithium carboxylic acid, lithium tetraphenylborate, lithium imide, and combinations thereof.

상기 리튬염은 0.1 내지 8.0 M 농도로 포함될 수 있다.The lithium salt may be contained in a concentration of 0.1 to 8.0 M.

상기 전해액은 분자 내 N-O 결합을 갖는 화합물을 더 포함할 수 있다.The electrolyte may further include a compound having an intramolecular N-O bond.

상기 분자 내 N-O 결합을 갖는 화합물은 질산리튬, 질산칼륨, 질산세슘, 질산바륨, 질산암모늄, 아질산리튬, 아질산칼륨, 아질산세슘, 아질산암모늄, 메틸 니트레이트, 디알킬 이미다졸륨 니트레이트, 구아니딘 니트레이트, 이미다졸륨 니트레이트, 피리디늄 니트레이트, 에틸 니트라이트, 프로필 니트라이트, 부틸 니트라이트, 펜틸 니트라이트, 옥틸 니트라이트, 니트로메탄, 니트로프로판, 니트로부탄, 니트로벤젠, 디니트로벤젠, 니트로피리딘, 디니트로피리딘, 니트로톨루엔, 디니트로톨루엔, 피리딘 N-옥사이드, 알킬피리딘 N-옥사이드, 및 테트라메틸 피페리디닐옥실로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있다.Compounds having NO bonds in the molecule include lithium nitrate, potassium nitrate, cesium nitrate, barium nitrate, ammonium nitrate, lithium nitrite, potassium nitrite, cesium nitrite, ammonium nitrite, methyl nitrate, dialkyl imidazolium nitrate, guanidine nitrate Rate, imidazolium nitrate, pyridinium nitrate, ethyl nitrite, propyl nitrite, butyl nitrite, pentyl nitrite, octyl nitrite, nitromethane, nitropropane, nitrobutane, nitrobenzene, dinitrobenzene, nitro It may be one or more selected from the group consisting of pyridine, dinitropyridine, nitrotoluene, dinitrotoluene, pyridine N-oxide, alkylpyridine N-oxide, and tetramethyl piperidinyloxyl.

상기 분자 내 N-O 결합을 갖는 화합물은 전해액 100 중량% 에 대하여 0.01 내지 10 중량% 로 포함될 수 있다.The compound having an intramolecular N-O bond may be included in an amount of 0.01 to 10% by weight based on 100% by weight of the electrolyte.

또한, 본 발명은 상기 전해액을 포함하는 리튬-설퍼 전지를 제공한다.In addition, the present invention provides a lithium-sulfur battery comprising the electrolyte.

본 발명의 전해액은 리튬-설퍼 전지에 적용 시 방전 과전압 현상이 적고, 에너지 밀도 향상 효과를 나타내며, 이에 따라 전지의 수명 특성을 향상시킨다. 따라서 리튬-설퍼 전지의 성능을 개선시킬 수 있어 바람직하다.When applied to a lithium-sulfur battery, the electrolytic solution of the present invention has less discharge overvoltage, exhibits an energy density improvement effect, and thus improves battery life characteristics. Therefore, it is desirable to improve the performance of the lithium-sulfur battery.

도 1은 실시예 1 및 비교예 5의 초기 방전 곡선이다.
도 2는 실시예 1 내지 2 및 비교예 1 내지 4의 방전 곡선이다.
도 3은 실시예 1 내지 2 및 비교예 1 내지 5의 에너지 밀도를 비교한 그래프이다.
도 4는 실시예 1 내지 2 및 비교예 1 내지 5의 사이클 수에 따른 비 방전 용량을 나타낸 그래프이다.
1 is an initial discharge curve of Example 1 and Comparative Example 5.
2 is a discharge curve of Examples 1 to 2 and Comparative Examples 1 to 4.
3 is a graph comparing the energy density of Examples 1 to 2 and Comparative Examples 1 to 5.
4 is a graph showing specific discharge capacity according to the number of cycles of Examples 1 to 2 and Comparative Examples 1 to 5;

이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.Hereinafter, it will be described in detail so that those of ordinary skill in the art may easily implement the present invention. However, the present invention may be implemented in various different forms and is not limited to the embodiments described herein.

리튬-설퍼 전지용 전해액Lithium-sulfur battery electrolyte

본 발명은 설포늄 이온을 포함하는 이온성 액체; 및 비수계 용매; 를 포함하는, 리튬-설퍼 전지용 전해액을 제공한다.The present invention is an ionic liquid containing sulfonium ions; And a non-aqueous solvent; It provides an electrolyte for a lithium-sulfur battery comprising a.

이온성 액체(ionic liquid)는 액체상의 염을 의미하는 것으로서, 본 발명의 이온성 액체는 넓은 온도 범위에서 액상으로 존재할 수 있다. 특히 전지의 작동 온도에서 주로 액상으로 존재하는 것이 바람직하다. 구체적으로, 본 발명의 이온성 액체는 100 ℃이하의 온도에서 액체로 존재하며, 바람직하기로 50 ℃이하, 보다 바람직하기로 25 ℃이하의 온도에서 액체로 존재하는 것이다.The ionic liquid refers to a liquid salt, and the ionic liquid of the present invention may exist as a liquid in a wide temperature range. In particular, it is preferred to exist primarily in liquid form at the operating temperature of the battery. Specifically, the ionic liquid of the present invention exists as a liquid at a temperature of 100 °C or less, preferably 50 °C or less, more preferably 25 °C or less.

본 발명자들은 리튬-설퍼 전지의 양극 활물질인 황의 반응성을 향상시킬 수 있는 전해액 조성에 관하여 연구하였으며, 그 결과 설포늄 이온을 양이온으로 포함하는 이온성 액체를 전해액에 소정량 첨가 시 향상된 에너지 밀도, 수명 특성 및 방전 과전압 개선 효과를 나타냄을 확인하였다. The present inventors studied the composition of an electrolyte solution capable of improving the reactivity of sulfur, a positive electrode active material of a lithium-sulfur battery, and as a result, improved energy density and lifespan when a predetermined amount of an ionic liquid containing sulfonium ions as a cation is added to the electrolyte. It was confirmed that the characteristics and discharge overvoltage improvement effect was exhibited.

이러한 효과는 설포늄 이온 외의 다른 양이온을 포함하는 이온성 액체, 즉, 기존에 이온성 액체로서 널리 알려진 이미다졸륨, 피롤리디늄, 피리디늄, 피페리디늄 계열의 이온성 액체를 사용하였을 때는 전혀 나타나지 않았으며, 상기 이온성 액체를 첨가한 경우는 오히려 반응성이 저하되어 더욱 낮은 에너지 밀도 및 수명특성을 나타내었다.This effect is not at all when an ionic liquid containing cations other than sulfonium ions, i.e., imidazolium, pyrrolidinium, pyridinium, piperidinium series, which are widely known as ionic liquids in the past, is used. It did not appear, and when the ionic liquid was added, the reactivity was rather lowered, resulting in lower energy density and lifespan characteristics.

본 발명의 전해액에 포함되는 이온성 액체는 양이온으로서 하기 화학식 1로 표시되는 설포늄 이온(sulfonium ion)을 포함하며, 상술한 온도 범위에서 액체로 존재하는 것이라면 특별히 제한되지 않는다. The ionic liquid contained in the electrolytic solution of the present invention includes a sulfonium ion represented by the following formula (1) as a cation, and is not particularly limited as long as it exists as a liquid in the above-described temperature range.

[화학식 1][Formula 1]

Figure 112017036364240-pat00001
Figure 112017036364240-pat00001

이때, 상기 R1 내지 R3는 서로 같거나 다르며, 각각 C1 내지 C5의 알킬기, 예를 들어 메틸기, 에틸기, 프로필기, 이소프로필기, 부틸기, 이소부틸기, 또는 펜틸기일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. At this time, the R 1 to R 3 are the same as or different from each other, and each may be a C1 to C5 alkyl group, such as a methyl group, an ethyl group, a propyl group, an isopropyl group, a butyl group, an isobutyl group, or a pentyl group, but is limited thereto. It does not become.

바람직하기로, 상기 R1 내지 R3는 각각 메틸기, 에틸기, 또는 프로필기일 수 있다. 보다 바람직하기로, 상기 설포늄 이온은 디에틸메틸설포늄(Diethylmethylsulfonium) 및 트리에틸설포늄(Triethylsulfonium)으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있다.Preferably, each of R 1 to R 3 may be a methyl group, an ethyl group, or a propyl group. More preferably, the sulfonium ion may be at least one selected from the group consisting of diethylmethylsulfonium and triethylsulfonium.

한편, 본 발명의 전해액에 포함되는 이온성 액체의 음이온은 비스(퍼플루오로에틸설포닐)이미드(N(C2F5SO2)2 -), 트리스(트리플루오로메틸설포닐메타이드(C(CF3SO2)2 -), 비스(플루오로설포닐)이미드(N(SO2F)2 -), 비스(트리플루오로메틸설폰이미드)(N(CF3SO2)2 -), 트리플루오로메탄설포네이트(CF3SO3 -), AsF6 -, ClO4 -, PF6 -, BF4 -, SCN-, NO3 -, I-, Br-, Cl-, N(CN2)-, CH3SO3 - 중 1종 이상일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.On the other hand, the anion of the ionic liquid contained in the electrolytic solution of the present invention is bis (perfluoroethyl sulfonyl) imide (N (C 2 F 5 SO 2) 2 -), methylsulfonyl meth as tris (trifluoromethyl Id (C (CF 3 SO 2) 2 -), bis (sulfonyl fluorophenyl) imide (N (SO 2 F) 2 -), bis (trifluoromethyl sulfonimide) (N (CF 3 SO 2) 2 -), trifluoromethane sulfonate (CF 3 SO 3 -), AsF 6 -, ClO 4 -, PF 6 -, BF 4 -, SCN -, NO 3 -, I -, Br -, Cl -, N(CN 2 ) - , CH 3 SO 3 - may be one or more of, but is not limited thereto.

일례로, 본 발명의 전해액에 포함되는 이온성 액체는 디에틸메틸설포늄 비스(트리플루오로메틸설포닐)이미드, 디에틸메틸설포늄 트리플루오로메탄설포네이트, 디에틸메틸설포늄 비스(플루오로설포닐)이미드, 디에틸메틸설포늄 비스(퍼플루오로에틸설포닐)이미드, 디에틸메틸설포늄 나이트레이트, 디에틸메틸설포늄 아이오다이드, 디에틸메틸설포늄 브로마이드 및/또는 트리에틸설포늄 비스(트리플루오로메틸설포닐)이미드일 수 있다. 이러한 이온성 액체는 시판되는 것을 구입하여 사용하거나, 직접 제조하여 음이온을 다양하게 치환해 사용할 수 있다.For example, the ionic liquid contained in the electrolytic solution of the present invention is diethylmethylsulfonium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide, diethylmethylsulfonium trifluoromethanesulfonate, diethylmethylsulfonium bis( Fluorosulfonyl)imide, diethylmethylsulfonium bis(perfluoroethylsulfonyl)imide, diethylmethylsulfonium nitrate, diethylmethylsulfonium iodide, diethylmethylsulfonium bromide and/ Or it may be triethylsulfonium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide. Such an ionic liquid can be used by purchasing a commercially available liquid, or can be directly prepared and used by substituting various anions.

상기 설포늄 이온을 포함하는 이온성 액체의 전해액 내 함량은 특별히 제한되는 것은 아니나, 일례로 전해액 100 중량%에 대하여 0.01 내지 10 중량%로 포함될 수 있고, 바람직하기로 0.1 내지 5 중량%, 보다 바람직하기로 0.5 내지 3 중량%로 포함될 수 있다. 만일 이온성 액체의 함량이 0.01 중량% 미만이면 이온성 액체의 첨가로 인한 과전압 방지, 에너지 밀도 향상 및 수명 특성 개선 효과를 얻을 수 없고, 10 중량%를 초과하면 전해액 내에서 부반응을 일으킬 우려가 있으므로, 상기 범위 내에서 적절히 조절한다.The content of the ionic liquid containing sulfonium ions in the electrolyte is not particularly limited, but may be included in an amount of 0.01 to 10% by weight based on 100% by weight of the electrolyte, preferably 0.1 to 5% by weight, more preferably It may be included in the following 0.5 to 3% by weight. If the content of the ionic liquid is less than 0.01% by weight, the effect of preventing overvoltage, improving the energy density and improving the life characteristics due to the addition of the ionic liquid cannot be obtained. If it exceeds 10% by weight, side reactions may occur in the electrolyte. , It is appropriately adjusted within the above range.

본 발명의 리튬-설퍼 전지용 전해액은 비수계 용매를 포함하며, 이때 비수계 용매는 당 업계에서 전해액의 용매로서 사용되는 것이면 특별히 제한되지 않는다. 구체적으로, 상기 비수계 용매는 카보네이트계, 에스테르계, 에테르계, 케톤계, 알코올계 및 비양성자성 용매로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상이 사용될 수 있다.The electrolyte for a lithium-sulfur battery of the present invention includes a non-aqueous solvent, and the non-aqueous solvent is not particularly limited as long as it is used as a solvent of the electrolyte in the art. Specifically, the non-aqueous solvent may be one or more selected from the group consisting of carbonate-based, ester-based, ether-based, ketone-based, alcohol-based, and aprotic solvents.

상기 카보네이트계 용매로는 디메틸카보네이트(DMC), 디에틸카보네이트(DEC), 디프로필카보네이트(DPC), 메틸프로필카보네이트(MPC), 에틸프로필카보네이트(EPC), 메틸에틸카보네이트(MEC), 에틸렌카보네이트(EC), 프로필렌카보네이트(PC), 또는 부틸렌카보네이트(BC) 등이 사용될 수 있으나 이에 제한되지 않는다.The carbonate-based solvents include dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), dipropyl carbonate (DPC), methyl propyl carbonate (MPC), ethyl propyl carbonate (EPC), methyl ethyl carbonate (MEC), ethylene carbonate ( EC), propylene carbonate (PC), or butylene carbonate (BC) may be used, but is not limited thereto.

상기 에스테르계 용매로는 메틸 아세테이트, 에틸 아세테이트, n-프로필 아세테이트, 1,1-디메틸에틸 아세테이트, 메틸프로피오네이트, 에틸프로피오네이트, γ-부티로락톤, 데카놀라이드(decanolide), 발레로락톤, 메발로노락톤(mevalonolactone), 카프로락톤(caprolactone) 등이 사용될 수 있으나 이에 제한되지 않는다.As the ester solvent, methyl acetate, ethyl acetate, n-propyl acetate, 1,1-dimethylethyl acetate, methyl propionate, ethyl propionate, γ-butyrolactone, decanolide, valero Lactone, mevalonolactone, caprolactone, and the like may be used, but are not limited thereto.

상기 에테르계 용매로는 디에틸 에테르, 디프로필 에테르, 디부틸 에테르, 디메톡시메탄(DMM), 트리메톡시메탄(TMM), 디메톡시에탄(DME), 디에톡시에탄(DEE), 디글라임, 트리글라임, 테트라글라임, 테트라히드로퓨란, 2-메틸테트라히드로퓨란, 또는 폴리에틸렌 글리콜 디메틸 에테르 등이 사용될 수 있으나 이에 제한되지 않는다.As the ether solvent, diethyl ether, dipropyl ether, dibutyl ether, dimethoxymethane (DMM), trimethoxymethane (TMM), dimethoxyethane (DME), diethoxyethane (DEE), diglyme, Triglyme, tetraglyme, tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, polyethylene glycol dimethyl ether, and the like may be used, but are not limited thereto.

상기 케톤계 용매로는 예를 들어 시클로헥사논 등이 사용될 수 있다. 또한 상기 알코올계 용매로는 에틸알코올, 이소프로필알코올 등이 사용될 수 있으며, 상기 비양성자성 용매로는 아세토니트릴 등의 니트릴류, 디메틸포름아미드 등의 아미드류, 1,3-디옥솔란(DOL) 등의 디옥솔란류, 또는 술포란(sulfolane) 등이 사용될 수 있다. As the ketone solvent, for example, cyclohexanone may be used. In addition, ethyl alcohol, isopropyl alcohol, etc. may be used as the alcohol-based solvent, and nitriles such as acetonitrile, amides such as dimethylformamide, and 1,3-dioxolane (DOL) as the aprotic solvent Dioxolanes such as, or sulfolane, or the like may be used.

또한 상기 알코올계 용매로는 에틸알코올, 이소프로필알코올 등이 사용될 수 있으며, 상기 비양성자성 용매로는 R-CN(R은 C2 내지 C20의 직쇄상, 분지상 또는 환 구조의 탄화수소기이며, 이중결합 방향 환 또는 에테르 결합을 포함할 수 있다) 등의 니트릴류, 디메틸포름아미드 등의 아미드류, 1,3-디옥솔란 등의 디옥솔란류, 술포란(sulfolane) 등이 사용될 수 있다. In addition, ethyl alcohol, isopropyl alcohol, etc. may be used as the alcohol-based solvent, and R-CN (R is a C2 to C20 linear, branched, or cyclic hydrocarbon group, wherein Nitriles such as a bonded aromatic ring or an ether bond), amides such as dimethylformamide, dioxolanes such as 1,3-dioxolane, sulfolane, and the like may be used.

상기 비수계 용매는 단독으로 또는 하나 이상 혼합하여 사용될 수 있고, 하나 이상 혼합하여 사용되는 경우의 혼합 비율은 목적하는 전지 성능에 따라 적절하게 조절할 수 있다.The non-aqueous solvent may be used alone or in combination of one or more, and the mixing ratio in the case of using one or more mixtures may be appropriately adjusted according to the desired battery performance.

바람직하기로, 상기 비수계 용매는 에테르계 용매를 사용한다. 에테르계 용매는 리튬-설퍼 전지의 음극이 되는 리튬 금속과의 상용성이 우수하여, 전지의 효율, 사이클 수명 및 안전성을 높일 수 있어 바람직하다. 또한, 에테르계 용매는 높은 도너 수(Donor number)를 가지므로 리튬 양이온을 킬레이션(Chelation)시켜 리튬염의 해리도를 높일 수 있고, 리튬폴리설파이드에 대한 용해도를 증가시킬 수 있어 황의 반응성을 확보하기 용이하며, 점도가 낮아 이온의 이동이 자유로우므로, 전해액의 이온 전도도를 크게 향상시킬 수 있다.Preferably, the non-aqueous solvent is an ether solvent. The ether-based solvent is preferable because it has excellent compatibility with lithium metal, which is a negative electrode of a lithium-sulfur battery, and can increase the efficiency, cycle life, and safety of the battery. In addition, since the ether-based solvent has a high donor number, it is possible to increase the dissociation degree of lithium salts by chelation of lithium cations, and to increase the solubility of lithium polysulfide, making it easy to secure sulfur reactivity. In addition, since the viscosity is low, the movement of ions is free, and the ionic conductivity of the electrolyte can be greatly improved.

상기 에테르계 용매는 선형 에테르(Linear ether), 환형 에테르(Cyclic ether), 또는 이들의 혼합용매일 수 있다.The ether-based solvent may be linear ether, cyclic ether, or a mixed solvent thereof.

상기 선형 에테르의 비제한적인 예로는 디메틸 에테르, 디에틸 에테르, 디프로필 에테르, 디부틸 에테르, 디이소부틸 에테르, 에틸메틸 에테르, 에틸프로필 에테르, 에틸터트부틸 에테르, 디메톡시메탄, 트리메톡시메탄, 디메톡시에탄, 디에톡시에탄, 디메톡시프로판, 디에틸렌글리콜 디메틸에테르, 디에틸렌글리콜 디에틸에테르, 트리에틸렌글리콜 디메틸에테르, 테트라에틸렌글리콜 디메틸에테르, 에틸렌글리콜 디비닐에테르, 디에틸렌글리콜 디비닐에테르, 트리에틸렌글리콜 디비닐에테르, 디프로필렌 글리콜 디메틸렌 에테르, 부틸렌 글리콜 에테르, 디에틸렌글리콜 에틸메틸에테르, 디에틸렌글리콜 이소프로필메틸에테르, 디에틸렌글리콜 부틸메틸에테르, 디에틸렌글리콜 터트부틸에틸에테르, 및 에틸렌글리콜 에틸메틸에테르로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상을 들 수 있다.Non-limiting examples of the linear ether include dimethyl ether, diethyl ether, dipropyl ether, dibutyl ether, diisobutyl ether, ethylmethyl ether, ethylpropyl ether, ethyl tertbutyl ether, dimethoxymethane, trimethoxymethane , Dimethoxyethane, diethoxyethane, dimethoxypropane, diethylene glycol dimethyl ether, diethylene glycol diethyl ether, triethylene glycol dimethyl ether, tetraethylene glycol dimethyl ether, ethylene glycol divinyl ether, diethylene glycol divinyl ether , Triethylene glycol divinyl ether, dipropylene glycol dimethylene ether, butylene glycol ether, diethylene glycol ethyl methyl ether, diethylene glycol isopropyl methyl ether, diethylene glycol butyl methyl ether, diethylene glycol tertbutyl ethyl ether, And at least one selected from the group consisting of ethylene glycol ethylmethyl ether.

상기 환형 에테르의 비제한적인 예로는 디옥솔란, 메틸디옥솔란, 디메틸디옥솔란, 비닐디옥솔란, 메톡시디옥솔란, 에틸메틸디옥솔란, 옥세인, 디옥세인, 트리옥세인, 테트라하이드로퓨란, 메틸테트라하이드로퓨란, 디메틸테트라하이드로퓨란, 디메톡시테트라히드로퓨란, 에톡시테트라히드로퓨란, 디하이드로피란, 테트라하이드로피란, 퓨란 및 메틸퓨란으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상을 들 수 있다.Non-limiting examples of the cyclic ether include dioxolane, methyldioxolane, dimethyldioxolane, vinyldioxolane, methoxydioxolane, ethylmethyldioxolane, oxane, dioxane, trioxane, tetrahydrofuran, methyltetra Hydrofuran, dimethyltetrahydrofuran, dimethoxytetrahydrofuran, ethoxytetrahydrofuran, dihydropyran, tetrahydropyran, furan, and one or more selected from the group consisting of methylfuran.

바람직하게는, 상기 에테르계 용매는 1,3-디옥솔란, 1,2-디메톡시에탄, 테트라하이드로퓨란, 2,5-디메틸퓨란, 퓨란, 2-메틸 퓨란, 1,4-옥세인, 4-메틸-1,3-디옥솔란, 테트라에틸렌글리콜 디메틸에테르 또는 이들의 혼합 용매일 수 있다.Preferably, the ether solvent is 1,3-dioxolane, 1,2-dimethoxyethane, tetrahydrofuran, 2,5-dimethylfuran, furan, 2-methyl furan, 1,4-oxane, 4 -Methyl-1,3-dioxolane, tetraethylene glycol dimethyl ether, or a mixed solvent thereof.

보다 구체적으로, 상기 에테르계 용매는 선형 에테르와 환형 에테르에서 각각 1종씩 선택하여 혼합한 혼합용매일 수 있으며, 이때 혼합비는 부피비로 5:95 내지 95:5일 수 있다. More specifically, the ether-based solvent may be a mixed solvent obtained by selecting and mixing one type of linear ether and cyclic ether, respectively, and the mixing ratio may be 5:95 to 95:5 by volume.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 혼합 용매는 1,3-디옥솔란(1,3-Dioxolane: DOL)과 1,2-디메톡시에탄(1,2-Dimethoxyethane: DME)의 혼합 용매일 수 있다. 이때 상기 DOL 및 DME는 5:95 내지 95:5 부피비로 혼합된 용매일 수 있고, 바람직하기로 30:70 내지 70:30, 더욱 바람직하기로 40:60 내지 60:40의 부피비로 혼합된 용매일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the mixed solvent may be a mixed solvent of 1,3-dioxolane (1,3-Dioxolane: DOL) and 1,2-dimethoxyethane (DME). have. At this time, the DOL and DME may be a solvent mixed in a volume ratio of 5:95 to 95:5, preferably 30:70 to 70:30, more preferably a mixed solvent in a volume ratio of 40:60 to 60:40 Can be every day.

한편, 본 발명의 리튬-설퍼 전지용 전해액은 이온 전도성을 증가시키기 위하여 리튬염을 추가적으로 포함할 수 있다. 상기 리튬염은 본 발명에서 특별히 한정하지 않으며, 리튬 이차 전지에 통상적으로 사용 가능한 것이라면 제한 없이 사용될 수 있다.Meanwhile, the electrolyte for a lithium-sulfur battery of the present invention may additionally contain a lithium salt to increase ionic conductivity. The lithium salt is not particularly limited in the present invention, and may be used without limitation as long as it is commonly used in a lithium secondary battery.

구체적으로, 상기 리튬염은 LiCl, LiBr, LiI, LiClO4, LiBF4, LiB10Cl10, LiPF6, LiCF3SO3, LiCF3CO2, LiC4BO8, LiAsF6, LiSbF6, LiAlCl4, CH3SO3Li, CF3SO3Li, (CF3SO2)2NLi, (C2F5SO2)2NLi, (SO2F)2NLi, (CF3SO2)3CLi, 리튬 비스(옥살라토)보레이트(Lithium bis(oxalato)borate), 리튬-옥살릴디플루오로보레이트(Lithium-Oxalyldifluoroborate), 리튬 4,5-디시아노-2-(트리플루오로메틸)이미다졸(Lithium 4,5-dicyano-2-(trifluoromethyl)imidazole), 리튬 디시아노트리아졸레이트(Lithium Dicyanotriazolate), 리튬 티오시아네이트(Lithium thiocyanate), 클로로 보란 리튬, 저급지방족 카르본산 리튬(이때, 저급지방족은 예를 들어 탄소수 1 내지 5의 지방족을 의미하는 것일 수 있다.), 테트라 페닐 붕산 리튬, 리튬 이미드 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 1종이 가능하며, 바람직하기로 (CF3SO2)2NLi, (C2F5SO2)2NLi, (SO2F)2NLi 등이 사용될 수 있다.Specifically, the lithium salt is LiCl, LiBr, LiI, LiClO 4 , LiBF 4 , LiB 10 Cl 10 , LiPF 6 , LiCF 3 SO 3 , LiCF 3 CO 2 , LiC 4 BO 8 , LiAsF 6 , LiSbF 6 , LiAlCl 4 , CH 3 SO 3 Li, CF 3 SO 3 Li, (CF 3 SO 2 ) 2 NLi, (C 2 F 5 SO 2 ) 2 NLi, (SO 2 F) 2 NLi, (CF 3 SO 2 ) 3 CLi, Lithium bis (oxalato) borate, lithium-oxalyldifluoroborate, lithium 4,5-dicyano-2- (trifluoromethyl) imidazole ( Lithium 4,5-dicyano-2-(trifluoromethyl)imidazole), lithium dicyanotriazolate, lithium thiocyanate, lithium chloroborane, lithium lower aliphatic carboxylic acid (at this time, lower aliphatic is For example, it may mean an aliphatic having 1 to 5 carbon atoms.), tetraphenyl borate lithium, lithium imide, and one selected from the group consisting of a combination thereof, and preferably (CF 3 SO 2 ) 2 NLi, (C 2 F 5 SO 2 ) 2 NLi, (SO 2 F) 2 NLi, etc. may be used.

상기 리튬염의 농도는 이온 전도도 등을 고려하여 결정될 수 있으며, 일례로 0.1 내지 8.0 M(mol/L), 바람직하게는 0.1 내지 4.0 M, 보다 바람직하게는 0.5 내지 2.0 M 일 수 있다. 만약 리튬염의 농도가 상기 범위 미만이면 전지의 구동에 적합한 이온 전도도의 확보가 어려우며, 상기 범위를 초과하면 전해액의 점도가 증가하여 리튬 이온의 이동성이 떨어질 수 있고 리튬염 자체의 분해 반응이 증가하여 전지의 성능이 저하될 수 있으므로 상기 범위 내에서 적절히 조절한다.The concentration of the lithium salt may be determined in consideration of ionic conductivity, and the like, and may be, for example, 0.1 to 8.0 M (mol/L), preferably 0.1 to 4.0 M, and more preferably 0.5 to 2.0 M. If the concentration of the lithium salt is less than the above range, it is difficult to secure the ion conductivity suitable for driving the battery.If the concentration of the lithium salt is exceeded, the viscosity of the electrolyte may increase and the mobility of lithium ions may decrease, and the decomposition reaction of the lithium salt itself increases. Since the performance of may be deteriorated, it is appropriately adjusted within the above range.

또한, 본 발명의 리튬-설퍼 전지용 전해액은 분자 내 N-O 결합을 갖는 화합물을 더 포함할 수 있다. 상기 화합물은 리튬 전극에 안정적인 피막을 형성하고 충방전 효율을 크게 향상시키는 효과가 있다. In addition, the electrolyte for a lithium-sulfur battery of the present invention may further include a compound having an intramolecular N-O bond. The compound has an effect of forming a stable film on the lithium electrode and greatly improving charging and discharging efficiency.

이러한 화합물은 구체적으로 질산 또는 아질산계 화합물, 니트로 화합물 등일 수 있다. 일례로 질산리튬, 질산칼륨, 질산세슘, 질산바륨, 질산암모늄, 아질산리튬, 아질산칼륨, 아질산세슘, 아질산암모늄, 메틸 니트레이트, 디알킬 이미다졸륨 니트레이트, 구아니딘 니트레이트, 이미다졸륨 니트레이트, 피리디늄 니트레이트, 에틸 니트라이트, 프로필 니트라이트, 부틸 니트라이트, 펜틸 니트라이트, 옥틸 니트라이트, 니트로메탄, 니트로프로판, 니트로부탄, 니트로벤젠, 디니트로벤젠, 니트로피리딘, 디니트로피리딘, 니트로톨루엔, 디니트로톨루엔, 피리딘 N-옥사이드, 알킬피리딘 N-옥사이드, 및 테트라메틸 피페리디닐옥실로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상이 사용될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면 질산리튬(LiNO3)을 사용할 수 있다.These compounds may be specifically nitric or nitrous compounds, nitro compounds, and the like. For example, lithium nitrate, potassium nitrate, cesium nitrate, barium nitrate, ammonium nitrate, lithium nitrite, potassium nitrate, cesium nitrite, ammonium nitrite, methyl nitrate, dialkyl imidazolium nitrate, guanidine nitrate, imidazolium nitrate , Pyridinium nitrate, ethyl nitrite, propyl nitrite, butyl nitrite, pentyl nitrite, octyl nitrite, nitromethane, nitropropane, nitrobutane, nitrobenzene, dinitrobenzene, nitropyridine, dinitropyridine, nitro At least one member selected from the group consisting of toluene, dinitrotoluene, pyridine N-oxide, alkylpyridine N-oxide, and tetramethyl piperidinyloxyl may be used. According to an embodiment of the present invention, lithium nitrate (LiNO 3 ) may be used.

상기 분자 내 N-O 결합을 갖는 화합물은 전체 전해액 조성 100 중량%에 대하여 0.01 내지 10 중량% 범위 내에서, 바람직하게는 0.1 내지 5 중량%로 사용한다. 만약 그 함량이 상기 범위 미만이면 상기한 효과를 확보할 수 없고, 이와 반대로 상기 범위를 초과하게 되면 리튬 전극의 피막에 의해 오히려 저항이 증가할 우려가 있으므로, 상기 범위 내에서 적절히 조절한다.The compound having an intramolecular N-O bond is used within the range of 0.01 to 10% by weight, preferably 0.1 to 5% by weight, based on 100% by weight of the total electrolyte composition. If the content is less than the above range, the above-described effect cannot be secured. On the contrary, if the content exceeds the above range, the resistance may increase due to the coating of the lithium electrode. Therefore, the above range is appropriately adjusted.

본 발명에서 상기 이온성 액체, 비수계 용매, 리튬염 및 분자 내 N-O 결합을 갖는 화합물의 조합은 특별히 제한되지 않으며 다양할 수 있다. In the present invention, the combination of the ionic liquid, the non-aqueous solvent, the lithium salt, and the compound having an intramolecular N-O bond is not particularly limited and may be various.

일례로, 본 발명의 리튬-설퍼 전지용 전해액은 1,3-디옥솔란(DOL) 및 1,2-디메톡시에탄(DME)이 40:60 내지 60:40의 부피비로 혼합된 용매에, 이온성 액체로서 디에틸메틸설포늄 비스(트리플루오로메틸설포닐)이미드 및/또는 트리에틸설포늄 비스(트리플루오로메틸설포닐)이미드를 전해액 100 중량%에 대하여 0.01 내지 10 중량%로 포함하고, 리튬염으로서 (CF3SO2)2NLi, (C2F5SO2)2NLi, 또는 (SO2F)2NLi를 0.1 내지 8.0 M 농도로, 질산리튬을 전해액 100 중량%에 대하여 0.01 내지 10 중량%로 포함하는 것일 수 있다. For example, the electrolyte for a lithium-sulfur battery of the present invention is a solvent in which 1,3-dioxolane (DOL) and 1,2-dimethoxyethane (DME) are mixed in a volume ratio of 40:60 to 60:40, and ionic Diethylmethylsulfonium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide and/or triethylsulfonium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide as a liquid is contained in an amount of 0.01 to 10% by weight based on 100% by weight of the electrolyte And, as a lithium salt (CF 3 SO 2 ) 2 NLi, (C 2 F 5 SO 2 ) 2 NLi, or (SO 2 F) 2 NLi at a concentration of 0.1 to 8.0 M, lithium nitrate based on 100% by weight of the electrolyte It may be included in an amount of 0.01 to 10% by weight.

상술한 본 발명의 리튬-설퍼 전지용 전해액은 설포늄 이온을 양이온으로 하는 이온성 액체를 포함하여, 양극 활물질인 황의 반응성을 향상시켜 높은 에너지 밀도를 나타내며, 방전 과전압 현상이 적고, 기존의 전해액에 비하여 현저히 향상된 전지 수명을 나타낸다. 따라서, 리튬-설퍼 전지의 용량 특성 및 수명 특성을 향상시킬 수 있어 바람직하다. The electrolyte for a lithium-sulfur battery of the present invention includes an ionic liquid containing sulfonium ions as a cation, and exhibits high energy density by improving the reactivity of sulfur, which is a positive electrode active material, has less discharge overvoltage, and is less than a conventional electrolyte. Remarkably improved battery life. Therefore, it is preferable to improve the capacity characteristics and life characteristics of the lithium-sulfur battery.

상기 전해질의 제조방법은 본 발명에서 특별히 한정하지 않으며, 당업계에 공지된 통상적인 방법에 의해 제조될 수 있다.The method for preparing the electrolyte is not particularly limited in the present invention, and may be prepared by a conventional method known in the art.

리튬-설퍼 전지Lithium-sulfur battery

본 발명에 따른 리튬-설퍼 전지는 전해액으로서 본 발명에 따른 리튬-설퍼 전지용 전해액을 사용하여, 개선된 용량 특성 및 수명 특성을 나타낸다. 상기 리튬-설퍼 전지는 황을 포함하는 양극 및 음극을 포함하고, 추가적으로 상기 양극 및 음극 사이에 개재되는 분리막을 포함할 수 있다.The lithium-sulfur battery according to the present invention uses the electrolyte for a lithium-sulfur battery according to the present invention as an electrolyte, and exhibits improved capacity characteristics and lifespan characteristics. The lithium-sulfur battery includes a positive electrode and a negative electrode containing sulfur, and may further include a separator interposed between the positive electrode and the negative electrode.

상기 리튬-설퍼 전지의 양극, 음극 및 분리막의 구성은 본 발명에서 특별히 한정하지 않으며, 이 분야에서 공지된 바를 따른다.The configuration of the positive electrode, the negative electrode, and the separator of the lithium-sulfur battery is not particularly limited in the present invention, and follows what is known in the art.

양극anode

본 발명에 따른 양극은 양극 집전체 상에 형성된 양극 활물질을 포함한다.The positive electrode according to the present invention includes a positive electrode active material formed on a positive electrode current collector.

상기 양극 집전체로는 기술분야에서 집전체로 사용될 수 있는 것이라면 모두 가능하고, 구체적으로 우수한 도전성을 갖는 발포 알루미늄, 발포 니켈 등을 사용하는 것이 바람직할 수 있다.As the positive electrode current collector, any material that can be used as a current collector in the technical field may be used. Specifically, it may be preferable to use foamed aluminum, foamed nickel, etc. having excellent conductivity.

상기 양극 활물질은 황 원소(Elemental sulfur, S8), 황 계열 화합물 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있다. 상기 황 계열 화합물은 구체적으로, Li2Sn(n≥1), 유기황 화합물 또는 탄소-황 폴리머((C2Sx)n: x=2.5 ~ 50, n≥2) 등일 수 있다. 이들은 황 물질 단독으로는 전기전도성이 없기 때문에 도전재와 복합하여 적용될 수 있다.The positive electrode active material may include elemental sulfur (S8), a sulfur-based compound, or a mixture thereof. Specifically, the sulfur-based compound may be Li 2 S n (n≥1), an organosulfur compound or a carbon-sulfur polymer ((C 2 S x ) n : x=2.5 to 50, n≥2). These can be applied in combination with a conductive material because the sulfur material alone has no electrical conductivity.

상기 도전재는 다공성일 수 있다. 따라서, 상기 도전재로는 다공성 및 도전성을 갖는 것이라면 제한 없이 사용할 수 있으며, 예를 들어 다공성을 갖는 탄소계 물질을 사용할 수 있다. 이와 같은 탄소계 물질로는 카본 블랙, 그라파이트, 그래핀, 활성탄, 탄소 섬유 등을 사용할 수 있다. 또한, 금속 메쉬 등의 금속성 섬유; 구리, 은, 니켈, 알루미늄 등의 금속성 분말; 또는 폴리페닐렌 유도체 등의 유기 도전성 재료도 사용할 수 있다. 상기 도전성 재료들은 단독 또는 혼합하여 사용될 수 있다. The conductive material may be porous. Accordingly, the conductive material may be used without limitation as long as it has porosity and conductivity, and for example, a carbon-based material having porosity may be used. Carbon black, graphite, graphene, activated carbon, carbon fiber, etc. may be used as such a carbon-based material. Further, metallic fibers such as metal mesh; Metallic powders such as copper, silver, nickel, and aluminum; Alternatively, an organic conductive material such as a polyphenylene derivative can also be used. The conductive materials may be used alone or in combination.

상기 양극은 양극 활물질과 도전재의 결합과 집전체에 대한 결합을 위하여 바인더를 더 포함할 수 있다. 상기 바인더는 열가소성 수지 또는 열경화성 수지를 포함할 수 있다. 예를 들어, 폴리에틸렌, 폴리에틸렌옥사이드, 폴리프로필렌, 폴리테트라플루오로 에틸렌(PTFE), 폴리불화비닐리덴(PVDF), 스티렌-부타디엔 고무, 테트라플루오로에틸렌-퍼플루오로 알킬비닐에테르 공중합체, 불화비닐리덴-헥사 플루오로프로필렌 공중합체, 불화비닐리덴-클로로트리플루오로에틸렌 공중합체, 에틸렌-테트라플루오로에틸렌 공중합체, 폴리클로로트리플루오로에틸렌, 불화비니리덴-펜타프루오로 프로필렌 공중합체, 프로필렌-테트라플루오로에틸렌 공중합체, 에틸렌-클로로트리플루오로에틸렌 공중합체, 불화비닐리덴-헥사플루오로프로필렌-테트라 플루오로에틸렌 공중합체, 불화비닐리덴-퍼플루오로메틸비닐에테르-테트라플루오로 에틸렌 공중합체, 에틸렌-아크릴산 공중합체 등을 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있으나, 반드시 이들로 한정되지 않으며 당해 기술분야에서 바인더로 사용될 수 있는 것이라면 모두 가능하다.The positive electrode may further include a binder for bonding a positive electrode active material and a conductive material and bonding to a current collector. The binder may include a thermoplastic resin or a thermosetting resin. For example, polyethylene, polyethylene oxide, polypropylene, polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVDF), styrene-butadiene rubber, tetrafluoroethylene-perfluoro alkyl vinyl ether copolymer, vinyl fluoride Liden-hexafluoropropylene copolymer, vinylidene fluoride-chlorotrifluoroethylene copolymer, ethylene-tetrafluoroethylene copolymer, polychlorotrifluoroethylene, vinylidene fluoride-pentafluoropropylene copolymer, propylene -Tetrafluoroethylene copolymer, ethylene-chlorotrifluoroethylene copolymer, vinylidene fluoride-hexafluoropropylene-tetrafluoroethylene copolymer, vinylidene fluoride-perfluoromethylvinylether-tetrafluoroethylene copolymer A mixture, an ethylene-acrylic acid copolymer, and the like may be used alone or in combination, but are not necessarily limited thereto, and any one that can be used as a binder in the art may be used.

상기와 같은 양극은 통상의 방법에 따라 제조될 수 있으며, 구체적으로는 양극 활물질과 도전재 및 바인더를 유기 용매 상에서 혼합하여 제조한 양극 활물질층 형성용 조성물을 집전체 위에 도포 및 건조하고, 선택적으로 전극 밀도의 향상을 위하여 집전체에 압축 성형하여 제조할 수 있다. 이때 상기 유기 용매로는 양극 활물질, 바인더 및 도전재를 균일하게 분산시킬 수 있으며, 쉽게 증발되는 것을 사용하는 것이 바람직하다. 구체적으로는 아세토니트릴, 메탄올, 에탄올, 테트라히드로퓨란, 물, 이소프로필알코올 등을 들 수 있다.The positive electrode as described above may be manufactured according to a conventional method, and specifically, a composition for forming a positive electrode active material layer prepared by mixing a positive electrode active material, a conductive material, and a binder in an organic solvent is applied and dried on a current collector, and optionally In order to improve the electrode density, it can be manufactured by compression molding on a current collector. In this case, as the organic solvent, a positive electrode active material, a binder, and a conductive material may be uniformly dispersed, and it is preferable to use an easily evaporated one. Specifically, acetonitrile, methanol, ethanol, tetrahydrofuran, water, and isopropyl alcohol are exemplified.

음극cathode

본 발명에 따른 음극은 음극 집전체 상에 형성된 음극 활물질을 포함한다.The negative electrode according to the present invention includes a negative active material formed on the negative electrode current collector.

상기 음극 집전체는 구체적으로 구리, 스테인리스스틸, 티타늄, 은, 팔라듐, 니켈, 이들의 합금 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 것일 수 있다. 상기 스테인리스스틸은 카본, 니켈, 티탄 또는 은으로 표면 처리될 수 있으며, 상기 합금으로는 알루미늄-카드뮴 합금이 사용될 수 있다. 그 외에도 소성 탄소, 도전재로 표면 처리된 비전도성 고분자, 또는 전도성 고분자 등이 사용될 수도 있다.The negative electrode current collector may be specifically selected from the group consisting of copper, stainless steel, titanium, silver, palladium, nickel, alloys thereof, and combinations thereof. The stainless steel may be surface-treated with carbon, nickel, titanium, or silver, and an aluminum-cadmium alloy may be used as the alloy. In addition, calcined carbon, a non-conductive polymer surface-treated with a conductive material, or a conductive polymer may be used.

상기 음극 활물질로는 리튬 이온(Li+)을 가역적으로 흡장(Intercalation) 또는 방출(Deintercalation)할 수 있는 물질, 리튬 이온과 반응하여 가역적으로 리튬 함유 화합물을 형성할 수 있는 물질, 리튬 금속 또는 리튬 합금을 사용할 수 있다. 상기 리튬 이온(Li+)을 가역적으로 흡장 또는 방출할 수 있는 물질은 예컨대 결정질 탄소, 비정질 탄소 또는 이들의 혼합물일 수 있다. 상기 리튬 이온(Li+)과 반응하여 가역적으로 리튬 함유 화합물을 형성할 수 있는 물질은 예를 들어, 산화주석, 티타늄나이트레이트 또는 실리콘일 수 있다. 상기 리튬 합금은 예를 들어, 리튬(Li)과 나트륨(Na), 칼륨(K), 루비듐(Rb), 세슘(Cs), 프랑슘(Fr), 베릴륨(Be), 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca), 스트론튬(Sr), 바륨(Ba), 라듐(Ra), 알루미늄(Al) 및 주석(Sn)으로 이루어지는 군에서 선택되는 금속의 합금일 수 있다.As the negative active material, a material capable of reversibly intercalating or deintercalating lithium ions (Li + ), a material capable of reversibly forming a lithium-containing compound by reacting with lithium ions, lithium metal or lithium alloy You can use The material capable of reversibly occluding or releasing lithium ions (Li + ) may be, for example, crystalline carbon, amorphous carbon, or a mixture thereof. A material capable of reversibly forming a lithium-containing compound by reacting with the lithium ions (Li + ) may be, for example, tin oxide, titanium nitrate, or silicon. The lithium alloy is, for example, lithium (Li) and sodium (Na), potassium (K), rubidium (Rb), cesium (Cs), francium (Fr), beryllium (Be), magnesium (Mg), calcium ( It may be an alloy of a metal selected from the group consisting of Ca), strontium (Sr), barium (Ba), radium (Ra), aluminum (Al), and tin (Sn).

상기 음극은 음극 활물질과 도전재의 결합과 집전체에 대한 결합을 위하여 바인더를 더 포함할 수 있으며, 구체적으로 상기 바인더는 앞서 양극의 바인더에서 설명한 바와 동일하다.The negative electrode may further include a binder for bonding of the negative active material and the conductive material to the current collector, and specifically, the binder is the same as described above for the binder of the positive electrode.

분리막Separator

양극과 음극 사이는 통상적인 분리막이 개재될 수 있다. 상기 분리막은 전극을 물리적으로 분리하는 기능을 갖는 물리적인 분리막으로서, 통상의 분리막으로 사용되는 것이라면 특별한 제한 없이 사용 가능하며, 특히 전해액의 이온 이동에 대하여 저저항이면서 전해액 함습 능력이 우수한 것이 바람직하다.A conventional separator may be interposed between the anode and the cathode. The separator is a physical separator having a function of physically separating an electrode, and if it is used as a conventional separator, it can be used without particular limitation. In particular, it is preferable that the separator has low resistance against ion migration of the electrolyte and has excellent electrolyte-moisturizing ability.

또한 상기 분리막은 양극과 음극을 서로 분리 또는 절연시키면서 양극과 음극 사이에 리튬 이온의 수송을 가능하게 한다. 이러한 분리막은 다공성이고 비전도성 또는 절연성인 물질로 이루어질 수 있다. 상기 분리막은 필름과 같은 독립적인 부재이거나, 또는 양극 및/또는 음극에 부가된 코팅층일 수 있다.In addition, the separator separates or insulates the positive electrode and the negative electrode from each other and enables transport of lithium ions between the positive electrode and the negative electrode. This separator may be made of a porous, non-conductive or insulating material. The separator may be an independent member such as a film, or may be a coating layer added to the anode and/or cathode.

구체적으로는 다공성 고분자 필름, 예를 들어 에틸렌 단독중합체, 프로필렌 단독중합체, 에틸렌/부텐 공중합체, 에틸렌/헥센 공중합체 및 에틸렌/메타크릴레이트 공중합체 등과 같은 폴리올레핀계 고분자로 제조한 다공성 고분자 필름을 단독으로 또는 이들을 적층하여 사용할 수 있으며, 또는 통상적인 다공성 부직포, 예를 들어 고융점의 유리 섬유, 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유 등으로 된 부직포를 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.Specifically, a porous polymer film, for example, an ethylene homopolymer, a propylene homopolymer, an ethylene/butene copolymer, an ethylene/hexene copolymer, and an ethylene/methacrylate copolymer, etc. Or it may be used by laminating them, or a conventional porous nonwoven fabric, for example, a nonwoven fabric made of a high melting point glass fiber, polyethylene terephthalate fiber, etc. may be used, but is not limited thereto.

상기 리튬-설퍼 전지에 포함되는 상기 양극, 음극 및 분리막은 각각 통상적인 성분과 제조 방법에 따라 준비될 수 있으며, 또한 리튬-설퍼 전지의 외형은 특별한 제한이 없으나, 캔을 사용한 원통형, 각형, 파우치(Pouch)형 또는 코인(Coin)형 등이 될 수 있다.The positive electrode, negative electrode, and separator included in the lithium-sulfur battery may be prepared according to conventional components and manufacturing methods, respectively, and the appearance of the lithium-sulfur battery is not particularly limited, but cylindrical, rectangular, and pouch using cans It can be a (Pouch) type or a coin type.

이하 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변경 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연한 것이다.Hereinafter, preferred embodiments are presented to aid the understanding of the present invention, but the following examples are only illustrative of the present invention, and it is obvious to those skilled in the art that various changes and modifications are possible within the scope and spirit of the present invention. It is natural that changes and modifications fall within the scope of the appended claims.

[실시예][Example]

실시예 1 내지 2 및 비교예 1 내지 5Examples 1 to 2 and Comparative Examples 1 to 5

(1) 전해액의 제조(1) Preparation of electrolyte

1,3-디옥솔란 (1,3-Dioxolane) 및 1,2-디메톡시에탄 (1,2-Dimethoxyethane)이 1:1 부피비로 혼합된 용매에, 1.0 M 농도로 LiTFSI((CF3SO2)2NLi)를 첨가하고, 전해액 100 중량% 기준으로 1 중량%의 LiNO3를 첨가하여 전해액을 제조하였다. 그런 다음, 하기 표 1과 같이 서로 다른 양이온을 갖는 이온성 액체를 각각 전해액 총 중량의 1 내지 3 중량%로 첨가하여, 실시예 1 내지 2 및 비교예 1 내지 5의 전해액을 제조하였다. 1,3-dioxolane (1,3-Dioxolane) and 1,2-dimethoxyethane (1,2-Dimethoxyethane) in a 1: 1 volume ratio of a mixed solvent, 1.0 M concentration of LiTFSI ((CF 3 SO 2 ) 2 NLi) was added, and 1% by weight of LiNO 3 was added based on 100% by weight of the electrolyte to prepare an electrolyte. Then, as shown in Table 1 below, ionic liquids having different cations were added in an amount of 1 to 3% by weight of the total weight of the electrolyte, respectively, to prepare the electrolyte solutions of Examples 1 to 2 and Comparative Examples 1 to 5.

이온성 액체Ionic liquid 양이온Cation 음이온Negative ions 함량(중량%)Content (% by weight) 실시예 1Example 1 디에틸메틸설포늄Diethylmethylsulfonium N(CF3SO2)2 - N (CF 3 SO 2) 2 - 33 실시예 2Example 2 디에틸메틸설포늄Diethylmethylsulfonium 1One 비교예 1Comparative Example 1 1-헥실-3-메틸이미다졸륨1-hexyl-3-methylimidazolium 33 비교예 2Comparative Example 2 1-부틸-1-메틸피롤리디늄1-butyl-1-methylpyrrolidinium 33 비교예 3Comparative Example 3 1-에틸피리디늄1-ethylpyridinium 33 비교예 4Comparative Example 4 1-부틸-1-메틸피페리디늄1-butyl-1-methylpiperidinium 33 비교예 5Comparative Example 5 무첨가No additives

(2) 리튬-설퍼 전지의 제조(2) Preparation of lithium-sulfur battery

황 65 중량%, 카본 블랙 25 중량%, 및 폴리에틸렌 옥사이드 10 중량%를 아세토니트릴과 혼합하여 양극 활물질 슬러리를 준비하였다. 상기 양극 활물질 슬러리를 알루미늄 집전체 상에 코팅하고 이를 건조하여 30 × 50 ㎟ 크기를 가진, 로딩량 5 mAh/cm2의 양극을 제조하였다. 또, 두께 150㎛의 리튬 금속을 음극으로 하였다.65% by weight of sulfur, 25% by weight of carbon black, and 10% by weight of polyethylene oxide were mixed with acetonitrile to prepare a positive electrode active material slurry. The positive electrode active material slurry was coated on an aluminum current collector and dried to prepare a positive electrode having a size of 30 × 50 mm 2 and a loading amount of 5 mAh/cm 2 . Further, a lithium metal having a thickness of 150 µm was used as a negative electrode.

상기 제조한 양극과 음극을 대면하도록 위치시키고 그 사이에 두께 20 ㎛의 폴리에틸렌 분리막을 개재한 후, 상기 제조한 실시예 및 비교예의 전해액으로 충전하였다.The prepared positive electrode and the negative electrode were positioned so as to face each other, and a polyethylene separator having a thickness of 20 μm was interposed therebetween, and then filled with the electrolyte solutions of the prepared Examples and Comparative Examples.

실험예 1: 전지 성능 평가Experimental Example 1: Battery performance evaluation

상기 실시예 1 내지 2 및 비교예 1 내지 5의 각 리튬-설퍼 전지에 대하여 하기 조건으로 사이클을 진행하면서 방전용량 및 전압을 측정하여, 에너지 밀도(energy density) 및 비 방전 용량(Specific Discharge Capacity)을 측정하였다.For each of the lithium-sulfur batteries of Examples 1 to 2 and Comparative Examples 1 to 5, discharge capacity and voltage were measured while cycling under the following conditions, and energy density and specific discharge capacity Was measured.

충전: 율속 0.1C, 전압 2.8V, CC/CV (5% current cut at 0.1C)Charging: rate 0.1C, voltage 2.8V, CC/CV (5% current cut at 0.1C)

방전: 율속 0.1C, 전압 1.5V, CCDischarge: rate 0.1C, voltage 1.5V, CC

(1) 방전 특성 비교(1) Comparison of discharge characteristics

도 1은 실시예 1 및 비교예 5의 초기 방전 곡선, 도 2는 실시예 1 내지 2 및 비교예 1 내지 4의 방전 곡선이다.1 is an initial discharge curve of Example 1 and Comparative Example 5, and FIG. 2 is a discharge curve of Examples 1 to 2 and Comparative Examples 1 to 4;

도 1 및 2를 참조하면, 본 발명의 전해액을 적용한 실시예 1 및 2의 경우, 이온성 액체를 포함하지 않거나, 설포늄 이외의 양이온을 포함하는 이온성 액체를 포함하는 비교예 1 내지 5와 비교하여 방전 과전압이 현저히 개선된 것을 확인할 수 있다. 이로부터 본 발명의 전해액을 사용할 경우 리튬-설퍼 전지의 출력 특성을 향상시킬 수 있음을 알 수 있다.1 and 2, in the case of Examples 1 and 2 to which the electrolytic solution of the present invention is applied, Comparative Examples 1 to 5 including ionic liquids containing no ionic liquid or containing cations other than sulfonium, and By comparison, it can be seen that the discharge overvoltage is significantly improved. From this, it can be seen that when the electrolyte solution of the present invention is used, the output characteristics of a lithium-sulfur battery can be improved.

(2) 에너지 밀도 비교(2) energy density comparison

하기 표 2 및 도 3에 실시예 1 및 비교예 2 내지 5의 각 전지의 에너지 밀도를 나타내었다. 이때, 에너지 밀도는 방전 공칭전압(Discharge nominal voltage, 단위 V)과 용량(capacity, 단위 mAh/gs)을 곱한 값으로 산출하였다. Tables 2 and 3 below show the energy density of each battery of Example 1 and Comparative Examples 2 to 5. At this time, the energy density was calculated by multiplying the discharge nominal voltage (unit V) and the capacity (capacity, unit mAh/g s ).

에너지밀도(Wh/gs)Energy density (Wh/g s ) 실시예 1Example 1 2.482.48 실시예 2Example 2 2.472.47 비교예 1Comparative Example 1 2.282.28 비교예 2Comparative Example 2 2.242.24 비교예 3Comparative Example 3 2.212.21 비교예 4Comparative Example 4 2.302.30 비교예 5Comparative Example 5 2.342.34

실험 결과, 실시예 1의 에너지 밀도는 2.48 Wh/gs, 실시예 2의 에너지 밀도는 2.47 Wh/gs로, 이온성 액체를 포함하지 않는 비교예 5의 경우에 비하여 에너지 밀도가 현저히 향상된 것을 확인할 수 있다. As a result of the experiment, the energy density of Example 1 was 2.48 Wh/g s , the energy density of Example 2 was 2.47 Wh/g s , and the energy density was significantly improved compared to the case of Comparative Example 5 that did not contain an ionic liquid. I can confirm.

또한, 이온성 액체의 종류가 전지의 에너지 밀도에 미치는 영향도 확인되었다. 설포늄 이온이 아닌 다른 이온을 이온성 액체의 양이온으로서 포함하는 비교예 1 내지 4의 경우, 이온성 액체를 포함하지 않는 비교예 5 보다도 낮은 에너지 밀도를 나타내었다. In addition, the effect of the type of ionic liquid on the energy density of the battery was also confirmed. In the case of Comparative Examples 1 to 4 containing ions other than sulfonium ions as cations of the ionic liquid, the energy density was lower than that of Comparative Example 5 not containing the ionic liquid.

(3) 사이클 특성 비교(3) Comparison of cycle characteristics

상기 실시예 및 비교예의 전지의 사이클 특성을 비교하였으며, 그 결과를 도 4에 나타내었다. 도 4를 보면, 실시예 1 및 2의 전지는 15 사이클 이상 안정적으로 방전용량을 유지하는 것을 확인할 수 있다. The cycle characteristics of the batteries of the Examples and Comparative Examples were compared, and the results are shown in FIG. 4. 4, it can be seen that the batteries of Examples 1 and 2 stably maintain the discharge capacity for 15 cycles or more.

반면, 설포늄 이온이 아닌 다른 양이온을 포함하는 이온성 액체가 포함된 전해액을 사용한 경우(비교예 1 내지 4)는 오히려 이온성 액체를 포함하지 않는 경우(비교예 1)보다 사이클 특성이 떨어지는 것으로 나타났다.On the other hand, when an electrolyte solution containing an ionic liquid containing a cation other than sulfonium ions was used (Comparative Examples 1 to 4), the cycle characteristics were rather poor than when the ionic liquid was not included (Comparative Example 1). appear.

상기 결과로부터, 전해액에 이온성 액체를 포함하되, 이온성 액체의 양이온이 설포늄 이온일 경우에만 리튬-설퍼 전지의 에너지 밀도 향상 및 사이클 특성 향상 효과를 확보할 수 있음을 알 수 있다.From the above results, it can be seen that the effect of improving the energy density and improving the cycle characteristics of the lithium-sulfur battery can be secured only when the ionic liquid is included in the electrolyte, and the cation of the ionic liquid is sulfonium ions.

상술한 본 발명의 리튬-설퍼 전지용 전해액은 설포늄 양이온을 포함하는 이온성 액체를 포함하여, 양극 활물질인 황의 반응성을 향상시킨다. 따라서, 본 발명의 전해액을 리튬-설퍼 전지에 적용하면 방전 과전압이 개선되며, 에너지 밀도가 향상되는 바, 우수한 전지 성능을 기대할 수 있다.The lithium-sulfur battery electrolyte of the present invention contains an ionic liquid containing a sulfonium cation to improve the reactivity of sulfur, which is a positive electrode active material. Therefore, when the electrolyte solution of the present invention is applied to a lithium-sulfur battery, discharge overvoltage is improved and energy density is improved, and excellent battery performance can be expected.

Claims (13)

이온성 액체 및 비수계 용매를 포함하는 전해액을 포함하는 리튬-설퍼 전지로서,
상기 이온성 액체는 디에틸메틸설포늄 비스(트리플루오로메틸설포닐)이미드, 디에틸메틸설포늄 트리플루오로메탄설포네이트, 디에틸메틸설포늄 비스(플루오로설포닐)이미드, 디에틸메틸설포늄 비스(퍼플루오로에틸설포닐)이미드, 디에틸메틸설포늄 나이트레이트, 디에틸메틸설포늄 아이오다이드, 디에틸메틸설포늄 브로마이드 또는 트리에틸설포늄 비스(트리플루오로메틸설포닐)이미드이고,
상기 비수계 용매는 1,3-디옥솔란, 1,2-디메톡시에탄, 테트라하이드로퓨란, 2,5-디메틸퓨란, 퓨란, 2-메틸 퓨란, 1,4-옥세인, 4-메틸-1,3-디옥솔란, 테트라에틸렌글리콜 디메틸에테르 또는 이들의 혼합 용매인, 리튬-설퍼 전지.
As a lithium-sulfur battery comprising an electrolyte solution containing an ionic liquid and a non-aqueous solvent,
The ionic liquid is diethylmethylsulfonium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide, diethylmethylsulfonium trifluoromethanesulfonate, diethylmethylsulfonium bis(fluorosulfonyl)imide, Ethylmethylsulfonium bis(perfluoroethylsulfonyl)imide, diethylmethylsulfonium nitrate, diethylmethylsulfonium iodide, diethylmethylsulfonium bromide or triethylsulfonium bis(trifluoromethyl Sulfonyl)imide,
The non-aqueous solvent is 1,3-dioxolane, 1,2-dimethoxyethane, tetrahydrofuran, 2,5-dimethylfuran, furan, 2-methyl furan, 1,4-oxane, 4-methyl-1 ,3-dioxolane, tetraethylene glycol dimethyl ether, or a mixed solvent thereof, a lithium-sulfur battery.
제1항에 있어서,
상기 이온성 액체는 전해액 100 중량%에 대하여 0.01 내지 10 중량%로 포함되는, 리튬-설퍼 전지.
The method of claim 1,
The ionic liquid is contained in an amount of 0.01 to 10% by weight based on 100% by weight of the electrolyte, lithium-sulfur battery.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 전해액은 LiCl, LiBr, LiI, LiClO4, LiBF4, LiB10Cl10, LiPF6, LiCF3SO3, LiCF3CO2, LiC4BO8, LiAsF6, LiSbF6, LiAlCl4, CH3SO3Li, CF3SO3Li, (CF3SO2)2NLi, (C2F5SO2)2NLi, (SO2F)2NLi, (CF3SO2)3CLi, 리튬 비스(옥살라토)보레이트, 리튬-옥살릴디플루오로보레이트, 리튬 4,5-디시아노-2-(트리플루오로메틸)이미다졸, 리튬 디시아노트리아졸레이트, 리튬 티오시아네이트, 클로로 보란 리튬, 저급지방족 카르본산 리튬, 테트라 페닐 붕산 리튬, 리튬 이미드 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 1종의 리튬염을 추가적으로 포함하는, 리튬-설퍼 전지.
The method of claim 1,
The electrolyte is LiCl, LiBr, LiI, LiClO 4 , LiBF 4 , LiB 10 Cl 10 , LiPF 6 , LiCF 3 SO 3 , LiCF 3 CO 2 , LiC 4 BO 8 , LiAsF 6 , LiSbF 6 , LiAlCl 4 , CH 3 SO 3 Li, CF 3 SO 3 Li, (CF 3 SO 2 ) 2 NLi, (C 2 F 5 SO 2 ) 2 NLi, (SO 2 F) 2 NLi, (CF 3 SO 2 ) 3 CLi, lithium bis(jade Salato)borate, lithium-oxalyldifluoroborate, lithium 4,5-dicyano-2-(trifluoromethyl)imidazole, lithium dicyanotriazolate, lithium thiocyanate, chloroborane lithium, lower grade Lithium-sulfur battery, further comprising one kind of lithium salt selected from the group consisting of lithium aliphatic carboxylic acid, lithium tetraphenylborate, lithium imide, and combinations thereof.
제8항에 있어서,
상기 리튬염은 0.1 내지 8.0 M 농도로 포함되는 것인, 리튬-설퍼 전지.
The method of claim 8,
The lithium salt is contained in a concentration of 0.1 to 8.0 M, lithium-sulfur battery.
제1항에 있어서,
상기 전해액은 분자 내 N-O 결합을 갖는 화합물을 더 포함하는, 리튬-설퍼 전지.
The method of claim 1,
The electrolyte solution further comprises a compound having an intramolecular NO bond, lithium-sulfur battery.
제10항에 있어서,
상기 분자 내 N-O 결합을 갖는 화합물은 질산리튬, 질산칼륨, 질산세슘, 질산바륨, 질산암모늄, 아질산리튬, 아질산칼륨, 아질산세슘, 아질산암모늄, 메틸 니트레이트, 디알킬 이미다졸륨 니트레이트, 구아니딘 니트레이트, 이미다졸륨 니트레이트, 피리디늄 니트레이트, 에틸 니트라이트, 프로필 니트라이트, 부틸 니트라이트, 펜틸 니트라이트, 옥틸 니트라이트, 니트로메탄, 니트로프로판, 니트로부탄, 니트로벤젠, 디니트로벤젠, 니트로피리딘, 디니트로피리딘, 니트로톨루엔, 디니트로톨루엔, 피리딘 N-옥사이드, 알킬피리딘 N-옥사이드, 및 테트라메틸 피페리디닐옥실로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상인, 리튬-설퍼 전지.
The method of claim 10,
Compounds having NO bonds in the molecule include lithium nitrate, potassium nitrate, cesium nitrate, barium nitrate, ammonium nitrate, lithium nitrite, potassium nitrite, cesium nitrite, ammonium nitrite, methyl nitrate, dialkyl imidazolium nitrate, guanidine nitrate. Rate, imidazolium nitrate, pyridinium nitrate, ethyl nitrite, propyl nitrite, butyl nitrite, pentyl nitrite, octyl nitrite, nitromethane, nitropropane, nitrobutane, nitrobenzene, dinitrobenzene, nitro At least one selected from the group consisting of pyridine, dinitropyridine, nitrotoluene, dinitrotoluene, pyridine N-oxide, alkylpyridine N-oxide, and tetramethyl piperidinyloxyl, lithium-sulfur battery.
제10항에 있어서,
상기 분자 내 N-O 결합을 갖는 화합물은 전해액 100 중량% 에 대하여 0.01 내지 10 중량% 로 포함되는, 리튬-설퍼 전지.
The method of claim 10,
The compound having an intramolecular NO bond is contained in an amount of 0.01 to 10% by weight based on 100% by weight of an electrolyte solution, a lithium-sulfur battery.
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