KR102657130B1 - Thermosetting electrolyte composition for lithium-sulfur battery, gel polymer electrolyte perpared therefrom, and lithium-sulfur battery comprising the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 리튬-황 전지용 열경화성 전해질 조성물, 이에 의해 제조된 겔 폴리머 전해질, 및 이를 포함하는 리튬-황 전지에 관한 것으로, 구체적으로 리튬염; 유기용매; 및 열중합성 관능기를 가지는 중량평균분자량(Mw)이 130,000 g/mol 내지 380,000 g/mol의 폴리머 또는 올리고머;를 포함하는 리튬-황 전지용 열경화성 전해질 조성물에 관한 것이다.The present invention relates to a thermosetting electrolyte composition for a lithium-sulfur battery, a gel polymer electrolyte prepared thereby, and a lithium-sulfur battery containing the same, and specifically relates to a lithium salt; organic solvent; and a polymer or oligomer having a heat-polymerizable functional group and having a weight average molecular weight (Mw) of 130,000 g/mol to 380,000 g/mol.
Description
본 발명은 리튬-황 전지용 열경화성 전해질 조성물, 이에 의해 제조된 겔 폴리머 전해질, 및 이를 포함하는 리튬-황 전지에 관한 것이다.The present invention relates to a thermosetting electrolyte composition for lithium-sulfur batteries, a gel polymer electrolyte prepared thereby, and a lithium-sulfur battery containing the same.
최근 전기자동차나 전력저장장치 등에 사용 가능한 대용량 이차전지의 필요성이 대두됨에 따라, 전 세계적으로 차세대 이차전지에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.Recently, as the need for large-capacity secondary batteries that can be used in electric vehicles or power storage devices has emerged, research on next-generation secondary batteries is being actively conducted around the world.
리튬-황 전지는 황-황 결합(Sulfur-Sulfur bond)을 함유하는 황 계열 화합물을 양극 활물질로 사용하고, 리튬과 같은 알칼리 금속, 리튬 합금 및 리튬 함유 티타늄 복합 산화물(LTO) 등 또는 이들과 리튬 이온 등과 같은 금속 이온의 삽입/탈리가 일어나는 탄소계 물질을 음극 활물질로 사용하는 이차전지이다.Lithium-sulfur batteries use sulfur-based compounds containing sulfur-sulfur bonds as the positive electrode active material, and use alkali metals such as lithium, lithium alloys, and lithium-containing titanium composite oxide (LTO), or these and lithium. It is a secondary battery that uses a carbon-based material in which insertion/extraction of metal ions such as ions occurs as a negative electrode active material.
리튬-황 전지는 환원 반응시(방전시) S-S 결합이 끊어지면서 S의 산화수가 감소하고, 산화 반응시(충전시) S의 산화수가 증가하면서 S-S 결합이 다시 형성되는 산화-환원 반응을 이용하여 전기적 에너지를 저장 및 생성한다. 즉, 방전 중 음극에서는 리튬의 산화반응이 발생하고, 양극에서는 황의 환원반응이 발생한다.Lithium-sulfur batteries use an oxidation-reduction reaction in which the oxidation number of S decreases as the S-S bond is broken during a reduction reaction (during discharging), and the oxidation number of S increases during an oxidation reaction (during charging) and the S-S bond is formed again. Stores and generates electrical energy. That is, during discharge, an oxidation reaction of lithium occurs at the cathode, and a reduction reaction of sulfur occurs at the anode.
구체적으로, 리튬-황 전지에 있어서 리튬과 황의 산화 환원 반응은 하기 반응식으로 표현될 수 있다.Specifically, the redox reaction of lithium and sulfur in a lithium-sulfur battery can be expressed by the following reaction equation.
2Li + S8 (고체) ↔ Li2S8 (용액)2Li + S 8 (solid) ↔ Li 2 S 8 (solution)
2Li + Li2S8 (용액) ↔ 2Li2S4 (용액)2Li + Li 2 S 8 (solution) ↔ 2Li 2 S 4 (solution)
2Li + Li2S4 (용액) ↔ 2Li2S2 (용액)2Li + Li 2 S 4 (solution) ↔ 2Li 2 S 2 (solution)
2Li + Li2S2 (용액) ↔ 2Li2S (고체 침전물)2Li + Li 2 S 2 (solution) ↔ 2Li 2 S (solid precipitate)
리튬-황 전지는 음극 활물질로 사용되는 리튬 금속의 에너지 밀도가 3,830mAh/g이고, 양극 활물질로 사용되는 황의 에너지 밀도가 1,675mAh/g으로, 에너지 밀도면에서는 현재까지 개발되고 있는 전지 중에서 가장 유망한 전지이다. 더욱이, 상기 양극 활물질로 사용되는 황계 물질은 값이 싸고 환경친화적인 물질이라는 비용 절감 효과를 가져올 수 있다.The lithium-sulfur battery has an energy density of 3,830 mAh/g of lithium metal used as a negative electrode active material and 1,675 mAh/g of sulfur used as a positive electrode active material. In terms of energy density, it is the most promising among batteries currently being developed. It's battery. Moreover, the sulfur-based material used as the positive electrode active material is inexpensive and environmentally friendly, which can lead to cost savings.
하지만 리튬-황 전지 시스템은 양극 활물질로 사용되는 황 함량 대비 전지 내 전기화학적 산화환원 반응에 참여하는 황의 이용률이 낮기 때문에, 이론 용량과 달리 실제로는 극히 낮은 전지 용량을 나타내고 있어, 상용화하기 어렵다는 단점이 있다. However, the lithium-sulfur battery system has a disadvantage in that it is difficult to commercialize because the utilization rate of sulfur participating in the electrochemical redox reaction in the battery is low compared to the sulfur content used as the positive electrode active material, and unlike the theoretical capacity, the actual battery capacity is extremely low. there is.
구체적으로, 방전 시 부생성물인 Li2S8, Li2S6, Li2S4, Li2S2 등의 리튬 폴리설파이드계 화합물, 특히 Li2Sx (x>4)와 같이 황의 산화수가 높은 리튬 폴리설파이드계 화합물은 전해액에 쉽게 용해된다. 전해액에 녹은 리튬 폴리설파이드계 화합물은 농도 차에 의해서 양극으로부터 먼 쪽으로 확산된다. 이렇게 양극으로부터 용출된 리튬 폴리설파이드계 화합물은 양극 반응 영역 밖으로 유실되어 Li2S와 같은 리튬 설파이드계 화합물로의 단계적 환원이 불가능하다. 즉, 양극과 음극을 벗어나 전해액에 용해된 상태로 존재하는 리튬 폴리설파이드계 화합물은 전지의 충방전 반응에 참여할 수 없게 되므로, 양극에서 전기화학 반응에 참여하는 황 물질의 용량이 감소하고, 결국 리튬-황 전지의 충전 용량 감소 및 에너지 감소를 일으키는 주요한 요인이 된다.Specifically, lithium polysulfide-based compounds such as Li 2 S 8 , Li 2 S 6 , Li 2 S 4 , and Li 2 S 2 , which are by-products during discharge, especially Li 2 S x (x>4), have an oxidation number of sulfur. High lithium polysulfide compounds are easily soluble in electrolyte solutions. The lithium polysulfide-based compound dissolved in the electrolyte diffuses away from the anode due to the difference in concentration. The lithium polysulfide-based compound eluted from the anode is lost out of the anode reaction area, making step-by-step reduction to a lithium sulfide-based compound such as Li 2 S impossible. In other words, the lithium polysulfide-based compound that leaves the anode and cathode and exists in a dissolved state in the electrolyte cannot participate in the charging and discharging reaction of the battery, so the capacity of the sulfur material participating in the electrochemical reaction at the anode decreases, ultimately reducing the lithium -Sulfur is a major factor in reducing the charging capacity and energy of batteries.
뿐만 아니라 확산된 리튬 폴리설파이드계 화합물은 전해액 중에 부유 또는 침전되는 것 이외에도, 리튬과 직접 반응하여 음극 표면에 Li2S 형태로 고착되므로 음극을 부식시키는 문제를 발생시킨다.In addition, the diffused lithium polysulfide compound not only floats or precipitates in the electrolyte solution, but also reacts directly with lithium and adheres to the surface of the negative electrode in the form of Li 2 S, causing the problem of corrosion of the negative electrode.
이에, 리튬-황 전지 제조 시에, 리튬 폴리설파이드계 화합물과 전해액의 부반응을 최소화할 수 있는 방법의 개발이 필요한 실정이다.Accordingly, when manufacturing lithium-sulfur batteries, there is a need to develop a method that can minimize side reactions between lithium polysulfide-based compounds and electrolyte solutions.
본 발명에서는 양극으로부터 용출된 리튬 폴리설파이드계 화합물과 전해액의 부반응을 방지할 수 있는 리튬-황 전지용 열경화성 전해질 조성물을 제공하고자 한다.The present invention seeks to provide a thermosetting electrolyte composition for lithium-sulfur batteries that can prevent side reactions between a lithium polysulfide-based compound eluted from a positive electrode and an electrolyte solution.
또한, 본 발명에서는 상기 전해질 조성물의 중합 반응에 의해 제조된 리튬-황 전지용 겔 폴리머 전해질을 제공하고자 한다.In addition, the present invention seeks to provide a gel polymer electrolyte for lithium-sulfur batteries prepared by polymerization of the electrolyte composition.
또한, 본 발명에서는 상기 겔 폴리머 전해질을 포함하는 리튬-황 전지를 제공하고자 한다.Additionally, the present invention seeks to provide a lithium-sulfur battery containing the gel polymer electrolyte.
상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시예에서,In order to achieve the above object, in one embodiment of the present invention,
리튬염;lithium salt;
유기용매; 및organic solvent; and
열중합성 관능기를 가지는 하기 화학식 1로 표시되는 단위를 포함하는 폴리머 또는 올리고머;를 포함하며,It includes a polymer or oligomer containing a unit represented by the following formula (1) having a thermally polymerizable functional group,
상기 폴리머 또는 올리고머의 중량평균분자량(Mw)은 130,000 g/mol 내지 380,000 g/mol인 것인 리튬-황 전지용 열경화성 전해질 조성물을 제공한다.A thermosetting electrolyte composition for a lithium-sulfur battery is provided, wherein the polymer or oligomer has a weight average molecular weight (Mw) of 130,000 g/mol to 380,000 g/mol.
(화학식 1)(Formula 1)
상기 화학식 1에서,In Formula 1,
R은 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 5의 알킬렌이고,R is substituted or unsubstituted alkylene having 1 to 5 carbon atoms,
상기 m 및 n은 반복 단위 수로서,where m and n are the number of repeating units,
m은 10 내지 5000 중 어느 하나의 정수이고,m is any integer from 10 to 5000,
n은 10 내지 5000 중 어느 하나의 정수이다.n is any integer from 10 to 5000.
상기 화학식 1로 표시되는 단위는 하기 화학식 1a 및 화학식 1b로 표시되는 단위로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나 이상일 수 있다.The unit represented by Formula 1 may be at least one selected from the group consisting of units represented by Formula 1a and Formula 1b below.
[화학식 1a][Formula 1a]
상기 화학식 1a에서,In Formula 1a,
상기 m1 및 n1은 반복 단위 수로서,where m1 and n1 are the number of repeating units,
m1은 10 내지 5000 중 어느 하나의 정수이고,m1 is any integer from 10 to 5000,
n1은 10 내지 5000 중 어느 하나의 정수이다.n1 is any integer from 10 to 5000.
[화학식 1b][Formula 1b]
상기 화학식 1b에서,In Formula 1b,
상기 m2 및 n2는 반복 단위 수로서,where m2 and n2 are the number of repeating units,
m2은 10 내지 5000 중 어느 하나의 정수이고,m2 is any integer from 10 to 5000,
n2은 10 내지 5000 중 어느 하나의 정수이다.n2 is an integer between 10 and 5000.
상기 화학식 1로 표시되는 단위를 포함하는 폴리머 또는 올리고머의 중량평균분자량(Mw)은 190,000 g/mol 내지 380,000 g/mol 일 수 있다.The weight average molecular weight (Mw) of the polymer or oligomer containing the unit represented by Formula 1 may be 190,000 g/mol to 380,000 g/mol.
또한, 상기 화학식 1로 표시되는 단위를 포함하는 폴리머 또는 올리고머는 리튬-황 전지용 열경화성 전해질 조성물 전체 중량을 기준으로 1 중량% 내지 7 중량%, 구체적으로 1 중량% 내지 5 중량%로 포함될 수 있다.In addition, the polymer or oligomer containing the unit represented by Formula 1 may be included in an amount of 1% to 7% by weight, specifically 1% to 5% by weight, based on the total weight of the thermosetting electrolyte composition for a lithium-sulfur battery.
또한, 본 발명의 일 실시예에서는 상기 리튬-황 전지용 열경화성 전해질 조성물을 열처리하여 상기 화학식 1로 표시되는 단위를 포함하는 폴리머 또는 올리고머 간의 가교 또는 중합에 의해 열경화된 중합체를 포함하는 리튬-황 전지용 겔 폴리머 전해질을 제공할 수 있다.In addition, in one embodiment of the present invention, the thermosetting electrolyte composition for lithium-sulfur batteries is heat-treated to produce a thermosetting electrolyte composition for lithium-sulfur batteries comprising a polymer thermoset by crosslinking or polymerization between polymers or oligomers containing units represented by Formula 1. A gel polymer electrolyte can be provided.
또한, 본 발명의 일 실시예에서는Additionally, in one embodiment of the present invention
(a) 양극, 세퍼레이터, 및 음극이 순차적으로 적층되어 이루어진 전극 조립체를 전지 케이스에 삽입하는 단계;(a) inserting an electrode assembly consisting of a positive electrode, a separator, and a negative electrode sequentially stacked into a battery case;
(b) 상기 전지 케이스에 본 발명의 리튬-황 전지용 열경화성 전해질 조성물을 주액하여 리튬-황 전지를 제조하는 단계;(b) manufacturing a lithium-sulfur battery by injecting the thermosetting electrolyte composition for a lithium-sulfur battery of the present invention into the battery case;
(c) 상기 리튬-황 전지를 활성화하는 단계; 및(c) activating the lithium-sulfur battery; and
(d) 상기 열경화성 전해질 조성물을 열처리하여 상기 리튬-황 전지 내에 겔 폴리머 전해질을 형성하는 단계;를 포함하는 리튬-황 전지 제조 방법을 제공할 수 있다.(d) heat-treating the thermosetting electrolyte composition to form a gel polymer electrolyte in the lithium-sulfur battery.
이때, 상기 겔 폴리머 전해질을 형성하는 열처리 단계는 60℃ 내지 100℃, 구체적으로 60℃ 내지 80℃ 온도에서 대략 2분 내지 10시간 동안 수행될 수 있다.At this time, the heat treatment step of forming the gel polymer electrolyte may be performed at a temperature of 60°C to 100°C, specifically 60°C to 80°C for approximately 2 minutes to 10 hours.
또한, 본 발명의 일 실시예에서는 본 발명의 리튬-황 전지용 겔 폴리머 전해질을 포함하는 리튬-황 전지를 제공할 수 있다.Additionally, in one embodiment of the present invention, a lithium-sulfur battery containing the gel polymer electrolyte for a lithium-sulfur battery of the present invention can be provided.
본 발명에 따르면, 말단에 열중합성 관능기인 시아노기 및 히드록실기를 함유하는 화학식 1로 표시되는 단위를 포함하는 폴리머 또는 올리고머를 포함하는 리튬-황 전지용 열경화성 전해질 조성물을 제공함으로써, 중합개시제 없이 열중합만으로 리튬-황 전지용 겔 폴리머 전해질을 제조할 수 있다. 또한 이를 포함함으로써, 양극 활물질로부터 용출된 리튬 폴리설파이드계 화합물의 전해액과의 부반응을 방지함으로써, 용량 특성이 향상된 리튬-황 이차전지를 제조할 수 있다.According to the present invention, by providing a thermosetting electrolyte composition for a lithium-sulfur battery comprising a polymer or oligomer containing a unit represented by the formula (1) containing a cyano group and a hydroxyl group, which are thermally polymerizable functional groups, at the terminals, the thermosetting electrolyte composition can be used without a polymerization initiator. A gel polymer electrolyte for lithium-sulfur batteries can be produced through polymerization alone. In addition, by including this, a side reaction of the lithium polysulfide-based compound eluted from the positive electrode active material with the electrolyte solution is prevented, thereby making it possible to manufacture a lithium-sulfur secondary battery with improved capacity characteristics.
이하, 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.Terms or words used in this specification and claims should not be construed as limited to their common or dictionary meanings, and the inventor may appropriately define the concept of terms in order to explain his or her invention in the best way. It must be interpreted with meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention based on the principle that it is.
한편, 본 명세서에서, "알킬렌기"라는 용어는 분지된 또는 분지되지 않은 지방족 탄화수소기 또는 상기 지방족 탄화수소기에서 양단에 위치하는 탄소원자로부터 수소원자가 하나씩 빠진 형태의 작용기를 의미한다. 일 구현예에서, 상기 알킬렌기는 치환 또는 비치환될 수 있다. 상기 알킬렌기는 메틸렌기, 에틸렌기, 프로필렌기, 이소프로필렌기, 부틸렌기, 이소부틸렌기, tert-부틸렌기, 펜틸렌기, 3-펜틸렌기 등을 포함하나, 이들로 한정되지 않으며, 이들 각각은 다른 구현예에서 선택적으로 치환될 수 있다. Meanwhile, in the present specification, the term “alkylene group” refers to a branched or unbranched aliphatic hydrocarbon group or a functional group in which one hydrogen atom is missing from the carbon atoms located at both ends of the aliphatic hydrocarbon group. In one embodiment, the alkylene group may be substituted or unsubstituted. The alkylene group includes, but is not limited to, methylene group, ethylene group, propylene group, isopropylene group, butylene group, isobutylene group, tert-butylene group, pentylene group, 3-pentylene group, etc., each of which It may be optionally substituted in other embodiments.
또한, 본 발명에서 특별한 언급이 없는 한 " * "는 동일하거나, 상이한 원자 또는 화학식의 말단부 간에 서로 연결된 부분을 의미한다.In addition, in the present invention, unless otherwise specified, “*” refers to parts connected to each other between terminal parts of the same or different atoms or chemical formulas.
또한, 본 명세서에서, "분자량"이란 이란 별도의 정의가 없는 한, 중량평균분자량(Mw)을 의미하며, 본 발명의 폴리머 또는 올리고머의 중량평균분자량(Mw)은 겔투과크로마토그래피(Gel Permeation Chromatography: GPC)를 이용하여 측정할 수 있다. 예컨대, 일정 농도의 샘플 시료를 준비한 후, GPC 측정 시스템 alliance 4 기기를 안정화시킨다. 기기가 안정화되면 기기에 표준 시료와 샘플 시료를 주입하여 크로마토그램을 얻어낸 다음, 분석 방법에 따라 분자량을 산출할 수 있다 (시스템: Alliance 4, 컬럼: Agilent社 PL mixed B, eluent: THF, flow rate: 0.1 mL/min, temp: 40℃, injection: 100μL)In addition, in this specification, "molecular weight" means the weight average molecular weight (Mw), unless otherwise defined, and the weight average molecular weight (Mw) of the polymer or oligomer of the present invention is measured by gel permeation chromatography. : It can be measured using GPC). For example, after preparing a sample of a certain concentration, the GPC measurement system alliance 4 device is stabilized. Once the device is stabilized, a chromatogram can be obtained by injecting the standard sample and sample into the device, and then the molecular weight can be calculated according to the analysis method (system: Alliance 4, column: Agilent PL mixed B, eluent: THF, flow rate) : 0.1 mL/min, temp: 40℃, injection: 100μL)
또한, 본 명세서에서, "점도"는 Brookfield사의 LV DV-II + Pro Viscometer(cone-plate형)를 이용하여 측정할 수 있다. 예컨대, DMF(디메틸 포름아미드)에 폴리머 또는 올리고머를 20% 농도로 용해시킨 후, 25℃에서 측정하였으며, 측정시 spindle는 S40, rpm 15, 샘플 loading 량은 1mL이었다.Additionally, in this specification, “viscosity” can be measured using Brookfield’s LV DV-II + Pro Viscometer (cone-plate type). For example, after dissolving a polymer or oligomer in DMF (dimethyl formamide) at a concentration of 20%, measurement was performed at 25°C. When measuring, the spindle was S40, rpm 15, and the sample loading amount was 1mL.
열경화성 전해질 조성물Thermosetting electrolyte composition
구체적으로, 본 발명의 일 실시예에서는Specifically, in one embodiment of the present invention
리튬염;lithium salt;
유기용매; 및organic solvent; and
열중합성 관능기를 가지는 하기 화학식 1로 표시되는 단위를 포함하는 폴리머 또는 올리고머;를 포함하며,It includes a polymer or oligomer containing a unit represented by the following formula (1) having a thermally polymerizable functional group,
상기 폴리머 또는 올리고머의 중량평균분자량(Mw)은 130,000 g/mol 내지 380,000 g/mol인 것인 리튬-황 전지용 열경화성 전해질 조성물을 제공한다.A thermosetting electrolyte composition for a lithium-sulfur battery is provided, wherein the polymer or oligomer has a weight average molecular weight (Mw) of 130,000 g/mol to 380,000 g/mol.
(화학식 1)(Formula 1)
상기 화학식 1에서,In Formula 1,
R은 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 5의 알킬렌이고,R is substituted or unsubstituted alkylene having 1 to 5 carbon atoms,
상기 m 및 n은 반복 단위 수로서,where m and n are the number of repeating units,
m은 10 내지 5000, 구체적으로 50 내지 2000 중 중 어느 하나의 정수이고,m is any integer from 10 to 5000, specifically 50 to 2000,
n은 10 내지 5000, 구체적으로 50 내지 2000 중 어느 하나의 정수이다.n is an integer from 10 to 5000, specifically 50 to 2000.
(1) 리튬염(1) Lithium salt
먼저, 상기 리튬염은 리튬 이차전지 뿐만 아니라, 리튬 황 전지에서 사용되는 리튬 이온을 제공할 수 있는 화합물이라면 특별한 제한 없이 사용할 수 있으며, 그 대표적인 예로 양이온으로 Li+를 포함하고, 음이온으로 F-, Cl-, Br-, I-, NO3 -, N(CN)2 -, ClO4 -, BF4 -, AlO4 -, AlCl4 -, PF6 -, SbF6 -, AsF6 -, BF2C2O4 -, BC4O8 - , PO2F2 -, PF4C2O4 -, PF2C4O8 -, (CF3)2PF4 -, (CF3)3PF3 -, (CF3)4PF2 -, (CF3)5PF-, (CF3)6P-, CF3SO3 -, C4F9SO3 -, CF3CF2SO3 -, (CF3SO2)2N-, (FSO2)2N-, CF3CF2(CF3)2CO-, (CF3SO2)2CH-, (SF5)3C-, (CF3SO2)3C-, CF3(CF2)7SO3 -, CF3CO2 -, CH3CO2 -, SCN- 및 (CF3CF2SO2)2N-로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나를 포함할 수 있다.First, the lithium salt can be used without particular restrictions as long as it is a compound that can provide lithium ions used in lithium secondary batteries as well as lithium sulfur batteries. Representative examples include Li + as a cation and F - as an anion. Cl - , Br - , I - , NO 3 - , N(CN) 2 - , ClO 4 - , BF 4 - , AlO 4 - , AlCl 4 - , PF 6 - , SbF 6 - , AsF 6 - , BF 2 C 2 O 4 - , BC 4 O 8 - , PO 2 F 2 - , PF 4 C 2 O 4 - , PF 2 C 4 O 8 - , (CF 3 ) 2 PF 4 - , (CF 3 ) 3 PF 3 - , (CF 3 ) 4 PF 2 - , (CF 3 ) 5 PF - , (CF 3 ) 6 P - , CF 3 SO 3 - , C 4 F 9 SO 3 - , CF 3 CF 2 SO 3 - , ( CF 3 SO 2 ) 2 N - , (FSO 2 ) 2 N - , CF 3 CF 2 (CF 3 ) 2 CO - , (CF 3 SO 2 ) 2 CH - , (SF 5 ) 3 C - , (CF 3 SO 2 ) 3 C - , CF 3 (CF 2 ) 7 SO 3 - , CF 3 CO 2 - , CH 3 CO 2 - , SCN - and (CF 3 CF 2 SO 2 ) 2 N -. It can contain one.
상기 리튬염은 전해질 중 0.6M 내지 2M의 농도로 포함되는 것이 바람직할 수 있다. 리튬염의 농도가 0.6M 미만이면 전해질의 전도도가 낮아져 전해질 성능이 저하되고, 2M을 초과하는 경우에는 전해질의 점도가 증가하여 리튬 이온의 이동성이 감소되는 문제점이 있다.The lithium salt may preferably be included at a concentration of 0.6M to 2M in the electrolyte. If the concentration of lithium salt is less than 0.6M, the conductivity of the electrolyte decreases and electrolyte performance deteriorates. If it exceeds 2M, the viscosity of the electrolyte increases and the mobility of lithium ions decreases.
(2) 유기용매(2) Organic solvent
또한, 상기 유기용매는 이차전지의 충방전 과정에서 산화 반응 등에 의한 분해가 최소화될 수 있고, 첨가제와 함께 목적하는 특성을 발휘할 수 있는 것이라면 제한 없이 사용될 수 있으며, 그 대표적인 에로 에스테르계 유기용매를 사용할 수 있다.In addition, the organic solvent can be used without limitation as long as it can minimize decomposition due to oxidation reactions during the charging and discharging process of the secondary battery and can exhibit the desired properties together with additives. A representative ero ester organic solvent can be used. You can.
상기 에스테르계 유기용매는 환형 카보네이트계 유기용매, 선형 카보네이트계 유기용매, 선형 에스테르계 유기용매, 및 환형 에스테르계 유기용매로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나 이상의 유기용매를 포함할 수 있다.The ester-based organic solvent may include at least one organic solvent selected from the group consisting of cyclic carbonate-based organic solvents, linear carbonate-based organic solvents, linear ester-based organic solvents, and cyclic ester-based organic solvents.
상기 환형 카보네이트계 유기용매는 에틸렌 카보네이트(ethylene carbonate, EC), 프로필렌 카보네이트(propylene carbonate, PC), 1,2-부틸렌 카보네이트, 2,3-부틸렌 카보네이트, 1,2-펜틸렌카보네이트, 2,3-펜틸렌 카보네이트, 비닐렌 카보네이트 및 플루오로에틸렌 카보네이트(FEC)로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나 이상을 들 수 있다.The cyclic carbonate-based organic solvent is ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), 1,2-butylene carbonate, 2,3-butylene carbonate, 1,2-pentylene carbonate, 2 , 3-pentylene carbonate, vinylene carbonate, and fluoroethylene carbonate (FEC).
또한, 상기 선형 카보네이트계 유기용매는 그 구체적인 예로는 디메틸 카보네이트(dimethyl carbonate, DMC), 디에틸 카보네이트(diethyl carbonate, DEC), 디프로필 카보네이트, 에틸메틸 카보네이트(EMC), 메틸프로필 카보네이트 및 에틸프로필 카보네이트로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나 이상을 들 수 있다.In addition, specific examples of the linear carbonate-based organic solvent include dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), dipropyl carbonate, ethylmethyl carbonate (EMC), methylpropyl carbonate, and ethylpropyl carbonate. There may be at least one selected from the group consisting of.
또한, 상기 선형 에스테르계 유기용매는 그 구체적인 예로 메틸 아세테이트, 에틸 아세테이트, 프로필 아세테이트, 메틸 프로피오네이트, 에틸 프로피오네이트, 프로필 프로피오네이트, 및 부틸 프로피오네이트로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나 이상을 들 수 있다.In addition, specific examples of the linear ester organic solvent include at least one selected from the group consisting of methyl acetate, ethyl acetate, propyl acetate, methyl propionate, ethyl propionate, propyl propionate, and butyl propionate. can be mentioned.
또한, 상기 환형 에스테르계 유기용매는 그 구체적인 예로 γ-부티로락톤, γ-발레로락톤, γ-카프로락톤, σ-발레로락톤, ε-카프로락톤과 같은 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나 이상을 들 수 있다.In addition, specific examples of the cyclic ester organic solvent include at least one selected from the group consisting of γ-butyrolactone, γ-valerolactone, γ-caprolactone, σ-valerolactone, and ε-caprolactone. I can hear it.
이때, 상기 에스테르계 유기용매 중에서도 유전율이 높아 전해질 내의 리튬염을 잘 해리시키는 고점도의 환형 카보네이트계 유기용매가 사용될 수 있다. 또한, 상기 환형 카보네이트계 유기용매에 저점도 및 저유전율을 가지는 선형 카보네이트계 유기용매 및 선형 에스테르계 유기용매 중 적어도 하나 이상의 유기용매를 혼합하는 경우, 더욱 높은 전기 전도율을 갖는 열경화성 전해질 조성물을 제조할 수 있다.At this time, among the ester-based organic solvents, a high-viscosity cyclic carbonate-based organic solvent that has a high dielectric constant and easily dissociates the lithium salt in the electrolyte may be used. In addition, when mixing the cyclic carbonate-based organic solvent with at least one organic solvent selected from the group consisting of a linear carbonate-based organic solvent and a linear ester-based organic solvent having low viscosity and low dielectric constant, a thermosetting electrolyte composition having a higher electrical conductivity can be prepared. You can.
한편, 전해액 내의 이온전도도는 일반적으로 열경화성 전해질 조성물 안에서 이온들의 이동도에 따라 결정되며, 이러한 이온전도도에 영향을 주는 인자는 열경화성 전해질 조성물의 점도와 유기용매 내의 이온 농도이다. 즉, 유기용매의 점도가 낮을수록 유기용매 내에서의 이온의 이동이 자유롭기 때문에 이온전도도가 증가하고, 유기용매 내에서의 이온의 농도가 높을수록 전하 수송체인 이온의 양이 증가하기 때문에 이온전도도가 증가하게 된다.Meanwhile, ionic conductivity in the electrolyte solution is generally determined by the mobility of ions in the thermosetting electrolyte composition, and factors affecting this ionic conductivity are the viscosity of the thermosetting electrolyte composition and the ion concentration in the organic solvent. In other words, the lower the viscosity of the organic solvent, the freer the movement of ions within the organic solvent, so ionic conductivity increases. As the concentration of ions in the organic solvent increases, the ionic conductivity increases because the amount of ions that are charge transporters increases. It increases.
상기 선형 에스테르계 유기용매는 열경화성 전해질 조성물의 점도를 감소시킴과 동시에, 에테르 대칭 구조에 의해 리튬 양이온을 킬레이션 (Chelation)시켜 리튬염의 해리도를 높인다. 따라서, 상기 에스테르계 유기용매를 사용하는 경우, 열경화성 전해질 조성물의 이온전도도를 크게 향상시킬 수 있다. 이러한 선형 에스테르 용매 중에서 에틸 아세테이트, 에틸 프로피오네이트, 프로필 프로피오네이트 또는 부틸 프로피오네이트 등이 보다 바람직하게 사용될 수 있다.The linear ester-based organic solvent reduces the viscosity of the thermosetting electrolyte composition and increases the degree of dissociation of the lithium salt by chelating lithium cations due to the ether symmetry structure. Therefore, when using the ester-based organic solvent, the ionic conductivity of the thermosetting electrolyte composition can be greatly improved. Among these linear ester solvents, ethyl acetate, ethyl propionate, propyl propionate, or butyl propionate can be used more preferably.
상기 유기용매는 에스테르계 유기용매 외에도 에테르계 용매 등을 추가로 혼합하여 사용할 수 있다.The organic solvent may be used by additionally mixing an ether-based solvent in addition to an ester-based organic solvent.
상기 에테르계 용매로는 디메틸에테르, 디에틸에테르, 디프로필 에테르, 메틸에틸에테르, 메틸프로필 에테르 및 에틸프로필 에테르로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나 이상을 들 수 있다.The ether-based solvent may include at least one selected from the group consisting of dimethyl ether, diethyl ether, dipropyl ether, methyl ethyl ether, methyl propyl ether, and ethyl propyl ether.
(3) 열중합성 관능기를 가지는 폴리머 또는 올리고머(3) Polymer or oligomer having a thermally polymerizable functional group
또한, 본 발명의 리튬-황 전지용 열경화성 전해질 조성물은 중합성 폴리머 또는 올리고머로 시아노기와 히드록실기인 열중합성 관능기를 가지는 상기 화학식 1로 표시되는 단위를 포함하는 폴리머 또는 올리고머를 포함할 수 있다.In addition, the thermosetting electrolyte composition for a lithium-sulfur battery of the present invention may include a polymer or oligomer containing a unit represented by Formula 1 and having a thermopolymerizable functional group such as a cyano group and a hydroxyl group.
상기 화학식 1로 표시되는 단위를 포함하는 폴리머 또는 올리고머는 중합개시제 없이도, 60℃ 이상의 온도에서 열중합 반응에 의해 가교 결합을 형성하여 겔화를 형성할 수 있는 중합성 폴리머 또는 올리고머이다.The polymer or oligomer containing the unit represented by Formula 1 is a polymerizable polymer or oligomer that can form gelation by forming crosslinks through a thermal polymerization reaction at a temperature of 60°C or higher, even without a polymerization initiator.
이때, 상기 화학식 1로 표시되는 단위를 포함하는 폴리머 또는 올리고머의 중량평균분자량(Mw)은 380,000 g/mol 이하, 구체적으로 130,000 g/mol 내지 380,000 g/mol, 더욱 구체적으로 190,000 g/mol 내지 380,000 g/mol 이며, 이러한 중량평균분자량은 반복 단위의 개수에 의해 조절될 수 있다.At this time, the weight average molecular weight (Mw) of the polymer or oligomer containing the unit represented by Formula 1 is 380,000 g/mol or less, specifically 130,000 g/mol to 380,000 g/mol, more specifically 190,000 g/mol to 380,000. g/mol, and this weight average molecular weight can be adjusted by the number of repeating units.
상기 폴리머 또는 올리고머의 중량평균분자량이 상기 범위 내인 경우, 중합개시제 없이도 열중합에 의한 가교 결합 반응을 수행하여, 기계적 강도 및 안정성이 향상된 겔 폴리머 전해질을 제조할 수 있다. 더욱이, 상기 폴리머 또는 올리고머의 중량평균분자량이 상기 범위 내인 경우, 열경화성 전해질 조성물의 점도를 조절하여 열경화성 전해질 조성물의 함침성을 향상시킬 수 있다.When the weight average molecular weight of the polymer or oligomer is within the above range, a crosslinking reaction by thermal polymerization can be performed without a polymerization initiator, thereby producing a gel polymer electrolyte with improved mechanical strength and stability. Furthermore, when the weight average molecular weight of the polymer or oligomer is within the above range, the impregnability of the thermosetting electrolyte composition can be improved by controlling the viscosity of the thermosetting electrolyte composition.
만약, 상기 폴리머 또는 올리고머의 중량평균분자량이 380,000 g/mol을 초과하는 경우, 중합개시제 없이 열중합을 수행하기 쉽지 않을 뿐만 아니라, 고분자량에 의해 열경화성 전해질 조성물의 점도가 증가하기 때문에 열경화성 전해질 조성물의 함침성이 저하될 수 있다. 또한, 상기 폴리머 또는 올리고머의 중량평균분자량이 130,000 g/mol 이상인 경우에, 기계적 강도가 확보된 겔 폴리머 전해질이 제조될 수 있다.If the weight average molecular weight of the polymer or oligomer exceeds 380,000 g/mol, not only is it difficult to perform thermal polymerization without a polymerization initiator, but also the viscosity of the thermosetting electrolyte composition increases due to the high molecular weight. Impregnability may be reduced. Additionally, when the weight average molecular weight of the polymer or oligomer is 130,000 g/mol or more, a gel polymer electrolyte with secured mechanical strength can be produced.
한편, 상기 폴리머 또는 올리고머의 중량평균분자량은, GPC(Gel Permeation Chromatography)로 측정한 표준 폴리스티렌에 대한 환산 수치를 의미할 수 있고, 특별하게 달리 규정하지 않는 한, 분자량은 중량평균분자량을 의미할 수 있다. 예컨대, 본 발명에서는 GPC 조건으로 Agilent社 1200시리즈를 이용하여 측정하며, 이때 사용된 컬럼은 Agilent社 PL mixed B 컬럼을 이용할 수 있고, 용매는 THF를 사용할 수 있다.Meanwhile, the weight average molecular weight of the polymer or oligomer may refer to a converted value for standard polystyrene measured by GPC (Gel Permeation Chromatography), and unless specifically specified otherwise, the molecular weight may refer to the weight average molecular weight. there is. For example, in the present invention, measurement is performed using the Agilent 1200 series under GPC conditions, and the column used at this time can be an Agilent PL mixed B column, and the solvent can be THF.
한편, 상기 화학식 1로 표시되는 단위를 포함하는 폴리머 또는 올리고머에서, m:n의 반복단위 수의 몰비는 1:1 내지 10:1, 구체적으로 1:1 내지 7:1일 수 있다.Meanwhile, in the polymer or oligomer containing the unit represented by Formula 1, the molar ratio of the number of repeating units m:n may be 1:1 to 10:1, specifically 1:1 to 7:1.
이때, n 1몰에 대하여 m의 몰비가 1 보다 적으면 가교할 수 있는 관능기의 수가 적어지기 때문에 가교 결합 반응을 원활하게 수행할 수 없고, n 1몰에 대하여 m의 몰비가 10을 초과하면 전지 내에서 가교 반응이 과하게 야기되면서, 겔 폴리머 전해질의 기계적 강도는 증가될 수 있으나, 이온전도도가 악화된다는 단점이 있다.At this time, if the molar ratio of m to 1 mole of n is less than 1, the crosslinking reaction cannot be performed smoothly because the number of functional groups that can be crosslinked decreases, and if the molar ratio of m to 1 mole of n exceeds 10, the battery As the crosslinking reaction occurs excessively, the mechanical strength of the gel polymer electrolyte can be increased, but there is a disadvantage in that ionic conductivity deteriorates.
한편, 상기 화학식 1로 표시되는 단위는 하기 화학식 1a 및 화학식 1b로 표시되는 단위로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나 이상일 수 있다.Meanwhile, the unit represented by Formula 1 may be at least one selected from the group consisting of units represented by Formula 1a and Formula 1b below.
[화학식 1a][Formula 1a]
상기 화학식 1a에서,In Formula 1a,
상기 m1 및 n1은 반복 단위 수로서,where m1 and n1 are the number of repeating units,
m1은 10 내지 5000 중 어느 하나의 정수이고,m1 is any integer from 10 to 5000,
n1은 10 내지 5000 중 어느 하나의 정수이다.n1 is any integer from 10 to 5000.
[화학식 1b][Formula 1b]
상기 화학식 1b에서,In Formula 1b,
상기 m2 및 n2는 반복 단위 수로서,where m2 and n2 are the number of repeating units,
m2은 10 내지 5000 중 어느 하나의 정수이고,m2 is any integer from 10 to 5000,
n2은 10 내지 5000 중 어느 하나의 정수이다.n2 is an integer between 10 and 5000.
한편, 상기 화학식 1로 표시되는 단위를 포함하는 폴리머 또는 올리고머의 점도는 폴리머 또는 올리고머의 점도는 약 130 cPs 내지 160 cPs, 더욱 구체적으로 135 cPs 내지 155 cPs의 점도(DMF, 20%, 25℃)일 수 있다.Meanwhile, the viscosity of the polymer or oligomer containing the unit represented by Formula 1 is about 130 cPs to 160 cPs, more specifically, 135 cPs to 155 cPs (DMF, 20%, 25°C). It can be.
이때, 상기 점도는 화학식 1로 표시되는 단위를 포함하는 폴리머 또는 올리고머의 이루는 반복단위 수와 이에 따른 중량평균분자량에 의해 조절될 수 있다. 즉, 상기 화학식 1로 표시되는 단위를 포함하는 폴리머 또는 올리고머의 중량평균분자량(Mw)이 130,000 g/mol 내지 380,000 g/mol 이내인 경우, 상기와 같은 점도를 구현할 수 있다.At this time, the viscosity can be adjusted by the number of repeating units of the polymer or oligomer containing the unit represented by Formula 1 and the resulting weight average molecular weight. That is, if the weight average molecular weight (Mw) of the polymer or oligomer containing the unit represented by Formula 1 is within 130,000 g/mol to 380,000 g/mol, the above viscosity can be achieved.
나아가, 상기 화학식 1로 표시되는 단위를 포함하는 폴리머 또는 올리고머의 점도가 상기 범위 내인 경우, 이를 포함하는 본 발명의 리튬-황 전지용 열경화성 전해질 조성물의 최적의 점도를 구현하여, 열경화성 전해질 조성물의 함침 특성을 확보할 수 있다.Furthermore, when the viscosity of the polymer or oligomer containing the unit represented by Formula 1 is within the above range, the optimal viscosity of the thermosetting electrolyte composition for a lithium-sulfur battery of the present invention containing it is realized, and the impregnation characteristics of the thermosetting electrolyte composition are achieved. can be secured.
예컨대, 즉, 상기 화학식 1로 표시되는 단위를 포함하는 폴리머 또는 올리고머의 중량평균분자량이 380,000 g/mol 이하일 경우, 열경화성 전해질 조성물의 점도는 160 cPs 이하가 되어 열경화성 전해질 조성물 함침성을 확보할 수 있다. 또한, 상기 화학식 1로 표시되는 단위를 포함하는 폴리머 또는 올리고머의 중량평균분자량이 130,000 g/mol 이상일 때, 열경화성 전해질 조성물의 점도는 130 cPs 이상이 되어, 리튬 폴리설파이드계 화합물이 열경화성 전해질 조성물에 용해되는 것을 방지하여, 리튬 폴리설파이드계 화합물의 이동을 억제할 수 있으므로, 리튬-황 전지의 용량 감소를 개선할 수 있다.For example, when the weight average molecular weight of the polymer or oligomer containing the unit represented by Formula 1 is 380,000 g/mol or less, the viscosity of the thermosetting electrolyte composition is 160 cPs or less, thereby ensuring the impregnability of the thermosetting electrolyte composition. . In addition, when the weight average molecular weight of the polymer or oligomer containing the unit represented by Formula 1 is 130,000 g/mol or more, the viscosity of the thermosetting electrolyte composition becomes 130 cPs or more, so that the lithium polysulfide-based compound is dissolved in the thermosetting electrolyte composition. By preventing this, the movement of the lithium polysulfide-based compound can be suppressed, thereby improving the capacity reduction of the lithium-sulfur battery.
한편, 상기 점도는 DMF(디메틸 포름아미드)에 화학식 1로 표시되는 단위를 포함하는 폴리머 또는 올리고머를 20% 농도로 용해시킨 후, Brookfield사의 LV DV-II+Pro Viscometer(cone-plate형)을 통해 25℃에서 측정하였으며, 측정시 spindle는 S40, rpm 15, 샘플 loading 량은 1mL이었다.Meanwhile, the viscosity was measured by dissolving a polymer or oligomer containing the unit represented by Formula 1 in DMF (dimethyl formamide) at a concentration of 20% and then using Brookfield's LV DV-II+Pro Viscometer (cone-plate type). It was measured at 25°C, and the spindle at the time of measurement was S40, rpm 15, and the sample loading amount was 1mL.
한편, 상기 화학식 1로 표시되는 단위를 포함하는 폴리머 또는 올리고머는 상기 리튬-황 전지용 열경화성 전해질 조성물의 전체 중량을 기준으로 1 중량% 내지 7 중량%, 구체적으로 1 중량% 내지 5 중량%, 더욱 구체적으로 2 중량% 내지 4 중량%로 포함될 수 있다.Meanwhile, the polymer or oligomer containing the unit represented by Formula 1 is 1% by weight to 7% by weight, specifically 1% by weight to 5% by weight, more specifically, based on the total weight of the thermosetting electrolyte composition for a lithium-sulfur battery. It may be included in 2% by weight to 4% by weight.
상기 화학식 1로 표시되는 단위를 포함하는 폴리머 또는 올리고머의 함량이 1 중량% 이상이면 겔 반응 형성 효과가 향상되어 겔 폴리머 전해질의 충분한 기계적 강도를 확보할 수 있을 뿐만 아니라, 리튬-황 전지 충방전 시 발생되는 리튬 폴리설파이드계 화합물이 열경화성 전해질 조성물에 용해되는 것을 효과적으로 제어하여, 리튬-황 전지의 용량 감소를 개선할 수 있다. 또한, 상기 화학식 1로 표시되는 단위를 포함하는 폴리머 또는 올리고머의 함량이 7 중량% 이하이면 과량의 폴리머 또는 올리고머에 의한 저항 증가 및 부반응을 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 열경화성 전해질 조성물의 젖음 특성을 향상시킬 수 있다.If the content of the polymer or oligomer containing the unit represented by Formula 1 is 1% by weight or more, the gel reaction formation effect is improved, and not only can sufficient mechanical strength of the gel polymer electrolyte be secured, but also when charging and discharging a lithium-sulfur battery. By effectively controlling the dissolution of the generated lithium polysulfide-based compound in the thermosetting electrolyte composition, capacity reduction of the lithium-sulfur battery can be improved. In addition, if the content of the polymer or oligomer containing the unit represented by Formula 1 is 7% by weight or less, not only can resistance increase and side reactions caused by excess polymer or oligomer be prevented, but also the wetting characteristics of the thermosetting electrolyte composition are improved. You can do it.
본 발명의 일 실시예에 따른 열경화성 전해질 조성물에 포함되는 상기 화학식 1로 표시되는 단위를 포함하는 폴리머 또는 올리고머는 말단에 열중합성 관능기로 시아노기(CN) 및 히드록실기(OH-)를 포함하고 있으므로, 중합개시제 없이도 전지 내에서 열에 의한 가교 결합 반응을 수행할 수 있다. 즉, 상기 화학식 1로 표시되는 단위를 포함하는 저분자량의 폴리머의 경우, 별도의 중합개시제를 포함하지 않아도, 열경화성 전해질 조성물 내에 존재하는 Li 염으로부터 발생된 음이온 (PF6 -)에 의하여 하기 반응식 1과 같이 열중합되어, 겔 폴리머 전해질을 형성할 수 있다. 따라서, 종래 겔 폴리머 전해질 제조 시 포함하는 중합개시제에 의해 야기될 수 있는 부반응을 방지할 수 있다.The polymer or oligomer containing the unit represented by Formula 1 included in the thermosetting electrolyte composition according to an embodiment of the present invention includes a cyano group (CN) and a hydroxyl group (OH - ) as a thermopolymerizable functional group at the terminal, and Therefore, a cross-linking reaction by heat can be performed in the battery without a polymerization initiator. That is, in the case of a low molecular weight polymer containing the unit represented by Formula 1, even if a separate polymerization initiator is not included, the anion (PF 6 - ) generated from the Li salt present in the thermosetting electrolyte composition is used according to the following reaction formula 1 It can be thermally polymerized as follows to form a gel polymer electrolyte. Therefore, it is possible to prevent side reactions that may be caused by the polymerization initiator included when producing a conventional gel polymer electrolyte.
이러한 열 중합체 의해 형성된 겔 폴리머 전해질의 경우, 양극 기공 층에서 네트워크 구조를 형성함으로써 양극으로부터 용출된 리튬 폴리설파이드계 화합물이 열경화성 전해질 조성물에 용해되거나, 이동되는 것을 억제할 수 있기 때문에, 용출된 리튬 폴리설파이드계 화합물과 전해액의 부반응에 의한 음극 표면의 부식을 방지할 수 있다. In the case of a gel polymer electrolyte formed by such a thermal polymer, by forming a network structure in the anode pore layer, the lithium polysulfide-based compound eluted from the anode can be suppressed from dissolving or moving in the thermosetting electrolyte composition, so the eluted lithium polysulfide compound Corrosion of the cathode surface caused by side reactions between sulfide compounds and electrolyte can be prevented.
[반응식 1][Scheme 1]
또한, 본 발명의 일 실시예에서는 상기 리튬-황 전지용 열경화성 전해질 조성물을 비활성 분위기하에서 열처리하여 상기 화학식 1로 표시되는 단위를 포함하는 폴리머 또는 올리고머 간의 가교 또는 중합에 의해 열경화된 중합체를 포함하는 것인 리튬-황 전지용 겔 폴리머 전해질을 제공할 수 있다.In addition, in one embodiment of the present invention, the thermosetting electrolyte composition for a lithium-sulfur battery is heat-treated in an inert atmosphere to include a polymer thermoset by crosslinking or polymerization between polymers or oligomers containing units represented by Formula 1. A gel polymer electrolyte for a lithium-sulfur battery can be provided.
리튬-황 전지 제조 방법Lithium-sulfur battery manufacturing method
또한, 본 발명의 일 실시예에서는 Additionally, in one embodiment of the present invention
(a) 양극, 세퍼레이터, 및 음극이 순차적으로 적층되어 이루어진 전극 조립체를 전지 케이스에 삽입하는 단계;(a) inserting an electrode assembly consisting of a positive electrode, a separator, and a negative electrode sequentially stacked into a battery case;
(b) 상기 전지 케이스에 본 발명의 리튬-황 전지용 열경화성 전해질 조성물을 주액하여 리튬-황 전지를 제조하는 단계;(b) manufacturing a lithium-sulfur battery by injecting the thermosetting electrolyte composition for a lithium-sulfur battery of the present invention into the battery case;
(c) 상기 리튬-황 전지를 활성화하는 단계; 및(c) activating the lithium-sulfur battery; and
(d) 상기 열경화성 전해질 조성물을 열처리하여 상기 리튬-황 전지 내에 겔 폴리머 전해질을 형성하는 단계;를 포함하는 리튬-황 전지 제조 방법을 제공할 수 있다.(d) heat-treating the thermosetting electrolyte composition to form a gel polymer electrolyte in the lithium-sulfur battery.
이때, 상기 겔 폴리머 전해질을 형성하기 위한 열처리 단계는 대략 2분 내지 10시간, 구체적으로 2분 내지 8 시간 정도 소요되며, 열 중합 온도는 60℃ 내지 100℃, 구체적으로 60℃ 내지 80℃ 가 될 수 있다.At this time, the heat treatment step to form the gel polymer electrolyte takes approximately 2 minutes to 10 hours, specifically 2 minutes to 8 hours, and the thermal polymerization temperature is 60 ℃ to 100 ℃, specifically 60 ℃ to 80 ℃. You can.
이때, 상기 열처리 온도가 100℃를 초과하거나, 열처리 시간이 10 시간을 초과하는 경우 가교 결합 반응이 과하게 생성되면서, 겔 폴리머 전해질의 기계적 강도는 증가될 수 있으나, 이온전도도가 악화된다는 단점이 있다. 또한, 열처리 온도가 60℃ 미만이거나, 열처리 시간이 2분 미만인 경우, 충분한 가교 결합 반응이 수행되기 어려워 충분한 기계적 강도를 가지는 겔 폴리머 전해질이 제조되기 어렵다는 단점이 있다.At this time, if the heat treatment temperature exceeds 100°C or the heat treatment time exceeds 10 hours, excessive cross-linking reaction is generated, and the mechanical strength of the gel polymer electrolyte may be increased, but there is a disadvantage in that ionic conductivity deteriorates. In addition, when the heat treatment temperature is less than 60°C or the heat treatment time is less than 2 minutes, there is a disadvantage in that it is difficult to produce a gel polymer electrolyte with sufficient mechanical strength because a sufficient crosslinking reaction is difficult to perform.
한편, 상기 활성화 단계는 충방전을 일부 실시하여 음극 표면에 SEI(Solid Electrolyte Interface) 막을 형성하는 단계로서, 이 분야에서 공지된 통상적인 방법으로 실시할 수 있다. 예를 들어 설명하면 일정 범위의 정전류 또는 정전압으로 충방전을 1회 또는 반복하여 진행할 수 있다. 구체적으로, 2.5V 내지 4.8V의 전압대에서 충방전을 1회 수행할 수 있다. 상기 활성화를 위한 충전은 SOC(state of charge)가 30 내지 70%의 범위에서 수행될 수 있다.Meanwhile, the activation step is a step of forming a solid electrolyte interface (SEI) film on the surface of the cathode by partially performing charging and discharging, and can be performed by a conventional method known in the field. For example, charging and discharging can be performed once or repeatedly at a constant current or constant voltage within a certain range. Specifically, charging and discharging can be performed once at a voltage range of 2.5V to 4.8V. Charging for the activation may be performed at a state of charge (SOC) in the range of 30 to 70%.
상기 활성화 단계 이후에 에이징(aging) 단계를 더 포함할 수 있다.An aging step may be further included after the activation step.
사이 에이징 단계는 상기와 같이 활성화된 전지를 일정기간 방치함으로써 안정화시키는 것으로 19℃ 내지 25 ℃에서 진행될 수 있다.The aging step is to stabilize the activated battery by leaving it for a certain period of time, and can be carried out at 19°C to 25°C.
리튬-황 전지lithium-sulfur battery
한편, 본 발명의 일 실시예에서는 상기 리튬-황 전지용 겔 폴리머 전해질을 포함하는 리튬-황 전지를 제공할 수 있다.Meanwhile, in one embodiment of the present invention, a lithium-sulfur battery including the gel polymer electrolyte for a lithium-sulfur battery can be provided.
구체적으로, 본 발명의 리튬-황 이차전지는 양극, 음극 및 양극과 음극 사이에 개재된 세퍼레이터로 이루어진 전극 조립체에 본 발명의 전해질 조성물을 주입하여 제조할 수 있다. 이때, 전극 조립체를 이루는 양극, 음극 및 세퍼레이터는 리튬-황 이차전지 제조에 통상적으로 사용되던 것들이 모두 사용될 수 있다.Specifically, the lithium-sulfur secondary battery of the present invention can be manufactured by injecting the electrolyte composition of the present invention into an electrode assembly consisting of a positive electrode, a negative electrode, and a separator interposed between the positive electrode and the negative electrode. At this time, the positive electrode, negative electrode, and separator that make up the electrode assembly can be all those commonly used in manufacturing lithium-sulfur secondary batteries.
상기 본 발명의 리튬-황 이차전지를 구성하는 양극 및 음극은 통상적인 방법으로 제조되어 사용될 수 있다.The positive electrode and negative electrode constituting the lithium-sulfur secondary battery of the present invention can be manufactured and used by conventional methods.
(1) 양극(1) anode
먼저, 상기 양극은 양극 집전체 상에 양극 합제층을 형성하여 제조할 수 있다. 상기 양극 합제층은 양극활물질, 바인더, 도전재 및 용매 등을 포함하는 양극 슬러리를 양극 집전체 상에 코팅한 후, 건조 및 압연하여 형성할 수 있다.First, the positive electrode can be manufactured by forming a positive electrode mixture layer on the positive electrode current collector. The positive electrode mixture layer can be formed by coating a positive electrode slurry containing a positive electrode active material, a binder, a conductive material, and a solvent on a positive electrode current collector, followed by drying and rolling.
상기 양극 집전체는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 알루미늄 포일 또는 우수한 도전성을 갖는 발포 알루미늄, 발포 니켈 등을 사용하는 것이 바람직할 수 있다.The positive electrode current collector is not particularly limited as long as it is conductive without causing chemical changes in the battery. For example, it may be preferable to use aluminum foil, foamed aluminum, foamed nickel, etc. with excellent conductivity. .
또, 상기 양극활물질층은 양극활물질로서 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 복합체를 형성하여 사용하는 것이 바람직하다.Additionally, the positive electrode active material layer may include elemental sulfur (S 8 ), a sulfur-based compound, or a mixture thereof as a positive electrode active material. Specifically, the sulfur-based compound may be Li 2 S n (n≥1), an organic sulfur compound, or a carbon-sulfur polymer ((C 2 S x ) n : x=2.5∼50, n≥2). Since these sulfur substances alone do not conduct electricity, it is preferable to use them by forming a complex with a conductive material.
상기 양극 활물질은 양극 슬러리 중 고형분의 전체 중량을 기준으로 70 중량% 내지 99 중량%, 구체적으로 80 중량% 내지 95 중량%로 포함될 수 있다.The positive electrode active material may be included in an amount of 70% to 99% by weight, specifically 80% to 95% by weight, based on the total weight of solids in the positive electrode slurry.
상기 바인더는 활물질과 도전재 등의 결합과 집전체에 대한 결합에 조력하는 성분으로서, 통상적으로 양극 슬러리 중 고형분의 전체 중량을 기준으로 1 내지 30 중량%로 첨가된다. 바인더의 함량이 1 중량% 미만이면 바인더 사용에 따른 양극활물질간 또는 양극활물질과 집전체간 결착력 개선효과가 미미하고, 반면 30 중량%를 초과하면 양극활물질의 함량이 상대적으로 적게 되고 전도도가 저하되어 용량 특성이 저하될 우려가 있다.The binder is a component that assists in the bonding of the active material and the conductive material and the bonding to the current collector, and is usually added in an amount of 1 to 30% by weight based on the total weight of solids in the positive electrode slurry. If the binder content is less than 1% by weight, the effect of improving the adhesion between the positive electrode active materials or between the positive electrode active material and the current collector due to the use of the binder is minimal. On the other hand, if it exceeds 30% by weight, the content of the positive electrode active material becomes relatively small and conductivity decreases. There is a risk that capacity characteristics may deteriorate.
이러한 바인더의 예로는, 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF), 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로우즈(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로우즈, 재생 셀룰로우즈, 폴리비닐피롤리돈, 테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌-디엔 테르 폴리머(EPDM), 술폰화 EPDM, 스티렌-부타디엔 고무, 불소 고무, 다양한 공중합체 등을 들 수 있다.Examples of such binders include polyvinylidene fluoride (PVDF), polyvinyl alcohol, carboxymethylcellulose (CMC), starch, hydroxypropylcellulose, regenerated cellulose, polyvinylpyrrolidone, and tetrafluoride. Roethylene, polyethylene, polypropylene, ethylene-propylene-diene terpolymer (EPDM), sulfonated EPDM, styrene-butadiene rubber, fluorine rubber, and various copolymers.
상기 도전재는 통상적으로 양극 슬러리 중 고형분의 전체 중량을 기준으로 1 내지 30 중량%로 첨가된다. 이때, 도전재의 함량이 1중량% 미만이면 도전재 사용에 따른 도전성 향상효과가 미미하고, 반면 30중량%를 초과하면 양극활물질의 함량이 상대적으로 적게 되어 용량 특성이 저하될 우려가 있다.The conductive material is typically added in an amount of 1 to 30% by weight based on the total weight of solids in the positive electrode slurry. At this time, if the content of the conductive material is less than 1% by weight, the effect of improving conductivity due to the use of the conductive material is minimal. On the other hand, if it exceeds 30% by weight, the content of the positive electrode active material is relatively small, and there is a risk that the capacity characteristics may deteriorate.
이러한 도전재는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 그라파이트; 카본블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 퍼니스 블랙, 램프 블랙, 서멀 블랙 등의 탄소계 물질; 단층벽 또는 다층벽 탄소 나노튜브, 탄소 섬유나 금속 섬유 등의 도전성 섬유; 불화 카본, 알루미늄, 니켈 분말 등의 금속 분말; 산화아연, 티탄산 칼륨 등의 도전성 위스키; 산화티탄 등의 도전성 금속 산화물; 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 소재 등이 사용될 수 있다. These conductive materials are not particularly limited as long as they have conductivity without causing chemical changes in the battery. For example, graphite; Carbon-based materials such as carbon black, acetylene black, Ketjen black, channel black, furnace black, lamp black, and thermal black; Conductive fibers such as single-walled or multi-walled carbon nanotubes, carbon fibers, and metal fibers; Metal powders such as carbon fluoride, aluminum, and nickel powder; Conductive whiskeys such as zinc oxide and potassium titanate; Conductive metal oxides such as titanium oxide; Conductive materials such as polyphenylene derivatives may be used.
상기 용매는 양극활물질, 바인더 및 도전재를 균일하게 분산시킬 수 있으며, 쉽게 증발되는 것을 사용하는 것이 바람직하다. 구체적으로는 아세토니트릴, 메탄올, 에탄올, 테트라하이드로퓨란, 물, 이소프로필알코올 등을 들 수 있으며, 상기 양극 활물질 및 선택적으로 바인더 및 도전재 등을 포함할 때 바람직한 점도가 되는 양으로 사용될 수 있다. 예를 들면, 양극 활물질, 및 선택적으로 바인더 및 도전재를 포함하는 슬러리 중의 고형분 농도가 10 중량% 내지 60 중량%, 바람직하게 20 중량% 내지 50 중량%가 되도록 포함될 수 있다.It is preferable to use a solvent that can uniformly disperse the positive electrode active material, binder, and conductive material and that evaporates easily. Specifically, acetonitrile, methanol, ethanol, tetrahydrofuran, water, isopropyl alcohol, etc. can be mentioned, and can be used in an amount that achieves a desirable viscosity when including the positive electrode active material and optionally a binder and a conductive material. For example, the solid content concentration in the slurry containing the positive electrode active material and, optionally, the binder and the conductive material may be 10% by weight to 60% by weight, preferably 20% by weight to 50% by weight.
(2) 음극(2) cathode
또한, 상기 음극은 리튬 금속을 음극 집전체에 합지하거나 리튬 금속박 자체로 사용할 수 있다.Additionally, the negative electrode can be made by laminating lithium metal to a negative electrode current collector or using the lithium metal foil itself.
상기 음극 집전체는 일반적으로 3 내지 500㎛의 두께를 가진다. 이러한 음극 집전체는, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 높은 도전성을 가지는 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 구리, 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 구리나 스테인리스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면 처리한 것, 알루미늄-카드뮴 합금 등이 사용될 수 있다. 또한, 양극 집전체와 마찬가지로, 표면에 미세한 요철을 형성하여 음극 활물질의 결합력을 강화시킬 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태로 사용될 수 있다.The negative electrode current collector generally has a thickness of 3 to 500 μm. This negative electrode current collector is not particularly limited as long as it has high conductivity without causing chemical changes in the battery, and for example, copper, stainless steel, aluminum, nickel, titanium, calcined carbon, copper or stainless steel. Surface treatment with carbon, nickel, titanium, silver, etc., aluminum-cadmium alloy, etc. can be used. In addition, like the positive electrode current collector, fine irregularities can be formed on the surface to strengthen the bonding force of the negative electrode active material, and it can be used in various forms such as films, sheets, foils, nets, porous materials, foams, and non-woven fabrics.
상기 리튬 금속 외에도 음극활물질로 리튬 이온을 가역적으로 인터칼레이션 또는 디인터칼레이션할 수 있는 물질, 리튬 이온과 반응하여 가역적으로 리튬 함유 화합물을 형성할 수 있는 물질, 리튬 금속 및 리튬 합금으로 이루어진 군에서 선택되는 음극 활물질을 포함할 수도 있다. In addition to the lithium metal, negative electrode active materials include materials that can reversibly intercalate or deintercalate lithium ions, materials that can reversibly form lithium-containing compounds by reacting with lithium ions, and a group consisting of lithium metal and lithium alloys. It may also contain a negative electrode active material selected from.
상기 리튬 이온을 가역적으로 인터칼레이션/디인터칼레이션할 수 있는 물질로는 탄소 물질로서, 리튬 이온 이차 전지에서 일반적으로 사용되는 탄소계 음극 활물질은 어떠한 것도 사용할 수 있으며, 그 대표적인 예로는 결정질 탄소, 비정질 탄소 또는 이들을 함께 사용할 수 있다. 또한, 상기 리튬 이온과 반응하여 가역적으로 리튬 함유 화합물을 형성할 수 있는 물질의 대표적인 예로는 산화 주석(SnO2), 티타늄 나이트레이트, 실리콘(Si) 등을 들 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 리튬 합금으로는 리튬과 Na, K, Rb, Cs, Fr, Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra, Al 및 Sn으로 이루어진 군에서 선택되는 금속의 합금이 사용될 수 있다. The material capable of reversibly intercalating/deintercalating lithium ions is a carbon material. Any carbon-based negative electrode active material commonly used in lithium ion secondary batteries can be used, and a representative example is crystalline carbon. , amorphous carbon, or a combination of these can be used. Additionally, representative examples of materials that can react with lithium ions to reversibly form lithium-containing compounds include tin oxide (SnO 2 ), titanium nitrate, and silicon (Si), but are not limited thereto. The lithium alloy may be an alloy of lithium and a metal selected from the group consisting of Na, K, Rb, Cs, Fr, Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra, Al, and Sn.
또는, 리튬 금속 표면에 무기 보호막(protective layer), 유기 보호막 또는 이들이 적층된 물질도 음극으로 사용될 수 있다. 상기 무기 보호막은 상기 무기 보호막은 Li, P, O, S, N, B, Al, F, Cl, Br, I, As, Sb, Bi, C, Si, Ge, In, Tl, Mg, Ca, Sr 및 Ba로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 원소를 포함한다. 상기 유기 보호막은 폴리에틸렌 옥사이드 또는 폴리프로필렌 옥사이드를 포함하거나, 또는 폴리에틸렌 글리콜 디아크릴레이트, 폴리프로필렌 글리콜 디아크릴레이트, 에톡실레이티드 네오펜틸 글리콜 디아크릴레이트, 에톡실레이티드 비스페놀 A 디아크릴레이트, 에톡실레이티드 지방족 우레탄 아크릴레이트, 에톡실레이티드 알킬페놀 아크릴레이트 및 알킬 아크릴레이트로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 아크릴레이트 모노머를 포함한다. Alternatively, an inorganic protective layer, an organic protective layer, or a material laminated thereon on the surface of lithium metal may also be used as a cathode. The inorganic protective film includes Li, P, O, S, N, B, Al, F, Cl, Br, I, As, Sb, Bi, C, Si, Ge, In, Tl, Mg, Ca, It contains one or more elements selected from the group consisting of Sr and Ba. The organic protective film includes polyethylene oxide or polypropylene oxide, or polyethylene glycol diacrylate, polypropylene glycol diacrylate, ethoxylated neopentyl glycol diacrylate, ethoxylated bisphenol A diacrylate, and one or more acrylate monomers selected from the group consisting of toxylated aliphatic urethane acrylates, ethoxylated alkylphenol acrylates, and alkyl acrylates.
또한, 리튬-황 전지를 충방전하는 과정에서, 양극 활물질로 사용되는 황이 비활성 물질로 변화되어, 리튬 음극 표면에 부착될 수 있다. 이와 같이 비활성 황(inactive sulfur)은 황이 여러 가지 전기화학적 또는 화학적 반응을 거쳐 양극의 전기화학 반응에 더이상 참여할 수 없는 상태의 황을 말하며, 리튬 음극 표면에 형성된 비활성 황은 리튬 음극의 보호막(protective layer)으로서 역할을 하는 장점도 있다. 따라서, 리튬 금속과 이 리튬 금속 위에 형성된 비활성 황, 예를 들어 리튬 설파이드를 음극으로 사용할 수도 있다.Additionally, during the process of charging and discharging a lithium-sulfur battery, sulfur used as a positive electrode active material may be converted into an inert material and adhere to the surface of the lithium negative electrode. As such, inactive sulfur refers to sulfur in a state in which sulfur can no longer participate in the electrochemical reaction of the anode after undergoing various electrochemical or chemical reactions, and the inactive sulfur formed on the surface of the lithium cathode acts as a protective layer of the lithium cathode. It also has the advantage of acting as a Therefore, lithium metal and inert sulfur formed on the lithium metal, such as lithium sulfide, may be used as the cathode.
(3) 세퍼레이터(3) Separator
또한, 상기 세퍼레이터는 양 전극의 내부 단락을 차단하고 전해질을 함침하는 역할을 하는 것으로, 고분자 수지, 충진제 및 용매를 혼합하여 세퍼레이터 조성물을 제조한 다음, 상기 세퍼레이터 조성물을 전극 상부에 직접 코팅 및 건조하여 세퍼레이터 필름을 형성하거나, 상기 세퍼레이터 조성물을 지지체 상에 캐스팅 및 건조된 후, 상기 지지체로부터 박리된 세퍼레이터 필름을 전극 상부에 라미네이션하여 형성할 수 있다.In addition, the separator serves to block the internal short circuit of both electrodes and impregnate the electrolyte. A separator composition is prepared by mixing polymer resin, filler, and solvent, and then the separator composition is directly coated and dried on the top of the electrode. A separator film may be formed, or the separator composition may be cast and dried on a support, and then the separator film peeled from the support may be laminated on the top of the electrode.
또, 상기 리튬 황 전지에 있어서, 상기 세퍼레이터는 전극을 물리적으로 분리하는 기능을 갖는 물리적인 세퍼레이터로서, 통상 리튬 황 전지에서 세퍼레이터로 사용되는 것이라면 특별한 제한 없이 사용가능하며, 특히 전해질의 이온 이동에 대한 저항이 낮으면서 전해질 함습 능력이 우수한 것이 바람직하다. 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.In addition, in the lithium sulfur battery, the separator is a physical separator that has the function of physically separating the electrodes, and can be used without particular restrictions as long as it is normally used as a separator in a lithium sulfur battery, especially for ion movement of the electrolyte. It is desirable to have low resistance and excellent electrolyte moisture capacity. Specifically, porous polymer films, for example, porous polymer films made of polyolefin polymers such as ethylene homopolymer, propylene homopolymer, ethylene/butene copolymer, ethylene/hexene copolymer, and ethylene/methacrylate copolymer, are used alone. It can be used as or by laminating them, or a typical porous nonwoven fabric, for example, a nonwoven fabric made of high melting point glass fiber, polyethylene terephthalate fiber, etc., can be used, but is not limited thereto.
상기 다공성 세퍼레이터의 기공 직경은 일반적으로 0.01 내지 50㎛이고, 기공도는 5 내지 95%일 수 있다. 또한 상기 다공성 세퍼레이터의 두께는 일반적으로 5 내지 300㎛ 범위일 수 있다.The pore diameter of the porous separator is generally 0.01 to 50㎛, and the porosity may be 5 to 95%. Additionally, the thickness of the porous separator may generally range from 5 to 300㎛.
본 발명의 리튬 이차전지의 외형은 특별한 제한이 없으나, 수행되는 목적에 따라 원통형, 각형, 파우치(pouch)형 또는 코인(coin)형 등 다양하게 적용할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 이차전지는 파우치형 이차전지일 수 있다.There is no particular limitation on the external shape of the lithium secondary battery of the present invention, but it can be applied in various shapes such as cylindrical, square, pouch, or coin depending on the purpose. The lithium secondary battery according to an embodiment of the present invention may be a pouch-type secondary battery.
이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 실시예를 들어 상세하게 설명하기로 한다. 그러나 본 발명에 따른 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to examples. However, the embodiments according to the present invention may be modified into various other forms, and the scope of the present invention should not be construed as being limited to the embodiments described in detail below. Examples of the present invention are provided to more completely explain the present invention to those with average knowledge in the art.
실시예Example
실시예 1Example 1
(경화성 전해질 조성물 제조)(Preparation of curable electrolyte composition)
1M LiPF6가 용해된 유기용매(에틸렌 카보네이트(EC) : 프로필렌 카보네이트(PC) : 프로필 프로피오네이트 (PP) = 3:1:6 부피비) 98 g에 화학식 1a로 표시되는 단위를 포함하는 폴리머(중량평균분자량(Mw)=200,000, m1:n1=75:25) 2g이 용해된 열경화성 전해질 조성물을 제조하였다 (하기 표 1 참조). 98 g of an organic solvent in which 1M LiPF 6 was dissolved (ethylene carbonate (EC): propylene carbonate (PC): propyl propionate (PP) = 3:1:6 volume ratio) was mixed with a polymer containing the unit represented by Formula 1a ( A thermosetting electrolyte composition containing 2 g of weight average molecular weight (Mw) = 200,000, m1:n1 = 75:25) was prepared (see Table 1 below).
(이차전지 제조)(Secondary battery manufacturing)
알루미늄 집전체 위에 탄소나노튜브와 바인더로 구성된 지지체를 1차로 코팅, 건조하여 웹 형태의 도전 네트워크를 구성하였다. 이어 나노 크기의 황계 양극입자와 폴리비닐리덴플루오라이드 바인더를 혼합하여 슬러리를 제조한 후, 탄소나노튜브의 로딩 대비 2.5배가 되도록 슬러리를 도포한 후 건조하여 리튬-황 전지용 양극을 완성하였다. 제조된 양극의 면적당 용량은 2 mAh/cm2 였다.A support consisting of carbon nanotubes and a binder was first coated and dried on an aluminum current collector to form a web-shaped conductive network. Next, a slurry was prepared by mixing nano-sized sulfur-based positive electrode particles and a polyvinylidene fluoride binder, and then the slurry was applied so that it was 2.5 times the loading of carbon nanotubes and dried to complete the positive electrode for a lithium-sulfur battery. The capacity per area of the manufactured positive electrode was 2 mAh/cm 2 .
상기 제조된 양극판과, 진공 건조된 세퍼레이터 및 음극으로 리튬 전극을 차례로 적층하여 전극조립체를 제조한 다음, 이를 파우치 케이스에 삽입하였다. An electrode assembly was manufactured by sequentially stacking a lithium electrode using the prepared positive plate, a vacuum-dried separator, and a negative electrode, and then inserted into a pouch case.
이어서, 상기 파우치 내에 상기 전해질 조성물을 주입한 후 실링하여 2일 동안 상온에서 저장하여 테스트 셀을 제조하였다.Next, the electrolyte composition was injected into the pouch, sealed, and stored at room temperature for 2 days to prepare a test cell.
실시예 2.Example 2.
열경화성 전해질 조성물 제조 시에 화학식 1b로 표시되는 단위를 포함하는 폴리머(중량평균분자량(Mw)=200,000, m2:n2=85:15)를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 열경화성 전해질 조성물 및 이를 포함하는 테스트 셀을 조립하였다(하기 표 1 참조).A thermosetting electrolyte composition was prepared in the same manner as in Example 1, except that a polymer containing the unit represented by Formula 1b (weight average molecular weight (Mw) = 200,000, m2:n2 = 85:15) was used to prepare the thermosetting electrolyte composition. and a test cell containing it was assembled (see Table 1 below).
실시예 3.Example 3.
열경화성 전해질 조성물 제조 시에 화학식 1a로 표시되는 단위를 포함하는 폴리머(중량평균분자량(Mw)=130,000, m1:n1=50:50) 2g이 용해된 전해질 조성물을 사용하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 열경화성 전해질 조성물 및 이를 포함하는 테스트 셀을 조립하였다(하기 표 1 참조).Example 1, except that when preparing the thermosetting electrolyte composition, an electrolyte composition in which 2 g of the polymer containing the unit represented by Formula 1a (weight average molecular weight (Mw) = 130,000, m1:n1 = 50:50) was dissolved was used. The thermosetting electrolyte composition and a test cell containing the same were assembled in the same manner (see Table 1 below).
실시예 4.Example 4.
열경화성 전해질 조성물 제조 시에 화학식 1a로 표시되는 단위를 포함하는 폴리머(중량평균분자량(Mw)=380,000, m1:n1=85:15) 2g이 용해된 전해질 조성물을 사용하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 열경화성 전해질 조성물 및 이를 포함하는 테스트 셀을 조립하였다(하기 표 1 참조).Example 1, except that when preparing the thermosetting electrolyte composition, an electrolyte composition in which 2 g of a polymer containing the unit represented by Formula 1a (weight average molecular weight (Mw) = 380,000, m1:n1 = 85:15) was dissolved was used. The thermosetting electrolyte composition and a test cell containing the same were assembled in the same manner (see Table 1 below).
실시예 5.Example 5.
열경화성 전해질 조성물 제조 시에 프로필 프로피오네이트 용매 대신 에틸 프로피오네이트 용매를 사용하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 열경화성 전해질 조성물 및 이를 포함하는 테스트 셀을 조립하였다(하기 표 1 참조).A thermosetting electrolyte composition and a test cell containing the same were assembled in the same manner as in Example 1, except that ethyl propionate solvent was used instead of propyl propionate solvent when preparing the thermosetting electrolyte composition (see Table 1 below).
실시예 6.Example 6.
열경화성 전해질 조성물 제조 시에 유기용매 96g에 화학식 1a로 표시되는 단위를 포함하는 폴리머 4g을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 열경화성 전해질 조성물 및 이를 포함하는 테스트 셀을 조립하였다(하기 표 1 참조). A thermosetting electrolyte composition and a test cell containing the same were assembled in the same manner as in Example 1, except that 4 g of the polymer containing the unit represented by Formula 1a in 96 g of organic solvent was used when preparing the thermosetting electrolyte composition (Table 1 below) reference).
실시예 7.Example 7.
열경화성 전해질 조성물 제조 시에 유기용매 99g에 화학식 1a로 표시되는 단위를 포함하는 폴리머 1g을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 열경화성 전해질 조성물 및 이를 포함하는 테스트 셀을 조립하였다(하기 표 1 참조).A thermosetting electrolyte composition and a test cell containing the same were assembled in the same manner as in Example 1, except that 1 g of the polymer containing the unit represented by Formula 1a in 99 g of organic solvent was used to prepare the thermosetting electrolyte composition (Table 1 below) reference).
실시예 8.Example 8.
열경화성 전해질 조성물 제조 시에 유기용매 93g에 화학식 1a로 표시되는 단위를 포함하는 폴리머 또는 올리고머 7g을 사용한 것을 제외하고는 실시예 3과 동일한 방법으로 열경화성 전해질 조성물 및 이를 포함하는 테스트 셀을 조립하였다(하기 표 1 참조). A thermosetting electrolyte composition and a test cell containing the same were assembled in the same manner as in Example 3, except that 7 g of a polymer or oligomer containing the unit represented by Formula 1a in 93 g of an organic solvent was used to prepare the thermosetting electrolyte composition (see below) (see Table 1).
실시예 9.Example 9.
열경화성 전해질 조성물 제조 시에 유기용매 99.01g에 화학식 1a로 표시되는 단위를 포함하는 폴리머 또는 올리고머 0.9g을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 열경화성 전해질 조성물 및 이를 포함하는 테스트 셀을 조립하였다(하기 표 1 참조). A thermosetting electrolyte composition and a test cell containing the same were assembled in the same manner as in Example 1, except that 0.9 g of a polymer or oligomer containing the unit represented by Formula 1a in 99.01 g of organic solvent was used to prepare the thermosetting electrolyte composition. (See Table 1 below).
실시예 10.Example 10.
열경화성 전해질 조성물 제조 시에 유기용매 92g에 화학식 1a로 표시되는 단위를 포함하는 폴리머 또는 올리고머 8g을 사용한 것을 제외하고는 실시예 3과 동일한 방법으로 열경화성 전해질 조성물 및 이를 포함하는 테스트 셀을 조립하였다(하기 표 1 참조).A thermosetting electrolyte composition and a test cell containing the same were assembled in the same manner as in Example 3, except that 8 g of a polymer or oligomer containing the unit represented by Formula 1a in 92 g of organic solvent was used to prepare the thermosetting electrolyte composition (see below) (see Table 1).
비교예 1.Comparative Example 1.
전해질 조성물 제조 시에 유기용매 97.5g에 하기 화학식 2로 표시되는 단위를 포함하는 폴리머(중량평균분자량(Mw)=200,000) 2g 및 중합개시제 0.5g을 포함하는 것을 제외하고는 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 전해질 조성물 및 이를 포함하는 테스트 셀을 조립하였다(하기 표 1 참조).When preparing the electrolyte composition, 97.5 g of organic solvent was used, except that 2 g of polymer (weight average molecular weight (Mw) = 200,000) containing the unit represented by the following formula (2) and 0.5 g of polymerization initiator were used. The electrolyte composition and a test cell containing it were assembled in the same manner as in Example 1 (see Table 1 below).
[화학식 2][Formula 2]
(상기 R1은 H이고, R2는 에틸기이며, n은 반복단위 수로서, 50,000이다.)(R 1 is H, R 2 is an ethyl group, and n is the number of repeating units, which is 50,000.)
비교예 2.Comparative Example 2.
열경화성 전해질 조성물 제조 시에 화학식 1a로 표시되는 단위를 포함하는 폴리머(중량평균분자량(Mw)=400,000, m1:n1=75:25) 2g이 용해된 전해질 조성물을 사용하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 전해질 조성물 및 이를 포함하는 테스트 셀을 조립하였다(하기 표 1 참조).Example 1, except that when preparing the thermosetting electrolyte composition, an electrolyte composition in which 2 g of the polymer containing the unit represented by Formula 1a (weight average molecular weight (Mw) = 400,000, m1:n1 = 75:25) was dissolved was used. The electrolyte composition and a test cell containing it were assembled in the same manner (see Table 1 below).
비교예 3.Comparative Example 3.
열경화성 전해질 조성물 제조 시에 화학식 1a로 표시되는 단위를 포함하는 폴리머(중량평균분자량(Mw)=100,000, m1:n1=25:75) 2g이 용해된 전해질 조성물을 사용하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 전해질 조성물 및 이를 포함하는 테스트 셀을 조립하였다(하기 표 1 참조).Example 1, except that when preparing the thermosetting electrolyte composition, an electrolyte composition in which 2 g of the polymer containing the unit represented by Formula 1a (weight average molecular weight (Mw) = 100,000, m1:n1 = 25:75) was dissolved was used. The electrolyte composition and a test cell containing it were assembled in the same manner (see Table 1 below).
비교예 4.Comparative Example 4.
전해질 조성물 제조 시에 열중합성 관능기를 가지는 폴리머를 포함하지 않은 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 리튬-황 전지용 전해질 조성물 및 이를 포함하는 테스트 셀을 조립하였다(하기 표 1 참조).An electrolyte composition for a lithium-sulfur battery and a test cell containing the same were assembled in the same manner as in Example 1, except that a polymer having a thermally polymerizable functional group was not included when preparing the electrolyte composition (see Table 1 below).
(g)Added amount
(g)
분자량 (Mw)weight average
Molecular weight (Mw)
실험예Experiment example
실험예 1.Experimental Example 1.
상기 실시예 1 내지 10에서 제조된 테스트 셀과 비교예 1 내지 4에서 제조된 테스트 셀을 각각 0.1C 조건으로 4.3V에서 충전한 뒤, 4.1V로 방전하는 과정을 1회 수행하여 활성화한 후, 65℃에서 5 시간 동안 열처리 하였다.The test cells manufactured in Examples 1 to 10 and Comparative Examples 1 to 4 were activated by charging each at 4.3V under 0.1C conditions and then discharging to 4.1V once. Heat treatment was performed at 65°C for 5 hours.
열처리 완료 후, 실시예 1 내지 10의 테스트 셀과 비교예 1 내지 4의 테스트 셀을 분해하여 겔 폴리머 전해질 형성 유무를 확인하였다.After completion of heat treatment, the test cells of Examples 1 to 10 and Comparative Examples 1 to 4 were disassembled to confirm the presence or absence of gel polymer electrolyte formation.
테스트 셀을 분해하였을 때, 리튬-황 전지용 열경화성 전해질 조성물이 겔화 되지 않고, 액체 상태로 잔류하면서 흐름성을 가지는 정도를 판단하여, 하기 표 2에 나타내었다.When the test cell was disassembled, the degree to which the thermosetting electrolyte composition for a lithium-sulfur battery did not gel but remained in a liquid state and had flowability was determined, and is shown in Table 2 below.
O: 흐름성을 가지는 열경화성 전해질 조성물 거의 없음 (겔 폴리머 전해질 형성도 약 98% 이상)
△: 흐름성을 가지는 열경화성 전해질 조성물 약간 있음 (겔 폴리머 전해질 형성도 약 50% 내지 약 97%)
Х: 흐름성을 가지는 열경화성 전해질 조성물 다량 잔류함 (겔 폴리머 전해질 형성도 50% 미만이거나, 거의 형성 안됨)
O: Almost no flowable thermosetting electrolyte composition (gel polymer electrolyte formation rate of about 98% or more)
△: Some flowable thermosetting electrolyte composition (gel polymer electrolyte formation degree of about 50% to about 97%)
Х: A large amount of flowable thermosetting electrolyte composition remains (gel polymer electrolyte formation is less than 50% or almost not formed)
상기 표 2를 참조하면, 실시예 1 내지 10에서 제조된 테스트 셀을 분해해 보면, 열경화성 전해질 조성물이 98% 이상 겔 폴리머 전해질로 전환되어, 흐름성을 가지는 열경화성 전해질 조성물은 관찰되지 않았다.Referring to Table 2, when the test cells manufactured in Examples 1 to 10 were disassembled, more than 98% of the thermosetting electrolyte composition was converted to a gel polymer electrolyte, and no flowable thermosetting electrolyte composition was observed.
반면에, 비교예 1 내지 3의 테스트 셀을 분해하였을 때, 일부 열경화성 전해질 조성물이 겔 폴리머 전해질로 전환되지 못하고, 흐름성을 가지는 상태로 존재하는 것이 관찰되었다.On the other hand, when the test cells of Comparative Examples 1 to 3 were disassembled, it was observed that some of the thermosetting electrolyte composition was not converted to a gel polymer electrolyte and existed in a flowable state.
이때, 높은 중량평균분자량을 가지는 폴리머를 포함하는 열경화성 전해질 조성물을 구비한 비교예 2의 테스트 셀의 경우, 열경화성 전해질 조성물의 흐름 정도는 많지 않았으나, 열경화성 전해질 조성물의 점도가 높기 때문에 셀의 중앙부까지 열경화성 전해질 조성물이 함침되지 못하는 것을 확인할 수 있다.At this time, in the case of the test cell of Comparative Example 2 equipped with a thermosetting electrolyte composition containing a polymer having a high weight average molecular weight, the degree of flow of the thermosetting electrolyte composition was not high, but due to the high viscosity of the thermosetting electrolyte composition, thermosetting was carried out up to the center of the cell. It can be confirmed that the electrolyte composition is not impregnated.
한편, 열중합성 관능기를 가지는 폴리머를 포함하지 않는 전해질 조성물을 구비한 비교예 4의 테스트 셀의 경우, 전해질 조성물이 액체 상태로 존재하는 것을 알 수 있다. Meanwhile, in the case of the test cell of Comparative Example 4 equipped with an electrolyte composition that does not contain a polymer having a thermally polymerizable functional group, it can be seen that the electrolyte composition exists in a liquid state.
실험예 2Experimental Example 2
실시예 1 내지 10에서 제조한 테스트 셀과 비교예 1 내지 4에서 제조한 테스트 셀을 각각 0.1C 조건으로 4.3 V에서 충전한 뒤, 4.1 V로 방전하는 과정을 1회 수행하여 활성화한 후, 65℃에서 5 시간 동안 열처리 하였다.The test cells manufactured in Examples 1 to 10 and the test cells manufactured in Comparative Examples 1 to 4 were each activated by performing the process of charging at 4.3 V under 0.1C conditions and discharging to 4.1 V once, and then 65 Heat treated for 5 hours at °C.
열처리 완료 후, 25℃ 온도 환경에서 0.2C rate의 전류로 전압이 4.0V에 이를 때까지 정전류로 SOC 30%까지 충전하고, 전압이 3.0V에 이를 때까지 0.2C rate의 정전류로 방전하였다. 상기 50회 사이클 후 용량을 초기 1회 사이클 용량에 대비 %로 나타내어 하기 표 3에 기재하였다.After heat treatment was completed, the SOC was charged to 30% at a constant current of 0.2C in a temperature environment of 25°C until the voltage reached 4.0V, and then discharged at a constant current of 0.2C until the voltage reached 3.0V. The capacity after the 50 cycles is expressed as a percentage compared to the initial 1 cycle capacity and is listed in Table 3 below.
상기 표 3를 참조하면, 상기 실시예 1 내지 8에서 제조된 테스트 셀은 용량 유지율(%)이 94.2% 이상으로, 비교예 1 내지 비교예 4에서 제조된 테스트 셀에 비하여 현저히 향상된 것을 알 수 있다.Referring to Table 3, the test cells manufactured in Examples 1 to 8 have a capacity retention rate (%) of 94.2% or more, which is significantly improved compared to the test cells manufactured in Comparative Examples 1 to 4. .
즉, 화학식 2로 표시되는 단위를 포함하는 폴리머를 포함하는 열경화성 전해질 조성물을 구비한 비교예 1의 테스트 셀의 경우, 리튬 폴리설파이드계 화합물의 부반응 억제 효과가 미흡하여 실시예 1 내지 8에서 제조된 테스트 셀에 비하여 용량 유지율이 열화되는 것을 알 수 있다.That is, in the case of the test cell of Comparative Example 1 equipped with a thermosetting electrolyte composition containing a polymer containing a unit represented by Formula 2, the side reaction inhibition effect of the lithium polysulfide-based compound was insufficient, and the It can be seen that the capacity maintenance rate deteriorates compared to the test cell.
또한, 고분자량을 가지는 폴리머를 포함하는 열경화성 전해질 조성물을 구비한 비교예 2의 테스트 셀의 경우, 열경화성 전해질 조성물의 함침성이 낮아지면서, 면 방향의 저항 편차 등이 발생하여 용량 유지율이 크게 열화되는 것을 알 수 있다.In addition, in the case of the test cell of Comparative Example 2 equipped with a thermosetting electrolyte composition containing a polymer having a high molecular weight, the impregnability of the thermosetting electrolyte composition decreases, and resistance deviation in the plane direction occurs, causing a significant deterioration in the capacity retention rate. You can see that
또한, 저분자량을 가지는 폴리머를 포함하는 열경화성 전해질 조성물을 구비한 비교예 3의 테스트 셀과, 폴리머를 포함하지 않는 열경화성 전해질 조성물을 구비한 비교예 4의 테스트 셀의 경우, 겔 폴리머 전해질 형성이 미흡하거나, 겔 폴리머 전해질이 형성되지 않음으로 인해 리튬 폴리설파이드계 화합물의 부반응 억제 효과가 미흡하여, 용량 유지율이 열화되는 것을 알 수 있다.In addition, in the case of the test cell of Comparative Example 3 provided with a thermosetting electrolyte composition containing a low molecular weight polymer and the test cell of Comparative Example 4 provided with a thermosetting electrolyte composition containing no polymer, the formation of the gel polymer electrolyte was insufficient. Alternatively, it can be seen that because the gel polymer electrolyte is not formed, the effect of suppressing side reactions of the lithium polysulfide-based compound is insufficient, and the capacity retention rate is deteriorated.
한편, 폴리머 또는 올리고머의 함량이 낮은 실시예 9에서 제조된 테스트 셀 및 폴리머 또는 올리고머가 과량으로 함유된 실시예 10에서 제조된 테스트 셀의 경우, 용량 잔존율(%)이 각각 91.8% 및 92.3%로 상기 실시예 1 내지 8에서 제조된 이차전지에 비하여 소량 낮아졌지만, 비교예 1 내지 비교예 4에서 제조된 이차전지에 비하여 개선된 것을 알 수 있다.Meanwhile, in the case of the test cell manufactured in Example 9 with a low content of polymer or oligomer and the test cell manufactured in Example 10 with an excessive amount of polymer or oligomer, the capacity remaining ratio (%) was 91.8% and 92.3%, respectively. Although it was lowered by a small amount compared to the secondary batteries manufactured in Examples 1 to 8, it can be seen that it was improved compared to the secondary batteries manufactured in Comparative Examples 1 to 4.
Claims (10)
상기 리튬-황 전지용 겔 폴리머 전해질은 리튬염; 유기용매; 및 열중합성 관능기를 가지는 하기 화학식 1로 표시되는 단위를 포함하는 폴리머 또는 올리고머;를 포함하는 리튬-황 전지용 열경화성 전해질 조성물을 열처리하여 제조된 것으로,
상기 폴리머 또는 올리고머의 중량평균분자량(Mw)은 130,000 g/mol 내지 380,000 g/mol이며,
상기 리튬-황 전지용 열경화성 전해질 조성물의 점도는 130 cps 내지 160 cps인 것인 리튬-황 전지:
(화학식 1)
상기 화학식 1에서,
R은 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 5의 알킬렌이고,
상기 m 및 n은 반복 단위 수로서,
m은 10 내지 5000 중 어느 하나의 정수이고,
n은 10 내지 5000 중 어느 하나의 정수이다.
In a lithium-sulfur battery containing a gel polymer electrolyte for a lithium-sulfur battery,
The gel polymer electrolyte for lithium-sulfur batteries includes lithium salt; organic solvent; and a polymer or oligomer containing a unit represented by the following formula (1) having a thermally polymerizable functional group; prepared by heat treating a thermosetting electrolyte composition for a lithium-sulfur battery comprising:
The weight average molecular weight (Mw) of the polymer or oligomer is 130,000 g/mol to 380,000 g/mol,
A lithium-sulfur battery, wherein the thermosetting electrolyte composition for a lithium-sulfur battery has a viscosity of 130 cps to 160 cps:
(Formula 1)
In Formula 1,
R is substituted or unsubstituted alkylene having 1 to 5 carbon atoms,
where m and n are the number of repeating units,
m is any integer from 10 to 5000,
n is any integer from 10 to 5000.
상기 화학식 1로 표시되는 단위는 하기 화학식 1a 및 화학식 1b로 표시되는 단위로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나 이상인 것인 리튬-황 전지:
[화학식 1a]
상기 화학식 1a에서,
상기 m1 및 n1은 반복 단위 수로서,
m1은 10 내지 5000 중 어느 하나의 정수이고,
n1은 10 내지 5000 중 어느 하나의 정수이다,
[화학식 1b]
상기 화학식 1b에서,
상기 m2 및 n2는 반복 단위 수로서,
m2은 10 내지 5000 중 어느 하나의 정수이고,
n2은 10 내지 5000 중 어느 하나의 정수이다.
In claim 1,
A lithium-sulfur battery wherein the unit represented by Formula 1 is at least one selected from the group consisting of units represented by Formula 1a and Formula 1b below:
[Formula 1a]
In Formula 1a,
where m1 and n1 are the number of repeating units,
m1 is any integer from 10 to 5000,
n1 is an integer between 10 and 5000,
[Formula 1b]
In Formula 1b,
where m2 and n2 are the number of repeating units,
m2 is any integer from 10 to 5000,
n2 is an integer between 10 and 5000.
상기 폴리머 또는 올리고머의 중량평균분자량(Mw)은 190,000 g/mol 내지 380,000 g/mol인 것인 리튬-황 전지.
In claim 1,
A lithium-sulfur battery wherein the weight average molecular weight (Mw) of the polymer or oligomer is 190,000 g/mol to 380,000 g/mol.
상기 화학식 1로 표시되는 단위를 포함하는 폴리머 또는 올리고머는 리튬-황 전지용 열경화성 전해질 조성물 전체 중량을 기준으로 1 중량% 내지 7 중량%로 포함되는 것인 리튬-황 전지.
In claim 1,
A lithium-sulfur battery in which the polymer or oligomer containing the unit represented by Formula 1 is contained in an amount of 1% to 7% by weight based on the total weight of the thermosetting electrolyte composition for a lithium-sulfur battery.
상기 화학식 1로 표시되는 단위를 포함하는 폴리머 또는 올리고머는 리튬-황 전지용 열경화성 전해질 조성물 전체 중량을 기준으로 1 중량% 내지 5 중량%로 포함되는 것인 리튬-황 전지.
In claim 4,
A lithium-sulfur battery in which the polymer or oligomer containing the unit represented by Formula 1 is contained in an amount of 1% to 5% by weight based on the total weight of the thermosetting electrolyte composition for a lithium-sulfur battery.
상기 화학식 1로 표시되는 단위를 포함하는 폴리머 또는 올리고머는 리튬-황 전지용 열경화성 전해질 조성물 전체 중량을 기준으로 2 중량% 내지 4 중량%로 포함되는 것인 리튬-황 전지.
In claim 5,
A lithium-sulfur battery in which the polymer or oligomer containing the unit represented by Formula 1 is contained in an amount of 2% to 4% by weight based on the total weight of the thermosetting electrolyte composition for a lithium-sulfur battery.
(b) 상기 전지 케이스에 리튬-황 전지용 열경화성 전해질 조성물을 주액하여 리튬-황 전지를 제조하는 단계;
(c) 상기 리튬-황 전지를 활성화하는 단계; 및
(d) 리튬-황 전지용 겔 폴리머 전해질이 형성될 수 있도록 상기 리튬-황 전지를 열처리하는 단계;를 포함하는 청구항 1의 리튬-황 전지 제조 방법.
(a) inserting an electrode assembly consisting of a positive electrode, a separator, and a negative electrode sequentially stacked into a battery case;
(b) manufacturing a lithium-sulfur battery by injecting a thermosetting electrolyte composition for a lithium-sulfur battery into the battery case;
(c) activating the lithium-sulfur battery; and
(d) heat treating the lithium-sulfur battery to form a gel polymer electrolyte for a lithium-sulfur battery.
상기 열처리하는 단계는 60℃ 내지 100℃에서 2분 내지 10시간 동안 수행되는 것인 리튬-황 전지 제조 방법.In claim 8,
A method of manufacturing a lithium-sulfur battery, wherein the heat treatment step is performed at 60°C to 100°C for 2 minutes to 10 hours.
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