KR102663586B1 - Lithium-sulfur secondary battery - Google Patents

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Abstract

본 발명은 LiOH 함유 황-탄소 복합체를 포함하는 양극 활물질층을 적용하고, 상기 양극 활물질층의 공극률(%) 및 단위 면적당 황의 질량(㎎/㎠)을 특정하게 조절함으로써, 전지의 초기 반응성 및 사이클 성능을 개선시키며, 고에너지 밀도의 리튬-황 이차전지를 구현할 수 있는 리튬-황 이차전지를 제공한다. The present invention applies a positive electrode active material layer containing a LiOH-containing sulfur-carbon composite and specifically adjusts the porosity (%) and the mass of sulfur per unit area (mg/cm2) of the positive electrode active material layer, thereby improving the initial reactivity and cycle of the battery. Provides a lithium-sulfur secondary battery that improves performance and can implement a lithium-sulfur secondary battery with high energy density.

Description

리튬-황 이차전지{LITHIUM-SULFUR SECONDARY BATTERY}Lithium-sulfur secondary battery{LITHIUM-SULFUR SECONDARY BATTERY}

본 발명은 리튬-황 이차전지에 관한 것이다.The present invention relates to lithium-sulfur secondary batteries.

이차전지의 응용 영역이 전기 자동차(electric vehicle; EV)나 에너지 저장 장치(energy storage system; ESS) 등으로 확대됨에 따라, 상대적으로 낮은 무게 대비 에너지 저장 밀도(~250 Wh/㎏)를 갖는 리튬-이온 이차전지는 이러한 제품에 대한 적용의 한계가 있다. 이와 달리, 리튬-황 이차전지는 이론상으로 높은 무게 대비 에너지 저장 밀도(~2,600 Wh/kg)를 구현할 수 있기 때문에, 차세대 이차전지 기술로 각광을 받고 있다.As the application area of secondary batteries expands to electric vehicles (EV) and energy storage systems (ESS), lithium-ion batteries with a relatively low energy storage density to weight (~250 Wh/kg) Ion secondary batteries have limitations in their application to these products. In contrast, lithium-sulfur secondary batteries are in the spotlight as next-generation secondary battery technology because they can theoretically achieve high energy storage density relative to weight (~2,600 Wh/kg).

리튬-황 이차전지는 황-황 결합(sulfur-sulfur bond)을 갖는 황 계열 물질을 양극 활물질로 사용하고, 리튬 금속을 음극 활물질로 사용한 전지 시스템이다. 이러한 리튬-황 이차전지는 양극 활물질의 주재료인 황이 전 세계적으로 자원량이 풍부하고, 독성이 없으며, 낮은 원자당 무게를 가지고 있는 장점이 있다.A lithium-sulfur secondary battery is a battery system that uses a sulfur-based material with a sulfur-sulfur bond as a positive electrode active material and lithium metal as a negative electrode active material. These lithium-sulfur secondary batteries have the advantage that sulfur, the main material of the positive electrode active material, is abundant in resources worldwide, is not toxic, and has a low weight per atom.

리튬-황 이차전지는 방전 시에 음극 활물질인 리튬이 전자를 내어놓고 이온화되면서 산화되며, 양극 활물질인 황 계열 물질이 전자를 받아들여 환원된다. 이때, 리튬의 산화반응은 리튬 금속이 전자를 내어놓고 리튬 양이온 형태로 변환되는 과정이다. 또한, 황의 환원반응은 황-황 결합이 2개의 전자를 받아들여 황 음이온 형태로 변환되는 과정이다. 리튬의 산화반응에 의해 생성된 리튬 양이온은 전해질을 통해 양극으로 전달되고, 황의 환원반응에 의해 생성된 황 음이온과 결합하여 염을 형성한다. 구체적으로, 방전 전의 황은 환형의 S8 구조를 가지고 있는데, 이는 환원반응에 의해 리튬 폴리설파이드(lithium polysulfide, Li2Sx, x = 8, 6, 4, 2)로 변환되며, 이러한 리튬 폴리설파이드가 완전히 환원되는 경우에는 리튬 설파이드(Li2S)가 최종적으로 생성되게 된다.In a lithium-sulfur secondary battery, when discharging, lithium, the negative electrode active material, gives up electrons and is ionized and oxidized, and the sulfur-based material, which is the positive electrode active material, accepts electrons and is reduced. At this time, the oxidation reaction of lithium is a process in which lithium metal gives up electrons and is converted into lithium cation form. Additionally, the reduction reaction of sulfur is a process in which the sulfur-sulfur bond accepts two electrons and is converted to sulfur anion form. The lithium cation generated by the oxidation reaction of lithium is transferred to the anode through the electrolyte and combines with the sulfur anion generated by the reduction reaction of sulfur to form a salt. Specifically, sulfur before discharge has a cyclic S 8 structure, which is converted to lithium polysulfide (Li 2 S x , x = 8, 6, 4, 2) through a reduction reaction. When is completely reduced, lithium sulfide (Li 2 S) is ultimately produced.

양극 활물질인 황은 낮은 전기 전도도의 특성으로 인해, 고상(solid-state) 형태에서는 전자 및 리튬 이온과의 반응성을 확보하기가 어렵다. 기존 리튬-황 이차전지는 이러한 황의 반응성을 개선하기 위해 Li2Sx 형태의 중간 폴리설파이드(intermediate polysulfide)를 생성하여 액상(liquid-state) 반응을 유도하고 반응성을 개선한다. 이 경우, 전해액의 용매로 리튬 폴리설파이드에 대해 용해성이 높은 디옥솔란(dioxolane), 디메톡시에탄(dimethoxyethane) 등의 에테르계 용매가 사용된다. 또한, 기존 리튬-황 이차전지는 반응성을 개선하기 위해 캐솔라이트(catholyte) 타입의 리튬-황 이차전지 시스템을 구축하는데, 이 경우 전해액에 쉽게 녹는 리튬 폴리설파이드의 특성으로 인해 전해액의 함량에 따라 황의 반응성 및 수명 특성이 영향을 받게 된다. 또한, 높은 에너지 밀도를 구축하기 위해서는 낮은 함량의 전해액을 주액해야 하나, 전해액 함량이 감소함에 따라 전해액 내 리튬 폴리설파이드의 농도가 증가하게 되어, 활물질의 유동성 감소 및 부반응 증가로 인해 정상적인 전지의 구동이 어렵다.Sulfur, a positive electrode active material, has low electrical conductivity, making it difficult to secure reactivity with electrons and lithium ions in solid-state form. In order to improve the reactivity of sulfur, existing lithium-sulfur secondary batteries generate intermediate polysulfide in the form of Li 2 S x to induce a liquid-state reaction and improve reactivity. In this case, ether-based solvents such as dioxolane and dimethoxyethane, which are highly soluble in lithium polysulfide, are used as the solvent for the electrolyte solution. In addition, in order to improve the reactivity of existing lithium-sulfur secondary batteries, a catholyte type lithium-sulfur secondary battery system is constructed. In this case, due to the characteristics of lithium polysulfide that easily dissolves in the electrolyte, the amount of sulfur depends on the content of the electrolyte. Reactivity and lifetime characteristics are affected. In addition, in order to build a high energy density, a low content of electrolyte must be injected, but as the electrolyte content decreases, the concentration of lithium polysulfide in the electrolyte increases, resulting in a decrease in the fluidity of the active material and an increase in side reactions, preventing normal battery operation. difficult.

이러한 리튬 폴리설파이드의 용출은 전지의 용량 및 수명 특성에 악영향을 미치는 바, 리튬 폴리설파이드의 용출을 억제하기 위한 다양한 기술이 제안되었다.Since this elution of lithium polysulfide has a negative effect on the capacity and lifespan characteristics of the battery, various technologies have been proposed to suppress the elution of lithium polysulfide.

일례로, 대한민국 공개특허 제2016-0037084호는 탄소재로 그래핀으로 코팅한 3차원 구조의 탄소나노튜브 응집체를 사용함으로써 리튬 폴리설파이드가 녹아나오는 것을 차단하고, 황-탄소나노튜브 복합체의 도전성을 향상시킬 수 있음을 개시하고 있다.For example, Republic of Korea Patent Publication No. 2016-0037084 uses a three-dimensional carbon nanotube aggregate coated with graphene as a carbon material to block lithium polysulfide from melting and improve the conductivity of the sulfur-carbon nanotube composite. It is disclosed that it can be improved.

또한, 대한민국 등록특허 제1379716호는 그래핀에 불산을 처리하여 그래핀 표면에 기공을 형성하고, 상기 기공에 유황 입자를 성장시키는 방법을 통해 제조된 유황을 포함하는 그래핀 복합체를 양극 활물질로 사용함을 통해 리튬 폴리 설파이드 용출을 억제하여 전지의 용량 감소를 최소화할 수 있음을 개시하고 있다.In addition, Republic of Korea Patent No. 1379716 uses a graphene composite containing sulfur produced by treating graphene with hydrofluoric acid to form pores on the graphene surface and growing sulfur particles in the pores as a positive electrode active material. It is disclosed that the reduction in battery capacity can be minimized by suppressing lithium polysulfide elution.

이들 특허들은 양극 활물질로 사용되는 황-탄소 복합체의 구조 또는 소재를 달리함으로써 리튬 폴리설파이드의 용출을 방지하여 리튬-황 이차전지의 성능 저하 문제를 어느 정도 개선하였으나 그 효과가 충분치 않다. 따라서, 고에너지 밀도의 리튬-황 이차전지를 구축하기 위해서는 고로딩, 저기공도의 전극을 구동할 수 있는 전지 시스템을 필요로 하고, 해당 기술 분야에서는 이러한 전지 시스템에 대한 연구가 지속적으로 수행되고 있다.These patents have improved the performance degradation problem of lithium-sulfur secondary batteries to some extent by preventing the elution of lithium polysulfide by changing the structure or material of the sulfur-carbon composite used as the positive electrode active material, but the effect is not sufficient. Therefore, in order to construct a lithium-sulfur secondary battery with high energy density, a battery system capable of driving a high-loading, low-porosity electrode is required, and research on such a battery system is continuously conducted in the relevant technical field. .

대한민국 공개특허 제2016-0037084호(2016.04.05), 황-탄소나노튜브 복합체, 이의 제조방법, 이를 포함하는 리튬-황 전지용 캐소드 활물질 및 이를 포함한 리튬-황 전지Republic of Korea Patent Publication No. 2016-0037084 (2016.04.05), sulfur-carbon nanotube composite, manufacturing method thereof, cathode active material for lithium-sulfur battery containing the same, and lithium-sulfur battery containing the same 대한민국 등록특허 제1379716호(2014.03.25), 유황을 포함하는 그래핀 복합체 양극을 포함하는 리튬-유황 이차전지 및 그의 제조 방법Republic of Korea Patent No. 1379716 (2014.03.25), lithium-sulfur secondary battery including graphene composite anode containing sulfur and method for manufacturing the same

Abbas Fotouhi et al., Lithium-Sulfur Battery Technology Readiness and Applications―A Review, Energies 2017, 10, 1937.Abbas Fotouhi et al., Lithium-Sulfur Battery Technology Readiness and Applications—A Review, Energies 2017, 10, 1937.

이에 본 발명자들은 상기 문제를 해결하고자 다각적으로 연구를 수행한 결과, LiOH 함유 황-탄소 복합체를 포함하는 양극 활물질층을 적용하고, 상기 양극 활물질층의 공극률(%) 및 단위 면적당 황의 질량(㎎/㎠)을 특정하게 조절하는 경우, 전지의 초기 반응성 및 사이클 성능을 개선하고 고에너지 밀도의 리튬-황 이차전지를 구현할 수 있음을 확인하여 본 발명을 완성하였다.Accordingly, the present inventors conducted various studies to solve the above problem, and as a result, applied a positive electrode active material layer containing a LiOH-containing sulfur-carbon complex, and determined the porosity (%) and mass of sulfur per unit area (mg/ The present invention was completed by confirming that when ㎠) is specifically adjusted, the initial reactivity and cycle performance of the battery can be improved and a lithium-sulfur secondary battery with high energy density can be implemented.

또한, 상기 구성과 함께 전해액이 특정한 조건을 충족하도록 전지를 구성함으로써, 상기의 효과를 더욱 강화할 수 있음을 확인하여 본 발명을 완성하였다.In addition, the present invention was completed by confirming that the above effect can be further enhanced by configuring the battery so that the electrolyte satisfies specific conditions along with the above configuration.

따라서, 본 발명의 목적은 전지의 초기 반응성 및 사이클 성능이 우수하며, 에너지 밀도도 우수한 리튬-황 이차전지를 제공하는데 있다.Therefore, the purpose of the present invention is to provide a lithium-sulfur secondary battery with excellent initial reactivity and cycle performance and excellent energy density.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 In order to achieve the above object, the present invention

양극, 음극, 분리막 및 전해액을 포함하는 리튬-황 이차전지로서,A lithium-sulfur secondary battery comprising an anode, a cathode, a separator, and an electrolyte,

상기 양극은 LiOH 함유 황-탄소 복합체를 포함하며,The anode includes a LiOH-containing sulfur-carbon complex,

하기 수학식 1로 표시되는 SC factor 값이 0.45 이상인 리튬-황 이차전지를 제공한다:Provided is a lithium-sulfur secondary battery having an SC factor value of 0.45 or more, expressed by Equation 1 below:

[수학식 1][Equation 1]

(상기 수학식 1에 있어서,(In Equation 1 above,

P는 양극 내 양극 활물질층의 공극률(%)이고, P is the porosity (%) of the positive electrode active material layer in the positive electrode,

L은 양극 내 양극 활물질층의 단위 면적당 황의 질량(㎎/㎠)이며,L is the mass of sulfur (mg/cm2) per unit area of the positive electrode active material layer in the positive electrode,

α는 10(상수)이다.).α is 10 (constant).).

본 발명의 일 실시형태에서,In one embodiment of the present invention,

상기 전해액은 용매 및 리튬염을 포함하며,The electrolyte solution includes a solvent and a lithium salt,

상기 용매는 하기 수학식 2로 표시되는 DV2 factor 값이 1.75 이하인 제1용매 및 불소화된 에테르계 용매인 제2용매를 포함하는 특징을 가질 수 있다:The solvent may have the characteristic of comprising a first solvent having a DV 2 factor value of 1.75 or less as expressed by Equation 2 below, and a second solvent being a fluorinated ether-based solvent:

[수학식 2][Equation 2]

(상기 수학식 2에 있어서,(In Equation 2 above,

DV는 단위 부피당 쌍극자 모멘트(D㏖/L)이고,DV is the dipole moment per unit volume (Dmol/L),

μ는 용매의 점도(cP)이며,μ is the viscosity of the solvent (cP),

γ는 100(상수)이다.).γ is 100 (constant)).

본 발명의 일 실시형태에서 상기 리튬-황 이차전지는 하기 수학식 3으로 표시되는 NS factor 값이 3.5 이하인 특징을 가질 수 있다:In one embodiment of the present invention, the lithium-sulfur secondary battery may have a NS factor value of 3.5 or less, expressed by Equation 3 below:

[수학식 3][Equation 3]

(상기 수학식 3에 있어서,(In Equation 3 above,

SC factor는 상기 수학식 1에 의해 정의된 값과 동일하고,SC factor is equal to the value defined by Equation 1 above,

DV2 factor는 상기 수학식 2에 의해 정의된 값과 동일하다.).DV 2 factor is the same as the value defined by Equation 2 above.).

본 발명의 일 실시형태에서 상기 리튬-황 이차전지는 하기 수학식 4로 표시되는 ED factor 값이 850 이상인 특징을 가질 수 있다:In one embodiment of the present invention, the lithium-sulfur secondary battery may have an ED factor value of 850 or more, expressed by Equation 4 below:

[수학식 4][Equation 4]

(상기 수학식 4에 있어서,(In Equation 4 above,

V는 Li/Li+에 대한 방전 공칭 전압(V)이고,V is the nominal discharge voltage (V) for Li/Li + ,

SC factor는 상기 수학식 1에 의해 정의된 값과 동일하며,SC factor is the same as the value defined by Equation 1 above,

C는 0.1C rate로 방전 시 방전 용량(mAh/g)이고,C is the discharge capacity (mAh/g) when discharging at a rate of 0.1C,

D는 전해액의 밀도(g/㎤)이다.).D is the density of the electrolyte (g/cm3).

본 발명에 따른 리튬-황 이차전지는 LiOH 함유 황-탄소 복합체를 포함하는 양극 활물질층을 적용하고, 상기 양극 활물질층의 공극률(%) 및 단위 면적당 황의 질량(㎎/㎠)을 특정하게 조절함으로써, 전지의 초기 반응성 및 사이클 성능을 개선시키며, 고에너지 밀도의 리튬-황 이차전지를 구현할 수 있는 효과를 제공한다.The lithium-sulfur secondary battery according to the present invention applies a positive electrode active material layer containing a LiOH-containing sulfur-carbon composite, and specifically adjusts the porosity (%) and the mass of sulfur per unit area (mg/cm2) of the positive electrode active material layer. , improves the initial reactivity and cycle performance of the battery, and provides the effect of realizing a lithium-sulfur secondary battery with high energy density.

또한, 상기 구성과 함께 전해액이 특정한 조건을 충족하도록 전지를 구성함으로써 상기 효과를 더욱 강화하는 효과를 제공한다.In addition, by configuring the battery so that the electrolyte satisfies specific conditions along with the above configuration, the effect is further enhanced.

도 1은 종래의 황-탄소 복합체(a)(비교 제조예 1)와 본 발명의 LiOH 함유 황-탄소 복합체(b)(실시예 2)를 촬영한 SEM 이미지이다.
도 2는 본 발명의 실험예 2에서 실시된 리튬-황 이차전지의 수명특성을 나타낸 그래프이다.
Figure 1 is an SEM image of a conventional sulfur-carbon composite (a) (Comparative Preparation Example 1) and a LiOH-containing sulfur-carbon composite (b) of the present invention (Example 2).
Figure 2 is a graph showing the lifespan characteristics of the lithium-sulfur secondary battery conducted in Experimental Example 2 of the present invention.

이하, 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail.

본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 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.

본 발명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 발명에서, '포함하다' 또는 '가지다'등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terms used in the present invention are only used to describe specific embodiments and are not intended to limit the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In the present invention, terms such as 'include' or 'have' are intended to designate the presence of features, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof described in the specification, but are not intended to indicate the presence of one or more other features. It should be understood that this does not exclude in advance the possibility of the existence or addition of elements, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.

본 명세서에서 사용되고 있는 용어 “복합체(composite)”란 두 가지 이상의 재료가 조합되어 물리적·화학적으로 서로 다른 상(phase)을 형성하면서 보다 유효한 기능을 발현하는 물질을 의미한다.As used herein, the term “composite” refers to a material that combines two or more materials to form physically and chemically different phases while exhibiting more effective functions.

본 명세서에서 사용되고 있는 용어 “폴리설파이드”는 “폴리설파이드 이온(Sx 2-, x = 8, 6, 4, 2))” 및 “리튬 폴리설파이드(Li2Sx 또는 LiSx -, x = 8, 6, 4, 2)”를 모두 포함하는 개념이다.The term “polysulfide” used in this specification means “polysulfide ion (S x 2- , x = 8, 6, 4, 2)” and “lithium polysulfide (Li 2 S x or LiS It is a concept that includes “8, 6, 4, 2)”.

리튬-황 이차전지는 여러 이차전지 중에서 높은 방전용량 및 에너지 밀도를 가지며, 양극 활물질로 사용되는 황은 매장량이 풍부하여 가격이 저렴하므로 전지의 제조단가를 낮출 수 있고, 환경친화적이라는 이점으로 인해 차세대 이차전지로 주목받고 있다. Lithium-sulfur secondary batteries have the highest discharge capacity and energy density among many secondary batteries. Sulfur, which is used as a positive electrode active material, has abundant reserves and is inexpensive, so it can lower the manufacturing cost of the battery, and has the advantage of being environmentally friendly, making it the next-generation secondary battery. It is attracting attention as a battery.

그러나, 기존 리튬-황 이차전지 시스템의 경우 리튬 폴리설파이드 용출을 억제하지 못해 황의 손실이 발생하며, 이로 인해 전기화학 반응에 참여하는 황의 양이 급격히 감소하여 실제 구동에 있어서는 이론 방전용량 및 이론 에너지 밀도 전부를 구현하지 못하고 있다. However, in the case of the existing lithium-sulfur secondary battery system, loss of sulfur occurs due to failure to suppress lithium polysulfide elution, and as a result, the amount of sulfur participating in the electrochemical reaction is drastically reduced, so that in actual operation, theoretical discharge capacity and theoretical energy density are reduced. Not everything can be implemented.

본 발명자들은 상기의 문제를 해결하기 위하여 예의 노력한 바, 양극, 음극, 분리막 및 전해액을 포함하는 리튬-황 이차전지에 있어서, 양극 활물질로서 LiOH 함유 황-탄소 복합체를 사용함으로써 탄소재 입자의 표면에 황이 고르게 담지되게 하고 양극 활물질층의 공극률(%) 및 단위 면적당 황의 질량(㎎/㎠)을 특정하게 조절하는 경우, 전지의 초기 반응성 및 사이클 성능을 개선할 수 있으며, 고에너지 밀도의 리튬-황 이차전지도 구현할 수 있음을 확인하여 본 발명을 완성하였다.The present inventors have made diligent efforts to solve the above problem, and in a lithium-sulfur secondary battery including a positive electrode, a negative electrode, a separator, and an electrolyte, by using a LiOH-containing sulfur-carbon composite as a positive electrode active material, the surface of the carbon material particles If sulfur is evenly supported and the porosity (%) of the positive electrode active material layer and the mass of sulfur per unit area (mg/cm2) are specifically adjusted, the initial reactivity and cycle performance of the battery can be improved, and the high energy density lithium-sulfur The present invention was completed by confirming that secondary batteries can also be implemented.

또한, 상기 구성과 함께 전해액이 특정한 조건을 충족하도록 조절함으로써, 상기와 같은 효과를 더욱 강화할 수 있음을 확인하였다.In addition, it was confirmed that the above effects can be further strengthened by adjusting the electrolyte solution to meet specific conditions with the above configuration.

본 발명은This invention

양극, 음극, 분리막 및 전해액을 포함하는 리튬-황 이차전지로서,A lithium-sulfur secondary battery comprising an anode, a cathode, a separator, and an electrolyte,

상기 양극은 LiOH 함유 황-탄소 복합체를 포함하며,The anode includes a LiOH-containing sulfur-carbon complex,

하기 수학식 1로 표시되는 SC factor 값이 0.45 이상인 리튬-황 이차전지에 관한 것이다:It relates to a lithium-sulfur secondary battery with a SC factor value of 0.45 or more, expressed by Equation 1 below:

[수학식 1][Equation 1]

(상기 수학식 1에 있어서,(In Equation 1 above,

P는 양극 내 양극 활물질층의 공극률(%)이고, P is the porosity (%) of the positive electrode active material layer in the positive electrode,

L은 양극 내 양극 활물질층의 단위 면적당 황의 질량(㎎/㎠)이며,L is the mass of sulfur (mg/cm2) per unit area of the positive electrode active material layer in the positive electrode,

α는 10(상수)이다.).α is 10 (constant).).

상기 LiOH 함유 황-탄소 복합체는 복합체 총 중량부를 기준으로 0 초과 ~ 15 중량%의 LiOH를 포함하는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 0.12~10 중량%, 더 더욱 바람직하게는 0.15~5 중량%로 포함될 수 있다. The LiOH-containing sulfur-carbon composite preferably contains more than 0 to 15% by weight of LiOH, more preferably 0.12 to 10% by weight, and even more preferably 0.15 to 5% by weight, based on the total weight of the composite. may be included.

상기에서 LiOH가 15 중량부를 초과하는 경우에는 더 이상 효과는 증가하지 않는 반면, 활물질 함량을 감소시키는 결과를 초래하므로 바람직하지 않다. In the case where LiOH exceeds 15 parts by weight, the effect is no longer increased, but it results in a decrease in the active material content, which is not preferable.

상기 LiOH 함유 황-탄소 복합체에 있어서, LiOH는 탄소재에 함침되거나 코팅된 것일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, LiOH가 탄소재 및 황 또는 황화합물과 혼합된 형태로 포함될 수도 있다. In the LiOH-containing sulfur-carbon composite, LiOH may be impregnated or coated on the carbon material, but is not limited thereto, and LiOH may be included in a mixed form with the carbon material and sulfur or a sulfur compound.

상기에서 탄소재는 흑연, 탄소나노튜브, 그래핀, 흑연, 비정질탄소, 카본블랙, 및 활성탄 등으로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있으나, 이들로 한정되는 것은 아니다.In the above, the carbon material may be one or more selected from the group consisting of graphite, carbon nanotubes, graphene, graphite, amorphous carbon, carbon black, and activated carbon, but is not limited to these.

상기 탄소재 특별히 한정되지 않으나, 미세기공(micropore)을 갖는 미세다공성 탄소재(microporous carbon materials)가 바람직하게 사용될 수 있다. 미세다공성 탄소재는 황이 균일하고 안정적으로 고정될 수 있는 골격을 제공하고, 황의 전기화학 반응이 원활하게 진행될 수 있도록 한다.The carbon material is not particularly limited, but microporous carbon materials having micropores may be preferably used. Microporous carbon materials provide a framework in which sulfur can be fixed uniformly and stably, and allow the electrochemical reaction of sulfur to proceed smoothly.

이하에서 상기 미세다공성 탄소재에 대하여 예를 들어 설명하나, 본 발명이 하기 내용에 의해 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the microporous carbon material will be described as an example, but the present invention is not limited to the following content.

상기 미세다공성 탄소재는 일반적으로 다양한 탄소 재질의 전구체를 탄화시킴으로써 제조될 수 있다. 상기 미세다공성 탄소재는 표면 및 내부에 다수의 기공을 포함하는데 평균 직경이 1 내지 10 ㎚인 미세기공(micropore)을 포함하며, 공극률(또는 기공도)는 10 내지 90 % 범위일 수 있다.The microporous carbon material can generally be manufactured by carbonizing precursors of various carbon materials. The microporous carbon material includes a plurality of pores on the surface and inside, including micropores with an average diameter of 1 to 10 nm, and the porosity (or porosity) may be in the range of 10 to 90%.

상기 미세기공의 평균 직경이 상기 범위 미만인 경우 기공의 크기가 분자 수준에 불과하여 황의 함침이 불가능하며, 이와 반대로 상기 범위를 초과하는 경우 탄소재가 높은 비표면적을 가지기 힘들다.If the average diameter of the micropores is less than the above range, the pore size is only at the molecular level, making sulfur impregnation impossible. Conversely, if it exceeds the above range, it is difficult for the carbon material to have a high specific surface area.

상기 미세다공성 탄소재는 비표면적이 200 내지 4500 ㎡/g, 바람직하기로 250 내지 4000 ㎡/g일 수 있다. 이때 상기 비표면적은 통상의 BET법을 통해 측정할 수 있다. 상기 미세다공성 탄소재의 비표면적이 상기 범위 미만인 경우 황과의 접촉 면적 저하로 인한 반응성 저하의 문제가 있으며, 이와 반대로 상기 범위를 초과하는 경우 과도한 비표면적으로 인한 부반응 증가의 문제 및 양극 슬러리 제조시에 필요한 바인더 첨가량이 늘어나는 문제가 있을 수 있다.The microporous carbon material may have a specific surface area of 200 to 4500 m2/g, preferably 250 to 4000 m2/g. At this time, the specific surface area can be measured using the usual BET method. If the specific surface area of the microporous carbon material is less than the above range, there is a problem of reduced reactivity due to a decrease in the contact area with sulfur. Conversely, if the specific surface area of the microporous carbon material exceeds the above range, there is a problem of increased side reactions due to excessive specific surface area and when producing anode slurry. There may be a problem of increasing the amount of binder required.

상기 미세다공성 탄소재는 기공 부피가 0.8 내지 5 ㎤/g, 바람직하기로 1 내지 4.5 ㎤/g일 수 있다. 이때 상기 기공 부피는 통상의 BET법을 통해 측정할 수 있다. 상기 미세다공성 탄소재의 기공 부피가 상기 범위 미만인 경우 기공 구조 내로 황 함침이 잘 이루어지지 않으며, 이와 반대로 상기 범위를 초과하는 경우 전극의 기공도가 증가하여 기공을 채우기 위한 전해액의 양이 증가하여 고에너지 밀도 달성이 어려울 수 있는 문제가 있을 수 있다.The microporous carbon material may have a pore volume of 0.8 to 5 cm3/g, preferably 1 to 4.5 cm3/g. At this time, the pore volume can be measured using the conventional BET method. If the pore volume of the microporous carbon material is less than the above range, sulfur impregnation into the pore structure does not occur well, and on the contrary, if it exceeds the above range, the porosity of the electrode increases and the amount of electrolyte to fill the pores increases, resulting in high There may be issues where energy density may be difficult to achieve.

상기 미세다공성 탄소재의 형태는 구형, 봉형, 침상형, 판상형, 섬유형, 튜브형 또는 벌크형으로, 리튬-황 이차전지에 통상적으로 사용되는 것이라며 제한없이 사용될 수 있다.The microporous carbon material may be spherical, rod-shaped, needle-shaped, plate-shaped, fiber-shaped, tube-shaped or bulk-shaped, and can be used without limitation as it is commonly used in lithium-sulfur secondary batteries.

본 발명의 LiOH 함유 황-탄소 복합체에서 상기 탄소재는 상기 LiOH 함유 황-탄소 복합체 총 중량을 기준으로 10 내지 50 중량%, 바람직하기로 20 내지 40 중량%로 포함될 수 있다.In the LiOH-containing sulfur-carbon composite of the present invention, the carbon material may be included in an amount of 10 to 50% by weight, preferably 20 to 40% by weight, based on the total weight of the LiOH-containing sulfur-carbon composite.

상기 황은 무기 황, Li2Sn(n=1), 디설파이드 화합물, 유기황 화합물 및 탄소-황 폴리머로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상이 사용될 수 있다. The sulfur may be one or more selected from the group consisting of inorganic sulfur, Li 2 S n (n=1), disulfide compounds, organic sulfur compounds, and carbon-sulfur polymers.

상기 황은 LiOH 함유 황-탄소 복합체 총 중량을 기준으로 10 내지 90 중량%로 포함될 수 있으며, 더욱 바람직하게는 15 내지 60 중량%로 포함될 수 있다. 상기 황이 10 중량% 미만으로 포함되는 경우, 상기 양극 활물질층의 단위 면적당 황의 질량(㎎/㎠)(L)이 부족하여 SC factor를 충족시키기 어려우며, 90 중량%를 초과하는 경우에는 황이 탄소재의 기공 및 표면에 균일하지 않게 함침되어 황이 따로 뭉치게 되면서 황-탄소 복합체의 전도도가 크게 감소하는 문제가 발생할 수 있어서 바람직하지 않다.The sulfur may be included in an amount of 10 to 90 wt%, more preferably 15 to 60 wt%, based on the total weight of the LiOH-containing sulfur-carbon complex. If the sulfur is contained in less than 10% by weight, it is difficult to meet the SC factor due to insufficient mass (mg/cm2) ( L ) of sulfur per unit area of the positive electrode active material layer, and if it exceeds 90% by weight, sulfur is a component of the carbon material. This is undesirable because the pores and surfaces are unevenly impregnated, causing sulfur to clump together, causing a significant decrease in the conductivity of the sulfur-carbon composite.

또한, 상기 LiOH 함유 황-탄소 복합체에서 탄소재와 황의 중량비는 1:1 내지 1:9, 바람직하게는 1:1.5 내지 1:4일 수 있다. 만약 상기 중량비 범위 미만인 경우 다공성 탄소재의 함량이 증가함에 따라 양극 슬러리 제조시에 필요한 바인더 첨가량이 늘어난다. 이러한 바인더 첨가량의 증가는 결국 전극의 면저항을 증가시키기게 되고 전자 이동(electron pass)을 막는 절연체 역할을 하게 되어 셀 성능을 저하시킬 수 있다. 반대로 상기 중량비 범위를 초과하는 경우 황이 그들끼리 뭉치게 되고, 전자를 받기 어려워서 전극 반응에 직접적으로 참여하기 어렵게 될 수 있다.Additionally, the weight ratio of carbon material and sulfur in the LiOH-containing sulfur-carbon composite may be 1:1 to 1:9, preferably 1:1.5 to 1:4. If the weight ratio is less than the above range, as the content of the porous carbon material increases, the amount of binder added when producing the positive electrode slurry increases. This increase in the amount of binder added ultimately increases the sheet resistance of the electrode and acts as an insulator to prevent electrons from passing, which can reduce cell performance. Conversely, if the weight ratio exceeds the above range, the sulfur may clump together and have difficulty receiving electrons, making it difficult to directly participate in the electrode reaction.

본 발명에서 상기 LiOH 함유 황-탄소 복합체는 비표면적이 3 내지 20 ㎡/g인 것이 바람직하며, 5.5 내지 15 ㎡/g인 것이 더욱 바람직하게 사용될 수 있다. 상기 LiOH 함유 황-탄소 복합체의 비표면적이 3 ㎡/g 미만일 경우에는 황이 탄소재 표면에 고르게 함침되지 않아 셀성능의 저하가 일어난다는 점에서 바람직하지 않으며, 20 ㎡/g를 초과하는 경우에는 전극 제조시 바인더의 첨가량이 늘어나게 된다는 점에서 바람직하지 않다.In the present invention, the LiOH-containing sulfur-carbon composite preferably has a specific surface area of 3 to 20 m2/g, and more preferably 5.5 to 15 m2/g. If the specific surface area of the LiOH-containing sulfur-carbon composite is less than 3 m2/g, it is undesirable in that sulfur is not evenly impregnated on the surface of the carbon material, resulting in a decrease in cell performance, and if it exceeds 20 m2/g, the electrode This is undesirable because it increases the amount of binder added during manufacturing.

본 발명에서 상기 LiOH 함유 황-탄소 복합체는 기공 부피가 0.075 내지 1.000 ㎤/g인 것이 바람직하며, 0.080 내지 1.000 ㎤/g인 것이 더욱 바람직하다. 상기 LiOH 함유 황-탄소 복합체의 기공 부피가 0.075 ㎤/g 미만일 경우에는 황-탄소 복합체에 황이 함침되지 않고 표면에 따로 존재하거나 뭉침현상이 생긴다는 점에서 바람직하지 않으며, 1.000 ㎤/g를 초과하는 경우에는 황이 함침될 공간이 많음에도 불구하고 황-복합체의 기공을 활용하지 않아 고에너지 밀도의 전극 제조가 힘들다는 점에서 바람직하지 않다.In the present invention, the LiOH-containing sulfur-carbon composite preferably has a pore volume of 0.075 to 1.000 cm3/g, and more preferably 0.080 to 1.000 cm3/g. If the pore volume of the LiOH-containing sulfur-carbon composite is less than 0.075 cm3/g, it is undesirable in that sulfur is not impregnated into the sulfur-carbon composite and exists separately on the surface or agglomeration occurs, and if it exceeds 1.000 cm3/g In this case, although there is a lot of space to be impregnated with sulfur, it is undesirable in that it is difficult to manufacture a high energy density electrode because the pores of the sulfur-complex are not utilized.

본 발명에서 LiOH 함유 황-탄소 복합체는 In the present invention, the LiOH-containing sulfur-carbon complex is

(a) LiOH 용액을 탄소재에 함침 또는 코팅시킨 후, 건조시키는 단계; 및(a) impregnating or coating a carbon material with a LiOH solution and then drying it; and

(b) 상기 (a)단계에서 건조된 LiOH가 함침 또는 코팅된 탄소재를 황과 혼합하는 단계;를 포함하여 제조될 수 있다. (b) mixing the LiOH-impregnated or coated carbon material dried in step (a) with sulfur.

상기 방법에 의하면, 열처리 및 복잡한 화학공정을 거치지 않고 LiOH 수용액을 이용하여 탄소의 표면처리를 통해 복합체의 황담지를 균일하게 하여 리튬 황전지의 성능을 개선하는 것이 가능하다.According to the above method, it is possible to improve the performance of a lithium sulfur battery by uniformly treating the sulfur content of the composite through surface treatment of carbon using an aqueous LiOH solution without undergoing heat treatment or complex chemical processes.

또한, 본 발명에서 LiOH 함유 황-탄소 복합체를 포함하는 양극은 In addition, in the present invention, the positive electrode containing LiOH-containing sulfur-carbon complex is

(1) LiOH 함유 황-탄소 복합체: 도전제; 및 바인더;를 포함하는 슬러리 조성물을 제조하는 단계; 및(1) LiOH-containing sulfur-carbon complex: conducting agent; and a binder; preparing a slurry composition comprising; and

(2) 상기 제조된 슬러리를 양극 집전체 상에 도포하여 양극 활물질층을 형성하는 단계;를 포함하여 제조할 수 있다.(2) applying the prepared slurry on a positive electrode current collector to form a positive electrode active material layer.

상기 (a)단계에서 함침 및 코팅 방법; 상기 (1)단계에서 슬러리 조성물의 성분 및 조성비; 및 상기 (c)단계에서 집전체, 슬러리의 도포방법 등에 관해서는 이 분야에서 공지된 방법이 그대로 적용될 수 있다. Impregnation and coating method in step (a); Components and composition ratio of the slurry composition in step (1); And regarding the method of applying the current collector and slurry in step (c), methods known in the field can be applied as is.

상기 (a)단계에서 LiOH 용액에서 용매로는 물 또는 유기용매 또는 이들의 혼합물이 사용될 수 있으나, 상기 용매로는 물을 사용하는 것이 LiOH를 녹여서 함침을 용이하게 진행할 수 있다는 점에서 더욱 바람직할 수 있다. In step (a), water, an organic solvent, or a mixture thereof may be used as a solvent in the LiOH solution. However, it is more preferable to use water as the solvent because it can dissolve LiOH and facilitate impregnation. there is.

상기 유기용매는 LiOH를 녹일 수 있고 탄소의 분해 없이 기화가 가능한 용매라면 그 종류가 특별히 한정되지 않는다. The type of organic solvent is not particularly limited as long as it can dissolve LiOH and vaporize without decomposing carbon.

상기 양극 집전체는 양극 활물질을 지지하며, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 높은 도전성을 가지는 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 구리, 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티타늄, 팔라듐, 소성 탄소, 구리나 스테인리스 스틸 표면에 카본, 니켈, 은 등으로 표면 처리한 것, 알루미늄-카드뮴 합금 등이 사용될 수 있다.The positive electrode current collector supports the positive electrode active material and is not particularly limited as long as it has high conductivity without causing chemical changes in the battery. For example, copper, stainless steel, aluminum, nickel, titanium, palladium, calcined carbon, surface treatment of copper or stainless steel with carbon, nickel, silver, etc., aluminum-cadmium alloy, etc. can be used.

상기 양극 집전체는 그것의 표면에 미세한 요철을 형성하여 양극 활물질과의 결합력을 강화시킬 수 있으며, 필름, 시트, 호일, 메쉬, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태를 사용할 수 있다.The positive electrode current collector can strengthen the bonding force with the positive electrode active material by forming fine irregularities on its surface, and can be used in various forms such as film, sheet, foil, mesh, net, porous material, foam, and non-woven fabric.

상기 양극 집전체의 두께는 특별히 제한하는 것은 아니나, 예를 들어 3 내지 500 ㎛일 수 있다.The thickness of the positive electrode current collector is not particularly limited, but may be, for example, 3 to 500 ㎛.

상기 양극 활물질층은 양극 활물질과 선택적으로 도전재 및 바인더를 포함할 수 있다.The positive electrode active material layer may include a positive electrode active material and optionally a conductive material and a binder.

본 발명에 따른 LiOH 함유 황-탄소 복합체의 평균 직경은 본 발명에서 특별히 한정하지 않으며 다양할 수 있으나, 바람직하기로 0.1 내지 100 ㎛, 바람직하기로 1 내지 50 ㎛일 수 있다. 상기 범위를 만족할 때 고로딩 전극을 제조할 수 있는 장점이 있다.The average diameter of the LiOH-containing sulfur-carbon composite according to the present invention is not particularly limited in the present invention and may vary, but may preferably be 0.1 to 100 ㎛, preferably 1 to 50 ㎛. There is an advantage in that a high loading electrode can be manufactured when the above range is satisfied.

상기 양극 활물질은 전술한 조성 이외에 전이금속 원소, ⅢA족 원소, ⅣA족 원소, 이들 원소들의 황 화합물, 및 이들 원소들과 황의 합금 중에서 선택되는 하나 이상의 첨가제를 더 포함할 수 있다.In addition to the composition described above, the positive electrode active material may further include one or more additives selected from transition metal elements, Group IIIA elements, Group IVA elements, sulfur compounds of these elements, and alloys of these elements and sulfur.

상기 전이금속 원소로는 Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Y, Zr, Nb, Mo, Tc, Ru, Rh, Pd, Os, Ir, Pt, Au 또는 Hg 등이 포함되고, 상기 ⅢA족 원소로는 Al, Ga, In, Ti 등이 포함되며, 상기 ⅣA족 원소로는 Ge, Sn, Pb 등이 포함될 수 있다.The transition metal elements include Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Y, Zr, Nb, Mo, Tc, Ru, Rh, Pd, Os, Ir, Pt, Au or Hg, etc. are included, the group IIIA elements include Al, Ga, In, Ti, etc., and the group IVA elements may include Ge, Sn, Pb, etc.

상기 도전재는 전해질과 양극 활물질을 전기적으로 연결시켜 주어 집전체(current collector)로부터 전자가 양극 활물질까지 이동하는 경로의 역할을 하는 물질로서, 도전성을 갖는 것이라면 제한없이 사용할 수 있다.The conductive material is a material that electrically connects the electrolyte and the positive electrode active material and serves as a path for electrons to move from the current collector to the positive electrode active material. It can be used without limitation as long as it has conductivity.

예를 들어 상기 도전재로는 슈퍼 P(Super-P), 덴카 블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 서머 블랙, 카본 블랙 등의 카본 블랙; 탄소 나노튜브나 플러렌 등의 탄소 유도체; 탄소 섬유나 금속 섬유 등의 도전성 섬유; 불화 카본, 알루미늄, 니켈 분말 등의 금속 분말; 또는 폴리아닐린, 폴리티오펜, 폴리아세틸렌, 폴리피롤 등의 전도성 고분자를 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있다.For example, the conductive material includes carbon black such as Super-P, Denka black, acetylene black, Ketjen black, channel black, furnace black, lamp black, summer black, and carbon black; Carbon derivatives such as carbon nanotubes and fullerenes; Conductive fibers such as carbon fiber and metal fiber; Metal powders such as carbon fluoride, aluminum, and nickel powder; Alternatively, conductive polymers such as polyaniline, polythiophene, polyacetylene, and polypyrrole can be used alone or in combination.

상기 도전재의 함량은 상기 양극 활물질을 포함하는 혼합물 전체 중량을 기준으로 0.01 내지 30 중량%로 첨가될 수 있다.The content of the conductive material may be 0.01 to 30% by weight based on the total weight of the mixture containing the positive electrode active material.

상기 바인더는 양극 활물질을 양극 집전체에 유지시키고, 양극 활물질 사이를 유기적으로 연결시켜 이들 간의 결착력을 보다 높이는 것으로, 당해 업계에서 공지된 모든 바인더를 사용할 수 있다.The binder maintains the positive electrode active material in the positive electrode current collector and organically connects the positive active materials to increase the binding force between them. All binders known in the art can be used.

예를 들어 상기 바인더는 폴리비닐리덴 플루오라이드(polyvinylidene fluoride, PVdF) 또는 폴리테트라플루오로에틸렌(polytetrafluoroethylene, PTFE)을 포함하는 불소 수지계 바인더; 스티렌-부타디엔 고무(styrene butadiene rubber, SBR), 아크릴로니트릴-부티디엔 고무, 스티렌-이소프렌 고무를 포함하는 고무계 바인더; 카르복시메틸셀룰로우즈(carboxyl methyl cellulose, CMC), 전분, 히드록시 프로필셀룰로우즈, 재생 셀룰로오스를 포함하는 셀룰로오스계 바인더; 폴 리 알코올계 바인더; 폴리에틸렌, 폴리프로필렌를 포함하는 폴리 올레핀계 바인더; 폴리 이미드계 바인더; 폴리 에스테르계 바인더; 및 실란계 바인더;로 이루어진 군으로부터 선택된 1종, 2종 이상의 혼합물 또는 공중합체를 사용할 수 있다.For example, the binder may be a fluororesin binder containing polyvinylidene fluoride (PVdF) or polytetrafluoroethylene (PTFE); Rubber-based binders including styrene butadiene rubber (SBR), acrylonitrile-butadiene rubber, and styrene-isoprene rubber; Cellulose-based binders including carboxymethyl cellulose (CMC), starch, hydroxypropylcellulose, and regenerated cellulose; polyalcohol-based binder; Polyolefin-based binders including polyethylene and polypropylene; polyimide-based binder; polyester-based binder; and a silane-based binder; one, two or more types of mixtures or copolymers selected from the group consisting of may be used.

상기 바인더의 함량은 상기 양극 활물질을 포함하는 혼합물 전체 중량을 기준으로 0.5 내지 30 중량%로 첨가될 수 있다. 바인더의 함량이 0.5 중량% 미만이면, 양극의 물리적 성질이 저하되어 양극 내 활물질과 도전재가 탈락할 수 있고, 30 중량%를 초과하면 양극에서 활물질과 도전재의 비율이 상대적으로 감소되어 전지 용량이 감소할 수 있다.The binder may be added in an amount of 0.5 to 30% by weight based on the total weight of the mixture containing the positive electrode active material. If the binder content is less than 0.5% by weight, the physical properties of the positive electrode may deteriorate, causing the active material and conductive material in the positive electrode to fall off. If the binder content exceeds 30% by weight, the ratio of the active material and conductive material in the positive electrode is relatively reduced, reducing battery capacity. can do.

상기 양극은 상기에 기술한 방법으로 제조할 수 있으며, 이 분야에 알려져 있는 통상적인 방법으로 제조할 수도 있다. 더 구체적으로 예를 들면, 양극 활물질에 용매, 필요에 따라 바인더, 도전재, 충진제와 같은 첨가제를 혼합 및 교반하여 슬러리를 제조한 후 이를 금속 재료의 집전체에 도포(코팅)하고 압축한 뒤 건조하여 양극을 제조할 수 있다.The anode can be manufactured by the method described above, and can also be manufactured by a conventional method known in the art. More specifically, for example, a slurry is prepared by mixing and stirring the positive electrode active material with a solvent and, if necessary, additives such as binders, conductive materials, and fillers, and then applying (coating) to a current collector of a metal material, compressing, and drying. Thus, the anode can be manufactured.

구체적으로, 먼저, 슬러리를 제조하기 위한 용매에 상기 바인더를 용해시킨 다음, 도전재를 분산시킨다. 슬러리를 제조하기 위한 용매로는 양극 활물질, 바인더 및 도전재를 균일하게 분산시킬 수 있으며, 쉽게 증발되는 것을 사용하는 것이 바람직하고, 대표적으로는 아세토니트릴, 메탄올, 에탄올, 테트라하이드로퓨란, 물, 이소프로필알콜 등을 사용할 수 있다. 다음으로 양극 활물질을, 또는 선택적으로 첨가제와 함께, 상기 도전재가 분산된 용매에 다시 균일하게 분산시켜 양극 슬러리를 제조한다. 슬러리에 포함되는 용매, 양극 활물질, 또는 선택적으로 첨가제의 양은 본 출원에 있어서 특별히 중요한 의미를 가지지 않으며, 단지 슬러리의 도포가 용이하도록 적절한 점도를 가지면 충분하다. 이와 같이 제조된 슬러리를 집전체에 도포하고, 진공 건조하여 양극을 형성한다. 상기 슬러리는 슬러리의 점도 및 형성하고자 하는 양극의 두께에 따라 적절한 두께로 집전체에 도포할 수 있다.Specifically, first, the binder is dissolved in a solvent for preparing a slurry, and then the conductive material is dispersed. It is preferable to use a solvent for preparing the slurry that can uniformly disperse the positive electrode active material, binder, and conductive material and that evaporates easily. Representative examples include acetonitrile, methanol, ethanol, tetrahydrofuran, water, and isopropanol. Propyl alcohol, etc. can be used. Next, a positive electrode slurry is prepared by uniformly dispersing the positive electrode active material, or optionally together with an additive, into the solvent in which the conductive material is dispersed. The amount of solvent, positive electrode active material, or optionally additives contained in the slurry is not particularly important in the present application, and it is sufficient that the slurry has an appropriate viscosity to facilitate application. The slurry prepared in this way is applied to a current collector and dried in vacuum to form a positive electrode. The slurry can be applied to the current collector at an appropriate thickness depending on the viscosity of the slurry and the thickness of the positive electrode to be formed.

상기 도포는 당업계에 통상적으로 공지된 방법에 의하여 수행할 수 있으나, 예컨대 상기 양극 활물질 슬러리를 상기 양극 집전체 일측 상면에 분배시킨 후 닥터 블레이드(doctor blade) 등을 사용하여 균일하게 분산시켜 수행할 수 있다. 이외에도, 다이 캐스팅(die casting), 콤마 코팅(comma coating), 스크린 프린팅(screen printing) 등의 방법을 통하여 수행할 수 있다.The application may be performed by a method commonly known in the art, but for example, the positive electrode active material slurry may be distributed on one upper surface of the positive electrode current collector and then uniformly dispersed using a doctor blade or the like. You can. In addition, it can be performed through methods such as die casting, comma coating, and screen printing.

상기 건조는 특별히 제한하는 것은 아니나, 50 내지 200℃의 진공오븐에서 1일 이내로 수행하는 것일 수 있다.The drying is not particularly limited, but may be performed within 1 day in a vacuum oven at 50 to 200°C.

상술한 소재 및 방법으로 제조된 본 발명의 양극은 하기 수학식 1로 표시되는 SC factor 값에 의해 구분된다.The positive electrode of the present invention manufactured using the above-described materials and methods is classified by the SC factor value expressed by Equation 1 below.

[수학식 1][Equation 1]

(상기 수학식 1에 있어서,(In Equation 1 above,

P는 양극 내 양극 활물질층의 공극률(%)이고, P is the porosity (%) of the positive electrode active material layer in the positive electrode,

L은 양극 내 양극 활물질층의 단위 면적당 황의 질량(㎎/㎠)이며,L is the mass of sulfur per unit area of the positive electrode active material layer in the positive electrode (mg/cm2),

α는 10(상수)이다.).α is 10 (constant).).

본 발명에 따른 리튬-황 이차전지는 상술한 양극뿐만 아니라 음극, 분리막 및 전해질 등의 유기적인 결합에 의해 고에너지 밀도를 구현하며, 본 발명에 따르면, 리튬-황 이차전지가 고에너지 밀도를 구현하기 위해, 상기 SC factor 값은 0.45 이상, 바람직하게는 0.5 이상일 수 있다. 본 발명에 있어서, 상기 SC factor 값의 상한은 특별하게 제한되지 않지만, 실제 리튬-황 이차전지의 구동을 고려해 볼 때, 상기 SC factor 값은 4.5 이하일 수 있다. 상기 SC factor 값이 0.45 이상인 경우, 기존의 리튬-황 이차전지는 실제 구동시 전지의 에너지 밀도 등의 성능이 저하되지만, 본 발명에 따른 리튬-황 이차전지의 경우에는 실제 구동시에도 전지의 성능이 저하되지 않고 유지된다.The lithium-sulfur secondary battery according to the present invention realizes high energy density by organic combination of not only the above-described positive electrode, but also the negative electrode, separator, and electrolyte. According to the present invention, the lithium-sulfur secondary battery realizes high energy density. To this end, the SC factor value may be 0.45 or more, preferably 0.5 or more. In the present invention, the upper limit of the SC factor value is not particularly limited, but considering the actual operation of a lithium-sulfur secondary battery, the SC factor value may be 4.5 or less. When the SC factor value is 0.45 or more, the performance of the existing lithium-sulfur secondary battery, such as energy density of the battery, deteriorates during actual operation, but in the case of the lithium-sulfur secondary battery according to the present invention, the performance of the battery is improved even during actual operation. This is maintained without deterioration.

본 발명에 따른 음극은 음극 집전체와 그의 일면 또는 양면에 형성된 음극 활물질층으로 구성될 수 있다. 또는 상기 음극은 리튬 금속판일 수 있다.The negative electrode according to the present invention may be composed of a negative electrode current collector and a negative electrode active material layer formed on one or both sides thereof. Alternatively, the negative electrode may be a lithium metal plate.

상기 음극 활물질층은 음극 활물질과 선택적으로 도전재 및 바인더를 포함할 수 있다.The negative electrode active material layer may include a negative electrode active material and optionally a conductive material and a binder.

상기 음극 활물질은 리튬 이온을 가역적으로 인터칼레이션(Intercalation) 또는 디인터칼레이션(Deintercalation)할 수 있는 물질, 리튬 이온과 반응하여 가역적으로 리튬 함유 화합물을 형성할 수 있는 물질, 리튬 금속 또는 리튬 합금을 사용할 수 있다.The negative electrode active material is a material that can reversibly intercalate or deintercalate lithium ions, a material that can reversibly form a lithium-containing compound by reacting with lithium ions, lithium metal, or a lithium alloy. can be used.

상기 리튬이온을 가역적으로 인터칼레이션 또는 디인터칼레이션할 수 있는 물질은 예를 들어, 결정질 탄소, 비정질 탄소 또는 이들의 혼합물일 수 있다.The material capable of reversibly intercalating or deintercalating lithium ions may be, for example, crystalline carbon, amorphous carbon, or a mixture thereof.

상기 리튬 이온과 반응하여 가역적으로 리튬 함유 화합물을 형성할 수 있는 물질은 예를 들어, 산화주석, 티타늄나이트레이트, 또는 실리콘일 수 있다.The material that can react with the lithium ion to reversibly form a lithium-containing compound may be, for example, tin oxide, titanium nitrate, or silicon.

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.The lithium alloy includes, for example, lithium (Li), 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 음극 활물질을 제외한 집전체, 도전재, 바인더 등의 구성 및 음극의 제조방법은 상술한 양극에서 사용된 물질 및 방법 등이 사용될 수 있다.The composition of the current collector, conductive material, binder, etc., excluding the negative electrode active material, and the manufacturing method of the negative electrode may be the materials and methods used in the positive electrode described above.

본 발명에 따른 분리막은 양극과 음극을 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.The separator according to the present invention is a physical separator that has the function of physically separating the anode and the cathode, and can be used without particular restrictions as long as it is used as a normal separator. In particular, it has low resistance to ion movement in the electrolyte solution and has an electrolyte moisturizing ability. Excellent is desirable.

또한, 상기 분리막은 양극과 음극을 서로 분리 또는 절연시키면서 양극과 음극 사이에 리튬 이온의 수송을 가능하게 한다. 이러한 분리막은 기공도 30 내지 50 %의 다공성이고, 비전도성 또는 절연성인 물질로 이루어질 수 있다.Additionally, the separator separates or insulates the positive and negative electrodes from each other and enables the transport of lithium ions between the positive and negative electrodes. This separator is porous with a porosity of 30 to 50% and may be made of a non-conductive or insulating material.

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 사용할 수 있고, 고융점의 유리 섬유 등으로 된 부직포를 사용할 수 있다. 이 중 바람직하기로 다공성 고분자 필름을 사용한다.Specifically, porous polymer films, such as ethylene homopolymer, propylene homopolymer, ethylene/butene copolymer, ethylene/hexene copolymer, and ethylene/methacrylate copolymer, can be used. and non-woven fabrics made of high melting point glass fibers, etc. can be used. Among these, a porous polymer film is preferably used.

만일 버퍼층 및 분리막으로 모두 고분자 필름을 사용하게 되면, 전해액 함침량 및 이온 전도 특성이 감소하고, 과전압 감소 및 용량 특성 개선 효과가 미미하게 된다. 반대로, 모두 부직포 소재를 사용할 경우는 기계적 강성이 확보되지 못하여 전지 단락의 문제가 발생한다. 그러나, 필름형의 분리막과 고분자 부직포 버퍼층을 함께 사용하면, 버퍼층의 채용으로 인한 전지 성능 개선 효과와 함께 기계적 강도 또한 확보할 수 있다.If a polymer film is used for both the buffer layer and the separator, the electrolyte impregnation amount and ion conduction characteristics are reduced, and the effects of reducing overvoltage and improving capacity characteristics are minimal. Conversely, when all non-woven materials are used, mechanical rigidity cannot be secured, resulting in the problem of battery short circuit. However, if a film-type separator and a polymer non-woven buffer layer are used together, mechanical strength can be secured along with improved battery performance due to the adoption of the buffer layer.

바람직하기로, 본 발명에 있어서, 에틸렌 단독중합체(폴리에틸렌) 고분자 필름을 분리막으로, 폴리이미드 부직포를 버퍼층으로 사용한다. 이때, 상기 폴리에틸렌 고분자 필름은 두께가 10 내지 25μm, 기공도가 40 내지 50%인 것이 바람직하다.Preferably, in the present invention, an ethylene homopolymer (polyethylene) polymer film is used as a separator and a polyimide nonwoven fabric is used as a buffer layer. At this time, the polyethylene polymer film preferably has a thickness of 10 to 25 μm and a porosity of 40 to 50%.

본 발명에 따른 전해액은 리튬염을 함유하는 비수계 전해액으로서 리튬염과 용매로 구성된다. 상기 전해액은 1.5 g/㎤ 미만의 밀도를 가진다. 상기 전해액이 1.5 g/㎤ 이상의 밀도를 가지는 경우, 전해액의 무게 증가로 인해 리튬-황 이차전지의 고에너지 밀도를 구현하기 어렵다.The electrolyte according to the present invention is a non-aqueous electrolyte containing lithium salt and is composed of lithium salt and a solvent. The electrolyte solution has a density of less than 1.5 g/cm3. When the electrolyte has a density of 1.5 g/cm3 or more, it is difficult to implement high energy density of a lithium-sulfur secondary battery due to an increase in the weight of the electrolyte.

상기 리튬염은 비수계 유기 용매에 쉽게 용해될 수 있는 물질로서, 예컨대, LiCl, LiBr, LiI, LiClO4, LiBF4, LiB10Cl10, LiB(Ph)4, LiC4BO8, LiPF6, LiCF3SO3, LiCF3CO2, LiAsF6, LiSbF6, LiAlCl4, LiSO3CH3, LiSO3CF3, LiSCN, LiC(CF3SO2)3, LiN(CF3SO2)2, LiN(C2F5SO2)2, LiN(SO2F)2, 클로로 보란 리튬, 저급 지방족 카르본산 리튬, 테트라 페닐 붕산 리튬 및 리튬 이미드로 이루어진 군으로부터 하나 이상일 수 있다. 본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 리튬염은 LiTFSI 등과 같은 리튬 이미드가 바람직할 수 있다.The lithium salt is a material that can be easily dissolved in non-aqueous organic solvents, such as LiCl, LiBr, LiI, LiClO 4 , LiBF 4 , LiB 1 0Cl 10 , LiB(Ph) 4 , LiC 4 BO 8 , LiPF 6 , LiCF 3 SO 3 , LiCF 3 CO 2 , LiAsF 6 , LiSbF 6 , LiAlCl 4 , LiSO 3 CH 3 , LiSO 3 CF 3 , LiSCN, LiC(CF 3 SO 2 ) 3 , LiN(CF 3 SO 2 ) 2 , LiN It may be one or more from the group consisting of (C 2 F 5 SO 2 ) 2 , LiN(SO 2 F) 2 , lithium chloroborane, lithium lower aliphatic carboxylate, lithium tetraphenyl borate, and lithium imide. In one embodiment of the present invention, the lithium salt may preferably be lithium imide such as LiTFSI.

상기 리튬염의 농도는, 전해액 혼합물의 정확한 조성, 염의 용해도, 용해된 염의 전도성, 전지의 충전 및 방전 조건, 작업 온도 및 리튬 이차전지 분야에 공지된 다른 요인과 같은 여러 요인에 따라, 0.1 내지 8.0 M, 바람직하게는 0.5 내지 5.0 M, 보다 바람직하게는 1.0 내지 3.0 M일 수 있다. 만약, 리튬염의 농도가 상기 범위 미만이면 전해액의 전도도가 낮아져서 전지 성능이 저하될 수 있고, 상기 범위 초과이면 전해액의 점도가 증가하여 리튬 이온(Li+)의 이동성이 감소될 수 있으므로 상기 범위 내에서 적정 농도를 선택하는 것이 바람직하다.The concentration of the lithium salt is 0.1 to 8.0 M, depending on several factors such as the exact composition of the electrolyte mixture, solubility of the salt, conductivity of the dissolved salt, charging and discharging conditions of the battery, operating temperature, and other factors known in the field of lithium secondary batteries. , preferably 0.5 to 5.0 M, more preferably 1.0 to 3.0 M. If the concentration of lithium salt is less than the above range, the conductivity of the electrolyte may decrease and battery performance may deteriorate, and if it exceeds the above range, the viscosity of the electrolyte may increase and the mobility of lithium ions (Li + ) may decrease, so within the above range It is desirable to select an appropriate concentration.

상기 용매는 제1용매 및 제2용매를 포함한다. 상기 제1용매는 높은 쌍극자 모멘트(dipole moment) 및 낮은 점도를 갖는 것을 특징으로 한다. 쌍극자 모멘트가 높은 용매를 사용하는 경우, 황의 고상 반응성을 개선하는 효과를 가지는데, 이러한 효과는 용매 자체가 낮은 점도를 가질 때에 우수하게 발현될 수 있다. 본 발명에서 제1용매는 하기 수학식 2로 표시되는 DV2 factor에 의해 구분된다.The solvent includes a first solvent and a second solvent. The first solvent is characterized by having a high dipole moment and low viscosity. When a solvent with a high dipole moment is used, it has the effect of improving the solid phase reactivity of sulfur, and this effect can be excellently expressed when the solvent itself has a low viscosity. In the present invention, the first solvent is classified by the DV 2 factor expressed by Equation 2 below.

[수학식 2][Equation 2]

(상기 수학식 2에 있어서,(In Equation 2 above,

DV는 단위 부피당 쌍극자 모멘트(D㏖/L)이고,DV is the dipole moment per unit volume (Dmol/L),

μ는 용매의 점도(cP)이며,μ is the viscosity of the solvent (cP),

γ는 100(상수)이다.).γ is 100 (constant)).

본 발명에 따르면, 상기 DV2 factor 값은 1.75 이하, 바람직하게는 1.5 이하일 수 있다. 본 발명에 있어서, 상기 DV2 factor 값의 하한은 특별하게 제한되지 않지만, 실제 리튬-황 이차전지의 구동을 고려해 볼 때, 상기 DV2 factor 값은 0.1 이상일 수 있다. 상기 제1용매와 같이 DV2 factor 값이 1.75 이하인 용매를 혼합하는 경우, 기공도가 낮고, 양극 활물질인 황의 로딩양이 높은 양극이 리튬-황 전지에 적용되었을 때도 전해액의 기능성이 그대로 유지될 수 있어, 전지의 성능이 저하되지 않는다.According to the present invention, the DV 2 factor value may be 1.75 or less, preferably 1.5 or less. In the present invention, the lower limit of the DV 2 factor value is not particularly limited, but considering the actual operation of a lithium-sulfur secondary battery, the DV 2 factor value may be 0.1 or more. When mixing a solvent with a DV 2 factor value of 1.75 or less like the first solvent, the functionality of the electrolyte can be maintained even when a positive electrode with low porosity and high loading of sulfur, which is the positive electrode active material, is applied to a lithium-sulfur battery. Therefore, the performance of the battery does not deteriorate.

본 발명에서 제1용매는 상술한 DV2 factor 값의 범위에 포함되면, 그 종류는 특별히 한정되지 않으나, 프로피오니트릴(Propionitrile), 디메틸아세트아미드(Dimethylacetamide), 디메틸포름아미드(Dimethylformamide), 감마-부티로락톤(Gamma-Butyrolactone), 트리에틸아민(Triethylamine) 및 1-아이오도프로판(1-iodopropane)으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다. In the present invention, the type of the first solvent is not particularly limited as long as it is within the range of the above-mentioned DV 2 factor value, but includes propionitrile, dimethylacetamide, dimethylformamide, gamma- It may include one or more selected from the group consisting of butyrolactone (Gamma-Butyrolactone), triethylamine, and 1-iodopropane.

상기 제1용매는 전해액을 구성하는 용매 전체 중량을 기준으로 1 내지 50 중량%, 바람직하게는 5 내지 40 중량%, 보다 바람직하게는 10 내지 30 중량%로 포함할 수 있다. 본 발명에 따른 용매가 상술한 중량% 범위 내에서 제1용매를 포함하는 경우, 기공도가 낮고, 양극 활물질인 황의 로딩양이 높은 양극과 함께 사용했을 때에도 전지의 성능 개선 효과를 가질 수 있다.The first solvent may be included in an amount of 1 to 50% by weight, preferably 5 to 40% by weight, and more preferably 10 to 30% by weight, based on the total weight of the solvent constituting the electrolyte solution. When the solvent according to the present invention contains the first solvent within the above-mentioned weight percent range, it can have the effect of improving battery performance even when used with a positive electrode with low porosity and a high loading amount of sulfur, which is a positive electrode active material.

본 발명의 리튬-황 이차전지는 상기 SC factor와 상기 DV2 factor를 조합한 NS factor에 의해 추가적으로 구분될 수 있다. 상기 NS factor는 하기 수학식 3으로 표시된다.The lithium-sulfur secondary battery of the present invention can be further distinguished by the NS factor, which is a combination of the SC factor and the DV 2 factor. The NS factor is expressed as Equation 3 below.

[수학식 3][Equation 3]

(상기 수학식 3에 있어서,(In Equation 3 above,

SC factor는 상기 수학식 1에 의해 정의된 값과 동일하고,SC factor is equal to the value defined by Equation 1 above,

DV2 factor는 상기 수학식 2에 의해 정의된 값과 동일하다.).DV 2 factor is the same as the value defined by Equation 2 above.).

본 발명에 있어서, 상기 NS factor 값은 3.5 이하, 바람직하게는 3.0 이하, 보다 바람직하게는 2.7 이하일 수 있다. 본 발명에 있어서, 상기 NS factor 값의 하한은 특별하게 제한되지 않지만, 실제 리튬-황 이차전지의 구동을 고려해 볼 때, 상기 NS factor 값은 0.1 이상일 수 있다. 상기 NS factor 값을 상기 범위 내로 조절하는 경우, 리튬-황 이차전지의 성능 개선 효과가 보다 우수할 수 있다.In the present invention, the NS factor value may be 3.5 or less, preferably 3.0 or less, and more preferably 2.7 or less. In the present invention, the lower limit of the NS factor value is not particularly limited, but considering the actual operation of a lithium-sulfur secondary battery, the NS factor value may be 0.1 or more. When the NS factor value is adjusted within the above range, the performance improvement effect of the lithium-sulfur secondary battery may be better.

본 발명에서 제2용매는 불소화된 에테르계 용매이다. 기존에는 전해액의 점도를 조절하기 위하여, 희석제(diluent)로 디메톡시에탄(dimethoxyethane), 디메틸카보네이트(dimethylcarbonate) 등의 용매가 사용되었는데, 이와 같은 용매를 희석제로 사용하는 경우, 본 발명과 같은 고로딩, 저기공도의 양극을 포함하는 전지를 구동할 수가 없다. 따라서, 본 발명에서 제2용매는 제1용매와 함께 본 발명에 따른 양극을 구동하기 위해 첨가된다. 상기 제2용매는 해당 기술 분야에서 일반적으로 사용되는 불소화된 에테르계 용매이면, 그 종류는 특별히 한정되지 않으나, 1H,1H,2′H,3H-데카플루오로디프로필 에테르 (1H,1H,2′H,3H-Decafluorodipropyl ether), 디플루오로메틸 2,2,2-트리플루오로에틸 에테르(Difluoromethyl 2,2,2-trifluoroethyl ether), 1,2,2,2-테트라플루오로에틸 트리플루오로메틸 에테르(1,2,2,2-Tetrafluoroethyl trifluoromethyl ether), 1,1,2,3,3,3-헥사플루오로프로필 디플루오로메틸 에테르(1,1,2,3,3,3-Hexafluoropropyl difluoromethyl ether), 펜타플루오로에틸 2,2,2-트리플루오로에틸 에테르(Pentafluoroethyl 2,2,2-trifluoroethyl ether) 및 1H,1H,2′H-퍼플루오로디프로필 에테르(1H,1H,2′H-Perfluorodipropyl ether)로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다. In the present invention, the second solvent is a fluorinated ether-based solvent. Previously, in order to control the viscosity of the electrolyte, solvents such as dimethoxyethane and dimethylcarbonate were used as diluents. When such solvents are used as diluents, high loading as in the present invention is used. , a battery containing a low-porosity anode cannot be driven. Therefore, in the present invention, the second solvent is added together with the first solvent to drive the positive electrode according to the present invention. The type of the second solvent is not particularly limited as long as it is a fluorinated ether-based solvent commonly used in the relevant technical field, but may be 1H,1H,2′H,3H-decafluorodipropyl ether (1H,1H,2′) H,3H-Decafluorodipropyl ether), Difluoromethyl 2,2,2-trifluoroethyl ether, 1,2,2,2-tetrafluoroethyl trifluoro Methyl ether (1,2,2,2-Tetrafluoroethyl trifluoromethyl ether), 1,1,2,3,3,3-hexafluoropropyl difluoromethyl ether (1,1,2,3,3,3- Hexafluoropropyl difluoromethyl ether), pentafluoroethyl 2,2,2-trifluoroethyl ether (Pentafluoroethyl 2,2,2-trifluoroethyl ether) and 1H,1H,2′H-perfluorodipropyl ether (1H,1H, 2′H-Perfluorodipropyl ether) may include one or more selected from the group consisting of

상기 제2용매는 전해액을 구성하는 용매 전체 중량을 기준으로 50 내지 99 중량%, 바람직하게는 60 내지 95 중량%, 보다 바람직하게는 70 내지 90 중량%로 포함할 수 있다. 본 발명에 따른 용매가 상술한 중량% 범위 내에서 제2용매를 포함하는 경우, 제1용매와 마찬가지로 기공도가 낮고, 양극 활물질인 황의 로딩양이 높은 양극과 함께 사용했을 때에도 전지의 성능 개선 효과를 가질 수 있다. 상기 제1용매와 제2용매를 혼합시, 전지의 성능 개선 효과를 고려하여 제2용매는 제1용매와 동일하거나 그 이상의 양이 전해액에 포함될 수 있다. 본 발명에 따르면, 상기 용매는 제1용매 및 제2용매를 1:1 내지 1:9, 바람직하게는 3:7 내지 1:9 중량비(제1용매:제2용매)로 포함할 수 있다.The second solvent may be included in an amount of 50 to 99% by weight, preferably 60 to 95% by weight, and more preferably 70 to 90% by weight, based on the total weight of the solvent constituting the electrolyte solution. When the solvent according to the present invention contains a second solvent within the above-mentioned weight % range, the effect of improving battery performance even when used with a positive electrode that has a low porosity like the first solvent and a high loading amount of sulfur, which is a positive electrode active material. You can have When mixing the first solvent and the second solvent, the second solvent may be included in the electrolyte solution in an amount equal to or greater than that of the first solvent, considering the effect of improving battery performance. According to the present invention, the solvent may include a first solvent and a second solvent in a weight ratio of 1:1 to 1:9, preferably 3:7 to 1:9 (first solvent:second solvent).

본 발명의 리튬-황 전지용 비수계 전해액은 첨가제로서 질산 또는 아질산계 화합물을 더 포함할 수 있다. 상기 질산 또는 아질산계 화합물은 리튬 전극에 안정적인 피막을 형성하고 충방전 효율을 향상시키는 효과가 있다. 이러한 질산 또는 아질산계 화합물로는 본 발명에서 특별히 한정하지는 않으나, 질산리튬(LiNO3), 질산칼륨(KNO3), 질산세슘(CsNO3), 질산바륨(Ba(NO3)2), 질산암모늄(NH4NO3), 아질산리튬(LiNO2), 아질산칼륨(KNO2), 아질산세슘(CsNO2), 아질산암모늄(NH4NO2) 등의 무기계 질산 또는 아질산 화합물; 메틸 니트레이트, 디알킬 이미다졸륨 니트레이트, 구아니딘 니트레이트, 이미다졸륨 니트레이트, 피리디늄 니트레이트, 에틸 니트라이트, 프로필 니트라이트, 부틸 니트라이트, 펜틸 니트라이트, 옥틸 니트라이트 등의 유기계 질산 또는 아질산 화합물; 니트로메탄, 니트로프로판, 니트로부탄, 니트로벤젠, 디니트로벤젠, 니트로 피리딘, 디니트로피리딘, 니트로톨루엔, 디니트로톨루엔 등의 유기 니트로 화합물 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 1종이 가능하며, 바람직하게는 질산리튬을 사용한다.The non-aqueous electrolyte solution for lithium-sulfur batteries of the present invention may further include nitric acid or nitrous acid-based compounds as additives. The nitric acid or nitrous acid-based compound has the effect of forming a stable film on the lithium electrode and improving charge/discharge efficiency. Such nitric acid or nitrite-based compounds are not particularly limited in the present invention, but include lithium nitrate (LiNO 3 ), potassium nitrate (KNO 3 ), cesium nitrate (CsNO 3 ), barium nitrate (Ba(NO 3 ) 2 ), and ammonium nitrate. Inorganic nitric acid or nitrite compounds such as (NH 4 NO 3 ), lithium nitrite (LiNO 2 ), potassium nitrite (KNO 2 ), cesium nitrite (CsNO 2 ), and ammonium nitrite (NH 4 NO 2 ); Organic nitric acids such as methyl nitrate, dialkyl imidazolium nitrate, guanidine nitrate, imidazolium nitrate, pyridinium nitrate, ethyl nitrite, propyl nitrite, butyl nitrite, pentyl nitrite, and octyl nitrite. or nitrous acid compounds; One type selected from the group consisting of organic nitro compounds such as nitromethane, nitropropane, nitrobutane, nitrobenzene, dinitrobenzene, nitropyridine, dinitropyridine, nitrotoluene, dinitrotoluene, and combinations thereof is possible, preferably uses lithium nitrate.

또한, 상기 전해액은 충방전 특성, 난연성 등의 개선을 목적으로 기타 첨가제를 더 포함할 수 있다. 상기 첨가제의 예시로는 피리딘, 트리에틸포스파이트, 트리에탄올아민, 환상 에테르, 에틸렌 디아민, n-글라임(glyme), 헥사 인산트리 아마이드, 니트로벤젠 유도체, 유황, 퀴논 이민 염료, N-치환 옥사졸리디논, N,N-치환 이미다졸리딘, 에틸렌 글리콜 디알킬 에테르, 암모늄염, 피롤, 2-메톡시에탄올, 삼염화 알루미늄, 플루오로에틸렌 카보네이트(FEC), 프로펜 설톤(PRS), 비닐렌 카보네이트(VC) 등을 들 수 있다.In addition, the electrolyte solution may further include other additives for the purpose of improving charge/discharge characteristics, flame retardancy, etc. Examples of the additives include pyridine, triethylphosphite, triethanolamine, cyclic ether, ethylene diamine, n-glyme, hexaphosphotriamide, nitrobenzene derivatives, sulfur, quinone imine dye, N-substituted oxazoli. Dinone, N,N-substituted imidazolidine, ethylene glycol dialkyl ether, ammonium salt, pyrrole, 2-methoxyethanol, aluminum trichloride, fluoroethylene carbonate (FEC), propene sultone (PRS), vinylene carbonate ( VC), etc.

본 발명에 따른 리튬-황 이차전지는 하기 수학식 4로 표시되는 ED factor 값에 의해 구분된다.The lithium-sulfur secondary battery according to the present invention is classified by the ED factor value expressed by Equation 4 below.

[수학식 4][Equation 4]

(상기 수학식 4에 있어서,(In Equation 4 above,

V는 Li/Li+에 대한 방전 공칭 전압(V)이고,V is the nominal discharge voltage (V) for Li/Li + ,

SC factor는 상기 수학식 1에 의해 정의된 값과 동일하며,SC factor is the same as the value defined by Equation 1 above,

C는 0.1C rate로 방전 시 방전 용량(mAh/g)이고,C is the discharge capacity (mAh/g) when discharging at a rate of 0.1C,

D는 전해액의 밀도(g/㎤)이다.).D is the density of the electrolyte (g/cm3).

상기 ED factor는 그 값이 높을수록 실제 리튬-황 이차전지에서 높은 에너지 밀도를 구현할 수 있다. 본 발명에 따르면, 상기 ED factor 값은 850 이상, 바람직하게는 870 이상, 더욱 바람직하게는 891 이상 일 수 있다. 본 발명에 있어서, 상기 ED factor 값의 상한은 특별하게 제한되지 않지만, 실제 리튬-황 이차전지의 구동을 고려해 볼 때, 상기 ED factor 값은 10,000 이하일 수 있다. 상기 ED factor 값의 범위는 본 발명에 따른 리튬-황 이차전지가 기존의 리튬-황 이차전지보다 더 향상된 에너지 밀도를 구현할 수 있음을 의미한다.The higher the value of the ED factor, the higher energy density can be realized in an actual lithium-sulfur secondary battery. According to the present invention, the ED factor value may be 850 or more, preferably 870 or more, and more preferably 891 or more. In the present invention, the upper limit of the ED factor value is not particularly limited, but considering the actual operation of a lithium-sulfur secondary battery, the ED factor value may be 10,000 or less. The range of the ED factor value means that the lithium-sulfur secondary battery according to the present invention can implement more improved energy density than the existing lithium-sulfur secondary battery.

본 발명의 리튬-황 이차전지는 양극과 음극 사이에 분리막을 배치하여 전극 조립체를 형성하고, 상기 전극 조립체는 원통형 전지 케이스 또는 각형 전지 케이스에 넣은 다음 전해질을 주입하여 제조할 수 있다. 또는, 상기 전극 조립체를 적층한 후, 이를 전해질에 함침시키고 얻어진 결과물을 전지 케이스에 넣어 밀봉하여 제조할 수도 있다.The lithium-sulfur secondary battery of the present invention can be manufactured by placing a separator between the positive electrode and the negative electrode to form an electrode assembly, and placing the electrode assembly in a cylindrical battery case or a square battery case and then injecting electrolyte. Alternatively, it may be manufactured by stacking the electrode assembly, impregnating it with an electrolyte, and sealing the resulting product in a battery case.

또한, 본 발명은 상기 리튬-황 이차전지를 단위전지로 포함하는 전지모듈을 제공한다.Additionally, the present invention provides a battery module including the lithium-sulfur secondary battery as a unit cell.

상기 전지모듈은 고온 안정성, 긴 사이클 특성 및 높은 용량 특성 등이 요구되는 중대형 디바이스의 전원으로 사용될 수 있다.The battery module can be used as a power source for medium to large-sized devices that require high temperature stability, long cycle characteristics, and high capacity characteristics.

상기 중대형 디바이스의 예로는 전지적 모터에 의해 동력을 받아 움직이는 파워 툴(power tool); 전기자동차(electric vehicle; EV), 하이브리드 전기자동차(hybrid electric vehicle; HEV), 플러그-인 하이브리드 전기자동차(plug-in hybrid electric vehicle; PHEV) 등을 포함하는 전기차; 전기 자전거(E-bike), 전기 스쿠터(E-scooter)를 포함하는 전기 이륜차; 전기 골프 카트(electric golf cart); 전력저장용 시스템 등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.Examples of the medium-to-large devices include power tools that are powered by an omni-electric motor; Electric vehicles, including electric vehicles (EV), hybrid electric vehicles (HEV), plug-in hybrid electric vehicles (PHEV), etc.; Electric two-wheeled vehicles, including electric bicycles (E-bikes) and electric scooters (E-scooters); electric golf cart; Examples include, but are not limited to, power storage systems.

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 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연한 것이다.Hereinafter, preferred embodiments are presented to aid understanding of the present invention. However, the following examples are merely illustrative of the present invention, and it is clear 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 such variations and modifications fall within the scope of the attached patent claims.

제조예 1: LiOH 함침 황-탄소 복합체 활물질의 제조Preparation Example 1: Preparation of LiOH-impregnated sulfur-carbon composite active material

LiOH 4 mg을 50 g의 물에 녹여 LiOH 수용액을 제조한 후, 비표면적이 300 ㎡/g이며, 기공 부피가 1.9 ㎤/g인 10 g의 탄소나노튜브(CNT)에 incipient wetness impregnation 방법에 의해 함침시켰다. LiOH가 함침된 CNT를 여과 및 세척하고, 진공 건조하여 LiOH가 함침된 CNT를 제조하였다. After dissolving 4 mg of LiOH in 50 g of water to prepare a LiOH aqueous solution, it was impregnated on 10 g of carbon nanotubes (CNTs) with a specific surface area of 300 m2/g and a pore volume of 1.9 cm3/g by the incipient wetness impregnation method. Impregnated. LiOH-impregnated CNTs were filtered, washed, and vacuum dried to prepare LiOH-impregnated CNTs.

상기 LiOH 함침 CNT 7.5 g을 황(S) 22.5 g과 혼합하고, 컨벡션 오븐에서 멜트 디퓨전 방식으로 LiOH 함침 황-탄소 복합체를 제조하였다.7.5 g of the LiOH-impregnated CNTs were mixed with 22.5 g of sulfur (S), and a LiOH-impregnated sulfur-carbon composite was prepared by melt diffusion in a convection oven.

제조예 2: LiOH 함침 황-탄소 복합체 활물질의 제조Preparation Example 2: Preparation of LiOH-impregnated sulfur-carbon composite active material

LiOH 20 mg을 물 50 g의 물에 녹여 LiOH 수용액을 제조한 후, 비표면적이 300 ㎡/g이며, 기공 부피가 1.9 ㎤/g인 10 g의 탄소나노튜브(CNT)에 incipient wetness impregnation 방법에 의해 함침시켰다. LiOH가 함침된 CNT를 여과 및 세척하고, 진공 건조하여 LiOH가 함침된 CNT를 제조하였다. After preparing a LiOH aqueous solution by dissolving 20 mg of LiOH in 50 g of water, 10 g of carbon nanotubes (CNTs) with a specific surface area of 300 m2/g and a pore volume of 1.9 cm3/g were subjected to the incipient wetness impregnation method. impregnated by LiOH-impregnated CNTs were filtered, washed, and vacuum dried to prepare LiOH-impregnated CNTs.

상기 LiOH 함침 CNT 7.5 g을 황(S) 22.5 g과 혼합하고, 컨벡션 오븐에서 멜트 디퓨전 방식으로 LiOH 함침 황-탄소 복합체를 제조하였다.7.5 g of the LiOH-impregnated CNTs were mixed with 22.5 g of sulfur (S), and a LiOH-impregnated sulfur-carbon composite was prepared by melt diffusion in a convection oven.

제조예 3: LiOH 함침 황-탄소 복합체 활물질의 제조Preparation Example 3: Preparation of LiOH-impregnated sulfur-carbon composite active material

LiOH 0.5 g을 물 50 g의 물에 녹여 LiOH 수용액을 제조한 후, 비표면적이 300 ㎡/g이며, 기공 부피가 1.9 ㎤/g인 10 g의 탄소나노튜브(CNT)에 incipient wetness impregnation 방법에 의해 함침시켰다. LiOH가 함침된 CNT를 여과 및 세척하고, 진공 건조하여 LiOH가 함침된 CNT를 제조하였다. After preparing a LiOH aqueous solution by dissolving 0.5 g of LiOH in 50 g of water, it was applied to 10 g of carbon nanotubes (CNTs) with a specific surface area of 300 m2/g and a pore volume of 1.9 cm3/g using the incipient wetness impregnation method. impregnated by LiOH-impregnated CNTs were filtered, washed, and vacuum dried to prepare LiOH-impregnated CNTs.

상기 LiOH 함침 CNT 7.5 g을 황(S) 22.5 g과 혼합하고, 컨벡션 오븐에서 멜트 디퓨전 방식으로 LiOH 함침 황-탄소 복합체를 제조하였다.7.5 g of the LiOH-impregnated CNTs were mixed with 22.5 g of sulfur (S), and a LiOH-impregnated sulfur-carbon composite was prepared by melt diffusion in a convection oven.

비교 제조예 1: 황-탄소 복합체 활물질의 제조Comparative Preparation Example 1: Preparation of sulfur-carbon composite active material

비표면적이 300 ㎡/g이며, 기공 부피가 1.9 ㎤/g인 7.5 g의 탄소나노튜브(CNT)를 황(S) 22.5 g과 혼합하고, 컨벡션 오븐에서 멜트 디퓨전 방식으로 황-탄소 복합체를 제조하였다.7.5 g of carbon nanotubes (CNTs) with a specific surface area of 300 ㎡/g and a pore volume of 1.9 ㎤/g were mixed with 22.5 g of sulfur (S), and a sulfur-carbon composite was prepared by melt diffusion in a convection oven. did.

제조예 4 내지 6 및 비교 제조예 2: LiOH를 포함하는 리튬-황 전지용 양극의 제조Preparation Examples 4 to 6 and Comparative Preparation Example 2: Preparation of anode for lithium-sulfur battery containing LiOH

상기 제조예 1 내지 3에서 제조된 LiOH 함침 황-탄소 복합체 88 중량% 또는 비교 제조예 1에서 제조된 황-탄소 복합체 88 중량%, 도전재로서 덴카블랙 5 중량%, 및 바인더로서 SBR과 CMC 7 중량%를 증류수와 혼합하여 활물질층 형성용 조성물을 제조하였다. 88% by weight of the LiOH-impregnated sulfur-carbon composite prepared in Preparation Examples 1 to 3 or 88% by weight of the sulfur-carbon composite prepared in Comparative Preparation Example 1, 5% by weight of Denka Black as a conductive material, and SBR and CMC 7 as binders. A composition for forming an active material layer was prepared by mixing % by weight with distilled water.

상기 조성물을 알루미늄 집전체 상에 6 mg/cm2 의 양으로 코팅하여 양극을 제조하고, 양극 활물질 층의 공극률 및 양극 활물질층의 단위 면적당 황의 질량을 측정하고 이를 기초로 SC factor 값을 계산하여 하기 표 1에 나타내었다.The composition was coated on an aluminum current collector in an amount of 6 mg/cm 2 to prepare a positive electrode, the porosity of the positive electrode active material layer and the mass of sulfur per unit area of the positive active material layer were measured, and the SC factor value was calculated based on this as follows. It is shown in Table 1.

사용된 LiOH 함유 황-탄소 복합체LiOH-containing sulfur-carbon complex used 양극 활물질 층의 공극률Porosity of the positive electrode active material layer 양극 활물질층의 단위 면적당 황의 질량Mass of sulfur per unit area of the positive electrode active material layer SC factorSC factor 제조예 4Production example 4 제조예 1Manufacturing Example 1 60%60% 4.2mg4.2mg 0.70.7 제조예 5Production example 5 제조예 2Production example 2 60%60% 4.2mg4.2mg 0.70.7 제조예 6Production example 6 제조예 3Production example 3 60%60% 4.2mg4.2mg 0.70.7 비교 제조예 2Comparative Manufacturing Example 2 비교 제조예 1Comparative Manufacturing Example 1 60%60% 4.2mg4.2mg 0.70.7

비교 제조예 3: 리튬-황 전지용 양극의 제조Comparative Manufacturing Example 3: Preparation of anode for lithium-sulfur battery

물을 용매로 하고, 황, 슈퍼피(Super-P, SP), 도전재 및 바인더를 볼밀로 혼합하여 양극 활물질 층 형성용 조성물을 제조하였다. 이때 도전재로는 덴카블랙을, 바인더로는 SBR과 CMC의 혼합 형태의 바인더를 사용하였으며, 혼합 비율은 중량비로 황 및 SP(중량비 9:1):도전재:바인더가 90:10:10가 되도록 하였다. 제조한 양극 활물질 층 형성용 조성물을 알루미늄 집전체에 도포한 후 건조하여 양극을 제조하였다(양극의 에너지 밀도: 6.18 mAh/㎠). 제조된 양극에서 양극 활물질 층의 공극률은 75%, 양극 활물질 층의 단위 면적당 황의 질량이 3.1mg/㎠, 이를 기초로 계산된 SC factor 값이 0.41이었다. A composition for forming a positive electrode active material layer was prepared by using water as a solvent and mixing sulfur, Super-P (SP), a conductive material, and a binder using a ball mill. At this time, Denka Black was used as the conductive material, and a mixed binder of SBR and CMC was used as the binder, and the mixing ratio was 90:10:10 by weight of sulfur and SP (9:1 by weight):conductive material:binder. It was made possible. The prepared composition for forming a positive electrode active material layer was applied to an aluminum current collector and dried to prepare a positive electrode (energy density of the positive electrode: 6.18 mAh/cm2). In the manufactured positive electrode, the porosity of the positive electrode active material layer was 75%, the mass of sulfur per unit area of the positive active material layer was 3.1 mg/cm2, and the SC factor value calculated based on this was 0.41.

실시예 1 내지 3: 리튬-황 이차전지의 제조Examples 1 to 3: Preparation of lithium-sulfur secondary battery

상기 제조예 4 내지 6에서 제조된 각각의 양극과, 음극으로 150 ㎛ 두께의 리튬 호일을 사용하고, 분리막으로 두께 20 ㎛, 기공도 45 %의 폴리에틸렌을 사용하여, 양극과 음극을 대면하도록 위치시킨 후 이들 사이에 분리막을 개재하여 전극 조립체를 제조하였다. Each of the positive electrodes prepared in Preparation Examples 4 to 6, lithium foil with a thickness of 150 ㎛ as the negative electrode, and polyethylene with a thickness of 20 ㎛ and 45% porosity as a separator were placed so that the positive and negative electrodes faced each other. Then, an electrode assembly was manufactured by interposing a separator between them.

이어서, 상기 전극 조립체를 케이스 내부에 위치시킨 후 전해액을 주입하여 리튬-황 이차전지를 제조하였다. Next, the electrode assembly was placed inside the case and an electrolyte solution was injected to manufacture a lithium-sulfur secondary battery.

이때 상기 전해액은, 유기 용매에 3M 농도의 리튬 비스(트리플루오르메틸 설포닐)이미드(LiTFSI)를 용해시켜 제조하였고, 여기서 상기 유기 용매는 프로피오니트릴(제1용매)과 1H,1H,2′H,3H-데카플루오로디프로필 에테르(제2용매)를 3:7 중량비로 혼합한 용매를 사용하였다. 상기 제1용매에서 단위 부피당 쌍극자 모멘트는 97.1D·mol/L 이었고, 용매의 점도는 0.38 cP이었다. 이를 기초로 계산된 DV2 factor 값은 0.39이었다.At this time, the electrolyte solution was prepared by dissolving lithium bis(trifluoromethyl sulfonyl)imide (LiTFSI) at a concentration of 3M in an organic solvent, where the organic solvent was propionitrile (first solvent) and 1H, 1H, 2 A solvent mixed with ′H,3H-decafluorodipropyl ether (second solvent) at a weight ratio of 3:7 was used. In the first solvent, the dipole moment per unit volume was 97.1 D·mol/L, and the viscosity of the solvent was 0.38 cP. The DV 2 factor value calculated based on this was 0.39.

비교예 1: 리튬-황 이차전지의 제조Comparative Example 1: Manufacturing of lithium-sulfur secondary battery

상기 비교 제조예 2에서 제조된 양극을 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 2와 동일한 방법으로 리튬-황 이차전지를 제조하였다.A lithium-sulfur secondary battery was manufactured in the same manner as Example 2, except that the positive electrode prepared in Comparative Preparation Example 2 was used.

비교예 2: 리튬-황 이차전지의 제조Comparative Example 2: Manufacturing of lithium-sulfur secondary battery

상기 비교 제조예 3에서 제조된 양극을 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 2와 동일한 방법으로 리튬-황 이차전지를 제조하였다.A lithium-sulfur secondary battery was manufactured in the same manner as Example 2, except that the positive electrode prepared in Comparative Preparation Example 3 was used.

비교예 3: 리튬-황 이차전지의 제조Comparative Example 3: Manufacturing of lithium-sulfur secondary battery

전해액의 제조 조건을 변경하여, 제2 용매로서 1H,1H,2′H,3H-데카플루오로디프로필 에테르 대신에 디메톡시에탄(DME)이 적용된 전해액을 사용한 것을 제외하고는 비교예1과 동일한 방법으로 리튬-황 이차전지를 제조하였다.The same method as Comparative Example 1 except that the preparation conditions of the electrolyte were changed and an electrolyte containing dimethoxyethane (DME) was used instead of 1H,1H,2′H,3H-decafluorodipropyl ether as the second solvent. A lithium-sulfur secondary battery was manufactured.

비교예 4: 리튬-황 이차전지의 제조Comparative Example 4: Manufacturing of lithium-sulfur secondary battery

전해액의 제조 조건을 변경하여, 제1 용매로서 프로피오니트릴 대신에 단위 부피당 쌍극자 모멘트가 96.13D·mol/L, 용매의 점도가 1.71cP, 이를 기초로 계산된 DV2 factor 값이 1.77인 프로필렌 카보네이트(Propylene carbonate)을 사용한 것을 제외하고는 비교예 1과 동일한 방법으로 리튬-황 이차전지를 제조하였다.By changing the manufacturing conditions of the electrolyte, instead of propionitrile as the first solvent, propylene carbonate ( A lithium-sulfur secondary battery was manufactured in the same manner as Comparative Example 1, except that propylene carbonate) was used.

실시예 1 내지 3과 비교예 1 내지 4의 조건을 정리하여 하기 표 2에 나타내었다.The conditions of Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 4 are summarized and shown in Table 2 below.

전해액 조성Electrolyte composition SC factorSC factor DV2 factorDV 2 factor NS factorNS factor 실시예 1Example 1 제1 전해액 조성1) First electrolyte composition 1) 0.70.7 0.390.39 0.5570.557 실시예 2Example 2 0.70.7 0.390.39 0.5570.557 실시예 3Example 3 0.70.7 0.390.39 0.5570.557 비교예 1Comparative Example 1 0.70.7 0.390.39 0.5570.557 비교예 2Comparative Example 2 0.410.41 0.390.39 0.9510.951 비교예 3Comparative Example 3 제2 전해액 조성2) Second electrolyte composition 2) 0.60.6 0.390.39 0.650.65 비교예 4Comparative Example 4 제3 전해액 조성3) Third electrolyte composition 3) 0.60.6 1.771.77 2.95 2.95 1)제1 전해액 조성 = Propionitrile:1H,1H,2'H,3H-Decafluorodipropyl ether(3:7, w/w) solvent, 3.0M LiTFSI
2)제2 전해액 조성 = Propionitrile:Dimethoxyethane (3:7, w/w) solvent, 3.0M LiTFSI
3)제3 전해액 조성 = Propylene carbonate:1H,1H,2'H,3H-Decafluorodipropyl ether(3:7, w/w) solvent, 3.0M LiTFSI
1) First electrolyte composition = Propionitrile:1H,1H,2'H,3H-Decafluorodipropyl ether (3:7, w/w) solvent, 3.0M LiTFSI
2) Second electrolyte composition = Propionitrile:Dimethoxyethane (3:7, w/w) solvent, 3.0M LiTFSI
3) Third electrolyte composition = Propylene carbonate:1H,1H,2'H,3H-Decafluorodipropyl ether(3:7, w/w) solvent, 3.0M LiTFSI

실험예 1: 황-탄소 복합체의 물성 측정Experimental Example 1: Measurement of physical properties of sulfur-carbon complex

상기 제조예 2 및 비교 제조예 1에서 제조된 황-탄소 복합체의 BET를 질소 가스 흡착 유통법에 의해 BET 6 점법으로 측정하여 하기 표 3에 나타내고, SEM 이미지를 촬영하여 도 1에 나타내었다. The BET of the sulfur-carbon composite prepared in Preparation Example 2 and Comparative Preparation Example 1 was measured using the BET 6 point method using the nitrogen gas adsorption flow method and is shown in Table 3 below, and the SEM image was taken and shown in FIG. 1.

비교 제조예 1
황-탄소 복합체
Comparative Manufacturing Example 1
sulfur-carbon complex
제조예 2
황-탄소 복합체
Production example 2
sulfur-carbon complex
as, BET [m2g-1]a s, BET [m 2 g -1 ] 5.21025.2102 6.21756.2175 Pore Volume[cm3g-1]Pore Volume [cm 3 g -1 ] 0.07050.0705 0.87490.8749 Mean pore Diameter[nm]Mean pore diameter[nm] 54.12554.125 65.98165.981

상기 표 3에 나타낸 바와 같이, 제조예 2의 황-탄소 복합체의 경우 황담지 공정 이후 비표면적과 기공부피가 비교예에 비해 크게 증가하며, 도 1의 SEM 이미지로부터 확인되는 바와 같이, 황이 복합체 내부로 고르게 담지됨을 알 수 있다.As shown in Table 3, in the case of the sulfur-carbon composite of Preparation Example 2, the specific surface area and pore volume greatly increase after the sulfur loading process compared to the comparative example, and as confirmed from the SEM image in Figure 1, sulfur is inside the composite. It can be seen that it is evenly supported.

실험예 2: 전지 성능 평가Experimental Example 2: Battery performance evaluation

실시예 2 및 비교예 1에서 제조된 전지의 성능을 충방전 측정 장치(LAND CT-2001A, 우한(Wuhan), 중국)를 이용하여 평가하였다. 초기 방전-충전-방전-충전-방전의 2.5 사이클 동안 0.1C 속도로 진행하였으며, 그 이후 충전-방전 0.2C, 3 사이클 진행 후, 충전은 0.3C 방전은 0.5C 속도로 진행하여 50 사이클까지 전지 성능을 평가하였다. 상기 평가 결과를 도 2 및 3에 나타내었다.The performance of the batteries manufactured in Example 2 and Comparative Example 1 was evaluated using a charge/discharge measurement device (LAND CT-2001A, Wuhan, China). The battery was initially discharged at a rate of 0.1C for 2.5 cycles of charge-discharge-discharge-charge-discharge, and after 3 cycles of charge-discharge at 0.2C, charging was performed at a rate of 0.3C and discharge at a rate of 0.5C, allowing the battery to last up to 50 cycles. Performance was evaluated. The evaluation results are shown in Figures 2 and 3.

도 2에 나타난 바와 같이, 본 발명의 실시예 2의 전지는 비교예 1의 전지와와 비교하여 크게 향상된 사이클 수명을 나타냈다. As shown in Figure 2, the battery of Example 2 of the present invention showed a greatly improved cycle life compared to the battery of Comparative Example 1.

실험예 3: 전지 성능 평가Experimental Example 3: Battery performance evaluation

상기 실험예 2와 동일한 충방전 조건으로 실시예 1 내지 3과 비교예 1 내지 4에 따른 리튬-황 이차전지의 ED factor 값을 측정하여 하기 표 4에 나타내었다.The ED factor values of the lithium-sulfur secondary batteries according to Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 4 were measured under the same charging and discharging conditions as in Experimental Example 2, and are shown in Table 4 below.

전해액 조성Electrolyte composition SC factorSC factor ED factorED factor 실시예 1Example 1 제1 전해액 조성1) First electrolyte composition 1) 0.70.7 13991399 실시예 2Example 2 0.70.7 14101410 실시예 3Example 3 0.70.7 14191419 비교예 1Comparative Example 1 0.70.7 13501350 비교예 2Comparative Example 2 0.410.41 802802 비교예 3Comparative Example 3 제2 전해액 조성2) Second electrolyte composition 2) 0.60.6 11151115 비교예 4Comparative Example 4 제3 전해액 조성3) Third electrolyte composition 3) 0.60.6 10741074 1)제1 전해액 조성 = Propionitrile:1H,1H,2'H,3H-Decafluorodipropyl ether(3:7, w/w) solvent, 3.0M LiTFSI
2)제2 전해액 조성 = Propionitrile:Dimethoxyethane (3:7, w/w) solvent, 3.0M LiTFSI
3)제3 전해액 조성 = Propylene carbonate:1H,1H,2'H,3H-Decafluorodipropyl ether(3:7, w/w) solvent, 3.0M LiTFSI
1) First electrolyte composition = Propionitrile:1H,1H,2'H,3H-Decafluorodipropyl ether (3:7, w/w) solvent, 3.0M LiTFSI
2) Second electrolyte composition = Propionitrile:Dimethoxyethane (3:7, w/w) solvent, 3.0M LiTFSI
3) Third electrolyte composition = Propylene carbonate:1H,1H,2'H,3H-Decafluorodipropyl ether(3:7, w/w) solvent, 3.0M LiTFSI

상기 표 4에 따르면, 실시예 1 내지 3에 따른 리튬-황 이차전지는 제2 전해액 조성, 제3 전해액 조성 또는 0.41 이하의 SC factor를 갖는 리튬-황 이차전지에 비해 상대적으로 큰 ED factor 값을 가질 수 있다. 이는 본 발명에 따른 리튬-황 이차전지가 기존의 리튬-황 이차전지에서는 구현할 수 없었던 보다 높은 에너지 밀도를 구현할 수 있음을 의미한다.According to Table 4, the lithium-sulfur secondary batteries according to Examples 1 to 3 have a relatively large ED factor value compared to the lithium-sulfur secondary batteries with the second electrolyte composition, the third electrolyte composition, or the SC factor of 0.41 or less. You can have it. This means that the lithium-sulfur secondary battery according to the present invention can achieve a higher energy density that could not be achieved in existing lithium-sulfur secondary batteries.

Claims (16)

양극, 음극, 분리막 및 전해액을 포함하는 리튬-황 이차전지로서,
상기 양극은 LiOH 함유 황-탄소 복합체를 포함하며,
하기 수학식 1로 표시되는 SC factor 값이 0.45 이상이며,
하기 수학식 4로 표시되는 ED factor 값이 850 이상인 것을 특징으로 하는 리튬-황 이차전지:
[수학식 1]

(상기 수학식 1에 있어서,
P는 양극 내 양극 활물질층의 공극률(%)이고,
L은 양극 내 양극 활물질층의 단위 면적당 황의 질량(㎎/㎠)이며,
α는 10(상수)이다.)
[수학식 4]

(상기 수학식 4에 있어서,
V는 Li/Li+에 대한 방전 공칭 전압(V)이고,
SC factor는 상기 수학식 1에 의해 정의된 값과 동일하며,
C는 0.1C rate로 방전 시 방전 용량(mAh/g)이고,
D는 전해액의 밀도(g/㎤)이다.).
A lithium-sulfur secondary battery comprising an anode, a cathode, a separator, and an electrolyte,
The anode includes a LiOH-containing sulfur-carbon complex,
The SC factor value expressed by Equation 1 below is 0.45 or more,
A lithium-sulfur secondary battery characterized in that the ED factor value expressed by the following equation 4 is 850 or more:
[Equation 1]

(In Equation 1 above,
P is the porosity (%) of the positive electrode active material layer in the positive electrode,
L is the mass of sulfur (mg/cm2) per unit area of the positive electrode active material layer in the positive electrode,
α is 10 (constant).)
[Equation 4]

(In Equation 4 above,
V is the nominal discharge voltage (V) for Li/Li + ,
SC factor is the same as the value defined by Equation 1 above,
C is the discharge capacity (mAh/g) when discharging at a rate of 0.1C,
D is the density of the electrolyte (g/cm3).
제1항에 있어서,
상기 LiOH 함유 황-탄소 복합체는 복합체 총 중량을 기준으로 0 초과 ~ 15 중량%의 LiOH를 함유하는 것을 특징으로 하는 리튬-황 이차전지.
According to paragraph 1,
The LiOH-containing sulfur-carbon composite is a lithium-sulfur secondary battery, characterized in that it contains more than 0 to 15% by weight of LiOH based on the total weight of the composite.
제1항에 있어서,
상기 황은 상기 LiOH 함유 황-탄소 복합체 총 중량을 기준으로 10 내지 90 중량%로 포함되는 것을 특징으로 하는 리튬-황 이차전지.
According to paragraph 1,
A lithium-sulfur secondary battery, characterized in that the sulfur is contained in an amount of 10 to 90% by weight based on the total weight of the LiOH-containing sulfur-carbon composite.
제1항에 있어서,
상기 LiOH 함유 황-탄소 복합체는 비표면적이 3 내지 20 ㎡/g인 것을 특징으로 하는 리튬-황 이차전지.
According to paragraph 1,
A lithium-sulfur secondary battery, wherein the LiOH-containing sulfur-carbon composite has a specific surface area of 3 to 20 m2/g.
제1항에 있어서,
상기 LiOH 함유 황-탄소 복합체는 기공 부피가 0.075 내지 1.000 ㎤/g인 것을 특징으로 하는 리튬-황 이차전지.
According to paragraph 1,
The LiOH-containing sulfur-carbon composite is a lithium-sulfur secondary battery, characterized in that the pore volume is 0.075 to 1.000 cm3/g.
제1항에 있어서,
상기 LiOH 함유 황-탄소 복합체는 탄소재에 LiOH가 함침되거나 코팅된 형태인 것을 특징으로 하는 리튬-황 이차전지.
According to paragraph 1,
The LiOH-containing sulfur-carbon composite is a lithium-sulfur secondary battery, characterized in that the carbon material is impregnated or coated with LiOH.
제1항에 있어서,
상기 황은 무기 황, Li2Sn(n=1), 디설파이드 화합물, 유기황 화합물 및 탄소-황 폴리머로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬-황 이차전지.
According to paragraph 1,
The sulfur is a lithium-sulfur secondary battery, characterized in that it contains at least one selected from the group consisting of inorganic sulfur, Li 2 S n (n=1), disulfide compounds, organic sulfur compounds, and carbon-sulfur polymers.
제1항에 있어서,
상기 전해액은 용매 및 리튬염을 포함하며,
상기 용매는 하기 수학식 2로 표시되는 DV2 factor 값이 1.75 이하인 제1용매 및 불소화된 에테르계 용매인 제2용매를 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬-황 이차전지:
[수학식 2]

(상기 수학식 2에 있어서,
DV는 단위 부피당 쌍극자 모멘트(D㏖/L)이고,
μ는 용매의 점도(cP)이며,
γ는 100(상수)이다.).
According to paragraph 1,
The electrolyte solution includes a solvent and a lithium salt,
The solvent is a lithium-sulfur secondary battery, characterized in that it includes a first solvent having a DV 2 factor value of 1.75 or less as expressed by Equation 2 below, and a second solvent that is a fluorinated ether-based solvent:
[Equation 2]

(In Equation 2 above,
DV is the dipole moment per unit volume (Dmol/L),
μ is the viscosity of the solvent (cP),
γ is 100 (constant)).
제8항에 있어서,
상기 제1용매는 DV2 factor 값이 1.5 이하인 것을 특징으로 하는 리튬-황 이차전지.
According to clause 8,
The first solvent is a lithium-sulfur secondary battery, characterized in that the DV 2 factor value is 1.5 or less.
제8항에 있어서,
상기 리튬-황 이차전지는 하기 수학식 3으로 표시되는 NS factor 값이 3.5 이하인 것을 특징으로 하는 리튬-황 이차전지:
[수학식 3]

(상기 수학식 3에 있어서,
SC factor는 상기 수학식 1에 의해 정의된 값과 동일하고,
DV2 factor는 상기 수학식 2에 의해 정의된 값과 동일하다.).
According to clause 8,
The lithium-sulfur secondary battery is characterized in that the NS factor value expressed by Equation 3 below is 3.5 or less:
[Equation 3]

(In Equation 3 above,
SC factor is equal to the value defined by Equation 1 above,
DV 2 factor is the same as the value defined by Equation 2 above.).
삭제delete 제8항에 있어서,
상기 제1용매는 프로피오니트릴, 디메틸아세트아미드, 디메틸포름아미드, 감마-부티로락톤, 트리에틸아민 및 1-아이오도프로판으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬-황 이차전지.
According to clause 8,
The first solvent is a lithium-containing solvent containing at least one selected from the group consisting of propionitrile, dimethylacetamide, dimethylformamide, gamma-butyrolactone, triethylamine, and 1-iodopropane. Sulfur secondary battery.
제8항에 있어서,
상기 제2용매는 1H,1H,2′H,3H-데카플루오로디프로필 에테르, 디플루오로메틸 2,2,2-트리플루오로에틸 에테르, 1,2,2,2-테트라플루오로에틸 트리플루오로메틸 에테르, 1,1,2,3,3,3-헥사플루오로프로필 디플루오로메틸 에테르, 펜타플루오로에틸 2,2,2-트리플루오로에틸 에테르 및 1H,1H,2′H-퍼플루오로디프로필 에테르로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬-황 이차전지.
According to clause 8,
The second solvent is 1H,1H,2′H,3H-decafluorodipropyl ether, difluoromethyl 2,2,2-trifluoroethyl ether, 1,2,2,2-tetrafluoroethyl tri. Fluoromethyl ether, 1,1,2,3,3,3-hexafluoropropyl difluoromethyl ether, pentafluoroethyl 2,2,2-trifluoroethyl ether and 1H,1H,2′H - A lithium-sulfur secondary battery comprising at least one selected from the group consisting of perfluorodipropyl ether.
제8항에 있어서,
상기 용매는 상기 용매 전체 중량을 기준으로 제1용매를 1 내지 50 중량%로 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬-황 이차전지.
According to clause 8,
The solvent is a lithium-sulfur secondary battery, characterized in that it contains 1 to 50% by weight of the first solvent based on the total weight of the solvent.
제8항에 있어서,
상기 용매는 상기 용매 전체 중량을 기준으로 제2용매를 50 내지 99 중량%로 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬-황 이차전지.
According to clause 8,
A lithium-sulfur secondary battery, wherein the solvent contains 50 to 99% by weight of a second solvent based on the total weight of the solvent.
제8항에 있어서,
상기 용매는 제1용매와 제2용매를 3:7 내지 1:9의 중량비로 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬-황 이차전지.
According to clause 8,
The solvent is a lithium-sulfur secondary battery, characterized in that it contains a first solvent and a second solvent in a weight ratio of 3:7 to 1:9.
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JP6448352B2 (en) * 2014-12-18 2019-01-09 株式会社アルバック Positive electrode for alkaline metal-sulfur battery and method for producing secondary battery provided with the same
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