KR20150026098A - Cathode for lithium-sulfur battery and method of preparing the same - Google Patents

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이승호
장민철
김민서
손병국
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Abstract

The present invention relates to a positive electrode for lithium-sulfur batteries, which includes a porous carbon foam and sulfur wherein the sulfur is included in the porosity of the porous carbon foam, a lithium-sulfur battery including the positive electrode for the lithium-sulfur battery and a manufacturing method of the positive electrode for the lithium-sulfur battery where provided are a positive electrode for a lithium-sulfur battery, which increases sulfur loading amounts because a binder resin is not included and is manufactured in a simple manner, a lithium-sulfur battery including the positive electrode for the lithium-sulfur battery and a manufacturing method of the positive electrode for the lithium-sulfur battery. For this, in the present invention, provided is the positive electrode for a lithium-sulfur battery including a porous carbon foam and sulfur wherein the sulfur is include in the porosity of the porous carbon foam.

Description

리튬-황 전지용 양극 및 이의 제조 방법 {CATHODE FOR LITHIUM-SULFUR BATTERY AND METHOD OF PREPARING THE SAME}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a positive electrode for a lithium-sulfur battery,

본 명세서는 리튬-황 전지용 양극 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.This specification relates to a positive electrode for a lithium-sulfur battery and a method of manufacturing the same.

최근까지 음극으로 리튬을 사용하는 고에너지 밀도 전지를 개발하는 이슈는 상당한 관심을 끌고 있다. 리튬 금속은, 예를 들어, 비-전기 활성 재료의 존재로 음극의 중량 및 부피를 증가시켜서 전지의 에너지 밀도를 감소시키는 리튬 삽입된 탄소 음극, 및 니켈 또는 카드뮴 전극을 갖는 다른 전기화학 시스템과 비교하여, 저중량 및 고에너지 밀도를 갖기 때문에, 전기화학 전지의 음극 활물질로서 매우 관심을 끌고 있다. 리튬 금속 음극, 또는 리튬 금속을 주로 포함하는 음극은, 리튬-이온, 니켈 금속 수소화물 또는 니켈-카드뮴 전지와 같은 전지 보다는 경량화되고 고에너지 밀도를 갖는 전지를 구성할 기회를 제공한다. 이러한 특징들은 프리미엄이 낮은 가중치로 지불되는, 휴대폰 및 랩-탑 컴퓨터와 같은 휴대용 전자 디바이스용 전지에 대해 매우 바람직하다.Until recently, the issue of developing a high energy density battery using lithium as a cathode has attracted considerable attention. The lithium metal can be compared with other electrochemical systems having a lithium-inserted carbon anode and a nickel or cadmium electrode, for example, which increases the weight and volume of the anode by the presence of a non-electroactive material to reduce the energy density of the cell Has a low weight and a high energy density, and thus attracts much attention as an anode active material of an electrochemical cell. A negative electrode mainly comprising a lithium metal negative electrode or a lithium metal provides an opportunity to construct a battery which is lighter and has a higher energy density than a battery such as a lithium ion, a nickel metal hydride or a nickel-cadmium battery. These features are highly desirable for batteries for portable electronic devices, such as cell phones and lab-top computers, where premiums are paid at low weights.

이러한 유형의 리튬 전지용 양극 활물질들이 공지되어 있고, 이들은 황-황 결합을 포함하는 황 함유 양극 활물질을 포함하며, 황-황 결합의 전기화학적 절단(환원) 및 재형성(산화)으로부터 고에너지 용량 및 재충전능이 달성된다.Cathode active materials for lithium batteries of this type are known and include sulfur-containing cathode active materials containing sulfur-sulfur bonds and are used for electrochemical cleavage (reduction) and reforming (oxidation) of sulfur- Rechargeability is achieved.

상기와 같이 음극 활물질로 리튬과 알칼리 금속을, 양극 활물질로 황을 사용하는 리튬-황 전지는 이론 에너지 밀도가 2800 Wh/kg(1675 mAh)으로, 다른 전지 시스템에 비하여 월등히 높고, 황은 자원이 풍부하여 값이 싸며, 환경친화적인 물질이라는 장점 때문에, 휴대 전자기기로 주목을 받고 있다As described above, the lithium-sulfur battery using lithium and alkali metal as the anode active material and sulfur as the cathode active material has a theoretical energy density of 2800 Wh / kg (1675 mAh), much higher than other battery systems, And is attracting attention as a portable electronic device because of its advantage that it is cheap and environmentally friendly material

그러나, 리튬-황 전지의 양극 활물질로 사용되는 황은 부도체이므로 전기화학 반응으로 생성된 전자의 이동이 어려워, 보통 도전성 탄소를 첨가하며, 양극의 집전체에 양극 활물질을 부착하기 위하여, 보통 바인더 수지를 첨가한다. However, since sulfur used as a cathode active material of a lithium-sulfur battery is an insulator, it is difficult to transfer electrons generated by an electrochemical reaction. Usually, conductive carbon is added. In order to adhere a cathode active material to an anode current collector, .

리튬-황 전지의 양극의 제한된 중량에서 첨가되는 물질이 증가하면, 황의 함량이 감소되므로 리튬-황 전지의 용량을 향상시키기 위하여 리튬-황 전지의 양극에 있어 함 함량을 최대화하는 구조가 요구되고 있다. When the amount of the added substance is increased at a limited weight of the anode of the lithium-sulfur battery, the content of sulfur is reduced, so that a structure for maximizing the content of the lithium-sulfur battery at the anode of the lithium- .

한국 공개특허공보 2007-0063185Korean Unexamined Patent Application Publication No. 2007-0063185

본 명세서는 바인더 수지를 포함하지 않아 황 로딩량을 높일 수 있고, 간단한 공정으로 제조할 수 있는 리튬-황 전지용 양극 및 상기 리튬-황 전지용 양극을 포함하는 리튬-황 전지 및 리튬-황 전지용 양극의 제조방법을 제공하고자 한다.The present invention relates to a positive electrode for a lithium-sulfur battery which can increase the sulfur loading amount without containing a binder resin and which can be produced by a simple process, a lithium-sulfur battery including the positive electrode for the lithium- And to provide a manufacturing method thereof.

본 명세서의 제1 실시상태는 다공성 탄소 폼; 및 황을 포함하고, 상기 황은 다공성 탄소 폼의 기공에 포함된 것인 리튬-황 전지용 양극을 제공한다.The first embodiment of the present disclosure relates to a porous carbon foam; And sulfur, wherein the sulfur is contained in the pores of the porous carbon foam.

또한, 본 명세서의 제2 실시상태는 음극; 제1 실시상태의 양극; 상기 양극과 상기 음극 사이에 위치하는 세퍼레이터; 및 상기 음극, 상기 양극 및 상기 세퍼레이터에 함침되어 있는 전해질;을 포함하는 리튬-황 전지를 제공한다.Also, the second embodiment of the present invention relates to a negative electrode comprising: a negative electrode; A positive electrode in the first embodiment; A separator positioned between the anode and the cathode; And an electrolyte impregnated in the negative electrode, the positive electrode, and the separator.

또한, 본 명세서의 제3 실시상태는 상기 리튬-황 전지를 단위전지로 포함하는 전지 모듈을 제공한다.In addition, the third embodiment of the present invention provides a battery module including the lithium-sulfur battery as a unit cell.

또한, 본 명세서의 제4 실시상태는 다공성 탄소 폼을 용융황에 담지하는 단계를 포함하는 리튬-황 전지용 양극의 제조방법을 제공한다.In addition, the fourth embodiment of the present invention provides a method for manufacturing a positive electrode for a lithium-sulfur battery including the step of supporting a porous carbon foam in molten sulfur.

본 명세서에서 제공되는 리튬-황 전지용 양극 및 이를 포함하는 리튬-황 전지는 활물질을 집전체에 부착시키기 위한 바인더 수지를 포함하지 않아 양극의 황 로딩량을 증가시켜, 리튬-황 전지의 전지 용량을 향상시킨다.The positive electrode for a lithium-sulfur battery and the lithium-sulfur battery provided thereon do not include a binder resin for attaching an active material to a current collector, thereby increasing a sulfur loading amount of the positive electrode, .

또한, 종래의 리튬-황 전지용 양극의 제조 시 도전성 탄소와 황의 복합체 구조를 형성하기 위한 혼합공정이 없이도 다공성 탄소 폼에 용융황을 담지하여 간단한 공정으로 리튬-황 전지용 양극의 제조할 수 있다.Further, in the conventional production process of a positive electrode for a lithium-sulfur battery, a positive electrode for a lithium-sulfur battery can be produced by a simple process in which molten sulfur is supported on a porous carbon foam without a mixing process for forming a composite structure of conductive carbon and sulfur.

도 1은 실시예 1 및 비교예 1에서 제조된 리튬-황 전지에 대하여, 0.1 C/0.1 C 충전/방전 100 사이클 (cycle)의 충방전을 반복 한 경우, 각 cycle인 시점에서 측정된 각 전지의 초기 용량(specific capacity)을 나타낸 것이다.FIG. 1 is a graph showing the results of measurement of a lithium-sulfur battery manufactured in Example 1 and Comparative Example 1, when charging / discharging of 0.1 C / 0.1 C charging / discharging 100 cycles was repeated, And the specific capacity of the battery.

본 명세서의 제1 실시상태는 리튬-황 전지용 양극을 제공한다.The first embodiment of the present invention provides a positive electrode for a lithium-sulfur battery.

본 명세서에 있어서 다공성 탄소 폼은 일정한 형상을 가지며 복수의 기공을 포함하는 탄소 집합체를 의미한다. 상기 다공성 탄소 폼은 Toray 사에서 제조된 상품명 TGP-H-030, TGP-H-060, SGL 사에서 제조된 상품명 35BC, 31BA 등 일 수 있다.In this specification, the porous carbon foam refers to a carbon aggregate having a certain shape and containing a plurality of pores. The porous carbon foam may be TGP-H-030, TGP-H-060 manufactured by Toray, 35 BC, 31BA manufactured by SGL.

상기 다공성 탄소 폼에 포함된 탄소는 결정질 또는 비정질 탄소일 수 있고, 도전성 탄소라면 한정되지 않으며, 예를 들어, 그라파이트(graphite), 카본 블랙, 활성 탄소 섬유, 비활성 탄소 나노 섬유, 탄소 나노 튜브, 탄소 직물 등일 수 있다.The carbon contained in the porous carbon foam may be crystalline or amorphous carbon. The conductive carbon is not limited as long as it is a conductive carbon. Examples of the carbon include graphite, carbon black, activated carbon fiber, inert carbon nanofiber, Fabric or the like.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 양극의 탄소 : 황의 중량비는 2 : 1 이상이고 1 : 4 이하이다.In one embodiment of the present disclosure, the weight ratio of carbon to sulfur in the anode is greater than or equal to 2: 1 and less than or equal to 1: 4.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 양극의 탄소의 함량은 상기 양극의 전체 중량을 기준으로 10 wt% 이상이고 50 wt% 이하이다.In one embodiment of the present invention, the content of carbon in the anode is 10 wt% or more and 50 wt% or less based on the total weight of the anode.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 양극의 황의 함량은 상기 양극의 전체 중량을 기준으로 50 wt% 이상이고 90 wt% 이하이다.In one embodiment of the present invention, the content of sulfur in the anode is 50 wt% or more and 90 wt% or less based on the total weight of the anode.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 다공성 탄소 폼의 기공은 평균 직경이 30 μm 이상이고 100 μm 이하이다. 상기 기공의 평균 직경이 30 μm 미만이면, 황 로딩량이 적어져 전지의 용량이 감소하게 되므로, 전지의 성능이 감소하게 되고, 상기 기공의 평균 직경이 100 μm 를 초과하면 황과 탄소의 접촉 면적이 적어져 황의 이용률이 떨어지게 되므로 전지의 성능이 감소하게 된다.In one embodiment of the present disclosure, the pores of the porous carbon foam have an average diameter of 30 탆 or more and 100 탆 or less. When the average diameter of the pores is less than 30 탆, the capacity of the battery is decreased due to a decrease in the amount of sulfur loading. Therefore, when the average diameter of the pores exceeds 100 탆, The utilization of sulfur is lowered and the performance of the battery is reduced.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 다공성 탄소 폼의 기공은 상기 다공성 탄소 폼의 전체 부피를 기준으로 50 % 이상이고 99 % 이하이다.In one embodiment of the present disclosure, the pores of the porous carbon foam are greater than 50% and less than 99% based on the total volume of the porous carbon foam.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 다공성 탄소 폼은 망상 구조 (network structure)이다.In one embodiment of the present disclosure, the porous carbon foam is a network structure.

상기 다공성 탄소 폼이 망상 구조일 경우 망상 사이로 기공이 형성되며 이러한 기공에 황을 포함하여 전지 용량을 향상시킬 수 있다.When the porous carbon foam has a network structure, pores are formed between the meshes, and the capacity of the cells can be improved by including sulfur in the pores.

본 명세서의 제2 실시상태는 리튬-황 전지를 제공한다.The second embodiment of the present invention provides a lithium-sulfur battery.

상기 양극은 제1 실시상태의 양극에 관한 설명이 적용될 수 있다.The description of the positive electrode in the first embodiment can be applied to the positive electrode.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 음극은 음극 활물질로서 리튬 금속 또는 리튬 합금을 포함하는 것이다.In one embodiment of the present invention, the negative electrode comprises lithium metal or a lithium alloy as the negative electrode active material.

상기 양극과 음극 사이에 위치하는 세퍼레이터는 양극과 음극을 서로 분리 또는 절연시키고, 양극과 음극 사이에 리튬 이온 수송을 가능하게 하는 것으로 다공성 비전도성 또는 절연성 물질로 이루어질 수 있다. 이러한 세퍼레이터는 필름과 같은 독립적인 부재일 수도 있고, 양극 및/또는 음극에 부가된 코팅층일 수도 있다.The separator positioned between the positive electrode and the negative electrode separates or insulates the positive electrode and the negative electrode from each other and permits transport of lithium ions between the positive electrode and the negative electrode. The separator may be made of a porous nonconductive or insulating material. Such a separator may be an independent member such as a film, or may be a coating layer added to the anode and / or the cathode.

상기 세퍼레이터를 이루는 물질은 예를 들어 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌 등의 폴리올레핀, 유리 섬유 여과지 및 세라믹 물질이 포함되나, 이에 한정되지 않고, 그 두께는 약 5 ㎛ 내지 약 50 ㎛, 상세하게는 약 5 ㎛ 내지 약 25 ㎛일 수 있다The material forming the separator includes, but is not limited to, polyolefin such as polyethylene and polypropylene, glass fiber filter paper, and ceramic material. The thickness of the separator is about 5 탆 to about 50 탆, specifically about 5 탆 Can be about 25 [mu] m

상기 리튬 합금은 리튬과 Na, K, Rb, Cs, Fr, Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra, Al 및 Sn으로 이루어지는 군에서 선택되는 금속의 합금일 수 있다.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.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 전해질은 리튬염과 유기 용매를 포함한다.In one embodiment of the present specification, the electrolyte comprises a lithium salt and an organic solvent.

상기 리튬염은 LiSCN, LiBr, LiI, LiPF6, LiBF4, LiSO3CF3, LiClO4, LiSO3CH3, LiB(Ph)4, LiC(SO2CF3)3 및 LiN(SO2CF3)2로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상일 수 있다.The lithium salt is LiSCN, LiBr, LiI, LiPF 6 , LiBF 4, LiSO 3 CF 3, LiClO 4, LiSO 3 CH 3, LiB (Ph) 4, LiC (SO 2 CF 3) 3 , and LiN (SO 2 CF 3 ) 2. & Lt; / RTI >

상기 리튬염의 농도는, 전해질 용매 혼합물의 정확한 조성, 염의 용해도, 용해된 염의 전도성, 전지의 충전 및 방전 조건, 작업 온도 및 리튬 배터리 분야에 공지된 다른 요인과 같은 여러 요인에 따라, 약 0.2 M 내지 2.0 M일 수 있다. 본 명세서에 사용하기 위한 리튬염의 예로는, LiSCN, LiBr, LiI, LiPF6, LiBF4, LiSO3CF3, LiClO4, LiSO3CH3, LiB(Ph)4, LiC(SO2CF3)3 및 LiN(SO2CF3)2로 이루어진 군으로부터 하나 이상이 포함될 수 있다.The concentration of the lithium salt may be in the range of about 0.2 M to about 200 M depending on various factors such as the exact composition of the electrolyte solvent mixture, the solubility of the salt, the conductivity of the dissolved salt, the charging and discharging conditions of the battery, 2.0 < / RTI > M. Lithium salt for example for use in the present disclosure, LiSCN, LiBr, LiI, LiPF 6, LiBF 4, LiSO 3 CF 3, LiClO 4, LiSO 3 CH 3, LiB (Ph) 4, LiC (SO 2 CF 3) 3 and LiN (SO 2 CF 3) may include one or more from the group consisting of 2.

상기 유기 용매는 단일 용매 또는 2이상의 혼합 유기 용매일 수 있다.The organic solvent may be a single solvent or a mixture of two or more organic solvents.

2이상의 혼합 유기 용매를 사용하는 경우 약한 극성 용매 그룹, 강한 극성 용매 그룹, 및 리튬 메탈 보호 용매 그룹 중 두 개 이상의 그룹에서 하나 이상의 용매를 선택하여 사용하는 것이 바람직하다.When two or more mixed organic solvents are used, it is preferable to use at least one solvent selected from two or more of the weak polar solvent group, the strong polar solvent group, and the lithium metal protective solvent group.

약한 극성 용매는 아릴 화합물, 바이사이클릭 에테르, 비환형 카보네이트 중에서 황 원소를 용해시킬 수 있는 유전 상수가 15보다 작은 용매로 정의되고, 강한 극성 용매는 비사이클릭 카보네이트, 설폭사이드 화합물, 락톤 화합물, 케톤 화합물, 에스테르 화합물, 설페이트 화합물, 설파이트 화합물 중에서 리튬 폴리설파이드를 용해시킬 수 있는 유전 상수가 15보다 큰 용매로 정의되며, 리튬 메탈 보호 용매는 포화된 에테르 화합물, 불포화된 에테르 화합물, N, O, S 또는 이들의 조합이 포함된 헤테로 고리 화합물과 같은 리튬 금속에 안정한 SEI(Solid Electrolyte Interface)를 형성하는 충방전 사이클 효율(cycle efficiency)이 50% 이상인 용매로 정의된다.A weakly polar solvent is defined as a solvent having a dielectric constant of less than 15 which is capable of dissolving a sulfur element among aryl compounds, bicyclic ethers and acyclic carbonates, and the strong polar solvent includes bicyclic carbonates, sulfoxide compounds, lactone compounds, Ketone compounds, ester compounds, sulfate compounds, and sulfite compounds, wherein the lithium metal protective solvent is a saturated ether compound, an unsaturated ether compound, N, O , S or a heterocyclic compound containing a combination of these, is defined as a solvent having a charge / discharge cycle efficiency of 50% or more to form a stable SEI (Solid Electrolyte Interface) on a lithium metal.

약한 극성 용매의 구체적인 예로는 자일렌(xylene), 디메톡시에탄, 2-메틸테트라하이드로퓨란, 디에틸 카보네이트, 디메틸 카보네이트, 톨루엔, 디메틸 에테르, 디에틸 에테르, 디글라임, 테트라글라임 등이 있다.Specific examples of the weak polar solvent include xylene, dimethoxyethane, 2-methyltetrahydrofuran, diethyl carbonate, dimethyl carbonate, toluene, dimethyl ether, diethyl ether, diglyme and tetraglyme.

강한 극성 용매의 구체적인 예로는 헥사메틸 포스포릭 트리아마이드(hexamethyl phosphoric triamide), γ-부티로락톤, 아세토니트릴, 에틸렌 카보네이트, 프로필렌 카보네이트, N-메틸피롤리돈, 3-메틸-2-옥사졸리돈, 디메틸 포름아마이드, 설포란, 디메틸 아세트아마이드, 디메틸 설폭사이드, 디메틸 설페이트, 에틸렌 글리콜 디아세테이트, 디메틸 설파이트, 또는 에틸렌 글리콜 설파이트 등이 있다.Specific examples of the strong polar solvent include hexamethyl phosphoric triamide,? -Butyrolactone, acetonitrile, ethylene carbonate, propylene carbonate, N-methylpyrrolidone, 3-methyl-2-oxazolidone , Dimethylformamide, sulfolane, dimethylacetamide, dimethylsulfoxide, dimethylsulfate, ethylene glycol diacetate, dimethylsulfite, or ethylene glycol sulfite.

리튬 보호용매의 구체적인 예로는 테트라하이드로 퓨란, 에틸렌 옥사이드, 디옥솔란, 3,5-디메틸 이속사졸, 퓨란, 2-메틸 퓨란, 1,4-옥산, 4-메틸디옥솔란 등이 있다.Specific examples of the lithium-protecting solvent include tetrahydrofuran, ethylene oxide, dioxolane, 3,5-dimethylisoxazole, furan, 2-methylfuran, 1,4-oxane and 4-methyldioxolane.

본 명세서의 제3 실시상태는 전지 모듈을 제공한다.The third embodiment of the present disclosure provides a battery module.

상기 전지 모듈은 구체적으로 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차 또는 전력저장장치의 전원으로 사용될 수 있다. The battery module may be specifically used as a power source for an electric vehicle, a hybrid electric vehicle, a plug-in hybrid electric vehicle, or a power storage device.

본 명세서의 제4 실시상태는 리튬-황 전지용 양극의 제조방법을 제공한다.The fourth embodiment of the present invention provides a method of manufacturing a positive electrode for a lithium-sulfur battery.

상기 리튬-황 전지용 양극의 제조방법은 제1 실시상태의 리튬-황 전지용 양극에 관한 설명이 적용될 수 있다.The method for producing the positive electrode for a lithium-sulfur battery can be applied to the description of the positive electrode for a lithium-sulfur battery in the first embodiment.

종래에는 카본과 황을 혼합하는 공정을 통하여 리튬-황 전지의 양극 황물질로 탄소-황 복합체를 형성하였으나, 이러한 공정은 다량의 탄소가 요구되는 반면, 다공성 탄소 폼에 황을 담지하여 양극 활물질을 형성하면 추가적인 탄소 등 도전재의 첨가 없이도 리튬-황 전지의 양극 활물질의 형성이 가능하다. In the prior art, a carbon-sulfur complex was formed as a positive-electrode sulfur material of a lithium-sulfur battery through a process of mixing carbon and sulfur. However, in this process, a large amount of carbon is required, while sulfur is supported on the porous carbon foam, The positive electrode active material of the lithium-sulfur battery can be formed without addition of additional conductive material such as carbon.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 용융황의 온도는 120 ℃ 이상이고 150 ℃이하이다.In one embodiment of the present disclosure, the temperature of the molten sulfur is 120 deg. C or higher and 150 deg. C or lower.

이하, 본 발명의 실시예를 참조하여 설명하지만, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명의 범주가 이들만으로 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described with reference to Examples. However, the following Examples are intended to illustrate the present invention and the scope of the present invention is not limited thereto.

<< 실시예Example 1> 1>

다공성 탄소 폼으로 SGL사 제조 상품명 35BC (두께 325 μm, 기공도 80 %, 전기저항(면) 15 mΩ·cm2, 면적당 질량 110 g/m2)을 130 ℃에서 용융되어 있는 황에 담지하여 로딩량이 5.0 mAh/cm2인 황-카본 양극을 제조하였다. 음극으로 약 150 마이크로미터 두께의 리튬 호일을, 전해액으로 1 M LiN (CF3SO2)2가 용해된 디메톡시에탄 : 디옥솔란을 5 : 4의 부피비로 혼합하여 전해액을 제조하고, 세퍼레이터로 16 마이크론 두께의 폴리올레핀을 사용하여 리튬-황 전지를 제조하였다.SGL Co., Ltd. trade name 35BC (thickness 325 μm, porosity of 80%, the electrical resistance (surface) 15 mΩ · cm 2, mass per unit area 110 g / m 2) to be melted at 130 ℃ load by supporting the sulfur in the porous carbon foam Lt; 2 &gt; / mAh / cm &lt; 2 &gt; A lithium foil having a thickness of about 150 micrometers was used as a cathode and dimethoxyethane: dioxolane having 1 M LiN (CF 3 SO 2 ) 2 dissolved therein as an electrolyte were mixed at a volume ratio of 5: 4 to prepare an electrolytic solution. A lithium-sulfur battery was fabricated using a polyolefin of micron thickness.

<비교예 1>&Lt; Comparative Example 1 &

탄소 : 황을 3 : 7의 중량비로 혼합한 황-탄소 활물질 8.0 g, 도전재로 Super-P 1.0 g 및 바인더로 폴리비닐리덴 디플루오라이드(PVdF) 1.0 g을 포함하는 양극 합제를 용제인 N-메틸-2-피롤리돈 (NMP)에 첨가하여 양극 슬러리를 제조하였다. 상기 양극 슬러리를 알루미늄 집전체 상에 코팅하여 로딩양이 5.0 mAh/cm2인 황-카본 양극을 제조하였다. 양극의 제조를 제외한 나머지는 실시예 1과 동일한 방법으로 리튬-황 전지를 제작하였다.8.0 g of a sulfur-carbon active material mixed with carbon: sulfur at a weight ratio of 3: 7, 1.0 g of Super-P as a conductive material and 1.0 g of polyvinylidene difluoride (PVdF) as a binder were dissolved in N -Methyl-2-pyrrolidone (NMP) to prepare a positive electrode slurry. The positive electrode slurry was coated on an aluminum current collector to prepare a sulfur-carbon positive electrode having a loading amount of 5.0 mAh / cm 2 . A lithium-sulfur battery was produced in the same manner as in Example 1 except for the production of the positive electrode.

<실험예><Experimental Example>

실시예 1로 제조된 리튬-황 전지와 비교예 1로 제조된 리튬-황 전지를 각각 0.1 C/0.1 C로 충전/방전을 100 사이클 반복하면서, 사이클 마다 각 전지의 초기 용량을 측정하였다.The initial capacity of each cell was measured for each cycle while the lithium-sulfur battery prepared in Example 1 and the lithium-sulfur battery prepared in Comparative Example 1 were repeatedly charged / discharged at 0.1 C / 0.1 C for 100 cycles.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 명세서에 따른 실시예 1의 전지는 비교예 1의 전지보다 초기 용량이 크고, 충전/방전의 사이클이 계속 진행되어도 초기 용량의 감소폭이 작아 사이클 특성이 뛰어남을 알 수 있다.As shown in FIG. 1, the battery of Example 1 according to the present invention had an initial capacity larger than that of the battery of Comparative Example 1, and the cycle characteristics were excellent because the reduction width of the initial capacity was small even if the charge / .

Claims (11)

다공성 탄소 폼; 및 황을 포함하고,
상기 황은 다공성 탄소 폼의 기공에 포함된 것인 리튬-황 전지용 양극.
Porous carbon foam; And sulfur,
Wherein the sulfur is contained in the pores of the porous carbon foam.
청구항 1에 있어서, 상기 양극의 탄소 : 황의 중량비는 1 : 2 이상이고 1 : 4 이하인 것인 리튬-황 전지용 양극.The positive electrode for a lithium-sulfur battery according to claim 1, wherein the weight ratio of carbon to sulfur in the positive electrode is 1: 2 or more and 1: 4 or less. 청구항 1에 있어서, 상기 양극의 탄소의 함량은 상기 양극의 전체 중량을 기준으로 10 wt% 이상이고 50 wt% 이하인 것인 리튬-황 전지용 양극.The positive electrode for a lithium-sulfur battery according to claim 1, wherein the content of carbon in the positive electrode is 10 wt% or more and 50 wt% or less based on the total weight of the positive electrode. 청구항 1에 있어서, 상기 양극의 황의 함량은 상기 양극의 전체 중량을 기준으로 50 wt% 이상이고 90 wt% 이하인 것인 리튬-황 전지용 양극.The positive electrode for a lithium-sulfur battery according to claim 1, wherein the content of sulfur in the positive electrode is 50 wt% or more and 90 wt% or less based on the total weight of the positive electrode. 청구항 1에 있어서, 상기 다공성 탄소 폼의 기공은 평균 직경이 30 μm 이상이고 100 μm 이하인 것인 리튬-황 전지용 양극.The positive electrode for a lithium-sulfur battery according to claim 1, wherein the pores of the porous carbon foam have an average diameter of 30 μm or more and 100 μm or less. 청구항 1에 있어서, 상기 다공성 탄소 폼의 기공은 상기 다공성 탄소 폼의 전체 부피를 기준으로 50 % 이상이고 99 % 이하인 것인 리튬-황 전지용 양극.The positive electrode for a lithium-sulfur battery according to claim 1, wherein the pores of the porous carbon foam are 50% or more and 99% or less based on the total volume of the porous carbon foam. 청구항 1에 있어서, 상기 다공성 탄소 폼은 망상 구조인 것인 리튬-황 전지용 양극.The positive electrode for a lithium-sulfur battery according to claim 1, wherein the porous carbon foam has a network structure. 음극;
청구항 1 내지 7 중 어느 한 항의 양극;
상기 양극과 상기 음극 사이에 위치하는 세퍼레이터; 및
상기 음극, 상기 양극 및 상기 세퍼레이터에 함침되어 있는 전해질;
을 포함하는 리튬-황 전지.
cathode;
A cathode according to any one of claims 1 to 7;
A separator positioned between the anode and the cathode; And
An electrolyte impregnated in the negative electrode, the positive electrode, and the separator;
&Lt; / RTI &gt;
청구항 8의 리튬-황 전지를 단위전지로 포함하는 전지 모듈.A battery module comprising the lithium-sulfur battery of claim 8 as a unit cell. 다공성 탄소 폼을 용융황에 담지하는 단계를 포함하는 리튬-황 전지용 양극의 제조방법.A method for producing a positive electrode for a lithium-sulfur battery, comprising: supporting a porous carbon foam in molten sulfur. 청구항 8에 있어서, 상기 용융황의 온도는 120 ℃ 이상이고 150 ℃이하인 것인 리튬-황 전지용 양극의 제조방법.
The method according to claim 8, wherein the temperature of the molten sulfur is 120 ° C or more and 150 ° C or less.
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KR20190098401A (en) * 2018-02-14 2019-08-22 주식회사 엘지화학 Method for preparing positive electrode active material for lithium sulfur battery, positive electrode active material for lithium sulfur battery prepared thereby and lithium sulfur battery including the same

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