KR20150043407A - Composite materials for lithium-sulfur batteries - Google Patents

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이브구에니 클리모프
올리버 그론발트
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Abstract

본 발명은, 10 이상의 종횡비를 가진, 하나 이상의 전기전도성 첨가제의 입자(aa)를 포함하는 하나 이상의 탄소성 출발 물질의 탄화 생성물(a)을 포함하는 하나 이상의 탄소 복합 물질(A) 및 원소 황 (B)를 포함하는 황-탄소 복합 물질에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 본 발명의 황-탄소 복합 물질을 제조하는 방법, 본 발명의 황-탄소 복합 물질을 포함하는 전기화학 전지용 캐쏘드 물질, 상응하는 전기화학 전지, 및 황 복합 물질의 전기화학 전지 제조를 위한 용도에 관한 것이다.The present invention relates to a process for the production of at least one carbon composite material (A) comprising at least one carbonaceous starting material (a) comprising at least one particle (aa) of an electrically conductive additive having an aspect ratio of 10 or more, B). ≪ / RTI > The present invention also relates to a method for producing a sulfur-carbon composite material of the present invention, a cathode material for an electrochemical cell including the sulfur-carbon composite material of the present invention, a corresponding electrochemical cell, Lt; / RTI >

Description

리튬-황 배터리용 복합 물질{COMPOSITE MATERIALS FOR LITHIUM-SULFUR BATTERIES}[0001] COMPOSITE MATERIALS FOR LITHIUM-SULFUR BATTERIES [0002]

본 발명은, 10 이상의 종횡비를 가진, 하나 이상의 전기전도성 첨가제의 입자(aa)를 포함하는 하나 이상의 탄소성 출발 물질의 탄화 생성물(a)을 포함하는 하나 이상의 탄소 복합 물질(A) 및 원소 황 (B)를 포함하는 황-탄소 복합 물질에 관한 것이다.The present invention relates to a process for the production of at least one carbon composite material (A) comprising at least one carbonaceous starting material (a) comprising at least one particle (aa) of an electrically conductive additive having an aspect ratio of 10 or more, B). ≪ / RTI >

또한, 본 발명은, 본 발명의 황-탄소 복합 물질을 제조하는 방법, 본 발명의 황-탄소 복합 물질을 포함하는 전기화학 전지용 캐쏘드 물질, 상응하는 전기화학 전지, 및 황 복합 물질의 전기화학 전지 제조를 위한 용도에 관한 것이다.The present invention also relates to a method for producing a sulfur-carbon composite material of the present invention, a cathode material for an electrochemical cell including the sulfur-carbon composite material of the present invention, a corresponding electrochemical cell, To the use for the manufacture of batteries.

에너지를 저장하는 것은 오랫동안 관심이 증가하는 대상이었다. 전기화학 전지, 예를 들면 배터리 또는 축전지는 전기 에너지를 저장하는데 사용될 수 있다. 최근에는 리튬 이온 배터리라고 불리우는 것이 특히 관심을 끌고 있다. 이는 몇가지 기술적인 측면에서 통상의 전지보다 우수하다. 예를 들면, 이는 수성 전해질을 기본으로 하는 배터리로는 얻어질 수 없는 전압을 생성하는데 사용될 수 있다.Storing energy has long been a target of interest. An electrochemical cell, such as a battery or a battery, can be used to store electrical energy. Recently, what is called a lithium ion battery is attracting particular attention. This is superior to conventional batteries in several technical aspects. For example, it can be used to generate a voltage that can not be obtained with a battery based on an aqueous electrolyte.

그러나, 탄소 애노드 및 금속 산화물을 기본으로 하는 캐쏘드를 갖는 통상적인 리튬 이온 축전기의 에너지 밀도는 제한적이다. 에너지 밀도와 관련된 새로운 차원이 리튬-황 전지에 의해 열리고 있다. 리튬-황 전지에서, 황은 황 캐쏘드에서 폴리설파이드 이온을 거쳐 S2 -로 환원되며, 이는 다시, 셀이 충전되어 황-황 결합을 형성할 때 산화된다. 충전 및 방전 조작 과정에서, 캐쏘드의 구조가 상응하게 변화되며, 이는 거시적 수준으로는 캐쏘드의 팽창 및 수축, 즉 부피의 변화에 상응한다.However, the energy density of conventional lithium ion capacitors having a cathode based on carbon anodes and metal oxides is limited. A new dimension related to energy density is being opened by lithium-sulfur batteries. In a lithium-sulfur battery, sulfur is reduced to S 2 - through the polysulfide ion in the sulfur cathode, which again oxidizes when the cell is charged to form sulfur-sulfur bonds. During the charging and discharging operations, the structure of the cathode is correspondingly changed, which corresponds to the expansion and contraction of the cathode, i.e., the volume, at the macroscopic level.

황 뿐만 아니라, 리튬-황 전지에서 캐쏘드는 전형적으로 또한, 전도성 첨가제로서의 카본 블랙 또는 카본 블랙 혼합물 및 결합제를 포함한다. 리튬-황 전지의 캐쏘드에 전형적으로 존재하는 결합제는 일차적으로, 전기전도성인 카본 블랙 입자와 전기화학적으로 활성인 황(자체는 전기전도성이 아님)과 접촉시키고, 이차적으로, 황-카본 블랙 혼합물을 캐쏘드의 출력(output) 물질(예를 들면 금속 호일, 금속 메쉬 또는 금속-코팅된 중합체 필름)과 연결시키는 역할을 한다. In addition to sulfur, cathodes in lithium-sulfur batteries typically also include carbon black or a mixture of carbon black and a binder as a conductive additive. The binder typically present in the cathode of a lithium-sulfur battery is primarily contacted with electrically conductive carbon black particles and an electrochemically active sulfur (which itself is not electrically conductive) and, secondly, a sulfur- To the output material of the cathode (e.g., metal foil, metal mesh, or metal-coated polymer film).

WO 2009/054987는, 황 캐쏘드에 대한 도전체(또한 집전체로도 불리움)로 제공되는 알루미늄 층 상의 프라이머 층으로서 폴리비닐알콜을 기술한다.WO 2009/054987 describes polyvinyl alcohol as a primer layer on an aluminum layer provided as a conductor (also referred to as a current collector) for a sulfur cathode.

US 2010/0239914 및 US 2011/0059361에는, 결합제로서 폴리비닐 알콜을 사용하는 각 경우에 황 및 수트(soot) 입자를 폴리비닐 알콜과 결합함으로써 리튬-황 전지용 캐쏘드를 제조한다.US 2010/0239914 and US 2011/0059361 prepare cathodes for lithium-sulfur batteries by combining sulfur and soot particles with polyvinyl alcohol in each case using polyvinyl alcohol as the binder.

상기 문헌에 기술된 황-함유 캐쏘드 물질은 여전히, 캐쏘드 물질 및 그로부터 제조되는 전기화학 전지에 바람직한 물성 중 하나 이상과 관련하여 단점을 갖는다. 바람직한 물성은, 예를 들면, 출력 물질에 대한 캐쏘드 물질의 우수한 접착 성능, 캐쏘드 물질의 높은 전기전도도, 캐쏘드 용량의 증가, 전기화학 전지의 수명의 증가, 캐쏘드의 기계적 안정성의 개선 또는 충-방전 사이클 중의 캐쏘드의 부피 변화의 감소이다. 일반적으로, 상기 언급된 바람직한 성질은 또한, 전기화학 전지의 경제성을 개선하는데 결정적인 기여를 하며, 이는 전기화학 전지의 원하는 기술적 성능 프로필 측면 뿐 아니라 사용자에게도 결정적인 중요성을 갖는다.
The sulfur-containing cathode materials described in this document still have disadvantages associated with one or more of the desirable physical properties for cathode materials and electrochemical cells made therefrom. Preferred physical properties include, for example, good adhesion properties of the cathode material to the output material, high electrical conductivity of the cathode material, increase in the cathode capacity, increase in the lifetime of the electrochemical cell, improvement in the mechanical stability of the cathode, Reduction of the volume change of the cathode during the charge-discharge cycle. In general, the above-mentioned desirable properties also make a decisive contribution to improving the economics of the electrochemical cell, which is of crucial importance to the user as well as the desired technical performance profile aspect of the electrochemical cell.

따라서, 본 발명의 목적은, 공지된 캐쏘드 물질의 하나 이상의 물성에 있어서 더 이점을 갖는, 리튬-황 전지용의 저렴한 캐쏘드 물질, 더욱 특히, 높은 캐쏘드 용량, 높은 기계적 안정성 및 긴 수명과 함께 개선된 전기전도도를 가진 캐쏘드의 제작을 가능하게 하는 캐쏘드 물질을 제공하는 것이다.It is therefore an object of the present invention to provide an inexpensive cathode material for a lithium-sulfur battery, more particularly having a high cathode capacity, a high mechanical stability and a long lifetime, which has a further advantage in the properties of one or more of the known cathode materials And to provide a cathode material that enables the production of a cathode with improved electrical conductivity.

상기 목적은, The above-

(aa) 10 이상의 종횡비를 가진, 하나 이상의 전기전도성 첨가제의 입자(aa) particles of at least one electrically conductive additive having an aspect ratio of 10 or greater

를 포함하는 (a) 하나 이상의 탄소성 출발 물질의 탄화 생성물(A) at least one carbonized product of the carbonaceous starting material

을 포함하는 (A) 하나 이상의 탄소 복합 물질 및 (A) at least one carbon composite material and

(B) 원소 황(B) Elemental sulfur

을 포함하는 황-탄소 복합 물질에 의해 달성된다.≪ / RTI >

본 발명의 황-탄소 복합 물질은 복합 물질이다. 복합 물질은 일반적으로, 수동으로 분리될 수 없고 개별 성분과 다른 물성을 가진 고체 혼합물인 물질을 의미하는 것으로 이해된다. 구체적으로, 본 발명의 황-탄소 복합 물질은 입자형 복합물질, 특히 섬유형 복합 물질이다.The sulfur-carbon composite material of the present invention is a composite material. Composite materials are generally understood to mean materials that are not manually separable and are a solid mixture with discrete components and other physical properties. Specifically, the sulfur-carbon composite material of the present invention is a particulate composite material, particularly a fibrous composite material.

본 발명의 황-탄소 복합 물질은, 성분 (A)로서 하나 이상의 탄소 복합 물질(이후 또한 탄소 복합체 (A)로도 간단히 지칭됨)을 포함하며, 이는 성분 (a)로서 하나 이상의 탄소성 출발 물질의 탄화 생성물 (이후 또한 간단히 탄화 생성물(a)로도 지칭됨)을 포함하며, 상기 성분 (a)는, 성분 (aa)로서, 10 이상의 종횡비를 가진 하나 이상의 전기전도성 첨가제의 입자(이후 또한 간단히 입자 (aa)로도 지칭됨)를 포함한다. 또한, 본 발명의 황-탄소 복합 물질은, 성분 (B)로서 원소 황을 포함한다(이후 간단히 황(B)으로도 지칭됨).The sulfur-carbon composite material of the present invention comprises as component (A) at least one carbon composite material (hereinafter also simply referred to as carbon composite (A)), which comprises as component (a) Wherein the component (a) further comprises, as component (aa), particles of at least one electrically conductive additive having an aspect ratio of 10 or more (hereinafter also referred to simply as particles (a) aa "). Further, the sulfur-carbon composite material of the present invention contains elemental sulfur (hereinafter simply referred to as sulfur (B)) as the component (B).

탄소 복합체(A)(이는 고체임)에 존재하는 탄화 생성물(a)는 다양한 탄소성 출발 물질로부터 생성될 수 있다. 탄화 생성물의 제조 공정 및 그러한 제조 공정에 사용가능한 적합한 탄소성 출발 물질은 당분야의 숙련가들에게 기본적으로 공지되어 있다. 탄화 생성물은 전형적으로, 탄소성 출발 물질로부터 일산화탄소 또는 이산화탄소로의 탄소의 산화를 가능한 한 방지하기 위해 완전한 또는 적어도 실질적으로 완전한 산소의 배제하에 열을 공급하면서 탄소성 출발 물질을 열분해하여, 고체의, 탄소-풍부 잔사로서 형성된다. 열분해 공정으로부터의 탄화 생성물은 예를 들면 목재 챠콜, 동물성 챠콜, 브라운 석탄 또는 경질 석탄으로부터의 코크스, 또는 폴리아크릴로니트릴로부터 형성된 탄소 섬유가 공지되어 있다. 탄화 생성물(a)은 또한, 탄소성 출발 물질의 열분해에 의해 수득가능한 탄소 매트릭스로 지칭될 수도 있다.The carbonized product (a) present in the carbon composite (A) (which is a solid) can be produced from various carbonaceous starting materials. Suitable carbonaceous starting materials for the preparation of carbonized products and their use in such manufacturing processes are basically known to those skilled in the art. The carbonized product typically pyrolyzes the carbonaceous starting material, while heating to provide complete or at least substantially complete elimination of oxygen, as much as possible to prevent oxidation of the carbon from the starting material to carbon monoxide or carbon dioxide, Carbon-rich residue. Carbonization products from the pyrolysis process are known, for example, carbon black formed from wood charcoal, animal charcoal, brown coal or hard coal, or polyacrylonitrile. The carbonization product (a) may also be referred to as a carbon matrix obtainable by pyrolysis of the elastomeric starting material.

탄소성 출발 물질은 바람직하게는 탄수화물, 수지, 코크스, 피치, 폴리아크릴로니트릴, 스티렌-아크릴로니트릴 공중합체, 멜라민-포름알데히드 수지 및 페놀-포름알데히드 수지로부터 선택된다. 바람직한 탄소성 출발 물질은 특히 탄수화물, 특히 모노-, 다이- 또는 폴리사카라이드이며, 여기서 통상적으로, 물만이 제거되어 탄소를 남긴다. 탄수화물은 가장 바람직하게는 스타치이다.The elastomeric starting material is preferably selected from carbohydrates, resins, coke, pitch, polyacrylonitrile, styrene-acrylonitrile copolymers, melamine-formaldehyde resins and phenol-formaldehyde resins. Preferred elastoplastic starting materials are in particular carbohydrates, especially mono-, di- or polysaccharides, where typically only water is removed leaving behind carbon. The carbohydrate is most preferably starch.

본 발명의 하나의 실시양태에서, 본 발명의 황-탄소 복합 물질의 특징은, 탄소성 출발 물질이 탄수화물, 수지, 코크스, 피치, 폴리아크릴로니트릴, 스티렌-아크릴로니트릴 공중합체, 멜라민-포름알데히드 수지 및 페놀-포름알데히드 수지, 특히 탄수화물로부터 선택된다는 것이다.In one embodiment of the present invention, the sulfur-carbon composite material of the present invention is characterized in that the carbonaceous starting material is a carbohydrate, a resin, a coke, a pitch, a polyacrylonitrile, a styrene- acrylonitrile copolymer, a melamine- Aldehyde resins and phenol-formaldehyde resins, especially carbohydrates.

탄화 생성물(a) 중의 탄소 함량은, 원소 분석에 의해 결정시 탄화 생성물(a)의 질량을 기준으로, 바람직하게는 80 중량% 초과, 더욱 바람직하게는 90 중량% 초과, 특히 95 중량% 초과 내지 최대 거의 100 중량% 이다.The carbon content in the carbonized product (a) is preferably more than 80% by weight, more preferably more than 90% by weight, especially more than 95% by weight, The maximum is about 100% by weight.

탄소 복합체(A)에 존재하는 입자(aa)는 10 이상, 바람직하게는 20 이상, 더욱 바람직하게는 40 이상, 특히 80 이상의 종횡비를 갖는다. 입자의 종횡비는, 입자의 두께에 대한 입자의 길이의 비를 의미하는 것으로 이해된다. 10 이상의 종횡비를 가진 입자는 따라서 섬유 또는 리플릿(leaflet) 형태를 취할 수 있다.(Aa) present in the carbon composite (A) has an aspect ratio of 10 or more, preferably 20 or more, more preferably 40 or more, especially 80 or more. The aspect ratio of the particles is understood to mean the ratio of the length of the particles to the thickness of the particles. Particles having an aspect ratio of 10 or more can thus take the form of fibers or leaflets.

하나 이상의 전기 전도성 첨가제의 입자(aa)는 바람직하게는 섬유상이며, 이 경우 섬유의 두께는 그의 직경으로 더 잘 칭해진다.The particles (aa) of the at least one electrically conductive additive are preferably fibrous, in which case the thickness of the fibers is better called their diameter.

입자, 특히 섬유의 길이 및 직경은 주사 전자 현미경 또는 광학 현미경에 의해 결정된다. 그렇게 결정된 값을 사용하여 종횡비를 산출한다.The length and diameter of the particles, especially the fibers, are determined by scanning electron microscopy or optical microscopy. The aspect ratio is calculated using the thus determined value.

전기전도성 첨가제의 입자의 두께 또는 평균 직경은 기본적으로 넓은 범위에서 변할 수 있다. 전기전도성 첨가제의 입자는 바람직하게는, 50 nm 내지 100㎛ 범위, 더욱 바람직하게는, 60 nm 내지 1000nm 범위, 특히 70 내지 200 nm 범위의 두께 또는 더욱 특히 평균 직경을 갖는다.The thickness or average diameter of the particles of the electrically conductive additive can vary basically in a wide range. The particles of the electrically conductive additive preferably have a thickness in the range from 50 nm to 100 μm, more preferably in the range from 60 nm to 1000 nm, in particular in the range from 70 to 200 nm, or even more particularly an average diameter.

입자의 평균 직경은 상술한 바와 같이 주사 전자 현미경 또는 광학 현미경에 의해 결정된다.The average diameter of the particles is determined by a scanning electron microscope or an optical microscope as described above.

본 발명의 하나의 실시양태에서, 본 발명의 황-탄소 복합 물질의 특징은, 전기전도성 첨가제의 입자가 50 nm 내지 100㎛ 범위의 평균 직경을 갖는 것이다.In one embodiment of the present invention, the sulfur-carbon composite material of the present invention is characterized in that the particles of the electrically conductive additive have an average diameter in the range of 50 nm to 100 mu m.

전기전도성 첨가제의 입자는 바람직하게는 0.1 mS/cm 내지 30,000 S/cm, 더욱 바람직하게는 100 mS/cm 내지 30,000 mS/cm 범위의 전기전도도를 갖는다.The particles of the electrically conductive additive preferably have an electrical conductivity in the range of from 0.1 mS / cm to 30,000 S / cm, more preferably from 100 mS / cm to 30,000 mS / cm.

첨가제의 전기전도도 LF는, 첨가제를 KBr 디스크 제조에 사용되는 것과 같은 표준 프레스 몰드에서 프레싱하여 두께 d 및 단면적 A를 가진 펠렛을 제공하는 것에 의해 결정된다. 이 펠렛을 이어서 두 개의 금(gold) 금속 플레이트 사이에 클램핑하고 전기 임피던스 분광광도법에 의해 분석한다. 임피던스의 실질 부분 Re(1 내지 10 kHz의 고주파 범위에서)를 사용하여 식 LF=d/(A x Re)에 따라 전기 전도도 LF를 계산한다.The electrical conductivity LF of the additive is determined by pressing the additive in a standard press mold such as that used in the manufacture of KBr discs to provide a pellet with thickness d and cross- The pellet is then clamped between two gold metal plates and analyzed by electrical impedance spectrophotometry. The electrical conductivity LF is calculated according to the equation LF = d / (A x Re) using a substantial portion Re of the impedance (in the high frequency range of 1 to 10 kHz).

본 발명의 한 실시양태에서, 본 발명의 황-탄소 복합 물질의 특징은, 전기전도성 첨가제의 입자가 0.1 mS/cm 내지 30,000 S/cm 범위의 전기전도도를 갖는 것이다.In one embodiment of the present invention, the sulfur-carbon composite material of the present invention is characterized in that the particles of the electrically conductive additive have electrical conductivity in the range of 0.1 mS / cm to 30,000 S / cm.

적합한 전기전도성 첨가제 입자는 기본적으로 당분야의 숙련가에게 공지되어 있다. 전기전도성 첨가제 입자는 바람직하게는, 탄소 섬유; 인듐 주석 산화물, Al-도핑된 아연 산화물, Ga-도핑된 아연 산화물, In-도핑된 아연 산화물, F-도핑된 주석 이산화물, Sb-도핑된 주석 이산화물 중에서 선택된 투명 금속 산화물의 섬유; WC, MoC 및 TiC로부터 선택된 금속 탄화물의 섬유; 및 알루미늄 및 강(steel)으로부터 선택된 금속 섬유 중에서 선택된다. 전기전도성 첨가제 입자는 더욱 바람직하게는 탄소 섬유이다.Suitable electrically conductive additive particles are basically known to those skilled in the art. The electrically conductive additive particles are preferably carbon fibers; A fiber of a transparent metal oxide selected from indium tin oxide, Al-doped zinc oxide, Ga-doped zinc oxide, In-doped zinc oxide, F-doped tin dioxide, and Sb-doped tin dioxide; Fibers of metal carbides selected from WC, MoC and TiC; And metal fibers selected from aluminum and steel. The electroconductive additive particles are more preferably carbon fibers.

전기전도성 첨가제 입자, 특히 전기전도성 첨가제 섬유를 제조하는 방법은 당분야의 숙련가에게 공지되어 있다. 예를 들면, 폴리아크릴로니트릴 섬유의 열분해에 의해 탄소 섬유를 수득하는 것이 가능하다. 탄소 섬유는 많은 공급처로부터 상업적으로 입수가능하다. 투명 금속 산화물 섬유, 예를 들면 Al-도핑된 아연 산화물 또는 Sb-도핑된 주석 이산화물의 섬유는, 예를 들면 WO2010/122049 또는 WO2011/054701에 기술된 바와 같이 전기스파이닝 공정 및 후속 소결에 의해 제조될 수 있다.Methods for making electrically conductive additive particles, particularly electrically conductive additive fibers, are known to those skilled in the art. For example, it is possible to obtain carbon fibers by pyrolysis of polyacrylonitrile fibers. Carbon fibers are commercially available from many sources. Transparent metal oxide fibers, for example Al-doped zinc oxide or fibers of Sb-doped tin dioxide, can be produced by an electrical spinning process and subsequent sintering, for example as described in WO2010 / 122049 or WO2011 / 054701 .

본 발명의 하나의 실시양태에서, 본 발명의 황-탄소 복합 물질의 특징은, 전기전도성 첨가제의 입자가 탄소 섬유; 인듐 주석 산화물, Al-도핑된 아연 산화물, Ga-도핑된 아연 산화물, In-도핑된 아연 산화물, F-도핑된 주석 이산화물, Sb-도핑된 주석 이산화물 중에서 선택된 투명 금속 산화물의 섬유; WC, MoC 및 TiC로부터 선택된 금속 탄화물의 섬유; 및 알루미늄 및 강으로부터 선택된 금속 섬유 중에서 선택되는 것이다.In one embodiment of the present invention, the sulfur-carbon composite material of the present invention is characterized in that the particles of the electrically conductive additive are carbon fibers; A fiber of a transparent metal oxide selected from indium tin oxide, Al-doped zinc oxide, Ga-doped zinc oxide, In-doped zinc oxide, F-doped tin dioxide, and Sb-doped tin dioxide; Fibers of metal carbides selected from WC, MoC and TiC; And metal fibers selected from aluminum and steel.

황-탄소 복합 물질(A)의 총 중량을 기준으로 한 전기전도성 첨가제 입자의 중량 비율은 넓은 범위에서 변할 수 있다. 황-탄소 복합 물질(A)의 총 중량을 기준으로 한 전기전도성 첨가제의 입자의 중량 비율은 바람직하게는 0.1 내지 60 중량%, 더욱 바람직하게는 1 내지 40 중량%, 특히 5 내지 25 중량% 범위이다.The weight ratio of the electrically conductive additive particles based on the total weight of the sulfur-carbon composite material (A) may vary within a wide range. The weight ratio of the particles of the electrically conductive additive based on the total weight of the sulfur-carbon composite material (A) is preferably 0.1 to 60 wt%, more preferably 1 to 40 wt%, particularly preferably 5 to 25 wt% to be.

본 발명의 하나의 실시양태에서, 본 발명의 황-탄소 복합 물질의 특징은, 황-탄소 복합 물질(A)의 총 중량을 기준으로 한 전기전도성 첨가제의 입자의 중량 비율이 0.1 내지 60 중량% 범위인 것이다.In one embodiment of the present invention, the sulfur-carbon composite material of the present invention is characterized in that the weight ratio of the particles of the electrically conductive additive based on the total weight of the sulfur-carbon composite material (A) is 0.1 to 60 wt% Range.

바람직한 실시양태에서, 탄소 복합체(A) 중의 탄화 생성물(a) 및 전기전도성 첨가제 입자(aa)의 총 중량의 합은 80 중량% 이상, 더욱 바람직하게는 90 중량% 이상, 특히 95 중량% 이상 내지 거의 100 중량%이다. 상기 중량 비율은, 출발 성분의 화학적 조성을 고려하여 원소 분석 수단에 의해 결정될 수 있다.In a preferred embodiment, the sum of the total weight of the carbonized product (a) and the electrically conductive additive particles (aa) in the carbon composite (A) is at least 80 wt%, more preferably at least 90 wt%, especially at least 95 wt% Is almost 100% by weight. The weight ratio can be determined by the element analysis means in consideration of the chemical composition of the starting component.

추가의 실시양태에서, 탄소 복합 물질(A)은, 평균 입경이 70 내지 200 nm 범위이고 종횡비가 10 이상이며 사용된 탄화 생성물(a)와 입자(aa)로서 사용된 탄소 섬유의 중량 비율의 합이 더욱 바람직하게는 95 중량% 내지 최대 100 중량% 범위인 탄소 섬유를 포함하는 하나 이상의 전기전도성 첨가제의 입자(aa)를 포함하는 폴리사카라이드(특히 스타치)의 탄화 생성물인 탄화 생성물(a)를 포함한다.In a further embodiment, the carbon composite material (A) has an average particle diameter in the range of 70 to 200 nm, an aspect ratio of 10 or more, and a sum of the weight ratios of the carbonization product (a) used and the carbon fibers used as the particles (A), which is a carbonization product of a polysaccharide (particularly starch) comprising particles (aa) of at least one electrically conductive additive comprising carbon fibers in the range of from 95 wt% to 100 wt% .

탄소 복합체(A) 중의 탄소 함량은, 원소 분석에 의해 결정된 탄소 복합체(A)의 질량을 기준으로, 바람직하게는 80 중량% 초과, 더욱 바람직하게는 90 중량% 초과, 특히 95 중량% 초과 내지 최대 거의 100 중량%이다.The carbon content in the carbon composite (A) is preferably more than 80% by weight, more preferably more than 90% by weight, particularly more than 95% by weight, and most preferably more than 95% by weight, based on the mass of the carbon composite (A) Is almost 100% by weight.

본 발명의 황-탄소 복합 물질은 성분 (B)로서 원소 황을 포함하며, 원소 황은 자체가 공지되어 있다.The sulfur-carbon composite material of the present invention contains elemental sulfur as component (B), and elemental sulfur is known per se.

탄소 복합체(A) 중에 황은 바람직하게는 미세하고 균질하게 분포되어 있다. 황의 평균 입자 크기는 0.1 내지 50㎛ 범위, 바람직하게는 0.1 내지 25 ㎛ 범위, 더욱 바람직하게는 0.1 내지 10 ㎛ 범위이다. 황-탄소 복합 물질 중의 황의 평균 입자 크기는 주사 전자 현미경에 의해 측정될 수 있다.The sulfur in the carbon composite (A) is preferably finely and homogeneously distributed. The average particle size of sulfur is in the range of 0.1 to 50 mu m, preferably in the range of 0.1 to 25 mu m, more preferably in the range of 0.1 to 10 mu m. The average particle size of sulfur in the sulfur-carbon composite material can be measured by a scanning electron microscope.

탄소 복합 물질(A) 및 황(B)의 중량 비율의 합을 기준으로 한 황의 중량 비율은 넓은 범위내에서 변할 수 있다. 탄소 복합 물질 및 황의 총 중량 비율을 기준으로 한 황의 중량 비율은, 원소 분석에 의해 결정할 때, 10 내지 95 중량%, 더욱 바람직하게는 30 내지 90 중량%, 특히 50 내지 85 중량% 범위이다.The weight ratio of sulfur based on the sum of the weight ratios of the carbon composite material (A) and sulfur (B) may vary within a wide range. Carbon composite material and sulfur is in the range of 10 to 95 wt.%, More preferably 30 to 90 wt.%, Especially 50 to 85 wt.%, As determined by elemental analysis, based on the total weight ratio of sulfur.

본 발명의 한 실시양태에서, 본 발명의 황-탄소 복합 물질의 특징은, 탄소 복합 물질 및 황의 총 중량 비율을 기준으로 한 황의 중량 비율이 10 내지 95 중량%인 것이다.In one embodiment of the present invention, the sulfur-carbon composite material of the present invention is characterized in that the weight ratio of sulfur based on the total weight ratio of the carbon composite material and sulfur is 10 to 95% by weight.

탄소 복합체(A) 또는 본 발명의 황-탄소 복합 물질은 각각의 제조 공정에 따라 다른 형태로 수득될 수 있다. 사용된 반응기 크기에 따라, 기본적으로, 0.001 m 내지 1 m 범위의 공간 치수를 가진 성형체, 즉 10-9 m3 내지 1 m3 범위의 부피를 가진 성형체를 제조하는 것이 가능하다. 분쇄, 마멸 또는 그라인딩과 같은 공지의 분쇄 기법에 의해, 10 nm 내지 1000㎛ 범위, 바람직하게는 100㎛ 내지 10㎛ 범위, 더욱 바람직하게는 0.1 내지 10㎛ 범위의 평균 입경을 가진 탄소 복합체(A) 입자 또는 본 발명의 황-탄소 복합 물질 입자를 제조하는 것이 가능하다. 미립 입자로 구성된 그러한 미분된 분말이 본 발명에 특히 바람직하다.Carbon composite material (A) or the sulfur-carbon composite material of the present invention may be obtained in different forms depending on each manufacturing process. Depending on the reactor size used, it is basically possible to produce a shaped body with a spatial dimension in the range of 0.001 m to 1 m, i.e. a shaped body having a volume in the range of 10 -9 m 3 to 1 m 3 . (A) having an average particle diameter in the range of 10 nm to 1000 mu m, preferably in the range of 100 mu m to 10 mu m, more preferably in the range of 0.1 to 10 mu m by a known grinding technique such as grinding, It is possible to prepare particles or the sulfur-carbon composite material particles of the present invention. Such finely divided powders composed of fine particles are particularly preferred in the present invention.

본 발명의 하나의 실시양태에서, 본 발명의 황-탄소 복합 물질의 특징은, 황-탄소 복합 물질이 미립 형태인 것이다.In one embodiment of the present invention, the sulfur-carbon composite material of the present invention is characterized in that the sulfur-carbon composite material is in a particulate form.

상술한 본 발명의 황-탄소 복합 물질은 상이한 방식으로 제조될 수 있다. 본 발명의 황-탄소 복합 물질을 제조하는 방법은 바람직하게는, 하나 이상의 탄소성 출발 물질과 하나 이상의 전기전도성 첨가제 입자(10 이상의 종횡비를 가짐)를 포함하는 혼합물을 서로 혼합하고, 바람직하게는 균질하게 혼합하는 공정 단계를 포함한다. 이를 확실히 하기 위해, 탄소 복합체(A)의 제조를 위한 출발물질은 바람직하게는, 일반적으로 아무런 문제없이 혼합될 수 있는 분말 형태이다. 달리, 상기 혼합은, 출발 물질의 형태 및 물리적 특성에 따라, 예를 들면 혼합기(블렌더라고도 불리움), 밀(mill) 또는 압출기에서 수행될 수도 있다. 상기 혼합 단계는, 바람직하게는 후속 탄화 단계에서 아무런 문제없이 제거될 수 있는 적합한 액체를 첨가하거나 또는 첨가하지 않고 수행될 수 있다.The above-described sulfur-carbon composite material of the present invention can be produced in a different manner. The process for preparing the sulfur-carbon composite material of the present invention preferably comprises mixing the mixture comprising at least one elastomeric starting material and at least one electrically conductive additive particle (having an aspect ratio of 10 or more) with each other, And mixing. To ensure this, the starting material for the preparation of the carbon composite (A) is preferably in the form of a powder which can be mixed normally without any problem. Alternatively, the mixing may be carried out, for example, in a mixer (also referred to as a blender), a mill or an extruder, depending on the type and physical properties of the starting material. The mixing step may preferably be performed with or without the addition of a suitable liquid which can be removed without any problems in the subsequent carbonization step.

추가의 공정 단계에서, 탄소성 출발 물질과 전기전도성 첨가제 입자를 포함하는 혼합물은 탄화에 의해 탄소 복합체(A)로 전환되어, 상기 탄소성 출발 물질이 탄화 생성물을 생성한다.In a further process step, the mixture comprising the carbonaceous starting material and the electrically conductive additive particles is converted to a carbon composite (A) by carbonization, and the carbonaceous starting material forms a carbonized product.

추가의 공정 단계에서, 탄소 복합 물질은, 가능하게는 분쇄 단계 후에, 원소 황과 혼합된다. 탄소 복합 물질과 황(바람직하게는 황 분말)의 균질 혼합물을 생성하는 것이 바람직하다.In a further process step, the carbon composite material is mixed with elemental sulfur, possibly after the milling step. Carbon composite material and a sulfur (preferably a sulfur powder).

본 발명은 또한, 10 이상의 종횡비를 가진, 하나 이상의 전기전도성 첨가제의 입자(aa)를 포함하는 하나 이상의 탄소성 출발 물질의 탄화 생성물(a)을 포함하는 하나 이상의 탄소 복합 물질(A) 및 원소 황 (B)을 포함하는 황-탄소 복합 물질의 제조 방법을 제공하며, 상기 방법은 적어도The present invention also relates to a process for the production of at least one carbon composite material (A) comprising at least one carbonaceous starting material (a) comprising at least one particle of electrically conductive additives (aa) and having an aspect ratio of 10 or more, (B), characterized in that it comprises at least

(i) 하나 이상의 탄소성 출발 물질, 및 10 이상의 종횡비를 가진, 하나 이상의 전기전도성 첨가제의 입자를 포함하는 혼합물을 제조하는 단계,(i) preparing a mixture comprising at least one elastomeric starting material, and particles of at least one electrically conductive additive having an aspect ratio of at least 10,

(ii) 상기 탄소성 출발 물질을 탄화시켜, 전기전도성 첨가제 입자를 포함하는 탄화 생성물을 형성하여, 탄소 복합 물질을 제공하는 단계, 및(ii) carbonizing said elastomeric starting material to form a carbonized product comprising electrically conductive additive particles to provide a carbon composite material; and

(iii) 단계 (ii)에서 수득된 탄소 복합 물질과 원소 황의 혼합물을 제조하는 단계(iii) preparing a mixture of elemental sulfur and the carbon composite material obtained in step (ii)

를 포함한다..

본 발명에 따른 방법에서 상기 탄소성 출발 물질, 입자(aa), 탄화 생성물(a), 탄소 복합 물질(A) 및 원소 황(B)에 대한 설명 및 바람직한 실시양태는 본 발명의 황-탄소 복합 물질에 대한 이들 성분의 상술한 설명에 상응한다.Descriptions and preferred embodiments of the elastomeric starting material, particles (aa), carbonized product (a), carbon composite material (A) and elemental sulfur (B) in the process according to the present invention are the sulfur- Corresponding to the above description of these components for the substance.

공정 단계 (i)에서는, 상술한 바와 같이, 탄소 복합 물질(A)에 대한 출발 성분들의 균질 혼합물이, 바람직하게는, 탄화 단계에서 열분해가능하거나 완전히 제거가능한 추가의 보조제(예를 들면 물)의 첨가 하에 또는 부재하에, 공지된 혼합 공정에 의해 제공된다.In process step (i), as described above, a homogeneous mixture of starting components for the carbon composite material (A) is preferably added to the carbon composite material (A) in the presence of a further auxiliary agent (e.g. water) which is pyrolyzable or completely removable in the carbonization step With or without the addition of a solvent.

공정 단계 (ii)에서는, 상기 탄소성 출발 물질 및 전기전도성 첨가제의 입자를 포함하는 혼합물을 탄화시킴으로써 탄소 복합 물질(A)을 생성하며, 상기 탄소성 출발 물질은 탄화 생성물(a)로 전환된다. 실질적인 탄화 단계 (ii)에 앞서 상기 출발 물질들의 혼합물의 200℃ 미만의 온도에서의 열처리 단계(이는, 예를 들면, 습윤된 스타치의 경우 접착(gluing) 단계 또는 하나 이상의 용매, 예컨대 물의 제거를 위한 건조 단계일 수 있음)가 하나 이상 선행될 수 있다.In process step (ii), carbon composite material (A) is produced by carbonizing a mixture containing the particles of the carbonaceous starting material and the electrically conductive additive, and the carbonaceous starting material is converted to carbonization product (a). (Ii) a step of heat-treating the mixture of starting materials at a temperature of less than 200 ° C (which may be, for example, in the case of a wet starch, for gluing or for removal of one or more solvents, Drying step) may be preceded by one or more.

"탄화시키는" 또는 "탄화"라는 용어는 본원 명세서에서 동의어로 사용된다.The term "carbonizing" or "carbonization" is used herein as a synonym.

일반적으로, 탄화는 200 내지 2000℃ 범위, 바람직하게는 300 내지 1600℃ 범위, 더욱 바람직하게는 400 내지 1100℃ 범위, 특히 500 내지 900℃ 범위의 온도에서 수행된다.In general, the carbonization is carried out at a temperature in the range of 200 to 2000 ° C, preferably in the range of 300 to 1600 ° C, more preferably in the range of 400 to 1100 ° C, in particular in the range of 500 to 900 ° C.

본 발명의 한 실시양태에서, 황-탄소 복합 물질의 본 발명에 따른 제조 방법의 특징은, 공정 단계 (ii)에서 탄화가 500℃ 이상, 특히 550 내지 700℃ 범위에서 수행되는 것이다.In one embodiment of the present invention, a feature of the process according to the invention of the sulfur-carbon composite material is that the carbonization in process step (ii) is carried out at a temperature of at least 500 ° C, in particular in the range of from 550 to 700 ° C.

상기 탄화의 기간은 넓은 범위에서 변할 수 있으며, 탄화가 수행되는 온도를 비롯한 인자들에 의존한다. 탄화 기간은 0.5 내지 50 시간, 바람직하게는 1 내지 24 시간, 특히 2 내지 12시간일 수 있다.The duration of the carbonization can vary over a wide range and depends on factors including the temperature at which carbonization is carried out. The carbonization period may be 0.5 to 50 hours, preferably 1 to 24 hours, particularly 2 to 12 hours.

상기 탄소성 출발 물질 및 입자(aa)를 포함하는 혼합물의 탄화는 기본적으로 하나 이상의 단계, 예를 들면 1단계 또는 2단계로 수행될 수 있다. 기본적으로, 탄화 단계는 산화제, 예를 들면 산소의 존재 또는 부재하에 수행될 수 있으며, 단 산화제는 탄소성 출발 물질에 존재하는 탄소를 완전히 산화시키지 않는다. 탄소성 출발 물질에 존재하는 탄소의 산화를 매우 실질적으로 억제하기 위해, 산소의 실질적인 또는 완전한 배제하에, 바람직하게는 불활성 기체의 존재 하에 탄화를 수행하는 것이 유리함을 발견하였다.The carbonization of the mixture comprising the elastomeric starting material and the particles (aa) can basically be carried out in one or more stages, for example in one stage or two stages. Basically, the carbonization step can be carried out in the presence or absence of an oxidizing agent, for example oxygen, with the proviso that the oxidizing agent does not completely oxidize the carbon present in the elastomeric starting material. It has been found to be advantageous to carry out carbonization in the presence of an inert gas, preferably under inert or substantially complete elimination of oxygen, in order to very substantially inhibit the oxidation of the carbon present in the elastomeric starting material.

상기 탄소성 출발 물질 및 입자(aa)를 포함하는 혼합물의 탄화는 기본적으로 감압하에, 예를 들면 진공 하에, 표준 압력하에, 또는 승압하에, 예를 들면 가압 오토클레이브에서 수행될 수 있다. 일반적으로, 상기 탄화는, 0.01 내지 100 바(bar) 범위, 바람직하게는 0.1 내지 10 바, 특히 0.5 내지 5 바 또는 0.7 내지 2 바 범위의 압력에서 수행된다. 상기 탄화는 폐쇄 시스템 또는 개방 시스템(이때, 생성되는 휘발성 성분은 기체 스트림, 불활성 기체 또는 환원성 기체로 제거됨)으로 수행될 수 있다.The carbonization of the mixture comprising the elastoplastic starting material and the particles (aa) can be carried out basically under reduced pressure, for example under vacuum, under standard pressure, or under elevated pressure, for example in a pressurized autoclave. In general, the carbonization is carried out at a pressure in the range of 0.01 to 100 bar, preferably 0.1 to 10 bar, especially 0.5 to 5 bar or 0.7 to 2 bar. The carbonization can be carried out with a closed system or an open system, where the volatile components produced are removed into a gaseous stream, an inert gas or a reducing gas.

공정 단계 (iii)에서는, 단계 (ii)에서 수득된 탄소 복합 물질(A)과 원소 황 (B)의 혼합물이 생성된다. 상술한 바와 같이, 이 목적을 위해서는, 탄소 복합 물질(A)과 황의 균질 혼합물을 제조하는 것이 바람직하다. 성분 (A) 및 (B)는 서로 독립적으로 또는 직접적으로 함께 분쇄되어 분말을 제공한다. 상기 성분 (A) 및 (B)의 혼합물로부터 황-탄소 복합 물질을 수득하기 위해, 상기 혼합물은 바람직하게는 열처리된다. 특히 바람직한 것은 성분 (A) 및 (B)를 함께 100 내지 200℃ 범위의 온도로 가열하는 것이다. 공정 단계 (iii)은 오토클레이브와 같은 폐쇄 시스템으로, 또는 플라스크와 같은 개방 시스템으로 수행될 수 있으며, 개방 시스템에서의 물질은 아르곤과 같은 불활성 기체의 스트림으로 블랑켓하여 보호되는 것이 바람직하다.In the process step (iii), a mixture of the carbon composite material (A) and the elemental sulfur (B) obtained in the step (ii) is produced. As described above, for this purpose, it is preferable to prepare a homogeneous mixture of the carbon composite material (A) and sulfur. The components (A) and (B) may be pulverized either independently or directly together to provide a powder. In order to obtain a sulfur-carbon composite material from the mixture of the components (A) and (B), the mixture is preferably heat-treated. Particularly preferred is to heat the components (A) and (B) together at a temperature in the range of from 100 to 200 占 폚. Process step (iii) may be carried out with a closed system such as an autoclave or with an open system such as a flask, and the material in the open system is preferably protected by blanketing with a stream of inert gas such as argon.

본 발명의 하나의 실시양태에서, 본 발명에 따른 황-탄소 복합 물질의 제조 방법의 특징은, 공정 단계 (iii)의 혼합물의 제조가 탄소 복합 물질과 원소 황을 함께 100 내지 200℃ 범위의 온도로 가열하는 것을 포함하는 것이다. 이렇게 제조된 혼합물은, 출발 물질이 수동적(manual) 방법으로는 더 이상 서로 완전히 분리될 수 없는 복합 물질이다.In one embodiment of the present invention, the process for producing a sulfur-carbon composite material according to the present invention is characterized in that the preparation of the mixture of process step (iii) comprises heating the carbon composite material and the elemental sulfur together at a temperature . ≪ / RTI > The mixture thus prepared is a composite material in which the starting material can no longer be completely separated from each other in a manual manner.

더욱 특히, 본 발명에 따른 방법은 황-탄소 복합 물질을 연속적 및/또는 회분식 모드로 산업적으로 제조하는데 적합하다. 회분식 모드에서, 이는, 10 kg 초과, 더 우수하게는 100 kg 초과, 더더욱 이상적으로는 1000 kg 초과 또는 5000 kg 초과의 배취 크기를 의미한다. 연속적 모드에서, 이는 100 kg/일 초과, 더 우수하게는 100 kg/일 초과, 더더욱 이상적으로는 10 ton/일 초과 또는 100 톤/일 초과의 생산 속도를 의미한다.More particularly, the process according to the invention is suitable for industrially manufacturing sulfur-carbon composite materials in continuous and / or batch mode. In the batch mode, this means a batch size of more than 10 kg, more preferably more than 100 kg, even more ideally more than 1000 kg or more than 5000 kg. In continuous mode, this means a production rate of greater than 100 kg / day, more preferably greater than 100 kg / day, even more ideally greater than 10 ton / day or greater than 100 ton / day.

본 발명에 따른 방법에서 수득된 본 발명의 황-탄소 복합 물질은 전형적으로, 당분야에 공지된 후속적인 분쇄 단계에 의해 추가로 분쇄되어 분말 형태로 되며, 이는 최종적으로 전기화학 전지, 특히 리튬-황 전지용 캐쏘드 물질의 필수 성분으로서 사용될 수 있다The sulfur-carbon composite material of the present invention obtained in the process according to the present invention is typically further pulverized into a powder form by a subsequent milling step known in the art, which ultimately results in an electrochemical cell, particularly a lithium- Can be used as an essential component of a cathode material for a sulfur battery

본 발명은 또한, 상술한 하나 이상의 본 발명의 황-탄소 복합 물질, 및 임의적으로 하나 이상의 결합제(C)를 포함하는, 전기화학 전지용 캐쏘드 물질을 제공한다. 본 발명의 캐쏘드 물질은 바람직하게는 상기 본 발명의 황-탄소 복합 물질 뿐아니라 하나 이상의 결합제(C)를 포함한다.The present invention also provides a cathode material for an electrochemical cell, comprising one or more of the sulfur-carbon composite materials of the present invention described above, and optionally one or more binders (C). The cathode material of the present invention preferably includes at least one binder (C) as well as the sulfur-carbon composite material of the present invention.

본 발명의 캐쏘드 물질에 존재하는 하나 이상의 결합제(C)는 기본적으로 본 발명의 캐쏘드 물질의 기계적 안정화를 제공한다.The at least one binder (C) present in the cathode material of the present invention basically provides mechanical stabilization of the cathode material of the present invention.

본 발명의 하나의 실시양태에서, 결합제(C)는, 유기 (공)중합체 중에서 선택된다. 적합한 유기 (공)중합체의 예는 할로겐화된 것이거나 무할로겐 형일 수 있다. 예는, 폴리에틸렌 옥사이드(PEO), 셀룰로오스, 카복시메틸 셀룰로오스, 폴리비닐 알콜, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리아크릴로니트릴-메틸 메타크릴레이트 공중합체, 스티렌-부타디엔 공중합체, 테트라플루오로에틸렌-헥사플루오로프로필렌 공중합체, 비닐리덴 플루오라이드-헥사플루오로프로필렌 공중합체(PVdF-HFP), 비닐리덴 플루오라이드-테트라플루오로에틸렌 공중합체, 퍼플루오로알킬 비닐 에터 공중합체, 에틸렌-테트라플루오로에틸렌 공중합체, 비닐리덴 플루오라이드-클로로트라이플루오로에틸렌 공중합체, 에틸렌-클로로트라이플루오로에틸렌 공중합체, 에틸렌-아크릴산 공중합체(임의적으로 적어도 부분적으로 알칼리금속 염 또는 암모니아로 중화됨), 에틸렌-메타크릴산 공중합체(임의적으로 적어도 부분적으로 알칼리금속 염 또는 암모니아로 중화됨), 에틸렌-(메트)아크릴산 에스터 공중합체, 폴리이미드 및 폴리이소부텐이다.In one embodiment of the present invention, the binder (C) is selected from organic (co) polymers. Examples of suitable organic (co) polymers may be halogenated or non-halogenated. Examples are polyethylene oxide (PEO), cellulose, carboxymethylcellulose, polyvinyl alcohol, polyethylene, polypropylene, polytetrafluoroethylene, polyacrylonitrile-methyl methacrylate copolymer, styrene-butadiene copolymer, tetrafluoroethylene Vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer, vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer (PVdF-HFP), vinylidene fluoride-tetrafluoroethylene copolymer, perfluoroalkyl vinyl ether copolymer, ethylene- Vinylidene fluoride-chlorotrifluoroethylene copolymers, ethylene-chlorotrifluoroethylene copolymers, ethylene-acrylic acid copolymers (optionally at least partially neutralized with an alkali metal salt or ammonia), vinylidene fluoride-chlorotrifluoroethylene copolymers, , An ethylene-methacrylic acid copolymer (optionally at least partially By being neutralized with an alkali metal salt or ammonia), ethylene- (meth) acrylic acid ester copolymer, a polyimide, and polyisobutene.

적합한 결합제는 특히 폴리비닐 알콜 및 할로겐화된 (공)중합체, 예를 들면 폴리비닐 클로라이드 또는 폴리비닐리덴 클로라이드, 특히 불화된 (공)중합체, 예를 들면 폴리비닐 플루오라이드 및 특히 폴리비닐리덴 플루오라이드 및 폴리테트라플루오로에틸렌이다.Suitable binders are, in particular, polyvinylalcohols and halogenated (co) polymers such as polyvinyl chloride or polyvinylidene chloride, especially fluorinated (co) polymers such as polyvinyl fluoride and especially polyvinylidene fluoride and Polytetrafluoroethylene.

결힙제(C)의 평균 분자량 Mw는 넓은 한계치에서 선택될 수 있으며, 적합한 예는 20,000 내지 1,000,000 g/mol이다.The average molecular weight Mw of the kneading agent (C) can be selected from a wide range, and a suitable example is 20,000 to 1,000,000 g / mol.

본 발명의 하나의 실시양태에서, 본 발명의 캐쏘드 물질은 사용된 본 발명의 황-탄소 복합 물질의 질량을 기준으로 0.1 내지 10 중량% 범위, 바람직하게는 1 내지 8 중량% 범위, 더욱 바람직하게는 3 내지 6 중량% 범위의 결합제를 포함한다.In one embodiment of the present invention, the cathode material of the present invention is present in the range of 0.1 to 10% by weight, preferably in the range of 1 to 8% by weight, more preferably in the range of 1 to 8% by weight, based on the mass of the sulfur- By weight of the binder.

결합제(C)는 다양한 방법으로 본 발명의 캐쏘드 물질 내로 혼입될 수 있다. 예를 들면, 적합한 용매 또는 용매 혼합물에 폴리비닐 알콜과 같은 가용성 결합제(C)를 용해시키는 것이 가능하며(물/이소프로판올이 폴리비닐 알콜에 대한 적합한 예이다), 상기 캐쏘드 물질의 추가의 성분들과의 현탁액을 제조하는 것이 가능하다. 적합한 기재, 예를 들면 알루미늄 호일에 적용한 후, 상기 용매 또는 용매 혼합물은 제거되어(예를 들면 기화되어), 본 발명의 캐쏘드 물질로 구성된 전극이 수득된다. 폴리비닐리덴 플루오라이드에 적합한 용매는 NMP이다.Binder (C) can be incorporated into the cathode material of the present invention in a variety of ways. For example, it is possible to dissolve a soluble binder (C) such as polyvinyl alcohol in a suitable solvent or solvent mixture (water / isopropanol is a suitable example for polyvinyl alcohol), additional components of the cathode material It is possible to prepare a suspension with After application to a suitable substrate, such as an aluminum foil, the solvent or solvent mixture is removed (e.g., vaporized) to yield an electrode comprised of the cathode material of the present invention. A suitable solvent for polyvinylidene fluoride is NMP.

결합제(C)로서 약 용해성인 중합체, 예를 들면 폴리테트라플루오로에틸렌 또는 테트라플루오로에틸렌-헥사플루오로프로필렌 공중합체를 사용하는 것이 바람직하다면, 그 결합제(C)의 입자와 상기 캐쏘드 물질의 추가의 성분들의 현탁액이 생성되고 고온 압축된다.If it is desired to use a weakly soluble polymer such as polytetrafluoroethylene or tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer as the binder (C), it is preferable that the particles of the binder (C) and the particles of the cathode material A suspension of additional ingredients is produced and hot compressed.

본 발명의 황-탄소 복합 물질 및 결합제(C) 뿐아니라, 본 발명의 캐쏘드 물질은 추가적으로 탄소(D)를 포함할 수 있으며, 이는 기본적으로 상술한 탄소 복합체(A)일 수도 있되, 단 황과 접촉되지 않은 것이다. 추가적인 탄소(D)는 바람직하게는, 60% 이상의 sp2-하이브리드화된 탄소 원자, 바람직하게는 75 내지 100%의 sp2-하이브리드화된 탄소 원자를 포함하는 다형체 탄소이다. 본 발명에서, 이 탄소는 또한 간단히 탄소(D)로 불리우며, 자체가 공지되어 있다. 탄소(D)는 탄소의 전기전도성 다형체이다. 탄소(D)는 예를 들면, 그라파이트, 카본 블랙, 탄소 나노튜브, 그라펜 또는 이들 중 둘 이상의 혼합물 중에서 선택될 수 있다.In addition to the sulfur-carbon composite material and the binder (C) of the present invention, the cathode material of the present invention may further include carbon (D), which may be basically the carbon composite (A) . The additional carbon (D) is preferably a polymorphic carbon comprising at least 60% sp 2 -hybridized carbon atoms, preferably 75 to 100% sp 2 -hybridized carbon atoms. In the present invention, this carbon is also simply referred to as carbon (D), which is known per se. Carbon (D) is an electrically conductive polymorph of carbon. The carbon (D) may be selected from, for example, graphite, carbon black, carbon nanotubes, graphene or a mixture of two or more thereof.

상기 %의 수치는, 상기 캐쏘드 물질 내에 황-탄소 복합 물질과 함께 존재하는 모든 탄소(D)(임의의 불순물 포함)를 기준으로 한 것이며, 중량%를 의미한다.The above percentages are based on all carbon (D) (including any impurities) present in the cathode material with the sulfur-carbon composite material, and refer to wt%.

본 발명의 한 실시양태에서, 탄소(D)는 카본 블랙이다. 카본 블랙은 예를 들면, 램프 블랙, 퍼니스(furnace) 블랙, 화염 블랙, 써멀(thermal) 블랙, 아세틸렌 블랙 및 공업적 블랙 중에서 선택될 수 있다. 카본 블랙은 불순물, 예를 들면 탄화수소, 특히 방향족 탄화수소, 또는 산소-함유 화합물 또는 산소-함유 기, 예를 들면 OH 기를 포함할 수 있다. 또한, 황- 또는 철-함유 불순물이 카본 블랙에 있을 수 있다.In one embodiment of the present invention, carbon (D) is carbon black. The carbon black can be selected, for example, from lamp black, furnace black, flame black, thermal black, acetylene black and industrial black. Carbon black may contain impurities, such as hydrocarbons, especially aromatic hydrocarbons, or oxygen-containing compounds or oxygen-containing groups, such as OH groups. In addition, sulfur- or iron-containing impurities may be present in the carbon black.

하나의 변형체에서, 탄소(D)는 부분 산화된 카본 블랙이다.In one variant, carbon (D) is partially oxidized carbon black.

본 발명의 하나의 실시양태에서, 탄소(D)는 탄소 나노튜브를 포함한다. 탄소 나노튜브(간단히, CNT), 예를 들면 단일벽 탄소 나노튜브(SW CNT) 및 바람직하게는 다중벽 탄소 나노튜브(MW CNT)는 공지되어 있다. 이들의 제조 방법 및 몇 가지 물성은 예를 들면 문헌[A. Jess et al. Chemie Ingenieur Technik 2006, 78, 94-100]에 기술되어 있다.In one embodiment of the present invention, carbon (D) comprises carbon nanotubes. Carbon nanotubes (simply, CNTs), such as single wall carbon nanotubes (SW CNTs) and preferably multiwall carbon nanotubes (MW CNTs), are known. Their preparation methods and some physical properties are described, for example, in [A. Jess et al. Chemie Ingenieur Technik 2006, 78, 94-100.

본 발명의 하나의 실시양태에서, 탄소 나노튜브는 0.4 내지 50 nm, 바람직하게는 1 내지 25 nm 범위의 직경을 갖는다.In one embodiment of the present invention, the carbon nanotubes have a diameter in the range of 0.4 to 50 nm, preferably 1 to 25 nm.

본 발명의 하나의 실시양태에서, 탄소 나노튜브는 10 nm 내지 1 mm, 바람직하게는 100 내지 500 nm 범위의 길이를 갖는다.In one embodiment of the present invention, the carbon nanotubes have a length in the range of 10 nm to 1 mm, preferably 100 to 500 nm.

탄소 나노튜브는 공지된 방법에 의해 제조할 수 있다. 예를 들면, 휘발성 탄소 화합물, 예를 들면 메탄 또는 일산화탄소, 아세틸렌 또는 에틸렌, 또는 휘발성 탄소 화합물들의 혼합물, 예를 들면 합성 가스를 하나 이상의 환원제, 예를 들면 수소 및/또는 추가의 기체, 예를 들면 질소의 존재 하에 분해시키는 것이 가능하다. 다른 적합한 기체 혼합물은 일산화탄소와 에틸렌의 혼합물이다. 적합한 분해 온도는 예를 들면 400 내지 1000℃, 바람직하게는 500 내지 800℃ 범위이다. 분해에 적합한 압력 조건은 예를 들면 표준 압력 내지 100 바, 바람직하게는 표준 압력 내지 10바 범위이다.The carbon nanotubes can be produced by a known method. For example, a mixture of volatile carbon compounds such as methane or carbon monoxide, acetylene or ethylene, or mixtures of volatile carbon compounds, for example syngas, with one or more reducing agents such as hydrogen and / or additional gases, It is possible to decompose in the presence of nitrogen. Another suitable gas mixture is a mixture of carbon monoxide and ethylene. Suitable decomposition temperatures are, for example, in the range of 400 to 1000 占 폚, preferably 500 to 800 占 폚. Suitable pressure conditions for decomposition are, for example, from standard pressure to 100 bar, preferably standard pressure to 10 bar.

단일벽 또는 다중벽 탄소 나노튜브는 예를 들면, 탄소 화합물을 광 아크(arc) 중에서 분해 촉매의 존재 또는 부재 하에 분해함으로써 수득될 수 있다.Single-walled or multi-walled carbon nanotubes can be obtained, for example, by decomposing a carbon compound in an arc of light in the presence or absence of a decomposition catalyst.

하나의 실시양태에서, 휘발성 탄소 화합물 또는 탄소 화합물의 분해는 분해 촉매, 예를 들면 Fe, Co 또는 바람직하게는 Ni의 존재하에 수행된다.In one embodiment, the decomposition of the volatile carbon compound or the carbon compound is carried out in the presence of a cracking catalyst, for example Fe, Co or preferably Ni.

본 발명에서, 그라펜은, 개개의 그라파이트 층과 유사한 구조를 가진, 거의 이상적으로 또는 이상적으로 2차원의 6각형 탄소 결정을 의미하는 것으로 이해된다.In the present invention, graphen is understood to mean a nearly ideal or ideally two-dimensional hexagonal carbon crystal having a structure similar to the individual graphite layer.

본 발명의 하나의 실시양태에서, 탄소(D)는 그라파이트, 그라펜, 활성탄 및 특히 카본 블랙 중에서 선택된다.In one embodiment of the present invention, carbon (D) is selected from graphite, graphene, activated carbon and especially carbon black.

탄소(D)는 예를 들면, 0.02 내지 50㎛ 범위의 직경을 가진 입자 형태일 수 있다. 평균 직경은, 주사 전자 현미경으로 부피 평균으로서 결정되는, 2차 입자의 평균 직경을 의미하는 것으로 이해된다.The carbon (D) may be in the form of particles having a diameter in the range of 0.02 to 50 mu m, for example. The average diameter is understood to mean the average diameter of the secondary particles, which is determined as a volume average by a scanning electron microscope.

본 발명의 하나의 실시양태에서, 탄소(D) 및 특히 카본 블랙은 ISO 9277로 측정시, 20 내지 1500 m2/g 범위의 BET 표면적을 갖는다.In one embodiment of the present invention, carbon (D) and especially carbon black have a BET surface area in the range of 20 to 1500 m 2 / g, as measured by ISO 9277.

본 발명에서는 또한, 한 종류의 탄소(D) 대신에, 둘 이상, 예를 들면 둘 또는 셋의 다른 종류의 탄소(D)를 서로 혼합하는 것이 가능하다. 다른 종류의 탄소(D)는 예를 들면 입경 또는 BET 표면적 또는 오염 정도 면에서 상이할 수 있다.In the present invention, it is also possible to mix two or more, for example two or three, different kinds of carbon (D) with each other instead of one kind of carbon (D). The other kind of carbon (D) may differ, for example, in terms of particle size or BET surface area or contamination level.

본 발명의 하나의 실시양태에서, 본 발명의 캐쏘드 물질은 원소 분석으로 결정시 20 내지 80 중량%, 바람직하게는 30 내지 70 중량% 범위의 황을 포함한다. In one embodiment of the present invention, the cathode material of the present invention contains sulfur in an amount of 20 to 80% by weight, preferably 30 to 70% by weight, determined by elemental analysis.

본 발명의 하나의 실시양태에서, 본 발명의 캐쏘드 물질은 0.1 내지 60 중량%, 바람직하게는 3 내지 30 중량% 범위의 탄소(D)를 포함한다. 이 탄소는 마찬가지로 예를 들면 원소 분석에 의해 측정될 수 있으며, 이 경우, 원소 분석의 평가는, 탄소가 또한 성분 (A), (B) 및 (C)를 통해 본 발명의 캐쏘드 물질 내로 혼입된다는 사실이 고려되어야 한다.In one embodiment of the present invention, the cathode material of the present invention comprises carbon (D) in the range of 0.1 to 60 wt%, preferably 3 to 30 wt%. This carbon can likewise be measured, for example, by elemental analysis, in which case the evaluation of the elemental analysis is also carried out in such a way that carbon is also incorporated into the inventive cathode material through components (A), (B) and (C) Should be considered.

본 발명의 황-탄소 복합 물질 및 본 발명의 캐쏘드 물질은 특히, 캐쏘드로서 또는 캐쏘드의 제조, 특히 리튬-함유 배터리의 캐쏘드의 제조에 적합하다. 본 발명은, 본 발명의 황-탄소 복합 물질 또는 본 발명의 캐쏘드 물질의 전기화학 전지용 캐쏘드로서의 용도 또는 캐쏘드의 제조를 위한 용도를 제공한다.The sulfur-carbon composite material of the present invention and the cathode material of the present invention are particularly suitable as a cathode or in the manufacture of a cathode, particularly in the manufacture of a cathode of a lithium-containing battery. The present invention provides the use of the sulfur-carbon composite material of the present invention or the cathode material of the present invention as a cathode for an electrochemical cell or for the production of a cathode.

본 발명의 황-탄소 복합 물질 또는 본 발명의 캐쏘드 물질의 추가의 특징은, 본 발명에 따르면, 바람직하게는 30 사이클 이상, 더욱 바람직하게는 50 사이클 이상, 더더욱 바람직하게는 100 사이클 이상, 특히 200 사이클 이상 또는 500 사이클 이상에 걸쳐 안정한 배터리 전지를 제조하는 것이 가능하다는 것이다.According to the present invention, further characteristics of the sulfur-carbon composite material of the present invention or the cathode material of the present invention are preferably 30 cycles or more, more preferably 50 cycles or more, still more preferably 100 cycles or more, It is possible to manufacture a stable battery cell over 200 cycles or more or 500 cycles or more.

본 발명은 추가로, 하나 이상의 본 발명의 황-탄소 복합 물질 또는 본 발명의 캐쏘드 물질로부터 또는 이들을 사용하여 제조한 하나 이상의 캐쏘드를 포함하는 전기화학 전지를 제공한다. The present invention further provides an electrochemical cell comprising at least one inventive sulfur-carbon composite material or one or more cathodes made from or using the inventive cathode material.

본 발명에서는, 방전(일(work)) 과정에서 환원 작용을 갖는 전극을 캐쏘드로 지칭된다.In the present invention, an electrode having a reducing action in a discharge (work) process is referred to as a cathode.

본 발명의 하나의 실시양태에서, 본 발명의 황-탄소 복합 물질 또는 본 발명의 캐쏘드 물질은 예를 들면, 배터리 제조자에 의해 가공처리되는 연속 벨트의 형태로 캐쏘드로 가공된다.In one embodiment of the present invention, the sulfur-carbon composite material of the present invention or the cathode material of the present invention is processed into a cathode in the form of a continuous belt, for example, processed by a battery manufacturer.

본 발명의 황-탄소 복합 물질 또는 본 발명의 캐쏘드 물질로부터 제조된 캐쏘드는 예를 들면, 20 내지 500㎛, 바람직하게는 40 내지 200㎛ 범위의 두께를 가질 수 있다. 이들은 예를 들면, 막대 형태, 둥근형, 타원형 또는 정사각형 기둥 형태, 또는 입방형 형태 또는 편평한 캐쏘드의 형태일 수 있다.The cathode made from the sulfur-carbon composite material of the present invention or the cathode material of the present invention may have a thickness in the range of, for example, 20 to 500 μm, preferably 40 to 200 μm. These may be, for example, rod-shaped, round, oval or square columnar, or cubic or flat cathode.

본 발명의 하나의 실시양태에서, 본 발명의 전기화학 전지는, 본 발명의 황-탄소 복합 물질 또는 본 발명의 캐쏘드 물질 뿐 아니라, 금속 마그네슘, 금속 알루미늄, 금속 아연, 금속 나트륨 또는 바람직하게는 금속 리튬을 포함하는 하나 이상의 전극을 포함한다.In one embodiment of the present invention, the electrochemical cell of the present invention is characterized in that not only the sulfur-carbon composite material of the present invention or the cathode material of the present invention but also metal magnesium, metal aluminum, zinc metal, And at least one electrode comprising metallic lithium.

본 발명의 추가의 실시양태에서, 상술한 본 발명의 전기화학 전지는, 본 발명의 황-탄소 복합 물질 또는 본 발명의 캐쏘드 물질 뿐 아니라, 리튬-함유 전도성 염을 포함하는 액체 전해질을 포함한다.In a further embodiment of the present invention, the above-described electrochemical cell of the present invention includes a liquid electrolyte containing a lithium-containing conductive salt, as well as the sulfur-carbon composite material of the present invention or the cathode material of the present invention .

본 발명의 하나의 실시양태에서, 본 발명의 전기화학 전지는, 본 발명의 황-탄소 복합 물질 또는 본 발명의 캐쏘드 물질 및 추가의 전극, 특히 금속 리튬을 포함하는 하나 이상의 전극 뿐 아니라, 실온에서 액체 또는 고체일 수 있고 바람직하게는 실온에서 액체이고 바람직하게는 중합체, 환형 또는 비환형 에터, 환형 또는 비환형 아세탈, 환형 또는 비환형 유기 탄산염, 및 이온성 액체 중에서 선택되는 하나 이상의 비수성 용매를 포함한다.In one embodiment of the present invention, the electrochemical cell of the present invention is characterized in that it comprises, in addition to the sulfur-carbon composite material of the present invention or the cathode material of the present invention and one or more electrodes comprising further electrodes, At least one non-aqueous solvent selected from among polymers, cyclic or acyclic ethers, cyclic or acyclic acetals, cyclic or acyclic organic carbonates, and ionic liquids, which may be liquid or solid at room temperature and is preferably liquid at room temperature .

적합한 중합체의 예는 특히 폴리알킬렌 글리콜, 바람직하게는 폴리-C1-C4-알킬렌 글리콜, 특히 폴리에틸렌 글리콜이다. 폴리에틸렌 글리콜은, 공중합 형태로 하나 이상의 폴리-C1-C4-알킬렌 글리콜의 20몰% 이하를 차지할 수 있다. 폴리알킬렌 글리콜은 바람직하게는 이중으로 메틸- 또는 에틸-캡핑된 폴리알킬렌 글리콜이다.Examples of suitable polymers are, in particular, polyalkylene glycols, preferably poly-C 1 -C 4 -alkylene glycols, in particular polyethylene glycols. Polyethylene glycols can account for up to 20 mole% of one or more poly-C 1 -C 4 -alkylene glycols in copolymerized form. The polyalkylene glycols are preferably double-methyl- or ethyl-capped polyalkylene glycols.

적합한 폴리알킬렌 글리콜, 및 특히 적합한 폴리에틸렌 글리콜의 분자량 Mw는 400 g/mol 이상일 수 있다.The molecular weight Mw of suitable polyalkylene glycols, and particularly suitable polyethylene glycols, may be at least 400 g / mol.

적합한 폴리알킬렌 글리콜, 및 특히 적합한 폴리에틸렌 글리콜의 분자량 Mw는 5,000,000 g/mol 이하, 바람직하게는 2,000,000 g/mol 이하일 수 있다.Suitable polyalkylene glycols, and particularly suitable polyethylene glycols, may have a molecular weight Mw of 5,000,000 g / mol or less, preferably 2,000,000 g / mol or less.

적합한 비환형 에터의 예는, 예를 들면 다이이소프로필 에터, 다이-n-부틸 에터, 1,2-다이메톡시에탄, 1,2-다이에톡시에탄이며, 1,2-다이메톡시에탄이 바람직하다.Examples of suitable non-cyclic ethers are diisopropyl ether, di-n-butyl ether, 1,2-dimethoxyethane, 1,2-diethoxyethane, 1,2-dimethoxyethane .

적합한 환형 에터의 예는 테트라하이드로푸란 및 1,4-다이옥산이다.Examples of suitable cyclic ethers are tetrahydrofuran and 1,4-dioxane.

적합한 비환형 아세탈의 예는, 예를 들면 다이메톡시메탄, 다이에톡시메탄, 1,1-다이메톡시에탄, 및 1,1-다이에톡시에탄이다.Examples of suitable non-cyclic acetals are, for example, dimethoxymethane, diethoxymethane, 1,1-dimethoxyethane, and 1,1-diethoxyethane.

적합한 환형 아세탈의 예는 1,3-다이옥산, 특히 1,3-다이옥솔란이다.An example of a suitable cyclic acetal is 1,3-dioxane, especially 1,3-dioxolane.

적합한 비환형 유기 탄산염의 예는, 다이메틸 카보네이트, 에틸메틸 카보네이트 및 다이에틸 카보네이트이다.Examples of suitable non-cyclic organic carbonates are dimethyl carbonate, ethyl methyl carbonate and diethyl carbonate.

적합한 환형 유기 탄산염의 예는, 하기 화학식 (X) 및 (XI)의 화합물이다:Examples of suitable cyclic organic carbonates are compounds of the formulas (X) and (XI)

Figure pct00001
Figure pct00001

상기 식에서,In this formula,

R1, R2 및 R3은 동일하거나 상이하며, 각각 수소 및 C1-C4 알킬(예를 들면 메틸, 에틸, n-프로필, 이소프로필, n-부틸, 이소부틸, sec-부틸 및 3급 부틸) 중에서 선택되며, R 1 , R 2 and R 3 are the same or different and are each hydrogen and C 1 -C 4 alkyl (eg methyl, ethyl, n-propyl, isopropyl, n-butyl, isobutyl, sec- Butyl), < / RTI >

R2 및 R3은 바람직하게는 둘다 3급 부틸은 아니다.R 2 and R 3 are preferably not both tertiary butyl.

특히 바람직한 실시양태에서, R1은 메틸이고 R2 및 R3은 각각 수소이거나, R1, R2 및 R3이 각각 수소이다.In a particularly preferred embodiment, R 1 is methyl and R 2 and R 3 are each hydrogen, or R 1 , R 2 and R 3 are each hydrogen.

다른 바람직한 환형 유기 탄산염은 하기 화학식 (XII)의 비닐렌 카보네이트이다:Another preferred cyclic organic carbonate is vinylene carbonate of formula (XII)

Figure pct00002
.
Figure pct00002
.

용매(들)를 소위 무수 상태, 즉 수분 함량이 예를 들면 칼 피셔 적정에 의해 결정할 때 1 ppm 내지 0.1 중량% 범위인 상태로 사용하는 것이 바람직하다.It is preferred to use the solvent (s) in a range of 1 ppm to 0.1% by weight when determined by the so-called anhydrous condition, i.e., the water content by Karl Fischer titration.

본 발명의 하나의 실시양태에서, 본 발명의 전기화학 전지는, 하나 이상의 전도성 염, 바람직하게는 리튬 염을 포함한다. 적합한 리튬 염의 예는 LiPF6, LiBF4, LiClO4, LiAsF6, LiCF3SO3, LiC(CnF2n +1SO2)3, 리튬 이미드 예컨대 LiN(CnF2n+1SO2)2(이때 n은 1 내지 20임), LiN(SO2F)2, Li2SiF6, LiSbF6, LiAlCl4, 및 식 (CnF2n +1SO2)mXLi의 염(이때, m은, x가 산소 및 황 중에서 선택되는 경우는 m=1, x가 질소 및 인 중에서 선택되는 경우는 m=2, x가 탄소 및 규소 중에서 선택되는 경우는 m=3으로 정의됨)이다.In one embodiment of the present invention, the electrochemical cell of the present invention comprises at least one conductive salt, preferably a lithium salt. Suitable examples of lithium salt are LiPF 6, LiBF 4, LiClO 4 , LiAsF 6, LiCF 3 SO 3, LiC (C n F 2n +1 SO 2) 3, for example lithium imide LiN (C n F 2n + 1 SO 2) 2 (where n is a number ranging from 1 to 20 Im), LiN (SO 2 F) 2, Li 2 SiF 6, LiSbF 6, LiAlCl 4, and a formula (C n F 2n +1 SO 2) m salt of XLi (wherein, m Is defined as m = 1 when x is selected from oxygen and sulfur, m = 2 when x is selected from nitrogen and phosphorus, and m = 3 when x is selected from carbon and silicon).

바람직한 전도성 염은 LiC(CF3SO2)3, LiN(CF3SO2)2, LiPF6, LiBF4, LiClO4중에서 선택되며, 특히 바람직하게는 LiPF6 및 LiN(CF3SO2)2이다.Preferred conducting salts are LiC (CF 3 SO 2) 3 , LiN (CF 3 SO 2) 2, LiPF 6, LiBF 4, LiClO 4 is selected from, and even more preferably LiPF 6 and LiN (CF 3 SO 2) 2 .

본 발명의 하나의 실시양태에서, 본 발명의 전기화학 전지는, 전극들을 서로 기계적으로 분리시키는 하나 이상의 분리판(separator)을 포함한다. 적합한 분리판은, 금속 리튬에 대해 및 리튬 설파이드 및 리늄 폴리설파이드에 대해 비반응성인, 중합체 필름, 특히 다공성 중합체 필름이다. 특히 적합한 분리판용 물질은 폴리올레핀, 특히 다공성 폴리에틸렌 필름 및 다공성 폴리프로필렌 필름이다.In one embodiment of the invention, the electrochemical cell of the present invention comprises at least one separator for mechanically separating the electrodes from one another. Suitable separator plates are polymer films, especially porous polymer films, which are non-reactive with respect to metal lithium and to lithium sulfide and rhodium polysulfide. Particularly suitable materials for separator plates are polyolefins, in particular porous polyethylene films and porous polypropylene films.

특히 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌으로 된 폴리올레핀 분리판은, 35 내지 45% 범위의 다공도를 가질 수 있다. 적합한 기공 크기는 예를 들면 30 내지 500 nm 범위이다.Particularly polyolefin separators made of polyethylene or polypropylene can have a porosity ranging from 35 to 45%. Suitable pore sizes are, for example, in the range of 30 to 500 nm.

본 발명의 다른 실시양태에서, 선택된 분리판은, 무기 입자로 충전된 PET 부직포로 구성된 분리판일 수 있다. 그러한 분리판은 40 내지 55% 범위의 다공도를 가질 수 있다. 적합한 기공 크기는 예를 들면 80 내지 750 nm 범위이다.In another embodiment of the present invention, the selected separating plate may be a separating plate composed of a PET nonwoven fabric filled with inorganic particles. Such a separator may have a porosity ranging from 40 to 55%. Suitable pore sizes are, for example, in the range of 80 to 750 nm.

본 발명의 전기화학 전지는 리튬 이온 배터리로 조립될 수 있다.The electrochemical cell of the present invention can be assembled with a lithium ion battery.

따라서, 본 발명은 또한 추가로, 상술한 본 발명의 전기화학 전지의 리튬 이온 배터리에서의 용도를 제공한다.Accordingly, the present invention further provides the use of the above-described electrochemical cell of the present invention in a lithium ion battery.

본 발명은 추가로, 상술한 본 발명의 전기화학 전지를 하나 이상 포함하는 리튬 이온 배터리를 제공한다. 본 발명의 전기화학 전지들은 본 발명의 리튬 이온 배터리에서, 예를 들면 직렬 연결로 또는 병렬 연결로 서로 조합될 수 있다. 직렬 연결이 바람직하다.The present invention further provides a lithium ion battery including at least one electrochemical cell of the present invention described above. The electrochemical cells of the present invention can be combined with each other in a lithium ion battery of the present invention, for example, in series connection or in parallel connection. A series connection is preferred.

본 발명의 전기화학 전지는, 특히 높은 용량, 반복된 충전 후에 조차도 높은 성능, 및 매우 지연된 전지 데쓰(death)가 주목할만하다. 본 발명의 전기화학 전지는 자동차, 전기 모터로 작동되는 자전거, 예를 들면 페들렉(pedelec), 비행기, 선박 또는 에너지 저장고에 사용하기에 특히 적합하다. 그러한 용도는 본 발명의 주제의 추가의 일부를 형성한다.The electrochemical cell of the present invention is particularly notable for high capacity, high performance even after repeated charging, and very delayed battery death. The electrochemical cell of the present invention is particularly suitable for use in an automobile, an electric motor-operated bicycle, such as a pedelec, an airplane, a vessel, or an energy storage. Such uses form a further part of the subject matter of the present invention.

본 발명은 또한, 상술한 본 발명의 전기화학 전지의 자동차, 전기 모터로 작동되는 자전거, 비행기, 선박 또는 에너지 저장고에서의 용도를 제공한다.The present invention also provides use of the electrochemical cell of the present invention described above in an automobile, an electric motor-operated bicycle, an airplane, a ship or an energy storage.

본 발명의 리튬 이온 배터리의 장치에서의 용도는, 재충전 전의 장기 운전 시간 및 장기 운전 시간 중의 더 적은 성능 손실의 이점을 제공한다. 더 낮은 에너지 밀도를 가진 전기화학 전지로 동등한 운전 시간을 달성하는 것을 의도하는 경우, 전기화학 전지의 더 큰 중량이 수용되어야 할 것이다.The use of the lithium ion battery of the present invention in an apparatus provides the advantage of less performance loss during long operation time before recharging and long operation time. If an attempt is made to achieve an equivalent operating time with an electrochemical cell with a lower energy density, the greater weight of the electrochemical cell will have to be accommodated.

따라서, 본 발명은 또한 추가로, 본 발명의 리튬 이온 배터리의 장치, 특히 이동성 장치에서의 용도를 제공한다. 이동성 장치의 예는, 차량, 예를 들면 자동차, 자전거, 비행기, 또는 수상 차량, 예를 들면 보트 또는 선박이다. 이동성 장치의 다른 예는, 휴대용인 것들, 예를 들면 컴퓨터, 특히 랩탑, 전화기 또는 전력 장비(예를 들면 건설 섹터로부터의), 특히 드릴, 배터리-구동식 나사드라이버 또는 배터리-구동식 택커(tacker)이다.Accordingly, the present invention further provides a device of the lithium ion battery of the present invention, particularly for use in a mobile device. An example of a mobile device is a vehicle, such as a car, a bicycle, an airplane, or a watercraft, such as a boat or a ship. Other examples of portable devices are portable ones, such as computers, especially laptops, telephones or power equipment (e.g. from the construction sector), especially drills, battery-powered screw drivers or battery- )to be.

본 발명은 또한, The present invention also relates to

(aa) 10 이상의 종횡비를 가진, 하나 이상의 전기전도성 첨가제의 입자(aa) particles of at least one electrically conductive additive having an aspect ratio of 10 or greater

를 포함하는 (a) 하나 이상의 탄소성 출발 물질의 탄화 생성물(A) at least one carbonized product of the carbonaceous starting material

을 포함하는 탄소 복합 물질의, 전기화학 전지의 제조를 위한, 더욱 바람직하게는 전기화학 전지용 전극의 제조를 위한, 더더욱 바람직하게는 전기화학 전지용 캐쏘드의 제조를 위한, 특히 리튬-황 전지용 황 캐쏘드의 제조를 위한 용도를 제공한다.For the production of electrochemical cells, more preferably for the production of electrodes for electrochemical cells, more preferably for the production of cathodes for electrochemical cells, especially for the production of cathodes for lithium-sulfur batteries, Lt; / RTI > for use in the manufacture of a spray gun.

탄소 복합 물질, 탄소성 출발 물질, 탄화 생성물(a), 및 입자(aa)에 대한 설명 및 바람직한 실시양태는, 본 발명의 황-탄소 복합 물질에 대한 이들 성분에 대해 상술한 내용에 상응한다.
Carbon composite material, the carbonaceous starting material, the carbonized product (a), and the particle (aa) correspond to the above description of these components for the sulfur-carbon composite material of the present invention.

도 1은, 본 발명의 복합 물질 및 본 발명이 아닌 복합 물질의 시험을 위한 분해된 형태의 전기화학 전지의 개략적인 구조를 보여준다.
도 1에서 도면 부호의 의미는 다음과 같다:
1,1' 볼트
2,2' 너트
3,3' 밀봉용 링- 각 경우 두 개, 각 경우 다소 더 적은 밀봉용 링인 두번째 것은 여기서 도시되지 않음
4 나선형 스프링
5 니켈 출력 전도체
6 하우징
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Figure 1 shows the schematic structure of a degraded form electrochemical cell for testing of the composite material of the present invention and the non-inventive composite material.
In Figure 1, the reference numerals have the following meanings:
1,1 'volts
2,2 'nut
3,3 'sealing ring - two in each case, in each case somewhat less sealing ring, the second is not shown here
4 spiral spring
5 Nickel output conductor
6 Housing

본 발명을 이하 실시예에 의해 설명하나, 이들은 본 발명을 제한하지 않는다.The present invention is illustrated by the following examples, which do not limit the present invention.

% 값은 달리 언급되지 않으면 중량%에 관한 것이다.
% Values relate to% by weight unless otherwise stated.

I. 하나 이상의 탄소성 출발 물질의 탄화 생성물의 합성I. Synthesis of carbonization products of at least one elastomeric starting material

I.1 본 발명의 탄소 복합 물질 C.1의 합성I.1 Synthesis of carbon composite material C.1 of the present invention

30.7 g의 콘 스타치(알드리치(Aldrich))와 0.76 g의 MF-C110 탄소 섬유(카본-NT&F 21, A-7000 아이젠스타트 소재)를 막자사발에 의해 친밀 혼합한 다음 질소 퍼지된 도가니에서 600℃에서 2시간 동안 열분해시켰다. 이어서, 수득된 생성물의 거친 입자를 볼 밀(프리취 펄버리세트(Fritsch Pulverisette))에서 300 rpm으로 10분 동안 마쇄 및 분쇄하여 미세 분말을 수득하였다 (산출물 6.9 g).30.7 g of Konstanti (Aldrich) and 0.76 g of MF-C110 carbon fiber (Carbon-NT & F 21, A-7000 Eisenstart) were intimately mixed by means of a mortar and pelletized in a nitrogen- Lt; / RTI > for 2 hours. The coarse particles of the obtained product were then milled and pulverized in a ball mill (Fritsch Pulverisette) at 300 rpm for 10 minutes to obtain a fine powder (yield: 6.9 g).

I.2 본 발명이 아닌 탄화 생성물 V-C.2의 합성I.2 Synthesis of non-inventive carbonized product V-C.2

30.8 g의 콘 스타치(알드리치)를 질소 퍼지된 도가니에서 600℃에서 2시간 동안 열분해시켰다. 이어서, 생성물의 경질이고 광택있는 검은 색의 거친 입자를 제거하여 칭량하고 마쇄하였다. 6.05 g의 미세 분말이 남았으며, 이를 볼 밀(프리취 펄버리세트(Fritsch Pulverisette))에서 300 rpm으로 10분 동안 분쇄하고 MF-C110 탄소 섬유(카본-NT&F 21, A-7000 아이젠스타트 소재) 0.75 g과 함께 균질화하였다.
30.8 g of Constach (Aldrich) was pyrolyzed in a nitrogen-purged crucible at 600 占 폚 for 2 hours. The hard, glossy black coarse particles of the product were then removed, weighed and ground. 6.05 g of a fine powder remained. This was pulverized in a ball mill (Fritsch Pulverisette) at 300 rpm for 10 minutes and MF-C110 carbon fiber (Carbon-NT & F 21, A-7000 Eisenstart material) And homogenized with 0.75 g.

II. 황-탄소 물질의 합성II. Synthesis of sulfur-carbon materials

II.1 본 발명의 황-탄소 복합 물질 SC.1의 합성II.1 Synthesis of the sulfur-carbon composite material SC.1 of the present invention

앞에서 제조된 물질 C.1 1g 및 6g의 황(알드리치)를 막자사발에 의해 친밀 혼합한 다음, 질소 퍼지된 밀폐된 강 오토클레이브에서 180℃에서 6시간 동안 열처리하였다. 냉각 후, 생성 황-탄소 복합 물질 SC.1을 볼 밀(프리취 펄버리세트(Fritsch Pulverisette))에서 300 rpm으로 10분 동안 분쇄하였다. 마지막으로 회색 물질 SC.1의 황 함량을 원소 분석 수단에 의해 결정하였고, 84.2%의 값이 확인되었다.1 g of the previously prepared material C.1 and 6 g of sulfur (Aldrich) were intimately mixed in a mortar and then heat-treated at 180 ° C for 6 hours in a nitrogen-purged sealed steel autoclave. After cooling, the resulting sulfur-carbon composite material SC.1 was ground in a ball mill (Fritsch Pulverisette) at 300 rpm for 10 minutes. Finally, the sulfur content of the gray substance SC.1 was determined by means of elemental analysis, and a value of 84.2% was confirmed.

II.2 본 발명이 아닌 황-탄소 복합 물질 V-SC.2의 합성II.2 Synthesis of sulfur-carbon composite material V-SC.2 not the present invention

앞에서 제조된 물질 V-C.2 1g 및 6g의 황(알드리치)를 막자사발에 의해 친밀 혼합한 다음, 질소 퍼지된 밀폐된 강 오토클레이브에서 180℃에서 6시간 동안 열처리하였다. 냉각 후, 생성된 회색을 띤 황-탄소 복합 물질 V-SC.2를 볼 밀(프리취 펄버리세트(Fritsch Pulverisette))에서 300 rpm으로 10분 동안 분쇄하였다. 마지막으로 V-SC.2의 황 함량을 원소 분석 수단에 의해 결정하였고, 83%의 값이 확인되었다.
1 g of the previously prepared material VC.2 and 6 g of sulfur (Aldrich) were intimately mixed in a mortar and then heat-treated at 180 ° C. for 6 hours in a nitrogen-purged sealed steel autoclave. After cooling, the resulting grayish yellow-carbon composite material V-SC.2 was ground in a ball mill (Fritsch Pulverisette) at 300 rpm for 10 minutes. Finally, the sulfur content of V-SC.2 was determined by means of elemental analysis and a value of 83% was confirmed.

III. 캐쏘드의 제조III. Manufacture of cathode

III.1 SC.1로부터의 본 발명의 캐쏘드 K.1의 제조III.1 Manufacture of the inventive cathode K.1 from SC.1

캐쏘드 물질의 슬러리를 제조하기 위해, 0.295g의 카본 블랙(슈퍼 P, 팀칼(Timcal) AG (스위스 6743 보디오 소재)로부터 상업적으로 입수가능함) 및 0.050 g의 폴리비닐 알콜(셀볼(Celvol) 425, 미국 소재의 셀라니즈 코포레이션(Celanese Corporation)으로부터 상업적으로 입수가능함)을, 대략 10 ml의 물/이소프로판올(1:1) 중의 SC.1 0.655 g의 현탁액에 가하였다. 분산을 위해, 상기 혼합물을 스테인레스강 분쇄 용기로 옮기고, 볼밀(프리취로부터의 펄버리세트)을, 스테인레스강 볼로 300 rpm으로 30분 동안 교반하면서 사용하였다 분산 후에, 크림상 점조도를 가진 매우 균질한 슬러리가 형성되었다 (소량의 물/이소프로판올을 첨가함으로써, 각 경우에서 원하는 농도를 확립하였다). 상기 슬러리를, 수동 코팅 바(갭 폭 140㎛)를 사용하여 알루미늄 포일에 적용하였다. 이어서, 습윤 전극 테이프를 감압하에 40℃의 건조 실에서 밤새 건조하였다. 2.53 mg/cm2의 고체 로딩이 달성되었다. 출발 중량으로부터, 캐쏘드에서 55%의 이론적 황 함량이 계산되었다.To prepare a slurry of the cathode material, 0.295 g of carbon black (commercially available from Super P, Timcal AG (Bordeaux, Switzerland 6743) and 0.050 g of polyvinyl alcohol (Celvol 425 , Commercially available from Celanese Corporation, USA) was added to a suspension of 0.655 g of SC.1 in approximately 10 ml of water / isopropanol (1: 1). For dispersion, the mixture was transferred to a stainless steel mill and a ball mill (pearl barley set from preheater) was used with stirring balls at 300 rpm for 30 minutes with a stainless steel ball. After dispersion, a very homogeneous A slurry was formed (by adding a small amount of water / isopropanol, the desired concentration was established in each case). The slurry was applied to an aluminum foil using a manual coating bar (gap width 140 占 퐉). The wet electrode tape was then dried overnight in a drying oven at 40 DEG C under reduced pressure. Solid loading of 2.53 mg / cm < 2 > was achieved. From the starting weight, a theoretical sulfur content of 55% in the cathode was calculated.

III.2 V-SC.2로부터의 본 발명이 아닌 캐쏘드 V-K.2의 제조III.2 Manufacture of non-inventive cathode V-K.2 from V-SC.2

캐쏘드 물질의 슬러리를 제조하기 위해, 0.294g의 카본 블랙(슈퍼 P, 팀칼(Timcal) AG (스위스 6743 보디오 소재)로부터 상업적으로 입수가능함) 및 0.051 g의 폴리비닐 알콜(셀볼(Celvol) 425, 미국 소재의 셀라니즈 코포레이션(Celanese Corporation)으로부터 상업적으로 입수가능함)을, 대략 10 ml의 물/이소프로판올(1:1) 중의 V-SC.2 0.655 g의 현탁액에 가하였다. 분산을 위해, 상기 혼합물을 스테인레스강 분쇄 용기로 옮기고, 볼밀(프리취로부터의 펄버리세트)을, 스테인레스강 볼로 300 rpm으로 30분 동안 교반하면서 사용하였다 분산 후에, 크림상 점조도를 가진 매우 균질한 슬러리가 형성되었다 (소량의 물/이소프로판올을 첨가함으로써, 각 경우에서 원하는 농도를 확립하였다). 상기 슬러리를, 수동 코팅 바(갭 폭 140㎛)를 사용하여 알루미늄 포일에 적용하였다. 이어서, 습윤 전극 테이프를 감압하에 40℃의 건조 실에서 밤새 건조하였다. 2.51 mg/cm2의 고체 로딩이 달성되었다. 출발 중량으로부터, 캐쏘드에서 55%의 이론적 황 함량이 계산되었다.
To prepare a slurry of the cathode material, 0.294 g of carbon black (commercially available from Super P, Timcal AG (Bordeaux, Switzerland 6743) and 0.051 g of polyvinyl alcohol (Celvol 425 , Commercially available from Celanese Corporation, USA) was added to a suspension of 0.655 g of V-SC.2 in approximately 10 ml of water / isopropanol (1: 1). For dispersion, the mixture was transferred to a stainless steel mill and a ball mill (pearl barley set from preheater) was used with stirring balls at 300 rpm for 30 minutes with a stainless steel ball. After dispersion, a very homogeneous A slurry was formed (by adding a small amount of water / isopropanol, the desired concentration was established in each case). The slurry was applied to an aluminum foil using a manual coating bar (gap width 140 占 퐉). The wet electrode tape was then dried overnight in a drying oven at 40 DEG C under reduced pressure. Solid loading of 2.51 mg / cm < 2 > was achieved. From the starting weight, a theoretical sulfur content of 55% in the cathode was calculated.

IV. 전기화학 전지에서의 캐쏘드의 시험IV. Testing cathodes in electrochemical cells

본 발명의 캐쏘드 K.1 및 비교용 캐쏘드 V-K.2의 전기화학적 특성 분석을 위해, 도 1에 따라 전기화학 전지를 제작하였다. 이러한 목적을 위해, III에서 제조된 캐쏘드 뿐 아니라 하기 성분들을 각 경우에 사용하였다:For the electrochemical characterization of the cathode K.1 of the present invention and the comparative cathode V-K.2, an electrochemical cell was fabricated according to FIG. For this purpose, the following components were used in each case, as well as the cathodes prepared in III:

애노드: Li 호일, 두께 50㎛Anode: Li foil, thickness 50 탆

분리판: 두께 38㎛의 미세다공성 3겹 멤브레인(PP/PE/PP)(셀가드(Celgard)(상품명) 2340으로서 상업적으로 입수가능함)Separate plate: Microporous triple layer (PP / PE / PP) (commercially available as Celgard (trade name) 2340)

캐쏘드: 실시예 III에 따름Cathode: According to Example III

전해질: 다이옥솔란과 다이메톡시 에탄의 1:1 혼합물 중의 1 M LiTFSI (LiN(SO2CF3)2)Electrolyte: 1 dioxolan and dimethoxyethane: 1 mixture of 1 M LiTFSI (LiN (SO 2 CF 3) 2)

각각의 전기화학 전지의 충전 및 방전을, 1.8 V와 2.5 V의 전압 제한치 사이에서 0.45 mA/cm2(충전) 및 0.70 mA/cm2(방전)의 상대적 전류(캐쏘드 면적을 기준으로 함)로 교대로 수행하였다. 상기 두 전기화학 전지의 시험 결과는 하기 표 1에 요약되어 있다.Charging and discharging of each electrochemical cell was performed at a relative current of 0.45 mA / cm 2 (charge) and 0.70 mA / cm 2 (discharge) (based on cathode area) between 1.8 V and 2.5 V voltage limits, Respectively. The test results of the two electrochemical cells are summarized in Table 1 below.

[표 1] 본 발명 및 비-본 발명 전기화학 전지의 시험 결과[Table 1] Test results of the present invention and non-inventive electrochemical cell

Figure pct00003
Figure pct00003

Claims (20)

(A) 하나 이상의 탄소 복합 물질 및 (B) 원소 황을 포함하는 황-탄소 복합 물질로서,
상기 탄소 복합 물질이
(aa) 10 이상의 종횡비를 가진, 하나 이상의 전기전도성 첨가제의 입자
를 포함하는 (a) 하나 이상의 탄소성 출발 물질의 탄화 생성물
을 포함하는, 황-탄소 복합 물질.
(A) at least one carbon composite material and (B) a sulfur-carbon composite material containing elemental sulfur,
The carbon composite material
(aa) particles of at least one electrically conductive additive having an aspect ratio of 10 or greater
(A) at least one carbonized product of the carbonaceous starting material
Carbon composite material.
제 1 항에 있어서,
탄소성 출발 물질이 탄수화물, 수지, 코크스, 피치, 폴리아크릴로니트릴, 스티렌-아크릴로니트릴 공중합체, 멜라민-포름알데히드 수지 및 페놀-포름알데히드 수지로부터 선택되는, 황-탄소 복합 물질.
The method according to claim 1,
Wherein the elastomeric starting material is selected from carbohydrates, resins, coke, pitch, polyacrylonitrile, styrene-acrylonitrile copolymers, melamine-formaldehyde resins and phenol-formaldehyde resins.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
전기전도성 첨가제의 입자가 50 nm 내지 100㎛ 범위의 평균 직경을 갖는, 황-탄소 복합 물질.
3. The method according to claim 1 or 2,
Wherein the particles of the electrically conductive additive have an average diameter in the range of 50 nm to 100 mu m.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
전기전도성 첨가제의 입자가 0.1 mS/cm 내지 30,000 S/cm 범위의 전기전도도를 갖는, 황-탄소 복합 물질.
4. The method according to any one of claims 1 to 3,
Wherein the particles of the electrically conductive additive have an electrical conductivity in the range of from 0.1 mS / cm to 30,000 S / cm.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
전기전도성 첨가제의 입자가, 탄소 섬유; 인듐 주석 산화물, Al-도핑된 아연 산화물, Ga-도핑된 아연 산화물, In-도핑된 아연 산화물, F-도핑된 주석 이산화물, Sb-도핑된 주석 이산화물 중에서 선택된 투명 금속 산화물의 섬유; WC, MoC 및 TiC로부터 선택된 금속 탄화물의 섬유; 및 알루미늄 및 강(steel)으로부터 선택된 금속 섬유 중에서 선택되는, 황-탄소 복합 물질.
5. The method according to any one of claims 1 to 4,
Wherein the particles of the electrically conductive additive are selected from the group consisting of carbon fibers; A fiber of a transparent metal oxide selected from indium tin oxide, Al-doped zinc oxide, Ga-doped zinc oxide, In-doped zinc oxide, F-doped tin dioxide, and Sb-doped tin dioxide; Fibers of metal carbides selected from WC, MoC and TiC; And metal fibers selected from aluminum and steel.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
탄소 복합 물질(A)의 총 중량을 기준으로 한 전기전도성 첨가제의 입자의 중량 비율이 0.1 내지 60 중량% 범위인, 황-탄소 복합 물질.
6. The method according to any one of claims 1 to 5,
Wherein the weight ratio of the particles of the electrically conductive additive based on the total weight of the carbon composite material (A) is in the range of 0.1 to 60 wt%.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
탄소 복합 물질 및 황의 중량 비율의 합을 기준으로 한 황의 중량 비율이 10 내지 95 중량% 범위인, 황-탄소 복합 물질.
7. The method according to any one of claims 1 to 6,
Carbon composite material and sulfur in a weight ratio of 10 to 95% by weight based on the sum of the weight ratios.
제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
황-탄소 복합 물질이 미립 형태인, 황-탄소 복합 물질.
8. The method according to any one of claims 1 to 7,
A sulfur-carbon composite material in which the sulfur-carbon composite material is in a particulate form.
(A) 하나 이상의 탄소 복합 물질 및 (B) 원소 황을 포함하되, 이때 상기 탄소 복합 물질이
(aa) 10 이상의 종횡비를 가진, 하나 이상의 전기전도성 첨가제의 입자
를 포함하는 (a) 하나 이상의 탄소성 출발 물질의 탄화 생성물
을 포함하는, 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 따른 황-탄소 복합 물질의 제조 방법으로서, 적어도
(i) 하나 이상의 탄소성 출발 물질, 및 10 이상의 종횡비를 가진, 하나 이상의 전기전도성 첨가제의 입자를 포함하는 혼합물을 제조하는 단계,
(ii) 상기 탄소성 출발 물질을 탄화시켜, 전기전도성 첨가제의 입자를 포함하는 탄화 생성물을 형성하여, 탄소 복합 물질을 제공하는 단계, 및
(iii) 단계 (ii)에서 수득된 탄소 복합 물질과 원소 황의 혼합물을 제조하는 단계
를 포함하는 방법.
(A) at least one carbon composite material, and (B) elemental sulfur, wherein the carbon composite material comprises
(aa) particles of at least one electrically conductive additive having an aspect ratio of 10 or greater
(A) at least one carbonized product of the carbonaceous starting material
The method for producing a sulfur-carbon composite material according to any one of claims 1 to 8,
(i) preparing a mixture comprising at least one elastomeric starting material, and particles of at least one electrically conductive additive having an aspect ratio of at least 10,
(ii) carbonizing said elastomeric starting material to form a carbonized product comprising particles of an electrically conductive additive to provide a carbon composite material; and
(iii) preparing a mixture of elemental sulfur and the carbon composite material obtained in step (ii)
≪ / RTI >
제 9 항에 있어서,
단계 (ii)에서 탄화가 500℃ 이상에서 수행되는, 방법.
10. The method of claim 9,
Wherein in step (ii) the carbonization is carried out at < RTI ID = 0.0 > 500 C < / RTI >
제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,
단계 (iii)에서 혼합물의 제조가, 탄소 복합 물질과 원소 황을 함께 100 내지 200℃ 범위의 온도로 가열하는 것을 포함하는, 방법.
11. The method according to claim 9 or 10,
Wherein the preparation of the mixture in step (iii) comprises heating the carbon composite material and the elemental sulfur together to a temperature in the range of from 100 to 200 占 폚.
제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 따른 하나 이상의 황-탄소 복합 물질, 및 임의적으로 하나 이상의 결합제 (C)를 포함하는, 전기화학 전지용 캐쏘드 물질.A cathode material for an electrochemical cell, comprising at least one sulfur-carbon composite material according to any one of claims 1 to 8, and optionally at least one binder (C). 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 따른 황-탄소 복합 물질 또는 제 12 항에 따른 캐쏘드 물질로부터 제조되거나 또는 이를 사용하여 제조된 하나 이상의 캐쏘드를 포함하는 전기화학 전지.An electrochemical cell comprising at least one cathode made from or made from a sulfur-carbon composite material according to any one of claims 1 to 8 or a cathode material according to claim 12. 제 13 항에 있어서,
금속 리튬을 포함하는 하나 이상의 전극을 추가로 포함하는 전기화학 전지.
14. The method of claim 13,
An electrochemical cell further comprising at least one electrode comprising metal lithium.
제 13 항 또는 제 14 항에 있어서,
리튬-함유 전도성 염을 포함하는 액체 전해질을 포함하는 전기화학 전지.
The method according to claim 13 or 14,
An electrochemical cell comprising a liquid electrolyte comprising a lithium-containing conductive salt.
제 13 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
중합체, 환형 또는 비환형 에터, 환형 또는 비환형 아세탈, 및 환형 또는 비환형 유기 탄산염 중에서 선택되는 하나 이상의 비수성 용매를 포함하는 전기화학 전지.
16. The method according to any one of claims 13 to 15,
An electrochemical cell comprising at least one non-aqueous solvent selected from polymers, cyclic or acyclic ethers, cyclic or acyclic acetals, and cyclic or acyclic organic carbonates.
제 13 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 따른 전기화학 전지의 리튬 이온 배터리에서의 용도.Use of an electrochemical cell according to any one of claims 13 to 16 in a lithium ion battery. 제 13 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 따른 전기화학 전지를 하나 이상 포함하는 리튬 이온 배터리.A lithium ion battery comprising at least one electrochemical cell according to any one of claims 13 to 16. 제 13 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 따른 전기화학 전지의 자동차, 전기 모터로 작동되는 자전거, 비행기, 선박 또는 에너지 저장고에서의 용도.Use of an electrochemical cell according to any one of claims 13 to 16 in an automobile, an electric motor-driven bicycle, an airplane, a vessel or an energy storage. (aa) 10 이상의 종횡비를 가진, 하나 이상의 전기전도성 첨가제의 입자
를 포함하는 (a) 하나 이상의 탄소성 출발 물질의 탄화 생성물
을 포함하는 탄소 복합 물질의, 전기화학 전지의 제조를 위한 용도.
(aa) particles of at least one electrically conductive additive having an aspect ratio of 10 or greater
(A) at least one carbonized product of the carbonaceous starting material
Wherein the carbon composite material is a carbon composite material.
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