KR20190062969A - Positive electrode for lithium-sulfur battery and method for manufacturing the same - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a positive electrode for a lithium-sulfur battery and a method for manufacturing the same. The positive electrode for a lithium-sulfur battery comprises: a current collector; and a positive electrode active material layer formed on at least one surface of the current collector. The positive electrode active material layer comprises a sulfur-carbon composite and an inorganic additive, and the porosity of the positive electrode is 50-70%. According to the present invention, a positive electrode for a lithium-sulfur battery which can enhance cycle life characteristics can be provided.

Description

리튬-황 전지용 양극 및 이의 제조방법 {POSITIVE ELECTRODE FOR LITHIUM-SULFUR BATTERY AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a positive electrode for a lithium-sulfur battery, and a method for manufacturing the positive electrode.

본 발명은 리튬-황 전지용 양극 및 이의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a positive electrode for a lithium-sulfur battery and a method of manufacturing the same.

최근 에너지 저장 기술에 대한 관심이 갈수록 높아지고 있다. 휴대폰, 캠코더 및 노트북 PC, 나아가서는 전기 자동차의 에너지까지 적용분야가 확대되면서 전기화학소자의 연구와 개발에 대한 노력이 점점 구체화되고 있다.Recently, interest in energy storage technology is increasing. As the application fields of cell phones, camcorders, notebook PCs and even electric vehicles are expanding, efforts for research and development of electrochemical devices are becoming more and more specified.

전기화학소자는 이러한 측면에서 가장 주목을 받고 있는 분야이고 그 중에서도 충-방전이 가능한 이차전지의 개발은 관심의 초점이 되고 있으며, 최근에는 이러한 전지를 개발함에 있어서 용량 밀도 및 에너지 효율을 향상시키기 위하여 새로운 전극과 전지의 설계에 대한 연구 개발로 진행되고 있다.Electrochemical devices have attracted the greatest attention in this respect. Among them, the development of rechargeable secondary batteries has become a focus of attention. In recent years, in order to improve capacity density and energy efficiency in developing such batteries, Research and development on the design of new electrodes and batteries are underway.

현재 적용되고 있는 이차전지 중에서 1990년대 초에 개발된 리튬 이차전지는 수용액 전해액을 사용하는 Ni-MH, Ni-Cd, 황산-납 전지 등의 재래식 전지에 비해서 작동 전압이 높고 에너지 밀도가 월등히 크다는 장점으로 각광을 받고 있다. Among the currently applied secondary batteries, the lithium secondary battery developed in the early 1990s has advantages such as higher operating voltage and higher energy density than conventional batteries such as Ni-MH, Ni-Cd and sulfuric acid-lead batteries using an aqueous electrolyte solution .

특히 리튬-황(Li-S) 전지는 S-S 결합(Sulfur - Sulfur bond)을 갖는 황 계열 물질을 양극 활물질로 사용하고, 리튬 금속을 음극 활물질로 사용하는 이차전지이다. 양극 활물질의 주재료인 황은 자원이 매우 풍부하고, 독성이 없으며, 낮은 원자당 무게를 가지고 있는 장점이 있다. 또한 리튬-황 전지의 이론 방전용량은 1675mAh/g-sulfur이며, 이론 에너지밀도가 2,600Wh/kg로서, 현재 연구되고 있는 다른 전지시스템의 이론 에너지밀도(Ni-MH 전지: 450Wh/kg, Li-FeS 전지: 480Wh/kg, Li-MnO2 전지: 1,000Wh/kg, Na-S 전지: 800Wh/kg)에 비하여 매우 높기 때문에 현재까지 개발되고 있는 전지 중에서 가장 유망한 전지이다.In particular, a lithium-sulfur (Li-S) battery is a secondary battery using a sulfur-based material having a sulfur-sulfur bond as a cathode active material and using lithium metal as an anode active material. Sulfur, the main material of the cathode active material, is very rich in resources, has no toxicity, and has a low atomic weight. The theoretical energy density of the lithium-sulfur battery is 1675 mAh / g-sulfur and the theoretical energy density is 2,600 Wh / kg. The theoretical energy density (Ni-MH battery: 450 Wh / , Which is the most promising among the batteries that have been developed to date, because it is much higher than the FeS battery (480Wh / kg), Li-MnO 2 battery (1,000Wh / kg) and Na-S battery (800Wh / kg).

리튬-황 전지의 방전 반응 중 음극(Anode)에서는 리튬의 산화 반응이 발생하고, 양극(Cathode)에서는 황의 환원 반응이 발생한다. 방전 전의 황은 환형의 S8 구조를 가지고 있는데, 환원 반응(방전) 시 S-S 결합이 끊어지면서 S의 산화수가 감소하고, 산화 반응(충전) 시 S-S 결합이 다시 형성되면서 S의 산화수가 증가하는 산화-환원 반응을 이용하여 전기 에너지를 저장 및 생성한다. 이런 반응 중 황은 환형의 S8에서 환원 반응에 의해 선형 구조의 리튬 폴리설파이드(Lithium polysulfide, Li2Sx, x = 8, 6, 4, 2)로 변환되게 되며, 결국 이러한 리튬 폴리설파이드가 완전히 환원되면 최종적으로 리튬 설파이드(Lithium sulfide, Li2S)가 생성되게 된다. 각각의 리튬 폴리설파이드로 환원되는 과정에 의해 리튬-황 전지의 방전 거동은 리튬 이온전지와는 달리 단계적으로 방전 전압을 나타내는 것이 특징이다.During the discharge reaction of the lithium-sulfur battery, an oxidation reaction of lithium occurs at the anode and a sulfur reduction reaction occurs at the cathode. Sulfur before discharging has an annular S 8 structure. When the SS bond is cut off during the reduction reaction (discharging), the oxidation number of S decreases, and when the oxidation reaction (charging) The reduction reaction is used to store and generate electrical energy. During this reaction, the sulfur is converted to a linear polysulfide (Li 2 S x , x = 8, 6, 4, 2) by the reduction reaction at the cyclic S 8 , When it is reduced, lithium sulfide (Li 2 S) is finally produced. The discharge behavior of the lithium-sulfur battery by the process of reducing to each lithium polysulfide characterizes the discharge voltage stepwise unlike the lithium ion battery.

그러나 이러한 리튬-황 전지의 경우, 황의 낮은 전기 전도도, 충방전시 리튬 폴리설파이드의 용출 및 부피 팽창 문제와 이로 인한 낮은 쿨롱 효율 및 충방전에 따른 급격한 용량 감소 문제를 해결해야 한다.However, in the case of such a lithium-sulfur battery, it is necessary to solve the problems of low electric conductivity of sulfur, dissolution and volumetric expansion of lithium polysulfide during charging and discharging, low Coulomb efficiency and rapid capacity reduction due to charging and discharging.

이러한 리튬 황 전지 시스템에서, 황 계열 화합물을 양극 활물질로 사용하고 리튬과 같은 알칼리 금속을 음극 활물질로 사용하는 경우, 전지에서 충방전시 발생하는 리튬-폴리설파이드가 음극으로 전달되어 리튬-황 전지의 수명을 감소시키고, 다량의 리튬-폴리설파이드로 인하여 반응성이 감소하는 현상이 발생하게 된다. In such a lithium sulfur battery system, when a sulfur-based compound is used as a cathode active material and an alkali metal such as lithium is used as a negative electrode active material, lithium-polysulfide generated during charging and discharging of the battery is transferred to a cathode, The lifetime is reduced and the reactivity is decreased due to a large amount of lithium-polysulfide.

이를 해결하기 위하여, 양극의 전극 기공도를 조절하는 연구가 진행 중이다. 그러나, 전극 기공도 감소에 따른 전극의 초기 반응성 저하 및 과전압 현상이 발생하게 되며, 전극의 낮은 기공도 내 방전 산물인 poly-sulfide 용출로 인한 전해질의 고농도화 및 방전 산물 퇴적에 따른 싸이클 수명 특성 조기 퇴화가 발생하게 된다.To solve this problem, studies are under way to control the electrode porosity of the anode. However, as the electrode porosity decreases, the initial reactivity of the electrode decreases and the overvoltage phenomenon occurs. Also, the electrolyte concentration is increased due to poly-sulfide dissolution, Degeneration occurs.

또한, 전극 기공도를 증가시키면, 전극 초기 반응성을 증대시키는 효과를 발현하지만, 충방전이 진행됨에 따라 싸이클 수명이 우선적으로 퇴화하는 결과를 나타내는 문제가 발생한다.In addition, if the porosity of the electrode is increased, the effect of increasing the initial reactivity of the electrode is exhibited. However, there arises a problem that the cycle life is degraded preferentially as the charge and discharge proceeds.

한국 공개 특허 KR 2015-0046861 "리튬-황 전지용 양극 및 이를 제조하는 방법"Korean Patent Publication No. KR 2015-0046861 "Lithium-sulfur battery anode and method for manufacturing the same"

본 발명자들은 다각적인 연구를 수행한 끝에, 전극의 반응성이 다소 부족한 저기공도/고율충방전의 환경에서, 전극 내 무기계 첨가제 (CoS2, CeO2)를 전극 외첨제 형태로 전극 구성요소로 포함하게 되면, redox-mediator (RM)의 빠른 반응으로 인한 전극의 반응성이 증대되며, 우수한 장수명 싸이클 수명을 발현할 수 있다는 것을 확인하여 본 발명을 완성하게 되었다.The inventors of the present invention have conducted extensive research and have found that the use of an inorganic additive (CoS 2 , CeO 2 ) as an electrode component in the form of an extra-electrode additive in an environment where the reactivity of the electrode is somewhat low , The reactivity of the electrode due to the rapid reaction of the redox-mediator (RM) is increased, and excellent long-life cycle life can be achieved, thereby completing the present invention.

따라서, 본 발명의 목적은, Li-S 전지용 전극의 기공도가 낮아짐에 따라 발생하는 과전압을 개선하고, 이에 따라 싸이클 수명 특성 개선할 수 있는 리튬-황 전지용 양극을 제공하는 것이다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a positive electrode for a lithium-sulfur battery capable of improving the overvoltage generated as the porosity of an electrode for a Li-S battery is lowered, thereby improving cycle life characteristics.

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

집전체; 및 상기 집전체의 적어도 일면에 형성된 양극 활물질층;을 포함하는 리튬-황 전지용 양극으로서, 상기 양극 활물질층은 황-탄소 복합체 및 무기계 첨가제를 포함하고, 상기 양극의 기공도(porosity)가 50 내지 70%인, 리튬-황 전지용 양극을 제공한다.Collecting house; And a positive electrode active material layer formed on at least one surface of the current collector, wherein the positive electrode active material layer includes a sulfur-carbon composite material and an inorganic additive, and the porosity of the positive electrode is in a range of 50 - 70% by weight of the positive electrode for a lithium-sulfur battery.

또한, 본 발명은In addition,

황-탄소 복합체 및 무기계 첨가제를 포함하는 양극 활물질 형성용 슬러리를 제조하는 단계; 및 상기 슬러리를 집전체의 적어도 일면에 코팅하여, 기공도(porosity)가 50 내지 70%인 양극을 제조하는 단계;를 포함하는, 리튬-황 전지용 양극의 제조방법을 제공한다.Preparing a slurry for forming a cathode active material comprising a sulfur-carbon composite and an inorganic additive; And coating the slurry on at least one surface of the current collector to produce a positive electrode having a porosity of 50 to 70%. The present invention also provides a method for manufacturing a positive electrode for a lithium-sulfur battery.

또한, 본 발명은 상기 리튬-황 전지용 양극을 포함하는 리튬-황 전지를 제공한다.The present invention also provides a lithium-sulfur battery comprising the positive electrode for a lithium-sulfur battery.

본 발명에 따르면, Li-S 전지용 전극의 기공도가 낮아짐에 따라 발생하는 과전압을 개선하고, 이에 따라 싸이클 수명 특성 개선할 수 있는 리튬-황 전지용 양극을 제공할 수 있다는 효과가 있다.According to the present invention, it is possible to provide a positive electrode for a lithium-sulfur battery capable of improving an overvoltage caused by lowering the porosity of an electrode for a Li-S battery, thereby improving cycle life characteristics.

도 1은 실시예 1 및 2, 비교예 1에서 제조된 리튬-황 전지의 0.1/0.1 충방전 그래프이다.
도 2는 실시예 1 및 2, 비교예 1에서 제조된 리튬-황 전지의 0.3/0.5 충방전 그래프이다.
도 3은 실시예 1 및 2, 비교예 1에서 제조된 리튬-황 전지의 수명 특성을 보여주는 그래프이다.
도 4는 비교예 2 내지 4에서 제조된 리튬-황 전지의 충, 방전 효율 특성을 보여주는 그래프이다.
도 5는 비교예 2 내지 4에서 제조된 리튬-황 전지의 수명 특성을 보여주는 그래프이다.
1 is a 0.1 / 0.1 charge / discharge graph of the lithium-sulfur battery produced in Examples 1 and 2 and Comparative Example 1. FIG.
FIG. 2 is a 0.3 / 0.5 charge / discharge graph of the lithium-sulfur battery produced in Examples 1 and 2 and Comparative Example 1. FIG.
FIG. 3 is a graph showing lifetime characteristics of the lithium-sulfur battery produced in Examples 1 and 2 and Comparative Example 1. FIG.
FIG. 4 is a graph showing charge and discharge efficiency characteristics of the lithium-sulfur battery manufactured in Comparative Examples 2 to 4. FIG.
FIG. 5 is a graph showing lifetime characteristics of the lithium-sulfur battery prepared in Comparative Examples 2 to 4. FIG.

이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 첨부한 도면을 참고로 하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 본 명세서에 한정되지 않는다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily carry out the present invention. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein.

도면에서는 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분을 생략하였고, 명세서 전체를 통해 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 사용하였다. 또한, 도면에서 표시된 구성요소의 크기 및 상대적인 크기는 실제 축척과는 무관하며, 설명의 명료성을 위해 축소되거나 과장된 것일 수 있다.In the drawings, the same reference numerals are used for similar parts throughout the specification. In addition, the size and relative size of the components shown in the figures are independent of the actual scale and may be reduced or exaggerated for clarity of description.

본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.The terms and words used in the present specification and claims should not be construed as limited to ordinary or dictionary terms and the inventor may appropriately define the concept of the term in order to best describe its invention It should be construed as meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention.

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

리튬-황 전지는 양극 활물질로 황을, 음극 활물질로 리튬 금속을 사용한다. 리튬-황 전지의 방전시 음극에서는 리튬의 산화 반응이 일어나고, 양극에서는 황의 환원 반응이 발생한다. 이때 환원된 황은 음극으로부터 이동되어 온 리튬 이온과 결합하여 리튬 폴리설파이드로 변환되고 최종적으로 리튬 설파이드를 형성하는 반응을 수반한다.The lithium-sulfur battery uses sulfur as the cathode active material and lithium metal as the anode active material. At the discharge of the lithium-sulfur battery, the oxidation reaction of lithium occurs at the cathode and the reduction reaction of sulfur occurs at the anode. At this time, the reduced sulfur is converted to lithium polysulfide by binding with lithium ions that have been moved from the cathode, and finally involves a reaction to form lithium sulfide.

리튬-황 전지는 기존의 리튬 이차 전지에 비해 월등히 높은 이론 에너지 밀도를 가지며, 양극 활물질로 사용되는 황은 자원이 풍부하여 가격이 저렴하므로 전지의 제조단가를 낮출 수 있다는 장점으로 인해 차세대 전지로 각광받고 있다.The lithium-sulfur battery has a much higher theoretical energy density than the conventional lithium secondary battery, and the sulfur used as the cathode active material is inexpensive because of its abundant resources, so it can be used as a next-generation battery have.

이러한 장점에도 불구하고 양극 활물질인 황의 낮은 전기 전도도 및 리튬 이온 전도 특성으로 인해 실제 구동에 있어서는 이론적 에너지 밀도 전부를 구현하는데 어려움이 있다.Despite these advantages, it is difficult to realize all the theoretical energy densities in actual operation due to the low electric conductivity and the lithium ion conductivity of the cathode active material sulfur.

황의 전기 전도도를 개선하기 위해 탄소, 고분자 등 전도성 소재와의 복합체 형성, 코팅 등의 방법이 사용되고 있다. 여러 방법 중 황-탄소 복합체가 양극의 전기 전도성을 개선에 효과적이기 때문에 양극 활물질로 가장 많이 사용되고 있지만, 충방전 용량 및 효율 측면에서는 아직 충분치 않다. In order to improve the electrical conductivity of sulfur, a method of forming a composite with a conductive material such as carbon, a polymer, and coating is used. Among the various methods, the sulfur-carbon composite is most widely used as the cathode active material because it is effective in improving the electrical conductivity of the anode, but it is still not sufficient in terms of charge / discharge capacity and efficiency.

이를 해결하기 위하여, 양극의 전극 기공도를 조절하는 연구가 진행 중이다. 그러나, 전극 기공도 감소에 따른 전극의 초기 반응성 저하 및 과전압 현상이 발생하게 되며, 전극의 낮은 기공도 내 방전 산물인 poly-sulfide 용출로 인한 전해질의 고농도화 및 방전 산물 퇴적에 따른 싸이클 수명 특성 조기 퇴화가 발생하게 된다.To solve this problem, studies are under way to control the electrode porosity of the anode. However, as the electrode porosity decreases, the initial reactivity of the electrode decreases and the overvoltage phenomenon occurs. Also, the electrolyte concentration is increased due to poly-sulfide dissolution, Degeneration occurs.

또한, 전극 기공도를 증가시키면, 전극 초기 반응성을 증대 시키는 효과를 발현하지만, 충방전이 진행됨에 따라 싸이클 수명이 우선적으로 퇴화하는 결과를 나타내는 문제가 발생한다.In addition, if the porosity of the electrode is increased, the effect of increasing the initial reactivity of the electrode is exhibited. However, there arises a problem that the cycle life is degraded preferentially as the charge and discharge proceeds.

리튬-황 전지용 양극Anode for lithium-sulfur battery

리튬-황 전지는 기존 리튬 이차 전지에 비해 월등히 높은 방전용량 및 이론 에너지 밀도를 가지며, 양극 활물질로 사용되는 황은 매장량이 풍부하여 저가이고, 환경친화적이라는 장점으로 인해 차세대 전지로 각광받고 있다.Lithium-sulfur battery has much higher discharging capacity and theoretical energy density than existing lithium secondary batteries, and sulfur, which is used as a cathode active material, is attracting attention as a next-generation battery because of its abundant reserves, low cost, and environment friendliness.

이러한 장점에도 불구하고 실제 구동에 있어서는 이론 용량 및 에너지 밀도 전부를 구현하지 못하고 있다. 이는 양극 활물질인 황의 낮은 리튬 이온 전도성으로 실제 전기화학적 산화환원 반응에 참여하는 황의 비율이 매우 낮기 때문이다. 리튬-황 전지의 용량과 효율은 양극으로 전달되는 리튬 이온의 양에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 양극의 리튬 이온 전도도를 높이는 것이 리튬-황 전지의 고용량 및 고효율화에 중요하다.Despite these advantages, the theoretical capacity and the energy density are not realized in actual operation. This is because the low lithium ion conductivity of sulfur, the cathode active material, is very low in the proportion of sulfur participating in the actual electrochemical redox reaction. The capacity and efficiency of the lithium-sulfur battery may vary depending on the amount of lithium ions delivered to the anode. Therefore, it is important to increase the lithium ion conductivity of the positive electrode to increase the capacity and high efficiency of the lithium-sulfur battery.

이에 더해서, 리튬-황 전지는 충, 방전 반응시 양극에서 형성된 리튬 폴리설파이드가 양극 반응 영역 밖으로 유실되어 양극과 음극 사이를 이동하는 셔틀 현상이 발생한다. 이때 양극으로부터 용출된 리튬 폴리설파이드와 음극인 리튬 금속과의 부반응에 의해 리튬 금속 표면에 리튬 설파이드가 고착됨에 따라 반응 활성도가 낮아지며, 리튬 이온이 불필요하게 소모되어 전지의 효율과 수명의 저하가 가속화되는 문제가 발생한다.In addition, in the lithium-sulfur battery, the lithium polysulfide formed in the anode during the charge and discharge reactions is lost outside the anode reaction region, and a shuttle phenomenon occurs in which it moves between the anode and the cathode. At this time, lithium sulfide is fixed on the surface of the lithium metal due to the side reaction between the lithium polysulfide eluted from the anode and the lithium metal as the negative electrode, so that the reaction activity is lowered and the lithium ion is unnecessarily consumed, A problem arises.

종래 기술에서는 리튬 이온 전도성을 향상시키기 위해 전해질의 리튬염 농도를 높이거나 전해질에 첨가제를 도입하는 등의 방법을 사용하였으나 리튬-황 전지의 성능, 수명이 효과적으로 개선되지 못하였다.In the prior art, in order to improve the lithium ion conductivity, a method of increasing the lithium salt concentration of the electrolyte or introducing an additive into the electrolyte has been used, but the performance and lifetime of the lithium-sulfur battery have not been effectively improved.

이에 본 발명에서는 Li-S 전지용 전극의 기공도가 낮아짐에 따라 발생하는 과전압을 개선하고, 이에 따라 싸이클 수명 특성 개선할 수 있는 리튬-황 전지용 양극을 제공한다.Accordingly, the present invention provides a positive electrode for a lithium-sulfur battery capable of improving an overvoltage caused by lowering the porosity of an electrode for a Li-S battery and thereby improving cycle life characteristics.

본 발명에 따른 리튬-황 전지용 양극은The positive electrode for a lithium-sulfur battery according to the present invention

집전체; 및 상기 집전체의 적어도 일면에 형성된 양극 활물질층;을 포함하는 리튬-황 전지용 양극으로서,Collecting house; And a positive electrode active material layer formed on at least one surface of the current collector,

상기 양극 활물질층은 황-탄소 복합체 및 무기계 첨가제를 포함하고, Wherein the cathode active material layer comprises a sulfur-carbon composite and an inorganic additive,

상기 양극의 기공도(porosity)가 50 내지 70%인 것을 특징으로 한다.And the porosity of the anode is 50 to 70%.

본 발명에 따른 리튬-황 전지용 양극의 집전체는, 일반적으로 3 ~ 500 ㎛의 두께로 만들 수 있고, 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 높은 도전성을 가지는 것이라면 특히 제한하지 않는다. 예컨대 스테인레스 스틸, 알루미늄, 구리, 티타늄 등의 전도성 금속을 사용할 수 있고, 바람직하게는 알루미늄 집전체를 사용할 수 있다. 이러한 양극 집전체는 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체 또는 부직포체 등 다양한 형태가 가능하다.The current collector for a lithium-sulfur battery for a lithium-sulfur battery according to the present invention is not particularly limited as long as it has a thickness of 3 to 500 占 퐉 and has high conductivity without causing chemical change in the battery. For example, a conductive metal such as stainless steel, aluminum, copper, or titanium can be used, and an aluminum current collector can be preferably used. Such a positive electrode current collector may have various forms such as a film, a sheet, a foil, a net, a porous body, a foam or a nonwoven fabric.

본 발명에 따른 리튬-황 전지용 양극의 양극 활물질층은 황-탄소 복합체와, 무기계 첨가제를 포함한다.The positive electrode active material layer of the positive electrode for a lithium-sulfur battery according to the present invention includes a sulfur-carbon composite material and an inorganic additive.

리튬-황 전지는 양극 활물질로서 황을 포함하는데 이는 충방전시 리튬 폴리설파이드의 용출의 문제가 있다. 이에 탄소-황 복합체를 사용하여 구조체 내 황이 균일하게 분포하고, 다양한 크기의 기공 및 3차원적으로 상호 연결되며 규칙적으로 정렬된 기공들로 인해 황을 높은 함량으로 담지할 수 있다. 이로 인해 리튬 폴리설파이드 용출 시에도 3차원으로 얽혀 있는 구조가 유지되어 양극 구조가 붕괴되는 현상을 억제할 수 있다. 그 결과, 상기 탄소-황 복합체를 포함하는 리튬-황 전지는 고로딩(high loading)에서도 고용량을 구현할 수 있다는 장점이 있다. 이를 위하여, 본 발명의 리튬-황 전지에 사용되는 황-탄소 복합체는 복합체 총 중량 대비 50 내지 90중량%로 황을 포함할 수 있다.Lithium-sulfur batteries contain sulfur as a cathode active material, which has the problem of elution of lithium polysulfide during charging and discharging. By using the carbon - sulfur complex, the sulfur in the structure is uniformly distributed, and pores of various sizes and three - dimensionally interconnected and regularly arranged pores can carry sulfur in a high content. Therefore, even when the lithium polysulfide is eluted, the structure entangled in three dimensions is maintained and the phenomenon that the anode structure is collapsed can be suppressed. As a result, the lithium-sulfur battery including the carbon-sulfur complex has an advantage that a high capacity can be realized even at high loading. For this purpose, the sulfur-carbon composite used in the lithium-sulfur battery of the present invention may contain sulfur in an amount of 50 to 90% by weight based on the total weight of the composite.

또한, 본 발명에 따른 리튬-황 전지용 양극은 무기계 첨가제를 포함한다. Further, the positive electrode for a lithium-sulfur battery according to the present invention includes an inorganic additive.

본 발명에서는, 전극의 반응성이 다소 부족한 저기공도/고율충방전의 환경에서도, Redox-mediator로 잘 알려진 무기계 첨가제를 전극 외첨제 형태로 전극의 구성요소로 포함시킴으로써, Redox-mediator(RM)의 빠른 반응으로 인하여 전극의 반응성을 증가시킬 수 있으며, 아울러 우수한 장수명 싸이클 수명을 발현할 수 있다. 상기 무기계 첨가제로서는 CoS2 및 CeO2 중 어느 하나 이상을 사용할 수 있으며, 상기 무기계 첨가제는 양극활물질층 총 중량 대비 1 내지 10 중량%로 포함될 수 있다.In the present invention, even when the electrode has a low reactivity, the inorganic additive, which is well known as a redox-mediator, is included as an electrode component in the form of an electrode, The reaction can increase the reactivity of the electrode and can exhibit an excellent long life cycle life. Examples of the inorganic additive include CoS 2 and CeO 2 , And the inorganic additive may be included in an amount of 1 to 10% by weight based on the total weight of the cathode active material layer.

상기 무기계 첨가제의 함량이 1 중량% 미만이면 무기계 첨가제 포함에 따른 전기화학적 성능 개선 효과가 미미하여 저기공도 전극의 과전압 개선 및 반응성 개선의 효과가 다소 떨어지는 문제가 있고, 10 중량%를 초과하면 싸이클 수명 특성의 저하가 나타나는 문제가 있다.If the content of the inorganic additive is less than 1% by weight, the effect of improving the electrochemical performance due to the addition of the inorganic additive is insignificant and the effect of improving the overvoltage and improving the reactivity of the electrode may be somewhat reduced. On the other hand, There is a problem that degradation occurs.

또한, 본 발명에 따른 리튬-황 전지용 양극은 기공도(porosity)가 50 내지 70%일 수 있으며, 바람직하게는 60 내지 65%일 수 있다.In addition, the positive electrode for a lithium-sulfur battery according to the present invention may have a porosity of 50 to 70%, and preferably 60 to 65%.

본 발명에 따른 리튬-황 전지용 양극은 전극의 반응성이 다소 부족한 저기공도/고율충방전의 환경에서도 전극의 반응성을 증가시킬 수 있으며, 아울러 우수한 장수명 싸이클 수명을 발현하는 것을 특징으로 하는데, 기공도가 높게 되면, 충방전이 진행됨에 따라서 싸이클 수명이 빠르게 퇴화하는 문제점이 있어, 기공도(porosity)를 50 내지 70%, 바람직하게는 60 내지 65%로 제한한다. The positive electrode for a lithium-sulfur battery according to the present invention is characterized in that it can increase the reactivity of the electrode even in a low / high rate charge / discharge environment where the reactivity of the electrode is somewhat lacking, and exhibits an excellent long life cycle life. The cycle life is rapidly degraded as the charge and discharge proceeds, and the porosity is limited to 50 to 70%, preferably 60 to 65%.

본 발명에서의 기공도란, 양극 물질의 전체 실측 부피에서 양극 활물질의 진밀도 (true density)를 고려한 부피를 제외한 부피의 비율을 기공도라 정의하며, 이러한 기공도는 전극 압연을 통한 두께 조절을 통해 기공도 수준을 결정할 수 있다.The porosity in the present invention is defined as the ratio of the volume excluding the volume considering the true density of the cathode active material to the total actual volume of the cathode material as the porosity. Can be determined.

또한, 본 발명에 따른 리튬-황 전지용 양극의 양극 활물질층은 바인더 및 도전재로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 하나 이상을 더 포함할 수 있다.The positive electrode active material layer of the positive electrode for a lithium-sulfur battery according to the present invention may further include at least one selected from the group consisting of a binder and a conductive material.

먼저, 상기 양극 활물질층은 추가적인 도전성을 부여하기 위하여, 도전재를 추가로 포함할 수 있다. 상기 도전재는 전자가 양극 내에서 원활하게 이동하도록 하기 위한 역할을 하는 것으로, 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성이 우수하고 넓은 표면적을 제공할 수 있는 것이면 특별한 제한이 없으나, 바람직하게는 탄소계 물질을 사용한다.First, the cathode active material layer may further include a conductive material to impart additional conductivity. The conductive material plays a role in allowing electrons to move smoothly in the anode. The conductive material is not particularly limited as long as the conductive material does not cause a chemical change in the battery and can provide a large surface area. Materials are used.

상기 탄소계 물질로는 천연 흑연, 인조 흑연, 팽창 흑연, 그래핀(Graphene)과 같은 흑연(Graphite)계, 활성탄(Active carbon)계, 채널 블랙(Channel black), 퍼니스 블랙(Furnace black), 써말 블랙(Thermal black), 컨택트 블랙(Contact black), 램프 블랙(Lamp black), 아세틸렌 블랙(Acetylene black)과 같은 카본 블랙(Carbon black)계; 탄소 섬유(Carbon fiber)계, 탄소나노튜브(Carbon nanotube: CNT), 풀러렌(Fullerene)과 같은 탄소 나노 구조체 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종을 사용할 수 있다. Examples of the carbon-based material include natural graphite, artificial graphite, expanded graphite, graphite such as Graphene, active carbon, channel black, furnace black, Carbon black such as black, thermal black, contact black, lamp black, and acetylene black; A carbon nano structure such as a carbon fiber, a carbon nanotube (CNT), and a fullerene, and a combination thereof may be used.

상기 탄소계 물질 이외에도, 목적에 따라 금속 메쉬 등의 금속성 섬유; 구리(Cu), 은(Ag), 니켈(Ni), 알루미늄(Al) 등의 금속성 분말; 또는 폴리페닐렌 유도체 등의 유기 도전성 재료도 사용할 수 있다. 상기 도전성 재료들은 단독 또는 혼합하여 사용될 수 있다. In addition to the carbon-based materials, metallic fibers such as metal mesh may be used depending on the purpose. Metallic powder such as copper (Cu), silver (Ag), nickel (Ni) and aluminum (Al); Or an organic conductive material such as a polyphenylene derivative can also be used. The conductive materials may be used alone or in combination.

또한, 상기 양극 활물질층은 집전체에 대한 부착력을 제공하기 위하여, 바인더를 추가적으로 포함할 수 있다. 상기 바인더는 용매에 잘 용해되어야 하며, 양극 활물질과 도전재와의 도전 네트워크를 잘 구성해주어야 할 뿐만 아니라 전해액의 함침성도 적당히 가져야 한다.Further, the cathode active material layer may further include a binder to provide an adhesive force to the current collector. The binder must be well dissolved in a solvent, and it should not only constitute a conductive network between the cathode active material and the conductive material, but also have an ability to impregnate the electrolyte appropriately.

본 발명에 적용 가능한 바인더는 당해 업계에서 공지된 모든 바인더들일 수 있고, 구체적으로는, 폴리비닐리덴 플루오라이드(Polyvinylidene fluoride, PVdF) 또는 폴리테트라플루오로에틸렌(Polytetrafluoroethylene, PTFE)을 포함하는 불소 수지계 바인더; 스티렌-부타디엔 고무, 아크릴로니트릴-부티디엔 고무, 스티렌-이소프렌 고무를 포함하는 고무계 바인더; 카르복시메틸셀룰로우즈(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로우즈, 재생 셀룰로우즈를 포함하는 셀룰로오스계 바인더; 폴리 알코올계 바인더; 폴리에틸렌, 폴리프로필렌를 포함하는 폴리 올레핀계 바인더; 폴리 이미드계 바인더, 폴리 에스테르계 바인더, 실란계 바인더;로 이루어진 군에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 혼합물이거나 공중합체일 수 있으나, 이에 제한되지 않음은 물론이다.The binder applicable to the present invention may be any binder known in the art and specifically includes a fluororesin binder containing polyvinylidene fluoride (PVdF) or polytetrafluoroethylene (PTFE) ; Rubber-based binders including styrene-butadiene rubber, acrylonitrile-butadiene rubber, and styrene-isoprene rubber; Cellulosic binders including carboxymethylcellulose (CMC), starch, hydroxypropylcellulose, and regenerated cellulose; Polyalcohol-based binders; Polyolefin binders including polyethylene and polypropylene; But are not limited to, polyimide-based binders, polyester-based binders, and silane-based binders, or a mixture or copolymer of two or more thereof.

상기 바인더 수지의 함량은 상기 리튬-황 전지용 양극 총중량을 기준으로 0.5 ~ 30 중량%일 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다. 상기 바인더 수지의 함량이 0.5 중량% 미만인 경우에는, 양극의 물리적 성질이 저하되어 양극 활물질과 도전재가 탈락할 수 있고, 30 중량%를 초과하는 경우에는 양극에서 활물질과 도전재의 비율이 상대적으로 감소되어 전지 용량이 감소될 수 있다.The content of the binder resin may be 0.5-30 wt% based on the total weight of the positive electrode for a lithium-sulfur battery, but is not limited thereto. If the content of the binder resin is less than 0.5% by weight, the physical properties of the positive electrode may deteriorate and the positive electrode active material and the conductive material may fall off. When the amount of the binder resin is more than 30% by weight, the ratio of the active material and the conductive material is relatively decreased The battery capacity can be reduced.

리튬-황 전지용 양극의 제조방법Method for manufacturing positive electrode for lithium-sulfur battery

본 발명의 리튬-황 전지용 양극의 제조방법은 황-탄소 복합체 및 무기계 첨가제를 포함하는 양극 활물질 형성용 슬러리를 제조하는 단계; 및 상기 슬러리를 집전체의 적어도 일면에 코팅하여, 기공도(porosity)가 50 내지 70%인 양극을 제조하는 단계;를 포함한다.The method for producing a positive electrode for a lithium-sulfur battery of the present invention comprises the steps of: preparing a slurry for forming a positive electrode active material comprising a sulfur-carbon composite and an inorganic additive; And coating the slurry on at least one surface of the current collector to produce a cathode having a porosity of 50 to 70%.

a) 양극 활물질 형성용 슬러리를 제조하는 단계a) preparing a slurry for forming a cathode active material

상기 양극 활물질층 형성용 조성물은 황-탄소 복합체 및 무기계 첨가제를 혼합하여 제조한다. 이 때, 상기 양극 활물질층 형성용 조성물은 바인더 및 도전재로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 하나 이상을 더 포함할 수 있다. The composition for forming the cathode active material layer is prepared by mixing a sulfur-carbon composite and an inorganic additive. At this time, the composition for forming the positive electrode active material layer may further include at least one selected from the group consisting of a binder and a conductive material.

상기 양극 활물질층 형성용 조성물을 슬러리 상태로 제조하기 위하여 용매를 사용한다. 이 때, 용매는 건조가 용이해야 하며, 바인더를 잘 용해시킬 수 있되, 양극 활물질 및 도전재는 용해시키지 않고 분산 상태로 유지시킬 수 있는 것이 가장 바람직하다. 용매가 양극 활물질을 용해시킬 경우에는 슬러리에서 황의 비중(D = 2.07)이 높기 때문에 황이 슬러리에서 가라앉게 되어 코팅시 집전체에 황이 몰려 도전 네트워크에 문제가 생겨 전지의 작동에 문제가 발생하는 경향이 있다.A solvent is used to prepare the composition for forming the positive electrode active material layer in a slurry state. At this time, it is most preferable that the solvent should be easy to dry and dissolve the binder well, while the cathode active material and the conductive material can be maintained in a dispersed state without dissolving. When the solvent dissolves the cathode active material, the specific gravity (D = 2.07) of the sulfur in the slurry is high, so that the sulfur is submerged in the slurry, which causes sulfur in the current collector in the coating, have.

본 발명에 따른 용매는 물 또는 유기 용매가 가능하며, 상기 유기 용매는 디메틸포름아미드, 이소프로필알콜, 아세토니트릴, 메탄올, 에탄올, 테트라하이드로퓨란 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함하는 유기 용매가 적용 가능하다.The solvent according to the present invention may be water or an organic solvent, and the organic solvent may be an organic solvent containing at least one selected from the group consisting of dimethylformamide, isopropyl alcohol, acetonitrile, methanol, ethanol and tetrahydrofuran It is possible.

상기 양극 조성물의 혼합은 통상의 혼합기, 예컨대 레이트스 믹서, 고속 전단 믹서, 호모 믹서 등을 이용하여 통상의 방법으로 교반할 수 있다.The mixing of the cathode composition may be carried out by a conventional method using a conventional mixer such as a latex mixer, a high-speed shear mixer, a homomixer, and the like.

상기 황-탄소 복합체 및 무기계 첨가제에 대한 내용은, 앞서 살펴본 리튬-황 전지용 양극의 내용과 동일하다.The contents of the sulfur-carbon composite and the inorganic additive are the same as those of the anode for a lithium-sulfur battery as described above.

b) 상기 슬러리를 b) 집전체의Whole-house 적어도 일면에 코팅하여,  Coated on at least one side, 기공도(porosity)가The porosity is 50 내지 70%인 양극을 제조하는 단계 Step of preparing an anode having 50 to 70%

상기 양극 조성물을 집전체에 도포하고, 건조하여 리튬-황 전지용 양극을 형성할 수 있다. 상기 슬러리는 슬러리의 점도 및 형성하고자 하는 양극의 두께에 따라 적절한 두께로 집전체에 코팅할 수 있으며, 바람직하게는 10 내지 300 ㎛ 범위 내에서 적절히 선택할 수 있다.The positive electrode composition may be applied to a current collector and dried to form a positive electrode for a lithium-sulfur battery. The slurry may be coated on the current collector with an appropriate thickness according to the viscosity of the slurry and the thickness of the anode to be formed, and may be suitably selected within the range of 10 to 300 mu m.

이때 상기 슬러리를 코팅하는 방법으로 그 제한은 없으며, 예컨대, 닥터 블레이드 코팅(Doctor blade coating), 딥 코팅(Dip coating), 그라비어 코팅(Gravure coating), 슬릿 다이 코팅(Slit die coating), 스핀 코팅(Spin coating), 콤마 코팅(Comma coating), 바 코팅(Bar coating), 리버스 롤 코팅(Reverse roll coating), 스크린 코팅(Screen coating), 캡 코팅(Cap coating) 방법 등을 수행하여 제조할 수 있다.The slurry may be coated by a method such as doctor blade coating, dip coating, gravure coating, slit die coating, spin coating, Spin coating, comma coating, bar coating, reverse roll coating, screen coating, cap coating and the like.

상기 슬러리의 건조는, 당해 업계의 건조 방법이라면 특별한 제한은 없으나, 일례로 40 내지 70 ℃에서 4시간 내지 12시간 동안 건조하여 제조할 수 있다.The drying of the slurry is not particularly limited as long as it is a drying method in the art, and for example, drying can be performed at 40 to 70 ° C for 4 to 12 hours.

이를 통하여, 본 발명의, 리튬-황 전지용 양극의 제조방법은, Thus, the method for producing a positive electrode for a lithium-sulfur battery of the present invention comprises:

양극의 코팅 시에, 압연 (Roll-pressing) 조절을 통하여, 기공도(porosity)가 50 내지 70%인, 바람직하게는 60 내지 65%인 양극을 제조할 수 있다.During the coating of the positive electrode, a positive electrode having a porosity of 50 to 70%, preferably 60 to 65%, can be prepared through roll-pressing control.

상기 집전체로는 일반적으로 3 ~ 500 ㎛의 두께로 만들 수 있고, 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 높은 도전성을 가지는 것이라면 특히 제한하지 않는다. 예컨대 스테인레스 스틸, 알루미늄, 구리, 티타늄 등의 전도성 금속을 사용할 수 있고, 바람직하게는 알루미늄 집전체를 사용할 수 있다. 이러한 양극 집전체는 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체 또는 부직포체 등 다양한 형태가 가능하다.The current collector generally has a thickness of 3 to 500 占 퐉 and is not particularly limited as long as it has high conductivity without causing chemical change in the battery. For example, a conductive metal such as stainless steel, aluminum, copper, or titanium can be used, and an aluminum current collector can be preferably used. Such a positive electrode current collector may have various forms such as a film, a sheet, a foil, a net, a porous body, a foam or a nonwoven fabric.

리튬-황 전지Lithium-sulfur battery

본 발명의 일 실시예로서, 리튬-황 전지는 상술한 리튬-황 전지용 양극; 음극 활물질로서 리튬 금속 또는 리튬 합금을 포함하는 음극; 상기 양극과 음극 사이에 개재되는 분리막; 및 상기 음극, 양극 및 분리막에 함침되어 있으며, 리튬염과 유기용매를 포함하는 전해질을 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the lithium-sulfur battery includes the positive electrode for the lithium-sulfur battery described above; A negative electrode comprising lithium metal or a lithium alloy as a negative electrode active material; A separator interposed between the anode and the cathode; And an electrolyte impregnated with the negative electrode, the positive electrode and the separator, and including a lithium salt and an organic solvent.

상기 음극은 음극 활물질로서 리튬 이온(Li+)을 가역적으로 인터칼레이션(Intercalation) 또는 디인터칼레이션(Deintercalation)할 수 있는 물질, 리튬 이온과 반응하여 가역적으로 리튬 함유 화합물을 형성할 수 있는 물질, 리튬 금속 또는 리튬 합금을 사용할 수 있다. 상기 리튬 이온을 가역적으로 인터칼레이션 또는 디인터칼레이션할 수 있는 물질은 예컨대 결정질 탄소, 비정질 탄소 또는 이들의 혼합물일 수 있다. 상기 리튬 이온과 반응하여 가역적으로 리튬 함유 화합물을 형성할 수 있는 물질은 예를 들어, 산화주석, 티타늄나이트레이트 또는 실리콘일 수 있다. 상기 리튬 합금은 예를 들어, 리튬과 Na, K, Rb, Cs, Fr, Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra, Al 및 Sn으로 이루어지는 군에서 선택되는 금속의 합금일 수 있다. The negative electrode is a negative active material that can reversibly intercalate or deintercalate lithium ions (Li + ), a material capable of reversibly reacting with lithium ions to form a lithium-containing compound , A lithium metal or a lithium alloy can be used. The material capable of reversibly intercalating or deintercalating lithium ions may be, for example, crystalline carbon, amorphous carbon, or a mixture thereof. The material capable of reacting with the lithium ion to form a lithium-containing compound reversibly may be, for example, tin oxide, titanium nitrate or silicon. The lithium alloy may be, for example, 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.

또한, 리튬-황 전지를 충·방전하는 과정에서, 양극 활물질로 사용되는 황이 비활성 물질로 변화되어, 리튬 음극 표면에 부착될 수 있다. 이와 같이 비활성 황(Inactive sulfur)은 황이 여러 가지 전기화학적 또는 화학적 반응을 거쳐 양극의 전기화학 반응에 더 이상 참여할 수 없는 상태의 황을 의미하며, 리튬 음극 표면에 형성된 비활성 황은 리튬 음극의 보호막(Protective layer)으로서 역할을 하는 장점도 있다. 따라서, 리튬 금속과 이 리튬 금속 위에 형성된 비활성 황, 예를 들어 리튬 설파이드를 음극으로 사용할 수도 있다.Further, in the process of charging / discharging the lithium-sulfur battery, sulfur used as the positive electrode active material is changed to an inactive material and can be attached to the surface of the lithium negative electrode. Inactive sulfur is sulfur in which sulfur can not participate in the electrochemical reaction of the anode after various electrochemical or chemical reactions. Inactive sulfur formed on the surface of the lithium anode is a protective film of the lithium anode layer as well. Therefore, a lithium metal and an inert sulfur formed on the lithium metal, such as lithium sulfide, may be used as the cathode.

본 발명의 음극은 상기 음극 활물질 이외에 리튬 이온 전도성 물질로 이루어진 전처리층 및 상기 전처리층 상에 형성된 리튬 금속 보호층을 추가적으로 더 포함할 수 있다.The negative electrode of the present invention may further include a pretreatment layer made of a lithium ion conductive material in addition to the negative electrode active material, and a lithium metal protective layer formed on the pretreatment layer.

상기 양극과 음극 사이에 개재되는 분리막은 양극과 음극을 서로 분리 또는 절연시키고, 양극과 음극 사이에 리튬 이온의 수송을 가능하게 하는 것으로 다공성 비전도성 또는 절연성 물질로 이루어질 수 있다. 이러한 분리막은 높은 이온 투과도 및 기계적 강도를 가지는 절연체로서 얇은 박막 또는 필름과 같은 독립적인 부재일 수도 있고, 양극 및/또는 음극에 부가된 코팅층일 수도 있다. 또한 전해질로서 폴리머 등의 고체 전해질이 사용되는 경우에는 고체 전해질이 분리막을 겸할 수도 있다.The separator interposed between the anode and the cathode separates or insulates the anode and the cathode from each other and allows transport of lithium ions between the anode and the cathode, and may be made of a porous nonconductive or insulating material. Such a separator may be an independent member such as a thin film or a film as an insulator having high ion permeability and mechanical strength, or may be a coating layer added to the anode and / or the cathode. When a solid electrolyte such as a polymer is used as the electrolyte, the solid electrolyte may also serve as a separation membrane.

상기 분리막의 기공 직경은 일반적으로 0.01 ~ 10 ㎛이고, 두께는 일반적으로 5 ~ 300 ㎛이 바람직하며, 이러한 분리막으로는, 유리 전해질(Glass electrolyte), 고분자 전해질 또는 세라믹 전해질 등이 사용될 수 있다. 예컨대 내화학성 및 소수성의 폴리프로필렌 등의 올레핀계 폴리머, 유리섬유 또는 폴리에틸렌 등으로 만들어진 시트나 부직포, 크라프트지 등이 사용된다. 현재 시판중인 대표적인 예로는 셀가드 계열(CelgardR 2400, 2300 Hoechest Celanese Corp. 제품), 폴리프로필렌 분리막(Ube Industries Ltd. 제품 또는 Pall RAI사 제품), 폴리에틸렌 계열(Tonen 또는 Entek) 등이 있다.The separator preferably has a pore diameter of 0.01 to 10 μm and a thickness of 5 to 300 μm. The separator may be a glass electrolyte, a polymer electrolyte, a ceramic electrolyte, or the like. For example, olefin-based polymers such as polypropylene having chemical resistance and hydrophobicity, sheets or nonwoven fabrics made of glass fibers or polyethylene, kraft paper, and the like are used. Representative examples currently on the market include the Celgard R 2400 (2300 Hoechest Celanese Corp.), polypropylene separator (Ube Industries Ltd. or Pall RAI), and polyethylene (Tonen or Entek).

고체 상태의 전해질 분리막은 약 20 중량% 미만의 비수성 유기 용매를 포함할 수도 있으며, 이 경우에는 유기 용매의 유동성을 줄이기 위하여 적절한 겔 형성 화합물(Gelling agent)을 더 포함할 수도 있다. 이러한 겔 형성 화합물의 대표적인 예로는 폴리에틸렌옥사이드, 폴리비닐리덴플루라이드, 폴리아크릴로니트릴 등을 들 수 있다.The solid electrolyte separation membrane may contain less than about 20% by weight of a non-aqueous organic solvent, in which case it may further comprise a suitable gelling agent to reduce the fluidity of the organic solvent. Representative examples of such gel-forming compounds include polyethylene oxide, polyvinylidene fluoride, and polyacrylonitrile.

상기 음극, 양극 및 분리막에 함침되어 있는 전해질은 리튬염을 함유하는 비수계 전해질로서 리튬염과 전해액으로 구성되어 있으며, 전해액으로는 비수계 유기용매, 유기 고체 전해질 및 무기 고체 전해질 등이 사용된다.The electrolyte impregnated in the negative electrode, the positive electrode and the separator is a non-aqueous electrolyte containing a lithium salt. The non-aqueous electrolyte is composed of a lithium salt and an electrolyte. Non-aqueous organic solvents, organic solid electrolytes and inorganic solid electrolytes are used as the electrolyte.

본 발명의 리튬염은 비수계 유기용매에 용해되기 좋은 물질로서, 예컨대, LiSCN, LiCl, LiBr, LiI, LiPF6, LiBF4, LiSbF6, LiAsF6, LiB10Cl10, LiCH3SO3, LiCF3SO3, LiCF3CO2, LiClO4, LiAlCl4, Li(Ph)4, LiC(CF3SO2)3, LiN(FSO2)2, LiN(CF3SO2)2, LiN(C2F5SO2)2, LiN(SFO2)2, LiN(CF3CF2SO2)2, 클로로 보란 리튬, 저급 지방족 카르본산 리튬, 4 페닐 붕산 리튬, 리튬 이미드 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 하나 이상이 포함될 수 있다.The lithium salt of the present invention can be dissolved in a non-aqueous organic solvent, for example, LiSCN, LiCl, LiBr, LiI, LiPF 6 , LiBF 4 , LiSbF 6 , LiAsF 6 , LiB 10 Cl 10 , LiCH 3 SO 3 , LiCF 3 SO 3, LiCF 3 CO 2 , LiClO 4, LiAlCl 4, Li (Ph) 4, LiC (CF 3 SO 2) 3, LiN (FSO 2) 2, LiN (CF 3 SO 2) 2, LiN (C 2 (F 3 SO 2 ) 2 , LiN (SFO 2 ) 2 , LiN (CF 3 CF 2 SO 2 ) 2 , chloroborane lithium, lower aliphatic carboxylate lithium, lithium tetraphenylborate, lithium imide and combinations thereof May be included.

상기 리튬염의 농도는, 전해질 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, 0.2 ~ 2 M, 구체적으로 0.6 ~ 2 M, 더욱 구체적으로 0.7 ~ 1.7 M일 수 있다. 0.2 M 미만으로 사용하면 전해질의 전도도가 낮아져서 전해질 성능이 저하될 수 있고, 2 M을 초과하여 사용하면 전해질의 점도가 증가하여 리튬 이온(Li+)의 이동성이 감소될 수 있다.The concentration of the lithium salt may be in the range of 0.2 to 2 M, preferably 1 to 2 M, depending on various factors such as the precise composition of the electrolyte mixture, the solubility of the salt, the conductivity of the dissolved salt, the charging and discharging conditions of the battery, Specifically, it may be 0.6 to 2 M, more specifically 0.7 to 1.7 M. If it is used at less than 0.2 M, the conductivity of the electrolyte may be lowered and the performance of the electrolyte may be deteriorated. If it is used in excess of 2 M, the viscosity of the electrolyte may increase and the mobility of lithium ions (Li + ) may be reduced.

상기 비수계 유기용매는 리튬염을 잘 용해시켜야 하며, 본 발명의 비수계 유기용매로는, 예컨대, N-메틸-2-피롤리디논, 프로필렌 카보네이트, 에틸렌 카보네이트, 부틸렌 카보네이트, 디메틸 카보네이트, 디에틸 카보네이트, 에틸메틸 카보네이트, 감마-부티로락톤, 1,2-디메톡시 에탄, 1,2-디에톡시 에탄, 테트라히드록시 프랑(franc), 2-메틸 테트라하이드로푸란, 디메틸술폭시드, 1,3-디옥소란, 4-메틸-1,3-디옥센, 디에틸에테르, 포름아미드, 디메틸포름아미드, 디옥소란, 아세토니트릴, 니트로메탄, 포름산 메틸, 초산메틸, 인산 트리에스테르, 트리메톡시 메탄, 디옥소란 유도체, 설포란, 메틸 설포란, 1,3-디메틸-2-이미다졸리디논, 프로필렌 카보네이트 유도체, 테트라하이드로푸란 유도체, 에테르, 피로피온산 메틸, 프로피온산 에틸 등의 비양자성 유기용매가 사용될 수 있으며, 상기 유기 용매는 하나 또는 둘 이상의 유기 용매들의 혼합물일 수 있다.Examples of the non-aqueous organic solvent of the present invention include N-methyl-2-pyrrolidinone, propylene carbonate, ethylene carbonate, butylene carbonate, dimethyl carbonate, di Ethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, gamma-butyrolactone, 1,2-dimethoxyethane, 1,2-diethoxyethane, tetrahydroxyfuran, 2-methyltetrahydrofuran, dimethylsulfoxide, 3-dioxolane, diethyl ether, formamide, dimethyl formamide, dioxolane, acetonitrile, nitromethane, methyl formate, methyl acetate, phosphoric acid triester, trimethylene Ethers such as ethoxymethane, dioxolane derivatives, sulfolane, methylsulfolane, 1,3-dimethyl-2-imidazolidinone, propylene carbonate derivatives, tetrahydrofuran derivatives, ether, methyl pyrophosphate, ethyl propionate Organic solvent And the organic solvent may be one or a mixture of two or more organic solvents.

상기 유기 고체 전해질로는, 예컨대, 폴리에틸렌 유도체, 폴리에틸렌 옥사이드 유도체, 폴리프로필렌 옥사이드 유도체, 인산 에스테르 폴리머, 폴리 에지테이션 리신(Agitation lysine), 폴리에스테르 설파이드, 폴리비닐 알코올, 폴리 불화 비닐리덴, 이온성 해리기를 포함하는 중합체 등이 사용될 수 있다.Examples of the organic solid electrolyte include a polymer electrolyte such as a polyethylene derivative, a polyethylene oxide derivative, a polypropylene oxide derivative, a phosphate ester polymer, an agitation lysine, a polyester sulfide, a polyvinyl alcohol, a polyvinylidene fluoride, A polymer including a group can be used.

상기 무기 고체 전해질로는, 예컨대, Li3N, LiI, Li5NI2, Li3N-LiI-LiOH, LiSiO4, LiSiO4-LiI-LiOH, Li2SiS3, Li4SiO4, Li4SiO4-LiI-LiOH, Li3PO4-Li2S-SiS2 등의 Li의 질화물, 할로겐화물, 황산염 등이 사용될 수 있다. Examples of the inorganic solid electrolyte include Li 3 N, LiI, Li 5 NI 2 , Li 3 N-LiI-LiOH, LiSiO 4 , LiSiO 4 -LiI-LiOH, Li 2 SiS 3 , Li 4 SiO 4 , Li 4 Nitrides, halides, sulfates and the like of Li such as SiO 4 -LiI-LiOH and Li 3 PO 4 -Li 2 S-SiS 2 can be used.

본 발명의 전해질에는 충·방전 특성, 난연성 등의 개선을 목적으로, 예컨대, 피리딘, 트리에틸포스파이트, 트리에탄올아민, 환상 에테르, 에틸렌 디아민, n-글라임(glyme), 헥사 인산 트리 아미드, 니트로벤젠 유도체, 유황, 퀴논 이민 염료, N-치환 옥사졸리디논, N,N-치환 이미다졸리딘, 에틸렌 글리콜 디알킬 에테르, 암모늄염, 피롤, 2-메톡시 에탄올, 삼염화 알루미늄 등이 첨가될 수도 있다. 경우에 따라서는, 불연성을 부여하기 위하여, 사염화탄소, 삼불화에틸렌 등의 할로겐 함유 용매를 더 포함시킬 수도 있고, 고온 보존 특성을 향상시키기 위하여 이산화탄산 가스를 더 포함시킬 수도 있으며, FEC(Fluoro-ethylene carbonate), PRS(Propene sultone), FPC(Fluoro-propylene carbonate) 등을 더 포함시킬 수 있다.The electrolyte of the present invention may contain at least one selected from the group consisting of pyridine, triethylphosphite, triethanolamine, cyclic ether, ethylenediamine, glyme, hexa-phosphoric triamide, Benzene derivatives, sulfur, quinone imine dyes, N-substituted oxazolidinones, N, N-substituted imidazolidines, ethylene glycol dialkyl ethers, ammonium salts, pyrrole, 2-methoxyethanol, . In some cases, a halogen-containing solvent such as carbon tetrachloride, ethylene trifluoride or the like may be further added to impart nonflammability. In order to improve the high-temperature storage characteristics, carbon dioxide gas may be further added. carbonate, PRS (propene sultone), FPC (fluoro-propylene carbonate) and the like.

상기 전해질은 액상 전해질로 사용할 수도 있고, 고체 상태의 전해질 세퍼레이터 형태로도 사용할 수 있다. 액상 전해질로 사용할 경우에는 전극을 물리적으로 분리하는 기능을 갖는 물리적인 분리막으로서 다공성 유리, 플라스틱, 세라믹 또는 고분자 등으로 이루어진 분리막을 더 포함한다.The electrolyte may be used as a liquid electrolyte or as a solid electrolyte separator. When used as a liquid electrolyte, the separator further includes a separation membrane made of porous glass, plastic, ceramic, or polymer as a physical separation membrane having a function of physically separating the electrode.

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연한 것이다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the present invention. Such variations and modifications are intended to be within the scope of the appended claims.

[실시예][Example]

황-탄소 복합체의 제조Preparation of sulfur-carbon composites

[실시예 1][Example 1]

황-탄소 복합체: 바인더: 분산제: 도전재: 첨가제=82.86: 6.25:0.89:4.76:4.76의 중량비로 혼합하여 슬러리를 제조하였다.Sulfur-carbon composite material: binder: dispersant: conductive material: additive = 82.86: 6.25: 0.89: 4.76: 4.76 to prepare a slurry.

이때 황-탄소 복합체는 FT9111 (CNT, CNano사 제품)에 황을 첨가하여, 황함량이 70중량%가 되도록 제조한 것을 사용하였고, 바인더로는 LiPAA (Lithiated polyacryl acid)를 사용하였고, 분산제로는 PVA (Polyvinyl alcohol)를 사용하였고, 도전재로는 VGCF (Vapor Grown Carbon Fibers)를 사용하였고, 첨가제로는 CoS2를 사용하였다.The sulfur-carbon composite was prepared by adding sulfur to FT9111 (manufactured by CNT, CNano) and having a sulfur content of 70% by weight. LiPAA (Lithiated Polyacrylic Acid) was used as a binder. PVA (Polyvinyl alcohol) was used, VGCF (Vapor Grown Carbon Fibers) was used as a conductive material, and CoS 2 was used as an additive.

상기 슬러리를 20 ㎛ 두께의 알루미늄 호일의 집전체에 코팅한 후, 여 전극을 제조하였다. 상기 제조된 전극을 50℃ 오븐에서 overnight로 건조하여 리튬-황 전지용 양극을 제조하였으며, 황의 로딩양은 5.5mAh/cm2였다.The slurry was coated on a current collector made of aluminum foil having a thickness of 20 탆, and then a collector electrode was prepared. The prepared electrode was dried overnight in a 50 ° C oven to prepare a positive electrode for a lithium-sulfur battery, and the loading amount of sulfur was 5.5 mAh / cm 2 .

또한, 상기 전극 제조시, 전극 압연을 통한 두께 조절을 통해 기공도가 62%가 되도록 조절하였다.Further, at the time of preparing the electrode, the porosity was controlled to be 62% by adjusting the thickness through electrode rolling.

상기 기공는, 전극 물질의 전체 실측 부피에서 전극 활물질의 진밀도 (true density)를 고려한 부피를 제외한 부피의 비율로 정의하였으며, 전극 두께 측정 장비 (TESA u-hite) 를 사용하여 전극의 두께를 측정하여, 기공도를 계산하였다.The porosity was defined as the ratio of the volume excluding the volume considering the true density of the electrode active material to the total actual volume of the electrode material. The thickness of the electrode was measured using an electrode thickness measuring instrument (TESA u-hite) , And porosity were calculated.

[실시예 2] [Example 2]

첨가제로 CoS2 대신 CeO2를 사용한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 리튬-황 전지용 양극을 제조하였으며, 황의 로딩양은 5.4mAh/cm2였다.As an additive, CoS 2 A positive electrode for a lithium-sulfur battery was prepared in the same manner as in Example 1 except that CeO 2 was used instead, and the loading amount of sulfur was 5.4 mAh / cm 2 .

상기 전극 제조시, 전극 압연을 통한 두께 조절을 통해 기공도가 60%가 되도록 조절하였다.During the preparation of the electrode, the porosity was adjusted to 60% by adjusting the thickness through electrode rolling.

[비교예 1][Comparative Example 1]

첨가제를 사용하지 않고, 황-탄소 복합체: 바인더: 분산제: 도전재 =87:7:1:5의 중량비로 혼합하여 슬러리를 제조한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 리튬-황 전지용 양극을 제조하였으며, 황의 로딩양은 5.7mAh/cm2였다.Sulfur battery was prepared in the same manner as in Example 1, except that an additive was not used, and a slurry was prepared in a weight ratio of sulfur-carbon composite: binder: dispersant: conductive material = 87: 7: 1: And the loading amount of sulfur was 5.7 mAh / cm 2 .

상기 전극 제조시, 전극 압연을 통한 두께 조절을 통해 기공도가 60%가 되도록 조절하였다.During the preparation of the electrode, the porosity was adjusted to 60% by adjusting the thickness through electrode rolling.

[비교예 2][Comparative Example 2]

상기 전극 제조시, 전극 압연을 통한 두께 조절을 통해 기공도가 72%가 되도록 조절한 것을 제외하고, 비교예 1과 동일한 방법으로 리튬-황 전지용 양극을 제조하였으며, 황의 로딩양은 5.8mAh/cm2였다.A positive electrode for a lithium-sulfur battery was prepared in the same manner as in Comparative Example 1, except that the electrode was adjusted to have a porosity of 72% by controlling the thickness through electrode rolling. The loading amount of sulfur was 5.8 mAh / cm 2 Respectively.

[비교예 3][Comparative Example 3]

상기 전극 제조시, 전극 압연을 통한 두께 조절을 통해 기공도가 73%가 되도록 조절한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 리튬-황 전지용 양극을 제조하였으며, 황의 로딩양은 5.6mAh/cm2였다.The positive electrode for a lithium-sulfur battery was prepared in the same manner as in Example 1, except that the porosity was adjusted to 73% by controlling the thickness of the electrode during the electrode rolling. The loading amount of sulfur was 5.6 mAh / cm 2 Respectively.

[비교예 4][Comparative Example 4]

상기 전극 제조시, 전극 압연을 통한 두께 조절을 통해 기공도가 72%가 되도록 조절한 것을 제외하고, 실시예 2와 동일한 방법으로 리튬-황 전지용 양극을 제조하였으며, 황의 로딩양은 5.6mAh/cm2였다.A positive electrode for a lithium-sulfur battery was prepared in the same manner as in Example 2, except that the electrode was adjusted to have a porosity of 72% through thickness adjustment through electrode rolling. The loading amount of sulfur was 5.6 mAh / cm 2 Respectively.

실험예Experimental Example 1: 전지 성능 평가 1: Battery performance evaluation

상기 실시예 1 내지 2 및 비교예 1 내지 4에서 제조된 리튬-황 전지용 양극을 양극으로 사용하고, 분리막으로 폴리에틸렌을 사용하고, 음극으로서 45 ㎛ 두께의 리튬 호일을 사용하여 리튬-황 전지 코인 셀을 제조하였다. 이때, 상기 코인 셀은 메틸테트라하이드로퓨란과 에틸렌글리콜 에틸메틸에테르 (2-ME THF: EGEME=1:2부피비)로 이루어진 유기 용매에 0.75 M LiFSI, 3 중량% LiNO3을 용해시켜 제조된 전해질을 사용했다.The lithium-sulfur battery coin cell manufactured in Examples 1 to 2 and Comparative Examples 1 to 4 was used as a positive electrode, polyethylene was used as a separator, and lithium foil having a thickness of 45 탆 was used as a negative electrode. . At this time, the coin cell was prepared by dissolving 0.75 M LiFSI and 3 wt% LiNO 3 in an organic solvent composed of methyltetrahydrofuran and ethylene glycol ethyl methyl ether (2-ME THF: EGEME = 1: 2 by volume) Used.

(충방전 특성 평가)(Evaluation of charge / discharge characteristics)

상기 제조된 코인셀에 대하여, 충방전 측정장치를 사용하여 충방전 특성 변화를 시험하였다. 얻어진 전지를 이용하여, 초기 방전/충전은 초기 2.5 사이클 동안은 0.1C/0.1C로 진행한 이후, 0.2C/0.2C 3사이클 진행 후, 0.5C/0.3C로 사이클을 진행하였다. 상기 결과를, 측정하여 도 1 내지 도 4에 나타내었다.The coin cell manufactured above was tested for charge / discharge characteristics change using a charge / discharge measuring apparatus. Using the obtained battery, the initial discharge / charging proceeded to 0.1 C / 0.1 C during the initial 2.5 cycles, followed by 0.2 C / 0.2 C for 3 cycles, and then the cycle progressed to 0.5 C / 0.3 C. The above results were measured and shown in Figs. 1 to 4. Fig.

도 1은 실시예 1 내지 실시예 2 및 비교예 1에서 제조된 리튬-황 전지의 초기 충방전 특성을 보여주는 0.1/0.1 충방전 그래프이고, 도 2는 실시예 1 내지 실시예 2 및 비교예 1에서 제조된 리튬-황 전지의 0.3/0.5 충방전 그래프이고, 도 3은 실시예 1 내지 실시예 2 및 비교예 1에서 제조된 리튬-황 전지의 리튬-황 전지의 충방전 효율을 보여주는 그래프이고, 도 4는 비교예 2 내지 4에서 제조된 리튬-황 전지의 초기 충방전 특성을 보여주는 그래프이고, 도 5는 비교예 2 내지 실시예 4에서 제조된 리튬-황 전지의 리튬-황 전지의 충방전 효율을 보여주는 그래프이다.FIG. 1 is a graph showing the initial charge / discharge characteristics of the lithium-sulfur battery prepared in Examples 1 to 2 and Comparative Example 1, and FIG. 2 is a graph showing the charge / discharge characteristics of Examples 1 to 2 and Comparative Example 1 FIG. 3 is a graph showing the charge-discharge efficiency of the lithium-sulfur battery of the lithium-sulfur battery manufactured in Examples 1 to 2 and Comparative Example 1, and FIG. And FIG. 4 is a graph showing initial charging and discharging characteristics of the lithium-sulfur battery prepared in Comparative Examples 2 to 4. FIG. 5 is a graph showing the initial charging and discharging characteristics of the lithium-sulfur battery prepared in Comparative Examples 2 to 4 It is a graph showing discharge efficiency.

먼저, 도 4 및 도 5를 살펴보면, 전극의 기공도가 72~73%인 비교예 2 내지 4의 전극의 경우, 무기계 첨가제가 포함되지 않은 비교예 2의 전극은 전극의 반응성이 떨어지고, 약 80회 충방전 이후 셀이 점차적으로 퇴화(열화가 시작)싸이클 수명이 떨어지는 것을 알 수 있었으며, 전극 내 무기계 첨가제가 포함된 비교예 3 내지 4의 전극은 전극의 반응성 향상 효과가 나타났지만, 약 60회 충방전 이후 셀이 점차적으로 퇴화(열화가 시작)하여, 오히려 비교예 2보다도 싸이클 수명 특성이 떨어지는 것을 알 수 있었다.4 and 5, in the case of the electrodes of Comparative Examples 2 to 4 in which the porosity of the electrode was 72 to 73%, the electrode of Comparative Example 2 containing no inorganic additive had poor reactivity of the electrode, It was found that the cell gradually degraded (started to deteriorate) cycle life after the charge and discharge, and the electrode of Comparative Examples 3 to 4 containing the inorganic additive in the electrode had an effect of improving the reactivity of the electrode. However, The cell gradually degraded (started to deteriorate) after charging and discharging, and the cycle life characteristics were rather lower than that of Comparative Example 2. [

이에 대하여, 도 1 내지 도 2를 살펴보면, 전극의 기공도가 60~62%인 실시예 1 내지 2 및 비교예 1의 전극의 경우, 무기계 첨가제가 포함되지 않은 비교예 1의 전극은 전극의 기공도가 72%에서 60%로 낮아짐에 따라 초기 방전 (0.1C 충전/0.1C 방전)구간에서 셀의 과전압이 심화되어 전극의 반응성이 감소되는 경향을 나타냈다. 그러나 전극 내 무기계 첨가제 포함된 실시예 1 내지 2의 전극은, 셀의 과전압이 다소 개선되며 전극의 반응성이 다소 회복되는 경향을 나타내며, 고율 충방전 (0.3C 충전/0.5C 방전)구간에서 과전압 개선 효과는 더욱 뚜렷이 나타나며 전극의 반응성 개선 효과를 나타냈다.1 and 2, in the case of the electrodes of Examples 1 and 2 and Comparative Example 1 in which the porosity of the electrode was 60 to 62%, the electrode of Comparative Example 1, which did not contain the inorganic additive, As the temperature decreased from 72% to 60%, the overvoltage of the cell deepened during the initial discharge (0.1 C charge / 0.1 C discharge), and the reactivity of the electrode was decreased. However, the electrodes of Examples 1 and 2 including the inorganic additive in the electrode showed a tendency that the overvoltage of the cell was somewhat improved and the reactivity of the electrode was somewhat restored. In the high rate charge / discharge (0.3 C charge / 0.5 C discharge) The effect was more pronounced and the reactivity of the electrode was improved.

또한 도 3을 살펴보면, 충방전이 진행됨에 따라 무기계 첨가제가 포함되지 않은 비교예 1의 전극은 방전용량 회복 후 약 40회 충방전 이후 셀이 퇴화(열화가 시작)하는 것을 확인할 수 있었다. 하지만 무기계 첨가제가 포함된 실시예 1 내지 2의 전극은 약 100회 충방전 이후 셀이 점차적으로 퇴화(열화가 시작)하는 것을 확인할 수 있었으며, 이를 통해 무기계 첨가제 포함하는 경우, 저기공도 전극을 사용한 셀의 환경에서 싸이클 수명 특성의 개선을 확인 할 수 있었다.Referring to FIG. 3, as the charge and discharge proceeded, it was confirmed that the electrode of Comparative Example 1 containing no inorganic additive deteriorated (started to deteriorate) after about 40 charge / discharge cycles after recovery of the discharge capacity. However, in the electrodes of Examples 1 and 2 including the inorganic additive, it was confirmed that the cell was gradually degraded (started to deteriorate) after about 100 times of charging and discharging. When the inorganic additive was included, The improvement of cycle life characteristics was confirmed.

Claims (13)

집전체; 및
상기 집전체의 적어도 일면에 형성된 양극 활물질층;
을 포함하는 리튬-황 전지용 양극으로서,
상기 양극 활물질층은 황-탄소 복합체 및 무기계 첨가제를 포함하고,
상기 양극의 기공도(porosity)가 50 내지 70%인, 리튬-황 전지용 양극.
Collecting house; And
A positive electrode active material layer formed on at least one surface of the current collector;
A positive electrode for a lithium-sulfur battery comprising:
Wherein the cathode active material layer comprises a sulfur-carbon composite and an inorganic additive,
Wherein the anode has a porosity of 50 to 70%.
제1항에 있어서,
상기 무기계 첨가제는 CoS2 및 CeO2 중 어느 하나 이상인, 리튬-황 전지용 양극.
The method according to claim 1,
The inorganic additives include CoS 2 and CeO 2 A positive electrode for a lithium-sulfur battery.
제1항에 있어서,
상기 양극의 기공도(porosity)가 60 내지 65%인, 리튬-황 전지용 양극.
The method according to claim 1,
Wherein the anode has a porosity of 60 to 65%.
제1항에 있어서,
상기 무기계 첨가제는 양극활물질층 총 중량 대비 1 내지 10 중량%로 포함되는, 리튬-황 전지용 양극.
The method according to claim 1,
Wherein the inorganic additive is contained in an amount of 1 to 10 wt% based on the total weight of the positive electrode active material layer.
제1항에 있어서,
상기 황-탄소 복합체는 복합체 총 중량 대비 50 내지 90중량%로 황을 포함하는, 리튬-황 전지용 양극.
The method according to claim 1,
Wherein the sulfur-carbon composite comprises sulfur in an amount of 50 to 90% by weight based on the total weight of the composite.
제1항에 있어서,
상기 양극 활물질층은 바인더 및 도전재로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 하나 이상을 더 포함하는, 리튬-황 전지용 양극
The method according to claim 1,
Wherein the positive electrode active material layer further comprises at least one selected from the group consisting of a binder and a conductive material,
황-탄소 복합체 및 무기계 첨가제를 포함하는 양극 활물질 형성용 슬러리를 제조하는 단계; 및
상기 슬러리를 집전체의 적어도 일면에 코팅하여, 기공도(porosity)가 50 내지 70%인 양극을 제조하는 단계;를 포함하는, 리튬-황 전지용 양극의 제조방법.
Preparing a slurry for forming a cathode active material comprising a sulfur-carbon composite and an inorganic additive; And
And coating the slurry on at least one surface of the current collector to produce a positive electrode having a porosity of 50 to 70%.
제7항에 있어서,
상기 무기계 첨가제는 CoS2 및 CeO2 중 어느 하나 이상인, 리튬-황 전지용 양극의 제조방법.
8. The method of claim 7,
The inorganic additives include CoS 2 and CeO 2 Wherein the positive electrode is a positive electrode.
제7항에 있어서,
상기 양극의 기공도(porosity)가 60 내지 65%인, 리튬-황 전지용 양극의 제조방법.
8. The method of claim 7,
Wherein the anode has a porosity of 60 to 65%.
제7항에 있어서,
상기 무기계 첨가제는 양극 활물질 형성용 슬러리 총 중량 대비 1 내지 10 중량%로 포함되는, 리튬-황 전지용 양극의 제조방법.
8. The method of claim 7,
Wherein the inorganic additive is contained in an amount of 1 to 10% by weight based on the total weight of the slurry for forming a cathode active material.
제7항에 있어서,
상기 황-탄소 복합체는 복합체 총 중량 대비 50 내지 90중량%로 황을 포함하는, 리튬-황 전지용 양극의 제조방법.
8. The method of claim 7,
Wherein the sulfur-carbon composite comprises sulfur in an amount of 50 to 90% by weight based on the total weight of the composite.
제7항에 있어서,
상기 양극 활물질 형성용 슬러리는 바인더 및 도전재로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 하나 이상을 더 포함하는, 리튬-황 전지용 양극의 제조방법.
8. The method of claim 7,
Wherein the slurry for forming a cathode active material further comprises at least one selected from the group consisting of a binder and a conductive material.
제1항의 리튬-황 전지용 양극을 포함하는 리튬-황 전지.
A lithium-sulfur battery comprising the positive electrode for the lithium-sulfur battery of claim 1.
KR1020170161683A 2017-11-29 2017-11-29 Positive electrode for lithium-sulfur battery and method for manufacturing the same KR102346843B1 (en)

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