KR20200145333A - Lithium secondary battery structure and lithium secondary battery using the same - Google Patents

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KR20200145333A KR1020190074197A KR20190074197A KR20200145333A KR 20200145333 A KR20200145333 A KR 20200145333A KR 1020190074197 A KR1020190074197 A KR 1020190074197A KR 20190074197 A KR20190074197 A KR 20190074197A KR 20200145333 A KR20200145333 A KR 20200145333A
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홍경식
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주식회사 엘지화학
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Abstract

The present invention relates to a lithium secondary battery structure and a lithium secondary battery comprising the same and, more specifically, to a lithium secondary battery structure comprising a blocking film surrounding an outer surface of an electrode assembly and to a lithium secondary battery comprising the same. The lithium secondary battery structure of the present invention has an excellent effect of inhibiting the dissolution of lithium polysulfide, thereby improving capacity and service life characteristics of a lithium-sulfur battery.

Description

리튬 이차전지 구조체 및 이를 포함하는 리튬 이차전지{LITHIUM SECONDARY BATTERY STRUCTURE AND LITHIUM SECONDARY BATTERY USING THE SAME}Lithium secondary battery structure and lithium secondary battery including the same {LITHIUM SECONDARY BATTERY STRUCTURE AND LITHIUM SECONDARY BATTERY USING THE SAME}

본 발명은 리튬 이차전지 구조체 및 이를 포함하는 리튬 이차전지에 관한 것이다.The present invention relates to a lithium secondary battery structure and a lithium secondary battery including the same.

리튬 이차전지의 활용 범위가 휴대용 전자기기 및 통신기기뿐만 아니라 전기자동차(electric vehicle; EV), 전력저장장치(electric storage system; ESS)에까지 확대되면서 이들의 전원으로 사용되는 리튬 이차전지의 고용량화에 대한 요구가 높아지고 있다.As the scope of use of lithium secondary batteries has expanded to not only portable electronic devices and communication devices, but also electric vehicles (EVs) and electric storage systems (ESSs), the high capacity of lithium secondary batteries used as power sources has been improved. The demand is increasing.

여러 리튬 이차전지 중에서 리튬-황 전지는 황-황 결합(sulfur-sulfur bond)을 포함하는 황 계열 물질을 양극 활물질로 사용하며, 리튬 금속, 리튬 이온의 삽입/탈삽입이 일어나는 탄소계 물질 또는 리튬과 합금을 형성하는 실리콘이나 주석 등을 음극 활물질로 사용하는 전지 시스템이다. Among various lithium secondary batteries, a lithium-sulfur battery uses a sulfur-based material containing a sulfur-sulfur bond as a positive electrode active material, and lithium metal, a carbon-based material in which lithium ions are inserted/deinserted, or lithium It is a battery system that uses silicon or tin, which forms an alloy with an alloy, as an anode active material.

리튬-황 전지에서 양극 활물질의 주재료인 황은 낮은 원자당 무게를 가지며, 자원이 풍부하여 수급이 용이하며 값이 저렴하고, 독성이 없으며, 환경친화적 물질이라는 장점이 있다. In lithium-sulfur batteries, sulfur, which is the main material of the positive electrode active material, has a low weight per atom, rich in resources, easy supply and demand, inexpensive, non-toxic, and has the advantage of being an environmentally friendly material.

또한, 리튬-황 전지는 양극에서 리튬 이온과 황의 변환(conversion) 반응(S8+16Li++16e- → 8Li2S)으로부터 나오는 이론 방전용량이 1,675 mAh/g에 이르고, 음극으로 리튬 금속(이론 용량: 3,860 mAh/g)을 사용하는 경우 2,600 Wh/kg의 이론 에너지 밀도를 나타낸다. 이는 현재 연구되고 있는 다른 전지 시스템 (Ni-MH 전지: 450 Wh/kg, Li-FeS 전지: 480 Wh/kg, Li-MnO2 전지: 1,000 Wh/kg, Na-S 전지: 800 Wh/kg) 및 리튬 이온 전지(250 Wh/kg)의 이론 에너지 밀도에 비하여 매우 높은 수치를 가지기 때문에 현재까지 개발되고 있는 이차전지 중·고용량, 친환경 및 저가의 리튬 이차전지로 주목 받고 있으며, 차세대 전지 시스템으로 여러 연구가 이루어지고 있다.Further, a lithium-sulfur battery is a lithium ion and the sulfur conversion (conversion) reaction at the anode - the theoretical discharge capacity resulting from (S 8 + 16Li + + 16e → 8Li 2 S) reached 1,675 mAh / g, a lithium metal as a negative electrode ( Theoretical capacity: 3,860 mAh/g) shows a theoretical energy density of 2,600 Wh/kg. This is another battery system currently being studied (Ni-MH battery: 450 Wh/kg, Li-FeS battery: 480 Wh/kg, Li-MnO 2 battery: 1,000 Wh/kg, Na-S battery: 800 Wh/kg) And since it has a very high value compared to the theoretical energy density of a lithium ion battery (250 Wh/kg), it is attracting attention as a secondary battery medium and high capacity, eco-friendly, and inexpensive lithium secondary battery that has been developed so far. Research is being done.

리튬-황 전지는 방전시 양극(positive electrode)에서는 황이 전자를 받아들여 환원 반응이, 음극(negative electrode)에서는 리튬이 이온화되는 산화 반응이 각각 진행된다. 이러한 리튬-황 전지의 방전 도중에 양극에서는 리튬 폴리설파이드(lithium polysulfide, Li2Sx, x=2~8)가 생성되고, 이는 전해질에 용해되어 양극으로부터 용출됨에 따라 양극의 가역 용량이 크게 줄어들 뿐만 아니라 용해된 리튬 폴리설파이드는 음극으로 확산되어 여러 가지 부반응(side reaction)을 일으키게 된다. 또한, 이러한 리튬 폴리설파이드는 충전과정 중 셔틀 반응(shuttle reaction)을 일으켜 충·방전 효율을 크게 저하시킨다.In a lithium-sulfur battery, when discharging, sulfur accepts electrons from the positive electrode and undergoes a reduction reaction, and the negative electrode undergoes an oxidation reaction in which lithium is ionized. During the discharge of such a lithium-sulfur battery, lithium polysulfide (Li 2 S x , x = 2 to 8) is produced in the positive electrode, which is dissolved in the electrolyte and eluted from the positive electrode, so that the reversible capacity of the positive electrode is greatly reduced. In addition, the dissolved lithium polysulfide diffuses to the negative electrode, causing various side reactions. In addition, such lithium polysulfide causes a shuttle reaction during the charging process, greatly reducing charging and discharging efficiency.

이러한 리튬 폴리설파이드의 용출은 전지의 용량 및 수명 특성에 악영향을 미치는 바, 리튬 폴리설파이드 문제를 해결하기 위한 다양한 기술이 제안되었다.Since the elution of lithium polysulfide adversely affects the capacity and life characteristics of the battery, various techniques have been proposed to solve the lithium polysulfide problem.

일례로, 대한민국 공개특허 제2018-0020096호는 전이금속 화합물을 포함하는 촉매층이 형성된 분리막을 포함함으로써 리튬 폴리설파이드 용출로 인한 셔틀 반응을 억제하여 전지의 용량 및 사이클 특성을 개선할 수 있음을 개시하고 있다.For example, Korean Patent Application Publication No. 2018-0020096 discloses that by including a separator on which a catalyst layer containing a transition metal compound is formed, it is possible to improve the capacity and cycle characteristics of a battery by suppressing the shuttle reaction due to elution of lithium polysulfide. have.

또한, 대한민국 공개특허 제2017-0139761호는 질소가 도핑된 탄소 물질을 포함하는 양극 활물질층 및 보호층을 구비하고, 양극 활물층에 바인더로 키토산을 포함함으로써 리튬 폴리설파이드의 용출을 지연시켜 전지의 용량 및 수명을 개선할 수 있음을 개시하고 있다.In addition, Korean Patent Laid-Open No. 2017-0139761 includes a positive electrode active material layer and a protective layer containing a carbon material doped with nitrogen, and includes chitosan as a binder in the positive electrode active layer, thereby delaying the elution of lithium polysulfide. It discloses that capacity and lifespan can be improved.

또한, 대한민국 공개특허 제2016-0037084호는 황을 포함하는 탄소나노튜브 응집체에 그래핀을 코팅함으로써 리튬 폴리설파이드가 녹아나오는 것을 차단하고, 황-탄소나노튜브 복합체의 도전성 및 황의 로딩양을 증가시킬 수 있음을 개시하고 있다.In addition, Korean Patent Laid-Open No. 2016-0037084 discloses that by coating graphene on a carbon nanotube aggregate containing sulfur, it blocks the dissolution of lithium polysulfide, and increases the conductivity of the sulfur-carbon nanotube composite and the loading amount of sulfur. Disclosed that you can.

또한, 대한민국 공개특허 제2018-0057339호는 전극 조립체의 측면부 외곽을 유기계 몰딩재로 실링함을 통해 리튬 폴리설파이드의 외부 확산을 억제하여 전지의 용량 및 수명 특성 감소를 최소화할 수 있음을 개시하고 있다.In addition, Korean Patent Application Publication No. 2018-0057339 discloses that the external diffusion of lithium polysulfide can be suppressed by sealing the outer side of the side surface of the electrode assembly with an organic molding material, thereby minimizing the reduction in capacity and life characteristics of the battery. .

이들 특허들은 리튬 폴리설파이드 흡착 능력이 있는 물질을 양극 또는 분리막에 도입하거나 전극 조립체를 완전 밀봉함으로써 황의 손실을 방지하여 리튬-황 전지의 성능 또는 수명 저하 문제를 어느 정도 개선하였으나 그 효과가 충분치 않다. 따라서, 리튬 폴리설파이드 용출 문제를 해결하여 우수한 성능을 갖는 리튬-황 전지의 개발이 더욱 필요한 실정이다.These patents have improved the performance or lifespan degradation problem of the lithium-sulfur battery to some extent by introducing a material having lithium polysulfide adsorption capability into the anode or separator or completely sealing the electrode assembly to prevent the loss of sulfur, but the effect is not sufficient. Accordingly, there is a need for further development of a lithium-sulfur battery having excellent performance by solving the lithium polysulfide elution problem.

대한민국 공개특허 제2018-0020096호(2018.02.27), 촉매층이 코팅된 리튬설퍼전지용 다층구조 분리막 및 이를 이용한 리튬설퍼전지Republic of Korea Patent Publication No. 2018-0020096 (2018.02.27), Multi-layered separator for lithium sulfur battery coated with catalyst layer and lithium sulfur battery using the same 대한민국 공개특허 제2017-0139761호(2017.12.20), 질소가 도핑된 탄소를 함유하는 양극 활물질층 및 보호막을 구비하는 금속-황 전지용 양극, 이의 제조방법Republic of Korea Patent Publication No. 2017-0139761 (2017.12.20), a positive electrode for a metal-sulfur battery having a positive electrode active material layer and a protective film containing nitrogen-doped carbon, and a method for manufacturing the same 대한민국 공개특허 제2016-0037084호(2016.04.05), 황-탄소나노튜브 복합체, 이의 제조방법, 이를 포함하는 리튬-황 전지용 캐소드 활물질 및 이를 포함한 리튬-황 전지Republic of Korea Patent Publication No. 2016-0037084 (2016.04.05), sulfur-carbon nanotube composite, manufacturing method thereof, cathode active material for lithium-sulfur battery including the same, and lithium-sulfur battery including the same 대한민국 공개특허 제2018-0057339호(2018.05.30), 리튬 폴리설파이드의 확산을 억제하기 위한 리튬-황 전지 및 이의 제조방법Republic of Korea Patent Publication No. 2018-0057339 (2018.05.30), Lithium-sulfur battery for suppressing the diffusion of lithium polysulfide and a method for manufacturing the same

이에 본 발명자들은 상기 문제를 해결하고자 다각적으로 연구를 수행한 결과, 전극 조립체의 외면에 리튬 폴리설파이드 불투과성의 차단막을 포함함으로써 리튬 폴리설파이드 용출을 억제하여 리튬-황 전지의 용량 및 수명을 향상시킬 수 있음을 확인하여 본 발명을 완성하였다.Accordingly, the present inventors conducted various studies to solve the above problem, and as a result of including a lithium polysulfide impermeable barrier film on the outer surface of the electrode assembly, the lithium polysulfide elution was suppressed to improve the capacity and life of the lithium-sulfur battery. It was confirmed that the present invention was completed.

따라서, 본 발명의 목적은 수명 및 용량 특성이 우수한 리튬 이차전지 구조체를 제공하는데 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a lithium secondary battery structure having excellent life and capacity characteristics.

또한, 본 발명의 다른 목적은 상기 리튬 이차전지 구조체를 포함하는 리튬-황 전지를 제공하는데 있다.In addition, another object of the present invention is to provide a lithium-sulfur battery including the lithium secondary battery structure.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 적어도 하나의 양극과 적어도 하나의 음극이 분리막을 경계로 교대로 적층된 단위셀을 포함하는 전극 조립체; 상기 전극 조립체의 외면을 감싸는 차단막 및 상기 차단막 내에 주입된 전해질을 포함하는 리튬 이차전지 구조체를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention is an electrode assembly comprising a unit cell in which at least one anode and at least one cathode are alternately stacked with a separator boundary; It provides a lithium secondary battery structure including a blocking film surrounding the outer surface of the electrode assembly and an electrolyte injected into the blocking film.

상기 차단막은 전해질 및 폴리설파이드에 대해 불투과성인 것일 수 있다.The blocking film may be impermeable to electrolyte and polysulfide.

상기 차단막은 전극 리드탭 영역이 오픈된 형태인 것일 수 있다.The blocking layer may have an open electrode lead tab area.

상기 차단막은 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다.The blocking film may include at least one selected from the group consisting of polyethylene and polypropylene.

상기 차단막은 두께가 1 내지 50 ㎛일 수 있다.The blocking layer may have a thickness of 1 to 50 μm.

상기 전극 조립체는 모노셀, 풀셀 및 바이셀로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 단위셀을 포함할 수 있다.The electrode assembly may include one or more unit cells selected from the group consisting of a mono cell, a full cell, and a bi-cell.

상기 전극 조립체는 권취형 전극 조립체, 스택형 전극 조립체, 스택/폴딩형 전극 조립체 또는 라미네이트/스택형 전극 조립체일 수 있다.The electrode assembly may be a wound electrode assembly, a stack electrode assembly, a stack/folding electrode assembly, or a laminate/stack electrode assembly.

상기 양극은 무기 황(S8), Li2Sn(n≥1), 디설파이드 화합물, 유기황 화합물 및 탄소-황 폴리머((C2Sx)n, x=2.5 내지 50, n≥2)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 양극 활물질을 포함할 수 있다.The anode is inorganic sulfur (S 8 ), Li 2 S n (n≥1), a disulfide compound, an organosulfur compound and a carbon-sulfur polymer ((C 2 S x ) n , x=2.5 to 50, n≥2) It may include at least one positive electrode active material selected from the group consisting of.

또한, 본 발명은 상기 리튬 이차전지 구조체를 포함하는 리튬 이차전지를 제공한다.In addition, the present invention provides a lithium secondary battery including the lithium secondary battery structure.

본 발명에 따른 리튬 이차전지 구조체는 차단막을 통해 리튬 폴리설파이드가 용출되지 않고 전극 조립체에 주변에 남아 있음에 따라 양극 활물질의 유실이 발생하지 않아 리튬 이차전지, 구체적으로는 리튬-황 전지의 용량 및 수명 감소 문제를 개선시킬 수 있고 이에 리튬-황 전지의 고용량화 및 장수명화를 가능케 한다. 또한, 전극 조립체 내부에 새로운 층이나 조성의 변화 없이 단순히 차단막만을 도입하여 목적한 효과를 확보할 수 있기 때문에 경제적이면서도 기존 리튬 이차전지의 제작 공정에 적용이 용이한 이점이 있다.In the lithium secondary battery structure according to the present invention, since lithium polysulfide is not eluted through the blocking film and remains in the vicinity of the electrode assembly, there is no loss of the positive electrode active material, and thus the capacity and capacity of a lithium secondary battery, specifically a lithium-sulfur battery, and It is possible to improve the life-reduction problem, thereby enabling high capacity and long life of the lithium-sulfur battery. In addition, since it is possible to secure a desired effect by simply introducing a blocking film without a change in a new layer or composition inside the electrode assembly, there is an advantage that it is economical and easy to apply to the manufacturing process of an existing lithium secondary battery.

도 1은 종래 기술에 따른 리튬 이차전지 구조체의 구조를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 구현예에 따른 리튬 이차전지 구조체의 구조를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 구현예에 따른 리튬 이차전지 구조체의 3차원 구조를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 실험예 1에 따른 전지의 특성 평가 결과를 나타내는 그래프이다.
1 is a cross-sectional view schematically showing the structure of a lithium secondary battery structure according to the prior art.
2 is a cross-sectional view schematically showing the structure of a lithium secondary battery structure according to an embodiment of the present invention.
3 is a view showing a three-dimensional structure of a lithium secondary battery structure according to an embodiment of the present invention.
4 is a graph showing a result of evaluating characteristics of a battery according to Experimental Example 1 of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but will be implemented in a variety of different forms, only this embodiment makes the disclosure of the present invention complete, and the scope of the invention to those of ordinary skill in the art It is provided to inform you.

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 or words used in the specification and claims should not be construed as being limited to their usual or dictionary meanings, and the inventor may appropriately define the concept of terms in order to describe his own invention in the best way. It should be interpreted as a meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention based on the principle that there is.

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

본 명세서에서 사용되고 있는 용어 “폴리설파이드”는 “폴리설파이드 이온(Sx 2-, x = 8, 6, 4, 2))” 및 “리튬 폴리설파이드(Li2Sx 또는 LiSx - x = 8, 6, 4, 2)”를 모두 포함하는 개념이다.The term “polysulfide” as used herein refers to “polysulfide ion (S x 2- , x = 8, 6, 4, 2))” and “lithium polysulfide (Li 2 S x Or LiS x - x = 8, 6, 4, 2)”.

리튬-황 전지는 여러 이차전지 중에서 높은 이론 방전용량 및 이론 에너지 밀도를 가지고, 양극 활물질로 사용되는 황은 매장량이 풍부하여 저가이고, 환경친화적이라는 이점으로 인해 차세대 이차전지로 각광받고 있다.Lithium-sulfur batteries have a high theoretical discharge capacity and theoretical energy density among various secondary batteries, and sulfur used as a positive electrode active material is in the spotlight as a next-generation secondary battery due to the advantage of being inexpensive and environmentally friendly due to its abundant reserves.

리튬-황 전지에서 양극 활물질로 사용되는 황은 환형의 S8에서 환원 반응에 의해 선형 구조의 리튬 폴리설파이드(lithium polysulfide, Li2Sx, x = 8, 6, 4, 2)로 변환되게 되며, 이러한 리튬 폴리설파이드가 완전히 환원되면 최종적으로 리튬 설파이드(lithium sulfide, Li2S)가 생성되게 된다. 이러한 황의 환원 반응의 중간 생성물인 리튬 폴리설파이드 중에서, 황의 산화수가 높은 리튬 폴리설파이드(Li2Sx, 보통 x > 4)는 극성이 강한 물질로 친수성 유기 용매를 포함하는 전해질에 쉽게 녹아 양극의 반응 영역 밖으로 용출되어 더 이상 전기화학 반응에 참여하지 못하게 되는 황의 손실이 발생한다.Sulfur, which is used as a positive electrode active material in a lithium-sulfur battery, is converted from cyclic S 8 to linear lithium polysulfide (Li 2 S x , x = 8, 6, 4, 2) by a reduction reaction, When the lithium polysulfide is completely reduced, lithium sulfide (Li 2 S) is finally produced. Among lithium polysulfide, which is an intermediate product of the sulfur reduction reaction, lithium polysulfide (Li 2 S x , usually x> 4) with a high oxidation number of sulfur is a material with strong polarity and is easily dissolved in an electrolyte containing a hydrophilic organic solvent to react with the anode. There is a loss of sulfur that elutes out of the domain and no longer participates in the electrochemical reaction.

이러한 황의 유출로 인해 전기화학 반응에 참여하는 황의 양이 급격히 줄어들어 리튬-황 전지는 전술한 장점에도 불구하고 실제 구동에 있어서는 이론 용량 및 에너지 밀도 전부를 구현하지 못한다. 이에 더해서, 음극으로 사용하는 리튬 금속과 리튬 폴리설파이드의 부반응으로 인해 일정 사이클 이후에는 초기 용량 및 사이클 특성의 저하가 가속화되는 문제가 있다.Due to the outflow of sulfur, the amount of sulfur participating in the electrochemical reaction is drastically reduced, and the lithium-sulfur battery does not realize all of the theoretical capacity and energy density in actual operation, despite the above-described advantages. In addition, there is a problem in that the deterioration of initial capacity and cycle characteristics is accelerated after a certain cycle due to a side reaction between lithium metal used as a negative electrode and lithium polysulfide.

이를 위해 종래 기술에서는 리튬 폴리설파이드의 용출을 억제할 수 있는 물질을 코팅층의 형태로 양극이나 분리막에 도입, 양극 활물질의 구조 또는 소재 변경 또는 실링재를 이용한 전극 조립체의 밀봉 구조 형성 등의 방법이 제안되었으나, 리튬 폴리설파이드의 용출 개선 효과가 미미하였을 뿐만 아니라 황의 로딩양에 제한이 있으며, 전지의 안정성에 심각한 문제를 야기하거나 공정 측면에서 비효율적이라는 단점이 있다.To this end, in the prior art, a method such as introducing a material capable of suppressing the elution of lithium polysulfide into a positive electrode or separator in the form of a coating layer, changing the structure or material of the positive electrode active material, or forming a sealing structure of the electrode assembly using a sealing material has been proposed. In addition, the dissolution improvement effect of lithium polysulfide was insignificant, and the loading amount of sulfur was limited, and there were disadvantages of causing serious problems in the stability of the battery or inefficient in terms of the process.

이에 본 발명에서는 전극 조립체의 외면에 리튬 폴리설파이드 불투과성 재질의 차단막을 포함함으로써 리튬 폴리설파이드의 외부로의 용출이 억제된 리튬 이차전지 구조체를 제공한다.Accordingly, the present invention provides a lithium secondary battery structure in which the elution of lithium polysulfide to the outside is suppressed by including a blocking film made of an impermeable lithium polysulfide material on the outer surface of the electrode assembly.

구체적으로, 도 1은 종래 기술에 따른 리튬 이차전지 구조체(100)의 구조를 개략적으로 나타낸 단면도이다. 도 1을 참조하면, 기존 리튬 이차전지 구조체(100)는 적어도 하나의 양극(11), 적어도 하나의 음극(13) 및 이들 사이에 개재되는 적어도 하나의 분리막(15)을 포함하는 단위셀이 하나 이상 포함된 전극 조립체(10)와 전해질(미도시)을 포함하며, 이때 전극 조립체의 내부에는 전해질이 함침된다.Specifically, FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a structure of a lithium secondary battery structure 100 according to the prior art. Referring to FIG. 1, the existing lithium secondary battery structure 100 includes one unit cell including at least one positive electrode 11, at least one negative electrode 13, and at least one separator 15 interposed therebetween. The electrode assembly 10 and an electrolyte (not shown) included above are included, and at this time, the electrolyte is impregnated into the electrode assembly.

종래 기술에서 전술한 바의 리튬 이차전지 구조체는 소정의 전지케이스에 수납하여 밀봉한 것이 이용되고 있다. 이러한 경우, 도 1에 화살표로 도시한 바와 같이, 전지 구동시 생성되는 리튬 폴리설파이드 및 이를 포함하는 전해질이 쉽게 구조체 외부로 확산된다. 이에 따라 양극 활물질인 황의 손실되어 더 이상 전지의 충방전 반응에 참여하지 못하고 결과적으로 리튬 이차전지의 용량 및 수명을 저하시킨다.In the prior art, the lithium secondary battery structure as described above is accommodated in a predetermined battery case and sealed. In this case, as shown by arrows in FIG. 1, lithium polysulfide generated during battery operation and an electrolyte including the same easily diffuse to the outside of the structure. Accordingly, sulfur, which is a positive electrode active material, is lost, so that it no longer participates in the charging/discharging reaction of the battery, and as a result, the capacity and lifespan of the lithium secondary battery are reduced.

따라서, 본 발명은 도 1의 구조를 갖는 리튬 이차전지 구조체의 외면을 감싸는 리튬 폴리설파이드 불투과성의 차단막을 구비함으로써 리튬 폴리설파이드 및 이를 포함하는 전해질이 구조체 외부로 이동하는 것을 원천적으로 차단한다. 특히, 리튬 폴리설파이드가 용출되지 않고 전극 조립체에 주변에 남아 있게 됨에 따라 양극 활물질의 유실이 발생하지 않아 리튬 이차전지, 구체적으로는 리튬-황 전지의 용량 및 수명 감소 문제를 개선시킬 수 있다.Accordingly, the present invention fundamentally blocks the movement of lithium polysulfide and an electrolyte containing the same to the outside of the structure by providing a lithium polysulfide impermeable blocking film surrounding the outer surface of the lithium secondary battery structure having the structure of FIG. 1. In particular, since lithium polysulfide is not eluted and remains in the vicinity of the electrode assembly, the loss of the positive electrode active material does not occur, and thus the capacity and lifetime reduction problem of a lithium secondary battery, specifically a lithium-sulfur battery, can be improved.

도 2는 본 발명의 일 구현예에 따른 리튬 이차전지 구조체의 구조를 개략적으로 나타낸 단면도이다.2 is a cross-sectional view schematically showing the structure of a lithium secondary battery structure according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참고하면, 본 발명의 일 구현예에 따른 리튬 이차전지 구조체(200)는 적어도 하나의 양극(11)과 적어도 하나의 음극(13)이 분리막(15)을 경계로 교대로 적층된 단위셀을 포함하는 전극 조립체(10); 상기 전극 조립체(10)의 외면을 감싸는 차단막(20) 및 상기 차단막(20) 내에 주입된 전해질을 포함한다.2, a lithium secondary battery structure 200 according to an embodiment of the present invention is a unit in which at least one positive electrode 11 and at least one negative electrode 13 are alternately stacked with the separator 15 as a boundary. An electrode assembly 10 including a cell; It includes a blocking film 20 surrounding the outer surface of the electrode assembly 10 and an electrolyte injected into the blocking film 20.

본 발명에 있어서, 상기 차단막(20)은 리튬 폴리설파이드의 전극 조립체 외부로의 유출을 방지하는 역할을 한다. 따라서, 상기 차단막은 리튬 폴리설파이드와 더불어 상기 리튬 폴리설파이드가 용해된 전해질에 대해 불투과성을 갖는다.In the present invention, the blocking film 20 serves to prevent leakage of lithium polysulfide to the outside of the electrode assembly. Therefore, the barrier layer has impermeability to the electrolyte in which the lithium polysulfide is dissolved in addition to the lithium polysulfide.

특히, 본 발명에 따른 리튬 이차전지 구조체는 상기 차단막을 통해 리튬 폴리설파이드를 전극 조립체 주위에 구속함으로써 리튬 폴리설파이드의 용출 및 셔틀 반응(shuttle reaction)에 의한 전극의 반응성 및 전지의 용량 저하 문제를 해결하여 리튬 이차전지의 용량 및 수명을 향상시킬 수 있다.In particular, the lithium secondary battery structure according to the present invention solves the problem of reducing the reactivity of the electrode and the capacity of the battery due to the elution of lithium polysulfide and the shuttle reaction by confining lithium polysulfide around the electrode assembly through the blocking film. Thus, the capacity and life of the lithium secondary battery can be improved.

도 3은 본 발명의 일 구현예에 따른 리튬 이차전지 구조체의 3차원 구조를 나타낸 도면이다. 도 3을 참고하면, 상기 차단막은 리튬 이차전지의 구조체의 외면에 형성하나, 전극 리드탭 접합부 영역은 오픈된 형태일 수 있다. 상기 차단막은 전극 리드탭의 접합부 방향으로 최소한의 유격을 갖는 것이 바람직하며, 이러한 차단막의 전극 리드탭 접합부 방향으로의 유격은 이후 전해질이 주입될 수 있는 최소한의 통로를 확보하기 위한 것이다.3 is a view showing a three-dimensional structure of a lithium secondary battery structure according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 3, the blocking film is formed on the outer surface of the structure of the lithium secondary battery, but the electrode lead tab junction region may be open. It is preferable that the barrier layer has a minimum clearance in the direction of the junction of the electrode lead tab, and the clearance of the barrier layer in the direction of the junction of the electrode lead tab is for securing a minimum passage through which an electrolyte can be injected thereafter.

상기 차단막은 얇고 성형이 용이하며, 전해질과 화학적으로 안정한 고분자 필름일 수 있다. 상기 차단막은 특별히 제한되는 것은 아니며, 당해 기술 분야에서 일반적으로 사용되는 분리막 소재를 모두 사용할 수 있다. 바람직하기로 상기 차단막은 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있다.The blocking film may be a thin, easy to form, and chemically stable polymer film with an electrolyte. The blocking membrane is not particularly limited, and all separation membrane materials generally used in the art may be used. Preferably, the blocking film may be at least one selected from the group consisting of polyethylene and polypropylene.

상기 차단막은 두께가 1 내지 50 ㎛, 바람직하게는 5 내지 20 ㎛일 수 있다. 상기 차단막의 두께가 상기 범위 미만인 경우 기계적 강도가 약해져 전극 조립체 조립 과정에서 차단막이 손상될 수 있는 문제가 있으며, 이와 반대로 상기 범위를 초과하는 경우 전극 조립체의 부피 및 무게를 증가시켜 셀의 에너지 밀도가 저하될 수 있다.The barrier layer may have a thickness of 1 to 50 µm, preferably 5 to 20 µm. When the thickness of the barrier layer is less than the above range, the mechanical strength is weakened and the barrier layer may be damaged during assembly of the electrode assembly.On the contrary, when the thickness of the barrier layer exceeds the above range, the energy density of the cell increases by increasing the volume and weight of the electrode assembly. It can be degraded.

상기 전극 조립체(10)는 일반적으로 양극, 음극 및 상기 양극과 음극 간의 전기적 접촉을 차단하고 리튬 이온이 이동할 수 있는 분리막을 기본 구조로 한 단위셀(unit cell)이 1개 이상 포함된 것이다.In general, the electrode assembly 10 includes one or more unit cells having a basic structure of a positive electrode, a negative electrode, and a separator through which lithium ions can move while blocking electrical contact between the positive electrode and the negative electrode.

상기 단위셀은 적어도 하나의 양극과 적어도 하나의 음극이 분리막을 경계로 교대로 적층되어 전지 반응을 일으킬 수 있는 것이라면 특별히 한정하지 않는다. 예컨대, 상기 단위셀은 1개의 분리막과 1개의 전극으로 이루어진 모노셀(mono-cell), 최외각 전극들이 상이한 극성의 전극들로 구성되는 풀셀(full-cell) 및 최외각 전극들이 동일한 극성의 전극들로 구성되는 바이셀(bi-cell)로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있다. 일례로, 도 2는 본 발명의 일 구현예에 따른 리튬 이차전지 구조체로서, 바이셀을 단위셀로 포함하는 전극 조립체를 포함한다.The unit cell is not particularly limited as long as at least one positive electrode and at least one negative electrode are alternately stacked across a separator to cause a battery reaction. For example, the unit cell is a mono-cell composed of one separator and one electrode, a full-cell composed of electrodes having different polarities, and the outermost electrodes having the same polarity. It may be one or more selected from the group consisting of a bi-cell consisting of. As an example, FIG. 2 is a lithium secondary battery structure according to an embodiment of the present invention, and includes an electrode assembly including a bi-cell as a unit cell.

상기 풀셀은, 양극/분리막/음극의 구조로 이루어져 있는 단위셀로서, 셀의 양측 최외각에 각각 양극과 음극이 위치하는 셀이다. 이러한 풀셀은 가장 기본적인 구조의 양극/분리막/음극과 양극/분리막/음극/분리막/양극/분리막/음극 등을 들 수 있다. 이러한 풀셀을 사용하여 전지를 구성하기 위해서는, 분리막이 개재된 상태에서 양극과 음극이 서로 대면하도록 다수의 풀셀들을 적층하여야 한다.The full cell is a unit cell having a structure of an anode/separator/cathode, and is a cell in which an anode and a cathode are respectively located on the outermost sides of both sides of the cell. These full cells include the most basic structure of an anode/separator/cathode and an anode/separator/cathode/separator/anode/separator/cathode. In order to construct a battery using such full cells, a plurality of full cells must be stacked so that the positive electrode and the negative electrode face each other with a separator interposed therebetween.

상기 바이셀은, 양극/분리막/음극/분리막/양극의 구조 및 음극/분리막/양극/분리막/음극의 구조와 같이 셀의 양측 최외각에 동일한 전극이 위치하는 단위셀이다. 이러한 바이셀을 사용하여 전지를 구성하기 위해서는, 분리막이 개재된 상태에서 양극/분리막/음극/분리막/양극 구조의 바이셀(양극 바이셀)과 음극/분리막/양극/분리막/음극 구조의 바이셀(음극 바이셀)이 서로 대면하도록 다수의 바이셀들을 적층하여야 한다. 경우에 따라서는, 더 많은 적층 수의 바이셀들도 가능한바, 예를 들어, 양극/분리막/음극/분리막/양극/분리막/음극/분리막/양극 및 음극/분리막/양극/분리막/음극/분리막/양극/분리막/음극 구조의 바이셀도 가능하다.The bi-cell is a unit cell in which the same electrode is located on both outermost sides of the cell, such as a structure of an anode/separator/cathode/separator/anode and a structure of a cathode/separator/anode/separator/cathode. In order to construct a battery using such a bi-cell, a bi-cell with a positive electrode/separator/cathode/separator/anode structure (anode bi-cell) and a negative electrode/separator/anode/separator/cathode bi-cell with a separator interposed therebetween Multiple bi-cells should be stacked so that the (cathode bi-cells) face each other. In some cases, bicells with a larger number of stacks are also possible, e.g., anode/separator/cathode/separator/anode/separator/cathode/separator/anode and cathode/separator/anode/separator/cathode/separator Bi-cell of /positive/separator/cathode structure is also possible.

상기 전극 조립체가 포함하는 단위셀의 수는 당업자가 전지가 장착되는 장치의 형상 및 필요한 용량에 따라 그 수를 유연하게 조정할 수 있다. 1 내지 3개의 단위셀로 구성된 전극 조립체는 물론, 4개 이상의 단위셀로 이루어진 전극 조립체를 구성할 수도 있음은 물론이다.The number of unit cells included in the electrode assembly can be flexibly adjusted by a person skilled in the art according to the shape and required capacity of the device in which the battery is mounted. It goes without saying that an electrode assembly composed of 1 to 3 unit cells as well as an electrode assembly composed of 4 or more unit cells may be configured.

상기 전극 조립체의 종류는, 특별히 한정되지 않으며, 예를 들어 권취형(젤리-롤형) 전극 조립체, 스택형(적층형) 전극 조립체, 스택/폴딩형 전극 조립체 또는 라미네이트/스택형 전극 조립체일 수 있다.The type of the electrode assembly is not particularly limited, and may be, for example, a wound type (jelly-roll type) electrode assembly, a stack type (stack type) electrode assembly, a stack/fold type electrode assembly, or a laminate/stack type electrode assembly.

상기 권취형 전극 조립체는, 집전체 상에 전극 활물질 등을 코팅하고 건조 및 프레싱한 후, 소망하는 폭과 길이로 재단한 시트 형태의 양극과 음극 사이에 분리막을 개재한 후 이를 나선형으로 감아서(winding) 제조된다.In the wound electrode assembly, after coating an electrode active material on a current collector, drying and pressing, a separator is interposed between a positive electrode and a negative electrode in a sheet shape cut to a desired width and length, and then spirally wound ( winding) is manufactured.

상기 스택형 전극 조립체는, 둘 이상의 전극이 적층되되, 상기 전극은 양극과 음극이 교대로 순차적으로 적층(stacking)되며, 각 전극 사이에 별개의 분리막이 삽입되어 있는 구조이다.The stacked electrode assembly has a structure in which two or more electrodes are stacked, in which an anode and a cathode are alternately stacked in order, and a separate separator is inserted between the electrodes.

상기 스택/폴딩형 전극 조립체는 소정 단위의 양극과 음극들을 분리막을 개재한 상태로 적층한 바이셀 또는 풀셀들을 긴 시트형 분리막으로 폴딩(folding)한 구조이다.The stack/folding type electrode assembly has a structure in which bi-cells or full cells in which positive and negative electrodes of a predetermined unit are stacked with a separator interposed therebetween are folded into a long sheet-shaped separator.

상기 스택/폴딩형 전극 조립체는 구체적으로, 상기 바이셀 및/또는 풀셀이 권취 후 반대되는 극성이 대면하도록 배열되어 분리필름에 의해 권취된 구조로서, 상기 바이셀은 같은 종류의 전극이 셀의 양측에 위치하는 스택형 구조로 이루어져 있으며, 예를 들어, 양극/분리막/음극/분리막/양극과 같이 양극이 단위셀의 양단에 위치하는 구조의 A형 바이셀(양극 바이셀)과 음극/분리막/양극/분리막/음극과 같이 음극이 단위셀의 양단에 위치하는 구조의 C형 바이셀(음극 바이셀)을 들 수 있다. 이러한 바이셀들만을 이용하여 상기 전극조립체를 구성하는 경우에는 상기 A형 바이셀과 C형 바이셀을 모두 포함할 수 있다. 풀셀은 다른 종류의 전극이 셀의 양측에 위치하는 스택형 구조로 이루어져 있으며, 예를 들어, 양극/분리막/음극으로 이루어진 셀 또는 양극/분리막/음극/분리막/양극으로 이루어진 셀을 들 수 있다.In the stack/folding type electrode assembly, specifically, the bi-cell and/or full-cell are arranged to face opposite polarities after being wound and wound by a separating film, and the bi-cell has the same type of electrodes on both sides of the cell. It is composed of a stacked structure located in, for example, A-type bi-cell (anode bi-cell) and cathode/separator/a positive electrode having a structure in which the anode is located at both ends of the unit cell such as anode/separator/cathode/separator/anode. A C-type bi-cell (cathode bi-cell) has a structure in which a cathode is located at both ends of a unit cell, such as an anode/separator/cathode. When configuring the electrode assembly using only such bicells, both the A-type bi-cell and the C-type bi-cell may be included. The full cell has a stacked structure in which different types of electrodes are located on both sides of the cell, and may be, for example, a cell consisting of an anode/separator/cathode or a cell comprising an anode/separator/cathode/separator/anode.

상기 스택/폴딩형 구조의 전극 조립체에 대한 더욱 자세한 내용은 본 출원인의 대한한국 특허공개 제2001-0082058호, 제2001-0082059호 및 제2001-0082060호에 개시되어 있으며, 상기 출원들은 본 발명의 내용에 참조로서 합체된다.More detailed information on the electrode assembly having the stack/folding structure is disclosed in Korean Patent Publication Nos. 2001-0082058, 2001-0082059 and 2001-0082060 of the applicant of the present invention. Incorporated by reference into the content.

상기 라미네이트/스택형 전극조립체는 상기 바이셀 또는 풀셀들을 분리막이 개재된 상태로 적층한 구조이다.The laminate/stack type electrode assembly is a structure in which the bi-cells or full cells are stacked with a separator interposed therebetween.

본 발명에 있어서, 상기 전극 조립체를 구성하는 단위셀은 리튬-황 전지셀일 수 있다.In the present invention, the unit cell constituting the electrode assembly may be a lithium-sulfur battery cell.

상기 리튬-황 전지셀은 앞서 설명한 바와 같이, 양극, 음극, 상기 양극과 음극 사이에 개재된 분리막을 포함하며, 당업계의 통상의 방식을 따른 것으로 특별히 한정되지 않는다.As described above, the lithium-sulfur battery cell includes a positive electrode, a negative electrode, and a separator interposed between the positive electrode and the negative electrode, and is not particularly limited as described above.

상기 양극은 양극 집전체와 상기 양극 집전체의 일면 또는 양면에 도포된 양극 활물질을 포함하며, 이러한 구조의 양극이 복수 개로 적층될 수 있다.The positive electrode includes a positive electrode current collector and a positive electrode active material coated on one or both surfaces of the positive electrode current collector, and a plurality of positive electrodes having this structure may be stacked.

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

상기 양극 집전체는 그것의 표면에 미세한 요철을 형성하여 양극 활물질과의 결합력을 강화시킬 수 있으며, 필름, 시트, 호일, 메쉬, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태를 사용할 수 있다.The positive electrode current collector may form fine irregularities on its surface to enhance the bonding strength with the positive electrode active material, and various forms such as films, sheets, foils, meshes, nets, porous bodies, foams, and nonwoven fabrics may be used.

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

상기 양극 활물질로 황 계열 화합물을 포함한다. 상기 황 계열 화합물은 무기 황(S8), Li2Sn(n≥1), 디설파이드 화합물, 유기황 화합물 및 탄소-황 폴리머((C2Sx)n, x=2.5 내지 50, n≥2)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있다. 바람직하게는 무기 황(S8)을 사용할 수 있다.A sulfur-based compound is included as the positive electrode active material. The sulfur-based compounds are inorganic sulfur (S 8 ), Li 2 S n (n≥1), disulfide compounds, organosulfur compounds and carbon-sulfur polymers ((C 2 S x ) n , x=2.5 to 50, n≥ It may be one or more selected from the group consisting of 2). Preferably, inorganic sulfur (S 8 ) may be used.

상기 황 계열 화합물은 단독으로는 전기 전도성이 없기 때문에 도전재와 복합화하여 사용된다. 바람직하기로, 상기 양극 활물질은 황-탄소 복합체일 수 있다.Since the sulfur-based compound alone has no electrical conductivity, it is used in combination with a conductive material. Preferably, the positive electrode active material may be a sulfur-carbon composite.

상기 황-탄소 복합체에서 탄소는 다공성 탄소재로 양극 활물질인 황이 균일하고 안정적으로 고정될 수 있는 골격을 제공하며, 황의 전기 전도도를 보완하여 전기화학 반응이 원활하게 진행될 수 있도록 한다.In the sulfur-carbon composite, carbon is a porous carbon material, providing a skeleton through which sulfur, which is a positive electrode active material, can be uniformly and stably fixed, and complements the electrical conductivity of sulfur so that an electrochemical reaction can proceed smoothly.

상기 다공성 탄소재는 일반적으로 다양한 탄소 재질의 전구체를 탄화시킴으로써 제조될 수 있다. 상기 다공성 탄소재는 내부에 일정하지 않은 기공을 포함하며, 상기 기공의 평균 직경은 1 내지 200 ㎚ 범위이며, 기공도 또는 공극률은 다공성 전체 체적의 10 내지 90 % 범위일 수 있다. 만일 상기 기공의 평균 직경이 상기 범위 미만인 경우 기공 크기가 분자 수준에 불과하여 황의 함침이 불가능하며, 이와 반대로 상기 범위를 초과하는 경우 다공성 탄소의 기계적 강도가 약화되어 전극의 제조공정에 적용하기에 바람직하지 않다.The porous carbon material may generally be prepared by carbonizing precursors of various carbon materials. The porous carbon material includes irregular pores therein, the average diameter of the pores is in the range of 1 to 200 nm, and the porosity or porosity may be in the range of 10 to 90% of the total volume of the porosity. If the average diameter of the pores is less than the above range, the pore size is only at the molecular level and impregnation of sulfur is impossible. Conversely, if the pore size exceeds the above range, the mechanical strength of the porous carbon is weakened, which is preferable to be applied to the manufacturing process of the electrode. Not.

상기 다공성 탄소재의 형태는 구형, 봉형, 침상형, 판상형, 튜브형 또는 벌크형으로 리튬-황 전지에 통상적으로 사용되는 것이라면 제한없이 사용될 수 있다.The porous carbon material may be spherical, rod-shaped, needle-shaped, plate-shaped, tube-shaped, or bulk-shaped, and may be used without limitation as long as it is commonly used in lithium-sulfur batteries.

상기 다공성 탄소재는 다공성 구조이거나 비표면적이 높은 것으로 당업계에서 통상적으로 사용되는 것이라면 어느 것이든 무방하다. 예를 들어, 상기 다공성 탄소재로는 그래파이트(graphite); 그래핀(graphene); 덴카 블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 서머 블랙 등의 카본 블랙; 단일벽 탄소나노튜브(SWCNT), 다중벽 탄소나노튜브(MWCNT) 등의 탄소나노튜브(CNT); 그라파이트 나노파이버(GNF), 카본 나노파이버(CNF), 활성화 탄소 파이버(ACF) 등의 탄소 섬유; 천연 흑연, 인조 흑연, 팽창 흑연 및 활성탄소로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있으나 이에 제한되지 않는다. 바람직하게 상기 다공성 탄소재는 탄소나노튜브일 수 있다.The porous carbon material may have a porous structure or a high specific surface area, so long as it is commonly used in the art. For example, as the porous carbon material, graphite; Graphene; Carbon blacks such as denka black, acetylene black, ketjen black, channel black, furnace black, lamp black, and summer black; Carbon nanotubes (CNT) such as single-walled carbon nanotubes (SWCNT) and multi-walled carbon nanotubes (MWCNT); Carbon fibers such as graphite nanofibers (GNF), carbon nanofibers (CNF), and activated carbon fibers (ACF); It may be one or more selected from the group consisting of natural graphite, artificial graphite, expanded graphite, and activated carbon, but is not limited thereto. Preferably, the porous carbon material may be a carbon nanotube.

본 발명에 있어서, 상기 황-탄소 복합체는 황-탄소 복합체 100 중량부를 기준으로 황을 60 내지 90 중량부, 바람직하게는 65 내지 85 중량부, 보다 바람직하게는 70 내지 80 중량부로 포함할 수 있다. 상기 황의 함량이 전술한 범위 미만인 경우 황-탄소 복합체 내 다공성 탄소재의 함량이 상대적으로 많아짐에 따라 비표면적이 증가하여 슬러리 제조시에 바인더의 함량이 증가한다. 이러한 바인더의 사용량 증가는 결국 양극의 면저항을 증가시키고 전자 이동(electron pass)을 막는 절연체 역할을 하게 되어 전지의 성능을 저하시킬 수 있다. 이와 반대로 상기 황의 함량이 전술한 범위를 초과하는 경우 다공성 탄소재와 결합하지 못한 황 또는 황 화합물이 그들끼리 뭉치거나 다공성 탄소재의 표면으로 재용출됨에 따라 전자를 받기 어려워져 전기화학적 반응에 참여하지 못하게 되어 전지의 용량 손실이 발생할 수 있다.In the present invention, the sulfur-carbon composite may contain 60 to 90 parts by weight of sulfur, preferably 65 to 85 parts by weight, more preferably 70 to 80 parts by weight, based on 100 parts by weight of the sulfur-carbon composite. . When the sulfur content is less than the above-described range, the specific surface area increases as the content of the porous carbon material in the sulfur-carbon composite is relatively increased, so that the content of the binder increases when preparing the slurry. Increasing the amount of the binder used may eventually increase the sheet resistance of the positive electrode and act as an insulator to prevent electron pass, thereby deteriorating the performance of the battery. On the contrary, when the sulfur content exceeds the above-described range, the sulfur or sulfur compounds that cannot be combined with the porous carbon material are aggregated with each other or re-elute to the surface of the porous carbon material, making it difficult to receive electrons and thus not participating in the electrochemical reaction. This may result in loss of battery capacity.

상기 양극 활물질은 전술한 조성 이외에 전이금속 원소, ⅢA족 원소, ⅣA족 원소, 이들 원소들의 황 화합물, 및 이들 원소들과 황의 합금 중에서 선택되는 하나 이상의 첨가제를 더 포함할 수 있다.In addition to the above-described composition, the positive electrode active material may further include at least one additive selected from a transition metal element, a group IIIA element, a group IVA element, a sulfur compound of these elements, and an alloy of these elements and sulfur.

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

상기 양극 활물질은 양극 슬러리 조성물 100 중량부를 기준으로 50 내지 95 중량부, 바람직하기로 70 내지 90 중량부로 포함할 수 있다. 상기 양극 활물질의 함량이 상기 범위 미만인 경우 양극의 전기화학적 반응을 충분하게 발휘하기 어렵고, 이와 반대로 상기 범위를 초과하는 경우 후술하는 도전재와 바인더의 함량이 상대적으로 부족하여 양극의 저항이 상승하며, 양극의 물리적 성질이 저하되는 문제가 있다.The positive electrode active material may be included in an amount of 50 to 95 parts by weight, preferably 70 to 90 parts by weight, based on 100 parts by weight of the positive electrode slurry composition. When the content of the positive electrode active material is less than the above range, it is difficult to sufficiently exhibit the electrochemical reaction of the positive electrode, and on the contrary, when the content of the positive electrode active material exceeds the above range, the content of the conductive material and binder described below is relatively insufficient, and the resistance of the positive electrode increases, There is a problem that the physical properties of the anode are deteriorated.

또한, 상기 양극은 도전재를 더 포함할 수 있으며, 상기 도전재는 전해질과 양극 활물질을 전기적으로 연결시켜 주어 집전체(current collector)로부터 전자가 양극 활물질까지 이동하는 경로의 역할을 하는 물질로서, 다공성 및 도전성을 갖는 것이라면 제한없이 사용할 수 있다.In addition, the positive electrode may further include a conductive material, and the conductive material is a material that serves as a path through which electrons move from a current collector to the positive electrode active material by electrically connecting the electrolyte and the positive electrode active material. And any one having conductivity can be used without limitation.

예를 들어 상기 도전재로는 다공성을 갖는 탄소계 물질을 사용할 수 있으며, 이와 같은 탄소계 물질로는 카본 블랙, 그라파이트, 그래핀, 활성탄, 탄소 섬유 등이 있고, 금속 메쉬 등의 금속성 섬유; 구리, 은, 니켈, 알루미늄 등의 금속성 분말; 또는 폴리페닐렌 유도체 등의 유기 도전성 재료가 있다. 상기 도전성 재료들은 단독 또는 혼합하여 사용될 수 있다.For example, a carbon-based material having a porosity may be used as the conductive material, and examples of such a carbon-based material include carbon black, graphite, graphene, activated carbon, carbon fiber, etc., and metallic fibers such as metal mesh; Metallic powders such as copper, silver, nickel, and aluminum; Or an organic conductive material such as a polyphenylene derivative. The conductive materials may be used alone or in combination.

상기 도전재는 양극 슬러리 조성물 100 중량부를 기준으로 1 내지 10 중량부, 바람직하기로 5 중량부 내외로 포함할 수 있다. 상기 도전재의 함량이 상기 범위 미만이면 양극 내 황 중 반응하지 못하는 부분이 증가하게 되고, 결국은 용량 감소를 일으키게 된다. 이와 반대로, 상기 범위 초과이면 고효율 방전 특성과 충, 방전 사이클 수명에 악영향을 미치게 되므로 상술한 범위 내에 서 적정 함량을 결정하는 것이 바람직하다.The conductive material may be included in an amount of 1 to 10 parts by weight, preferably 5 parts by weight, based on 100 parts by weight of the positive electrode slurry composition. If the content of the conductive material is less than the above range, the non-reacting portion of sulfur in the positive electrode increases, resulting in a decrease in capacity. On the contrary, if it exceeds the above range, it is preferable to determine an appropriate content within the above-described range since it adversely affects the high-efficiency discharge characteristics and charge/discharge cycle life.

또한, 상기 양극은 바인더를 추가로 포함할 수 있으며, 상기 바인더는 양극을 구성하는 성분들 간 및 이들과 집전체 간의 결착력을 보다 높이는 것으로, 당해 업계에서 공지된 모든 바인더를 사용할 수 있다.In addition, the positive electrode may further include a binder, and the binder further enhances binding strength between components constituting the positive electrode and between them and a current collector, and any binder known in the art may be used.

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

상기 바인더는 양극 슬러리 조성물 100 중량부를 기준으로 1 내지 10 중량부, 바람직하기로 5 중량부 내외로 포함할 수 있다. 상기 바인더의 함량이 상기 범위 미만이면 양극의 물리적 성질이 저하되어 양극 활물질과 도전재가 탈락할 수 있고, 상기 범위 초과이면 양극에서 활물질과 도전재의 비율이 상대적으로 감소되어 전지 용량이 감소될 수 있으므로 상술한 범위 내에서 적정 함량을 결정하는 것이 바람직하다.The binder may be included in an amount of 1 to 10 parts by weight, preferably about 5 parts by weight, based on 100 parts by weight of the positive electrode slurry composition. If the content of the binder is less than the above range, the physical properties of the positive electrode may be deteriorated and the positive electrode active material and the conductive material may be eliminated, and if the content of the binder exceeds the above range, the ratio of the active material and the conductive material in the positive electrode may be relatively reduced, thereby reducing the battery capacity. It is desirable to determine the appropriate content within one range.

상기 양극은 당 분야에 알려져 있는 통상적인 방법으로 제조할 수 있다. 예를 들면, 양극 활물질에 용매, 필요에 따라 바인더, 도전재, 분산제를 혼합 및 교반하여 슬러리를 제조한 후 이를 금속 재료의 집전체에 도포(코팅)하고 압축한 뒤 건조하여 양극을 제조할 수 있다.The positive electrode can be manufactured by a conventional method known in the art. For example, after preparing a slurry by mixing and stirring a solvent, a binder, a conductive material, and a dispersant as necessary in a positive electrode active material, it is applied (coated) to a current collector of a metal material, compressed, and dried to prepare a positive electrode. have.

상기 용매로는 양극 활물질, 바인더 및 도전재를 균일하게 분산시킬 수 있는 것을 사용한다. 이러한 용매로는 수계 용매로서 물이 가장 바람직하며, 이때 물은 증류수(distilled water), 탈이온수(deionzied water)일 수 있다. 다만 반드시 이에 한정하는 것은 아니며, 필요한 경우 물과 쉽게 혼합이 가능한 저급 알코올이 사용될 수 있다. 상기 저급 알코올로는 메탄올, 에탄올, 프로판올, 이소프로판올 및 부탄올 등이 있으며, 바람직하기로 이들은 물과 함께 혼합하여 사용될 수 있다.As the solvent, a positive electrode active material, a binder, and a conductive material may be uniformly dispersed. As such a solvent, water is most preferred as an aqueous solvent, and in this case, water may be distilled water or deionzied water. However, the present invention is not limited thereto, and if necessary, lower alcohol that can be easily mixed with water may be used. Examples of the lower alcohol include methanol, ethanol, propanol, isopropanol, butanol, and the like, and preferably, they may be used by mixing with water.

전술한 조성 및 제조방법으로 제조된 상기 양극, 구체적으로 양극 활물질을 포함하는 층의 기공도는 60 내지 75 %, 바람직하기로 60 내지 70 %일 수 있다. 상기 양극의 기공도가 60 %에 미치지 못하는 경우에는 양극 활물질, 도전재 및 바인더를 포함하는 양극 슬러리 조성물의 충진도가 지나치게 높아져서 양극 활물질 사이에 이온전도 및/또는 전기 전도를 나타낼 수 있는 충분한 전해액이 유지될 수 없게 되어 전지의 출력특성이나 사이클 특성이 저하될 수 있으며, 전지의 과전압 및 방전용량 감소가 심하게 되는 문제가 있다. 이와 반대로 상기 양극의 기공도가 75 % 를 초과하여 지나치게 높은 기공도를 갖는 경우 집전체와 물리적 및 전기적 연결이 낮아져 접착력이 저하되고 반응이 어려워지는 문제가 있으며, 높아진 기공도를 전해액이 충진되어 전지의 에너지 밀도가 낮아질 수 있는 문제가 있으므로 상기 범위에서 적절히 조절한다.The porosity of the positive electrode prepared by the above-described composition and manufacturing method, specifically, the layer including the positive electrode active material may be 60 to 75%, preferably 60 to 70%. When the porosity of the positive electrode is less than 60%, the filling degree of the positive electrode slurry composition including the positive electrode active material, the conductive material, and the binder becomes too high, so that a sufficient electrolyte solution capable of showing ionic conduction and/or electrical conduction between the positive electrode active materials is provided. Since it cannot be maintained, the output characteristics or cycle characteristics of the battery may be deteriorated, and there is a problem that the overvoltage and discharge capacity of the battery are severely reduced. On the contrary, when the porosity of the positive electrode exceeds 75% and has an excessively high porosity, there is a problem that the physical and electrical connection with the current collector is lowered, resulting in a decrease in adhesion and difficulty in reaction, and the increased porosity is filled with an electrolyte solution. Since there is a problem that the energy density of may be lowered, it is appropriately adjusted within the above range.

상기 음극은 음극 집전체와 상기 음극 집전체의 일면 또는 양면에 도포된 음극 활물질을 포함하며, 이러한 구조의 음극이 복수 개로 적층될 수 있다.The negative electrode includes a negative electrode current collector and a negative electrode active material coated on one or both surfaces of the negative electrode current collector, and a plurality of negative electrodes having this structure may be stacked.

상기 음극 집전체는 양극 집전체에서 설명한 바와 같다.The negative electrode current collector is as described in the positive electrode current collector.

상기 음극은 음극 활물질로 리튬 (Li+)을 가역적으로 삽입(intercalation) 또는 탈삽입(deintercalation)할 수 있는 물질, 리튬 이온과 반응하여 가역적으로 리튬 함유 화합물을 형성할 수 있는 물질, 리튬 금속 또는 리튬 합금을 포함할 수 있다. The negative electrode is a material capable of reversibly intercalating or deintercalating lithium (Li + ) as a negative active material, a material capable of reversibly forming a lithium-containing compound by reacting with lithium ions, lithium metal or lithium It may contain an alloy.

상기 리튬 이온(Li+)을 가역적으로 삽입 또는 탈삽입할 수 있는 물질은 예컨대 결정질 탄소, 비정질 탄소 또는 이들의 혼합물일 수 있다. 상기 리튬 이온(Li+)과 반응하여 가역적으로 리튬 함유 화합물을 형성할 수 있는 물질은 예를 들어, 산화주석, 티타늄나이트레이트 또는 실리콘일 수 있다. 상기 리튬 합금은 예를 들어, 리튬(Li)과 나트륨(Na), 칼륨(K), 루비듐(Rb), 세슘(Cs), 프랑슘(Fr), 베릴륨(Be), 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca), 스트론튬(Sr), 바륨(Ba), 라듐(Ra), 알루미늄(Al) 및 주석(Sn)으로 이루어지는 군에서 선택되는 금속의 합금일 수 있다.The material capable of reversibly inserting or deintercalating lithium ions (Li + ) may be, for example, crystalline carbon, amorphous carbon, or a mixture thereof. A material capable of reversibly forming a lithium-containing compound by reacting with the lithium ion (Li + ) may be, for example, tin oxide, titanium nitrate, or silicon. The lithium alloy is, for example, lithium (Li) and sodium (Na), potassium (K), rubidium (Rb), cesium (Cs), francium (Fr), beryllium (Be), magnesium (Mg), calcium ( It may be an alloy of a metal selected from the group consisting of Ca), strontium (Sr), barium (Ba), radium (Ra), aluminum (Al), and tin (Sn).

바람직하게 상기 음극 활물질은 리튬 금속일 수 있으며, 구체적으로, 리튬 금속 박막 또는 리튬 금속 분말의 형태일 수 있다.Preferably, the negative active material may be lithium metal, and specifically, may be in the form of a lithium metal thin film or lithium metal powder.

또한, 상기 음극은 전술한 음극 활물질과 함께 바인더, 도전재 및 증점제 등의 첨가제들을 추가로 포함할 수 있으며, 음극 제조시 사용되는 통상적인 것이라면 특별히 제한되지 않는다. 상기 바인더 및 도전재는 양극에서 설명한 바와 같다.In addition, the negative electrode may further include additives such as a binder, a conductive material, and a thickener in addition to the negative active material described above, and is not particularly limited as long as it is a conventional one used in manufacturing the negative electrode. The binder and the conductive material are as described in the positive electrode.

또한, 상기 음극의 제조 방법은 양극에서 설명한 바와 같다.In addition, the method of manufacturing the negative electrode is as described for the positive electrode.

상기 분리막은 상기 양극과 음극을 서로 분리 또는 절연시키고, 양극과 음극 사이에 리튬 이온 수송을 가능하게 하는 것으로, 통상 리튬-황 전지에서 분리막으로 사용되는 것이라면 특별한 제한없이 사용가능하며, 특히 전해질의 이온 이동에 대하여 저저항이면서 전해질 함습 능력이 우수한 것이 바람직하다. The separator separates or insulates the positive electrode and the negative electrode from each other, and enables transport of lithium ions between the positive electrode and the negative electrode, and can be used without particular limitation as long as it is used as a separator in a general lithium-sulfur battery. It is preferable that it has low resistance to movement and has excellent electrolyte moisture content.

상기 분리막은 다공성이고 비전도성 또는 절연성 물질로 이루어질 수 있다. 이러한 분리막은 필름과 같은 독립적인 부재일 수도 있고, 양극 및/또는 음극에 부가된 코팅층일 수도 있다.The separator is porous and may be made of a non-conductive or insulating material. This separator may be an independent member such as a film, or may be a coating layer added to the anode and/or the cathode.

상기 분리막은 다공성 기재로 이루어질 수 있는데 상기 다공성 기재는 통상적으로 전기화학소자에 사용되는 다공성 기재라면 모두 사용이 가능하고, 예를 들면 폴리올레핀계 다공성 막 또는 부직포를 사용할 수 있으나, 이에 특별히 한정되는 것은 아니다.The separator may be made of a porous substrate, and the porous substrate may be used as long as it is a porous substrate commonly used in an electrochemical device, and for example, a polyolefin-based porous membrane or a nonwoven fabric may be used, but is not particularly limited thereto. .

상기 폴리올레핀계 다공성 막의 예로는, 고밀도 폴리에틸렌, 선형 저밀도 폴리에틸렌, 저밀도 폴리에틸렌, 초고분자량 폴리에틸렌과 같은 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리부틸렌, 폴리펜텐 등의 폴리올레핀계 고분자를 각각 단독으로 또는 이들을 혼합한 고분자로 형성한 막(membrane)을 들 수 있다.Examples of the polyolefin-based porous membrane include polyolefin-based polymers such as high-density polyethylene, linear low-density polyethylene, low-density polyethylene, and ultra-high molecular weight polyethylene, polyolefin-based polymers such as polypropylene, polybutylene, and polypentene, respectively, or a mixture of them. There is one membrane.

상기 부직포로는 폴리올레핀계 부직포 외에 예를 들어, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethyleneterephthalate), 폴리부틸렌 테레프탈레이트(polybutyleneterephthalate), 폴리에스테르(polyester), 폴리아세탈(polyacetal), 폴리아미드(polyamide), 폴리카보네이트 (polycarbonate), 폴리이미드(polyimide), 폴리에테르에테르케톤(polyetheretherketone), 폴리에테르설폰(polyethersulfone), 폴리페닐렌 옥사이드(polyphenyleneoxide), 폴리페닐렌 설파이드(polyphenylenesulfide) 및 폴리에틸렌 나프탈레이트(polyethylenenaphthalate) 등을 각각 단독으로 또는 이들을 혼합한 고분자로 형성한 부직포를 들 수 있다. 또한, 상기 부직포는 고융점의 유리 섬유 또는 세라믹 물질 등으로 된 부직포를 포함할 수 있다. 또한, 상기 부직포의 구조는 장섬유로 구성된 스폰본드 부직포 또는 멜트 블로운 부직포일 수 있다.As the nonwoven fabric, in addition to the polyolefin nonwoven fabric, for example, polyethylene terephthalate, polybutyleneterephthalate, polyester, polyacetal, polyamide, polycarbonate ), polyimide, polyetheretherketone, polyethersulfone, polyphenyleneoxide, polyphenylenesulfide, and polyethylenenaphthalate, respectively, independently Alternatively, a nonwoven fabric formed of a polymer obtained by mixing them may be mentioned. In addition, the nonwoven fabric may include a nonwoven fabric made of a high melting point glass fiber or ceramic material. In addition, the structure of the nonwoven fabric may be a sponbond nonwoven fabric composed of long fibers or a melt blown nonwoven fabric.

상기 다공성 기재의 두께는 특별히 제한되지 않으나, 1 내지 100 ㎛, 바람직하게는 5 내지 50 ㎛일 수 있다.The thickness of the porous substrate is not particularly limited, but may be 1 to 100 μm, preferably 5 to 50 μm.

상기 다공성 기재에 존재하는 기공의 크기 및 기공도 역시 특별히 제한되지 않으나 각각 0.001 내지 50 ㎛ 및 10 내지 95 %일 수 있다.The size and porosity of the pores present in the porous substrate are also not particularly limited, but may be 0.001 to 50 μm and 10 to 95%, respectively.

상기 전해질은 전술한 바의 전극 조립체에 함침되는 것으로, 리튬 이온을 포함하며, 이를 매개로 양극과 음극에서 전기 화학적인 산화 또는 환원 반응을 일으킨다.The electrolyte is impregnated into the electrode assembly as described above, contains lithium ions, and causes an electrochemical oxidation or reduction reaction at the anode and the cathode through this.

상기 전해질은 리튬 금속과 반응하지 않는 비수 전해액 또는 고체 전해질이 가능하나 바람직하게는 비수 전해액이고, 전해질 염 및 유기 용매를 포함한다.The electrolyte may be a non-aqueous electrolyte or a solid electrolyte that does not react with lithium metal, but is preferably a non-aqueous electrolyte and includes an electrolyte salt and an organic solvent.

상기 비수 전해액에 포함되는 전해질 염은 리튬염이다. 상기 리튬염은 리튬 이차전지용 전해액에 통상적으로 사용되는 것이라면 제한없이 사용될 수 있다. 예를 들어, LiCl, LiBr, LiI, LiClO4, LiBF4, LiB10Cl10, LiPF6, LiCF3SO3, LiCF3CO2, LiAsF6, LiSbF6, LiAlCl4, CH3SO3Li, (CF3SO2)2NLi, LiN(SO2F)2, 클로로 보란 리튬, 저급 지방족 카르본산 리튬, 4-페닐 붕산 리튬, 리튬 이미드 등이 사용될 수 있다.The electrolyte salt contained in the non-aqueous electrolyte solution is a lithium salt. The lithium salt may be used without limitation as long as it is commonly used in an electrolyte for a lithium secondary battery. For example, LiCl, LiBr, LiI, LiClO 4 , LiBF 4 , LiB 10 Cl 10 , LiPF 6 , LiCF 3 SO 3 , LiCF 3 CO 2 , LiAsF 6 , LiSbF 6 , LiAlCl 4 , CH 3 SO 3 Li, ( CF 3 SO 2 ) 2 NLi, LiN(SO 2 F) 2 , lithium chloroborane, lithium lower aliphatic carboxylic acid, lithium 4-phenyl borate, lithium imide, and the like may be used.

상기 리튬염의 농도는 전해질 용매 혼합물의 정확한 조성, 염의 용해도, 용해된 염의 전도성, 전지의 충전 및 전 조건, 작업 온도 및 리튬 배터리 분야에 공지된 다른 요인과 같은 여러 요인에 따라, 0.2 내지 2 M, 구체적으로 0.4 내지 2 M, 더욱 구체적으로 0.4 내지 1.7 M일 수 있다. 상기 리튬염의 농도가 0.2 M 미만으로 사용하면 전해질의 전도도가 낮아져서 전해질 성능이 저하될 수 있고, 2 M 을 초과하여 사용하면 전해질의 점도가 증가하여 리튬 이온의 이동성이 감소될 수 있다.The concentration of the lithium salt depends on several factors such as the exact composition of the electrolyte solvent mixture, the solubility of the salt, the conductivity of the dissolved salt, the charging and preconditioning of the battery, the working temperature and other factors known in the lithium battery field, from 0.2 to 2 M, Specifically, it may be 0.4 to 2 M, more specifically 0.4 to 1.7 M. If the concentration of the lithium salt is less than 0.2 M, the conductivity of the electrolyte may be lowered, resulting in deterioration of electrolyte performance, and if the concentration of the lithium salt exceeds 2 M, the viscosity of the electrolyte may increase, thereby reducing the mobility of lithium ions.

상기 비수 전해액에 포함되는 유기 용매로는 리튬 이차전지용 전해액에 통상적으로 사용되는 것들을 제한 없이 사용할 수 있으며, 예를 들면 에테르, 에스테르, 아미드, 선형 카보네이트, 환형 카보네이트 등을 각각 단독으로 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다. 그 중에서 대표적으로는 에테르계 화합물을 포함할 수 있다.As organic solvents included in the non-aqueous electrolyte, those commonly used in electrolytes for lithium secondary batteries can be used without limitation, for example, ether, ester, amide, linear carbonate, cyclic carbonate, etc., alone or in combination of two or more Can be used. Among them, representatively, an ether-based compound may be included.

상기 에테르계 화합물은 비환형 에테르 및 환형 에테르를 포함할 수 있다.The ether compound may include an acyclic ether and a cyclic ether.

예를 들어, 상기 비환형 에테르로는 디메틸 에테르, 디에틸 에테르, 디프로필 에테르, 메틸에틸 에테르, 메틸프로필 에테르, 에틸프로필 에테르, 디메톡시에탄, 디에톡시에탄, 메톡시에톡시에탄, 디에틸렌 글리콜 디메틸 에테르, 디에틸렌 글리콜 디에틸 에테르, 디에틸렌 글리콜 메틸에틸 에테르, 트리에틸렌 글리콜 디메틸 에테르, 트리에틸렌 글리콜 디에틸 에테르, 트리에틸렌 글리콜 메틸에틸 에테르, 테트라에틸렌 글리콜 디메틸 에테르, 테트라에틸렌 글리콜 디에틸 에테르, 테트라에틸렌 글리콜 메틸에틸 에테르, 폴리에틸렌 글리콜 디메틸 에테르, 폴리에틸렌 글리콜 디에틸 에테르, 폴리에틸렌 글리콜 메틸에틸 에테르로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상이 사용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.For example, the acyclic ether includes dimethyl ether, diethyl ether, dipropyl ether, methylethyl ether, methylpropyl ether, ethylpropyl ether, dimethoxyethane, diethoxyethane, methoxyethoxyethane, diethylene glycol Dimethyl ether, diethylene glycol diethyl ether, diethylene glycol methylethyl ether, triethylene glycol dimethyl ether, triethylene glycol diethyl ether, triethylene glycol methylethyl ether, tetraethylene glycol dimethyl ether, tetraethylene glycol diethyl ether, At least one selected from the group consisting of tetraethylene glycol methylethyl ether, polyethylene glycol dimethyl ether, polyethylene glycol diethyl ether, and polyethylene glycol methylethyl ether may be used, but is not limited thereto.

일례로, 상기 환형 에테르는 1,3-디옥솔란, 4,5-디메틸-디옥솔란, 4,5-디에틸-디옥솔란, 4-메틸-1,3-디옥솔란, 4-에틸-1,3-디옥솔란, 테트라하이드로퓨란, 2-메틸테트라하이드로퓨란, 2,5-디메틸테트라하이드로퓨란, 2,5-디메톡시테트라하이드로퓨란, 2-에톡시테트라하이드로퓨란, 2-메틸-1,3-디옥솔란, 2-비닐-1,3-디옥솔란, 2,2-디메틸-1,3-디옥솔란, 2-메톡시-1,3-디옥솔란, 2-에틸-2-메틸-1,3-디옥솔란, 테트라하이드로파이란, 1,4-디옥산, 1,2-디메톡시 벤젠, 1,3-디메톡시 벤젠, 1,4-디메톡시 벤젠, 아이소소바이드 디메틸 에테르(isosorbide dimethyl ether)로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상이 사용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.For example, the cyclic ether is 1,3-dioxolane, 4,5-dimethyl-dioxolane, 4,5-diethyl-dioxolane, 4-methyl-1,3-dioxolane, 4-ethyl-1, 3-dioxolane, tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, 2,5-dimethyltetrahydrofuran, 2,5-dimethoxytetrahydrofuran, 2-ethoxytetrahydrofuran, 2-methyl-1,3 -Dioxolane, 2-vinyl-1,3-dioxolane, 2,2-dimethyl-1,3-dioxolane, 2-methoxy-1,3-dioxolane, 2-ethyl-2-methyl-1, 3-dioxolane, tetrahydropyran, 1,4-dioxane, 1,2-dimethoxy benzene, 1,3-dimethoxy benzene, 1,4-dimethoxy benzene, isosorbide dimethyl ether One or more selected from the group consisting of may be used, but is not limited thereto.

상기 유기 용매 중 에스테르로는 메틸 아세테이트, 에틸 아세테이트, 프로필 아세테이트, 메틸 프로피오 네이트, 에틸 프로피오네이트, 프로필 프로피오네이트, γ-부티로락톤, γ-발레로락톤, γ-카프로락톤, σ-발레로락톤 및 ε-카프로락톤으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.Examples of esters in the organic solvent include methyl acetate, ethyl acetate, propyl acetate, methyl propionate, ethyl propionate, propyl propionate, γ-butyrolactone, γ-valerolactone, γ-caprolactone, σ- Any one selected from the group consisting of valerolactone and ε-caprolactone, or a mixture of two or more of them may be used, but is not limited thereto.

상기 선형 카보네이트 화합물의 구체적인 예로는 디메틸 카보네이트(DMC), 디에틸 카보네이트(DEC), 디프로필 카보네이트, 에틸메틸 카보네이트(EMC), 메틸프로필 카보네이트 및 에틸프로필 카보네이트로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물 등이 대표적으로 사용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.Specific examples of the linear carbonate compound include any one selected from the group consisting of dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), dipropyl carbonate, ethylmethyl carbonate (EMC), methylpropyl carbonate, and ethylpropyl carbonate, or any one of them. A mixture of two or more types may be used as a representative, but is not limited thereto.

또한 상기 환형 카보네이트 화합물의 구체적인 예로는 에틸렌 카보네이트(ethylene carbonate, EC), 프로필렌 카보네이트(propylene carbonate, PC), 1,2-부틸렌 카보네이트, 2,3-부틸렌 카보네이트, 1,2-펜틸렌 카보네이트, 2,3-펜틸렌 카보네이트, 비닐렌 카보네이트, 비닐에틸렌 카보네이트 및 이들의 할로겐화물로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물이 있다. 이들의 할로겐화물로는 예를 들면, 플루오로에틸렌 카보네이트(fluoroethylene carbonate, FEC) 등이 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.In addition, specific examples of the cyclic carbonate compound include ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), 1,2-butylene carbonate, 2,3-butylene carbonate, 1,2-pentylene carbonate , 2,3-pentylene carbonate, vinylene carbonate, vinylethylene carbonate, and any one selected from the group consisting of halides thereof, or a mixture of two or more thereof. These halides include, for example, fluoroethylene carbonate (FEC), but are not limited thereto.

상기 비수 전해액의 주입은 최종 제품의 제조 공정 및 요구 물성에 따라, 전지의 제조 공정 중 적절한 단계에서 행해질 수 있다. 즉, 리튬 이차전지 구조체의 조립 전 또는 후술하는 리튬 이차전지 조립 최종 단계 등에서 적용될 수 있다.The injection of the non-aqueous electrolyte may be performed at an appropriate step in the manufacturing process of the battery according to the manufacturing process and required physical properties of the final product. That is, it may be applied before assembling the lithium secondary battery structure or in the final step of assembling the lithium secondary battery to be described later.

본 발명에 따른 리튬 이차전지 구조체의 제조방법은 특별히 한정하지 않으며, 통상의 기술자에 의해 공지의 방법 또는 이를 변형하는 다양한 방법이 사용 가능하다.The method of manufacturing the lithium secondary battery structure according to the present invention is not particularly limited, and a known method or various methods of modifying it may be used by a person skilled in the art.

전술한 바의 본 발명의 일 구현예에 따른 리튬 이차전지 구조체는 리튬 폴리설파이드의 전극 조립체 외부로의 확산을 억제함으로써 전극의 반응성 및 용량을 개선함은 물론 최종적으로 리튬 이차전지의 에너지 밀도가 증가된다. 그 결과 본 발명에 따른 리튬 이차전지는 고밀도 및 장수명 전지로서 바람직하게 적용이 가능하다.The lithium secondary battery structure according to the embodiment of the present invention as described above improves the reactivity and capacity of the electrode by suppressing the diffusion of lithium polysulfide to the outside of the electrode assembly, and finally increases the energy density of the lithium secondary battery. do. As a result, the lithium secondary battery according to the present invention can be preferably applied as a high-density and long-life battery.

또한, 본 발명은 상기 리튬 이차전지 구조체를 포함하는 리튬 이차전지를 제공한다.In addition, the present invention provides a lithium secondary battery including the lithium secondary battery structure.

상기 리튬 이차전지는 본 발명에 따른 리튬 이차전지 구조체 및 상기 리튬 이차전지 구조체를 하나 이상 수용하는 전지케이스를 포함한다.The lithium secondary battery includes a lithium secondary battery structure according to the present invention and a battery case accommodating at least one lithium secondary battery structure.

이때 상기 리튬 이차전지는 상기 리튬 이차전지 구조체, 구체적으로는 전극 조립체를 구성하는 단위셀의 종류에 따라 리튬-황 전지, 리튬-공기 전지, 리튬-산화물 전지, 리튬 전고체 전지 등 다양한 전지일 수 있다. 또한, 후술하는 전지케이스에 따라 원통형, 각형, 코인형, 파우치형 등으로 분류될 있고, 사이즈에 따라 벌크 타입과 박막 타입으로 나눌 수 있다. 이들 전지의 구조와 제조 방법은 이 분야에 널리 알려져 있으므로 상세한 설명은 생략한다.At this time, the lithium secondary battery may be a variety of batteries such as a lithium-sulfur battery, a lithium-air battery, a lithium-oxide battery, and a lithium all-solid battery, depending on the type of the unit cell constituting the lithium secondary battery structure, specifically, the electrode assembly. have. In addition, according to the battery case to be described later, it can be classified into a cylindrical type, a square type, a coin type, a pouch type, and the like, and can be divided into a bulk type and a thin film type according to the size. The structure and manufacturing method of these batteries are well known in this field, and thus detailed descriptions are omitted.

특히, 본 발명에 따른 리튬 이차전지는 양극이 황(S) 계열 활물질을 포함하는 리튬-황 전지일 수 있다.In particular, the lithium secondary battery according to the present invention may be a lithium-sulfur battery in which the positive electrode includes a sulfur (S)-based active material.

전술한 바와 같이, 리튬-황 전지는 구동시 생성된 리튬 폴리설파이드의 용출로 인하여 양극에서 전기화학 반응에 참여하는 황의 양이 감소하게 되고, 결국 리튬-황 전지의 용량 및 수명 감소를 야기한다. 그러나, 본 발명에서 설명한 바와 같이 전극 조립체의 외면을 감싸는 차단막을 구비할 경우 리튬 폴리설파이드의 용출을 효과적으로 억제하여 전지의 용량 및 수명 특성을 개선한다.As described above, in the lithium-sulfur battery, the amount of sulfur participating in the electrochemical reaction in the positive electrode decreases due to the elution of lithium polysulfide generated during operation, resulting in a decrease in the capacity and lifespan of the lithium-sulfur battery. However, as described in the present invention, when a blocking film surrounding the outer surface of the electrode assembly is provided, the elution of lithium polysulfide is effectively suppressed, thereby improving the capacity and life characteristics of the battery.

상기 리튬 이차전지 구조체는 본 발명에 따른 것으로 앞서 언급한 바를 따른다.The lithium secondary battery structure is according to the present invention and follows the aforementioned description.

상기 전지케이스는 본 발명의 리튬 이차전지 구조체를 수납하기 위한 것으로, 수납부가 형성될 수 있는 소정의 유연성을 가지는 소재로 제조되며, 그 형상의 제한은 없으나 바람직하게는 원통형, 코인형, 각형 또는 파우치형이다. 이러한 전지케이스를 구성하는 상부 케이스와 하부 케이스는 서로 독립적인 부재들일 수도 있고, 일측 단부가 연결되어 있는 실질적으로 하나의 부재일 수도 있다. 상기 전지케이스의 외형은 다양한 방법으로 제조될 수 있으며, 본 발명에서 이를 제한하지는 않는다.The battery case is for accommodating the lithium secondary battery structure of the present invention, and is made of a material having a predetermined flexibility in which the storage unit can be formed, and the shape is not limited, but is preferably a cylindrical, coin-shaped, rectangular or pouch This is my brother. The upper case and the lower case constituting such a battery case may be members independent of each other, or may be substantially one member having one end connected thereto. The external shape of the battery case may be manufactured by various methods, and the present invention is not limited thereto.

일례로, 상기 전지케이스는 파우치형일 수 있다.For example, the battery case may be a pouch type.

상기 파우치형 케이스는 3면이 실링된 구조의 한 쌍의 라미네이트 시트로 구성되며 가벼우며 제조가 용이하다는 장점을 가지고 있다.The pouch-type case is composed of a pair of laminate sheets having a structure in which three sides are sealed, and has the advantage of being light and easy to manufacture.

상기 라미네이트 시트는 외부 수지층, 공기 및 수분차단성 금속층, 및 열융착성 내부 수지층의 적층 구조로 이루어질 수 있다.The laminate sheet may be formed of a laminated structure of an outer resin layer, an air and moisture barrier metal layer, and a heat-sealing inner resin layer.

상기 외부 수지층은 외부 환경에 대해 우수한 내성을 가져야 하므로, 소정 이상의 인장강도와 내후성이 필요하다. 이러한 측면에서 외부 피복층의 고분자 수지는 인장강도 및 내후성이 우수한 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 또는 연신 나일론을 포함할 수 있다.Since the outer resin layer must have excellent resistance to the external environment, it is necessary to have a predetermined or higher tensile strength and weather resistance. In this aspect, the polymer resin of the outer coating layer may include polyethylene naphthalate (PEN), polyethylene terephthalate (PET), or stretched nylon having excellent tensile strength and weather resistance.

상기 외부 피복층은 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN)로 이루어져 있거나 및/또는 상기 외부 피복층의 외면에 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)층이 구비되어 있는 구조로 이루어질 수 있다.The outer coating layer may be made of polyethylene naphthalate (PEN) and/or a structure in which a polyethylene terephthalate (PET) layer is provided on the outer surface of the outer coating layer.

상기 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN)는 폴리에틸렌 테레프탈레이트 (PET)와 비교하여 얇은 두께에서도 우수한 인장강도와 내후성을 가지므로 외부 피복층으로 사용하기에 바람직하다.The polyethylene naphthalate (PEN) is preferable to be used as an outer coating layer because it has excellent tensile strength and weather resistance even at a thin thickness compared to polyethylene terephthalate (PET).

상기 내부 수지층의 고분자 수지로는 열융착성(열접착성)을 가지고, 전해질의 침입을 억제하기 위해 전해액에 대한 흡습성이 낮으며, 전해액에 의해 팽창하거나 침식되지 않는 고분자 수지가 사용될 수 있으며, 더욱 바람직하게는 무연신 폴리프로필렌 필름(CPP)으로 이루어질 수 있다.As the polymer resin of the inner resin layer, a polymer resin having heat adhesion (heat adhesion), low hygroscopicity in the electrolyte solution to suppress invasion of the electrolyte, and not swelling or eroding by the electrolyte may be used, More preferably, it may be made of a non-stretched polypropylene film (CPP).

일례로, 본 발명에 따른 라미네이트 시트는, 상기 외부 피복층의 두께가 5 내지 40 ㎛이고, 상기 베리어층의 두께가 20 내지 150 ㎛이며, 상기 내부 실란트층의 두께가 10 내지 50 ㎛인 구조로 이루어질 수 있다. 상기 라미네이트 시트의 각 층들의 두께가 너무 얇은 경우에는 물질에 대한 차단 기능과 강도 향상을 기대하기 어렵고, 반대로 너무 두꺼우면 가공성이 떨어지고 시트의 두께 증가를 유발하므로 바람직하지 않다.For example, the laminate sheet according to the present invention has a structure in which the thickness of the outer coating layer is 5 to 40 μm, the thickness of the barrier layer is 20 to 150 μm, and the thickness of the inner sealant layer is 10 to 50 μm. I can. When the thickness of each layer of the laminate sheet is too thin, it is difficult to expect an improvement in the blocking function and strength of the material. Conversely, when the thickness of the laminate sheet is too thick, the workability decreases and the thickness of the sheet increases, which is not preferable.

본 발명의 리튬 이차전지는 전술한 바의 본 발명에 따른 리튬 이차전지 구조체가 내장된 상기 전지케이스를 밀봉하고 조립함으로써 제조할 수 있다. 상기 리튬 이차전지의 제조방법은 통상적인 방법을 제한없이 사용할 수 있다.The lithium secondary battery of the present invention can be manufactured by sealing and assembling the battery case in which the lithium secondary battery structure according to the present invention is embedded as described above. The manufacturing method of the lithium secondary battery can be used without limitation in a conventional method.

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

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

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

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연한 것이다.Hereinafter, a preferred embodiment is presented to aid the understanding of the present invention, but the following examples are only illustrative of the present invention, and it is obvious to those skilled in the art that various changes and modifications are possible within the scope and spirit of the present invention, It is natural that such modifications and modifications fall within the appended claims.

실시예 및 비교예Examples and Comparative Examples

[실시예 1][Example 1]

반응기에 황 4.2 g, 탄소나노튜브 1.8 g를 고르게 혼합한 후, 155

Figure pat00001
에서 30 분동안 열처리하여 황-탄소 복합체를 제조하였다.After evenly mixing 4.2 g of sulfur and 1.8 g of carbon nanotubes in the reactor, 155
Figure pat00001
Heat treatment was performed at for 30 minutes to prepare a sulfur-carbon composite.

이어서, 양극 활물질로 상기 제조된 황-탄소 복합체(S:C=7:3) 87 중량%, 도전재로 탄소섬유(VGCF, 쇼와 덴코(showa denko)사 제조)을 5 중량%, 바인더로 폴리아크릴산리튬 7 중량% 및 폴리비닐알코올 1 중량%를 혼합하여 양극 슬러리 조성물을 제조하였다.Subsequently, 87% by weight of the prepared sulfur-carbon composite (S:C=7:3) as a positive electrode active material, 5% by weight of carbon fiber (VGCF, manufactured by Showa Denko) as a conductive material, as a binder. A positive electrode slurry composition was prepared by mixing 7% by weight of lithium polyacrylate and 1% by weight of polyvinyl alcohol.

이어서, 상기 제조된 슬러리 조성물을 알루미늄 집전체 상에 도포하고 50

Figure pat00002
에서 12시간 동안 건조하여 양극을 제조하였다.Then, the prepared slurry composition was applied on an aluminum current collector, and 50
Figure pat00002
Drying at for 12 hours to prepare a positive electrode.

상기 양극과 함께, 음극으로 35 ㎛ 두께의 리튬 금속 박막을 사용하였고, 전해질로 1,3-디옥솔란과 디메틸 에테르(DOL:DME=1:1(부피비))로 이루어진 유기 용매에 1M 농도의 리튬 비스(트리플루오로메탄설포닐)이미드(LiTFSI)와 1 중량%의 질산 리튬(LiNO3)를 용해시킨 혼합액을 사용하였다.Along with the positive electrode, a 35 μm-thick lithium metal thin film was used as the negative electrode, and 1M concentration of lithium in an organic solvent consisting of 1,3-dioxolane and dimethyl ether (DOL:DME=1:1 (volume ratio)) A mixed solution in which bis(trifluoromethanesulfonyl)imide (LiTFSI) and 1% by weight of lithium nitrate (LiNO 3 ) were dissolved was used.

구체적으로, 상기 제조된 양극 4장과 음극 5장을 대면하도록 배치하여 반복적으로 쌓고, 그 사이에 폴리에틸렌 분리막을 게재한 후, 상기 제조된 전해질 2 ㎖을 주입하여 전극 조립체를 제조하였다.Specifically, the prepared four positive electrodes and five negative electrodes were repeatedly stacked so as to face each other, and a polyethylene separator was placed therebetween, and then 2 ml of the prepared electrolyte was injected to prepare an electrode assembly.

상기 전극 조립체 외곽에 10 ㎛ 두께의 폴리에틸렌 필름을 감싼 후 이음새를 테이프로 붙여 차단막을 형성하여 리튬-황 전지를 제조하였다.A 10 μm-thick polyethylene film was wrapped around the outer side of the electrode assembly, and the seams were taped to form a barrier film to prepare a lithium-sulfur battery.

[비교예 1][Comparative Example 1]

차단막을 형성하지 않은 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 수행하여 리튬-황 전지를 제조하였다.A lithium-sulfur battery was manufactured in the same manner as in Example 1, except that a blocking film was not formed.

실험예 1. 전지 특성 평가Experimental Example 1. Evaluation of battery characteristics

상기 실시예 1 및 비교예 1에서 제조된 전지를 대상으로 충방전 측정 장치(LAND CT-2001A, 우한(Wuhan), 중국)를 이용하여 1~3사이클 동안은 0.1 C로 방전하고 0.1 C로 충전, 4번째 사이클 이후로는 0.2 C로 방전하고, 0.2 C로 충전하는 사이클을 반복 진행 하면서 용량을 측정하였다. 이때 얻어진 결과를 도 4에 나타내었다.Using a charge/discharge measuring device (LAND CT-2001A, Wuhan, China) for the batteries prepared in Example 1 and Comparative Example 1, discharged to 0.1 C for 1 to 3 cycles and charged to 0.1 C. , After the fourth cycle, the discharge was performed at 0.2 C, and the capacity was measured while repeating the cycle of charging to 0.2 C. The results obtained at this time are shown in FIG. 4.

도 4에 나타낸 바와 같이, 실시예 1에 따른 전지의 용량 및 수명 특성이 비교예 1에 비해 우수함을 확인할 수 있다.As shown in FIG. 4, it can be seen that the capacity and life characteristics of the battery according to Example 1 are superior to those of Comparative Example 1.

도 4를 참조하면, 실시예 1에 따른 리튬-황 전지의 경우 사이클 내내 초기 용량의 70 % 이상 수준의 용량을 유지하는 것과 비교하여, 비교예 1의 경우 5 사이클 이후 용량이 급격히 저하됨을 알 수 있다.4, in the case of the lithium-sulfur battery according to Example 1, compared with maintaining a capacity of 70% or more of the initial capacity throughout the cycle, in the case of Comparative Example 1, it can be seen that the capacity rapidly decreases after 5 cycles. have.

이와 같은 결과로부터, 본 발명에 따라 제조된 리튬-황 전지는 차단막에 의해 리튬 폴리설파이드의 용출이 억제됨으로써 용량 유지율이 개선되어 리튬-황 전지의 용량 및 수명 특성이 향상됨을 확인할 수 있다.From these results, it can be seen that in the lithium-sulfur battery manufactured according to the present invention, the capacity retention rate is improved by suppressing the elution of lithium polysulfide by the blocking film, thereby improving the capacity and life characteristics of the lithium-sulfur battery.

100, 200: 리튬 이차전지 구조체
10: 전극 조립체
11: 양극
13: 음극
15: 분리막
20: 차단막
100, 200: lithium secondary battery structure
10: electrode assembly
11: anode
13: cathode
15: separator
20: barrier

Claims (10)

적어도 하나의 양극과 적어도 하나의 음극이 분리막을 경계로 교대로 적층된 단위셀을 포함하는 전극 조립체;
상기 전극 조립체의 외면을 감싸는 차단막 및
상기 차단막 내에 주입된 전해질을 포함하는 리튬 이차전지 구조체.
An electrode assembly including unit cells in which at least one positive electrode and at least one negative electrode are alternately stacked with a separator boundary;
A blocking film surrounding the outer surface of the electrode assembly, and
Lithium secondary battery structure comprising an electrolyte injected into the blocking film.
제1항에 있어서,
상기 차단막은 전해질 및 폴리설파이드에 대해 불투과성인, 리튬 이차전지 구조체.
The method of claim 1,
The blocking membrane is impermeable to electrolyte and polysulfide, a lithium secondary battery structure.
제1항에 있어서,
상기 차단막은 전극 리드탭 접합부 영역이 오픈된 형태인, 리튬 이차전지 구조체.
The method of claim 1,
The barrier layer is a lithium secondary battery structure in which the electrode lead tab junction region is open.
제1항에 있어서,
상기 차단막은 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하는, 리튬 이차전지 구조체.
The method of claim 1,
The blocking film comprises at least one selected from the group consisting of polyethylene and polypropylene, a lithium secondary battery structure.
제1항에 있어서,
상기 차단막은 두께가 1 내지 50 ㎛인, 리튬 이차전지 구조체.
The method of claim 1,
The blocking film has a thickness of 1 to 50 μm, a lithium secondary battery structure.
제1항에 있어서,
상기 전극 조립체는 모노셀, 풀셀 및 바이셀로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 단위셀을 포함하는, 리튬 이차전지 구조체.
The method of claim 1,
The electrode assembly comprises one or more unit cells selected from the group consisting of a mono cell, a full cell, and a bi-cell, a lithium secondary battery structure.
제1항에 있어서,
상기 전극 조립체는 권취형 전극 조립체, 스택형 전극 조립체, 스택/폴딩형 전극 조립체 또는 라미네이트/스택형 전극 조립체인, 리튬 이차전지 구조체.
The method of claim 1,
The electrode assembly is a wound electrode assembly, a stack electrode assembly, a stack/folding electrode assembly, or a laminate/stack electrode assembly, a lithium secondary battery structure.
제1항에 있어서,
상기 양극은 무기 황(S8), Li2Sn(n≥1), 디설파이드 화합물, 유기황 화합물 및 탄소-황 폴리머((C2Sx)n, x=2.5 내지 50, n≥2)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 양극 활물질을 포함하는, 리튬 이차전지 구조체.
The method of claim 1,
The anode is inorganic sulfur (S 8 ), Li 2 S n (n≥1), a disulfide compound, an organosulfur compound and a carbon-sulfur polymer ((C 2 S x ) n , x=2.5 to 50, n≥2) A lithium secondary battery structure comprising at least one positive electrode active material selected from the group consisting of.
제1항에 따른 리튬 이차전지 구조체 및
상기 리튬 이차전지 구조체를 하나 이상 수용하는 전지케이스를 포함하는 리튬 이차전지.
The lithium secondary battery structure according to claim 1 and
A lithium secondary battery comprising a battery case accommodating at least one lithium secondary battery structure.
제9항에 있어서,
상기 리튬 이차전지는 리튬-황 전지인, 리튬 이차전지.
The method of claim 9,
The lithium secondary battery is a lithium-sulfur battery, a lithium secondary battery.
KR1020190074197A 2019-06-21 2019-06-21 Lithium secondary battery structure and lithium secondary battery using the same KR20200145333A (en)

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