KR20220099663A - Electrolyte for lithium-sulfur battery and lithium-sulfur battery comprising the same - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to an electrolyte for a lithium-sulfur battery and a lithium-sulfur battery including the same, wherein the electrolyte for a lithium-sulfur battery includes: a first solvent including a heterocyclic compound including at least one double bond and at the same time including any one of an oxygen atom and a sulfur atom; a second solvent including at least one of an ether-based compound, an ester-based compound, an amide-based compound, and a carbonate-based compound; lithium salt; lithium nitrate; and N-oxide-based compounds.

Description

리튬-황 전지용 전해액 및 이를 포함하는 리튬-황 전지{ELECTROLYTE FOR LITHIUM-SULFUR BATTERY AND LITHIUM-SULFUR BATTERY COMPRISING THE SAME}Electrolyte for lithium-sulfur battery and lithium-sulfur battery comprising same

본 발명은 리튬-황 전지용 전해액 및 이를 포함하는 리튬-황 전지에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 리튬-황 전지의 전해액에 포함되는 용매, 리튬염 및 첨가제를 적절하게 조합함으로써 리튬-황 전지의 수명 특성 및 리튬 사이클 효율을 향상시킬 수 있는, 리튬-황 전지용 전해액 및 이를 포함하는 리튬-황 전지에 관한 것이다.The present invention relates to an electrolyte solution for a lithium-sulfur battery and a lithium-sulfur battery comprising the same, and more particularly, to a lithium-sulfur battery by appropriately combining a solvent, a lithium salt, and an additive included in the electrolyte of a lithium-sulfur battery. It relates to an electrolyte solution for a lithium-sulfur battery capable of improving lifespan characteristics and lithium cycle efficiency, and a lithium-sulfur battery including the same.

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

리튬-황 전지는 S-S 결합(Sulfur-Sulfur Bond)을 갖는 황 계열 물질을 양극 활물질로 사용하고, 리튬 금속을 음극 활물질로 사용한 전지 시스템을 의미한다. 상기 양극 활물질의 주재료인 황은 전 세계적으로 자원량이 풍부하고, 독성이 없으며, 낮은 원자당 무게를 가지고 있는 장점이 있다.A lithium-sulfur battery refers to a battery system in which a sulfur-based material having an S-S bond is used as a positive electrode active material and lithium metal is used as a negative electrode active material. Sulfur, which is the main material of the positive electrode active material, is advantageous in that it has abundant resources worldwide, is non-toxic, and has a low weight per atom.

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

양극 활물질인 황은 낮은 전기전도도의 특성으로 인해, 고상 형태에서는 전자 및 리튬 이온과의 반응성을 확보하기가 어렵다. 기존 리튬-황 전지는 이러한 황의 반응성을 개선하기 위해 Li2Sx 형태의 중간 폴리설파이드(intermediate polysulfide)를 생성하여 액상 반응을 유도하고 반응성을 개선한다. 이 경우, 전해액의 용매로 리튬 폴리설파이드에 대해 용해성이 높은 디옥솔란(dioxolane), 디메톡시에탄(dimethoxyethane) 등의 에테르계 용매가 사용된다. Since sulfur, which is a cathode active material, has low electrical conductivity, it is difficult to secure reactivity with electrons and lithium ions in a solid state. Existing lithium-sulfur batteries induce a liquid phase reaction and improve reactivity by generating an intermediate polysulfide in the form of Li 2 S x to improve the reactivity of sulfur. In this case, an ether-based solvent such as dioxolane or dimethoxyethane, which is highly soluble in lithium polysulfide, is used as a solvent of the electrolyte solution.

그러나, 이러한 에테르계 용매를 사용하는 경우, 다양한 원인에 의해 리튬-황 전지의 수명 특성이 저하되는 문제점이 존재한다. 예를 들면, 양극으로부터의 리튬 폴리설파이드의 용출, 리튬 음극 상에 덴드라이트의 성장으로 인한 쇼트(short) 발생, 전해액의 분해에 따른 부산물의 퇴적 등에 의해 리튬-황 전지의 수명 특성이 저하될 수 있다.However, when such an ether-based solvent is used, there is a problem in that the lifespan characteristics of the lithium-sulfur battery are deteriorated due to various causes. For example, the lifespan characteristics of the lithium-sulfur battery may be deteriorated due to the elution of lithium polysulfide from the positive electrode, the occurrence of a short due to the growth of dendrites on the lithium negative electrode, and the deposition of by-products due to the decomposition of the electrolyte. have.

특히, 이러한 에테르계 용매를 사용하는 경우, 리튬 폴리설파이드를 다량 용해시킬 수 있어 반응성이 높으나, 전해액 내에 녹는 리튬 폴리설파이드의 특성으로 인해 전해액의 함량에 따라 황의 반응성 및 수명 특성이 영향을 받게 된다. In particular, when such an ether-based solvent is used, a large amount of lithium polysulfide can be dissolved and the reactivity is high. However, due to the characteristics of lithium polysulfide soluble in the electrolyte, the reactivity and lifespan characteristics of sulfur are affected according to the content of the electrolyte.

최근 항공기 및 차세대 전기 자동차 등에 요구되는 500Wh/kg 이상의 고에너지 밀도 리튬-황 전지를 개발하기 위해서 전극 중 황의 로딩량이 크고, 전해액의 함량이 최소화될 것이 요구된다. In order to develop a high-energy-density lithium-sulfur battery of 500 Wh/kg or more, which is required for recent aircraft and next-generation electric vehicles, it is required that the loading amount of sulfur in the electrode is large and the content of the electrolyte solution is minimized.

그러나, 상기 에테르계 용매의 특성상 전해액의 함량이 낮아질수록 충방전 중에 빠르게 점도가 증가하고, 그로 인하여 과전압이 발생하여 퇴화될 수 있는 문제가 있다. However, due to the characteristics of the ether-based solvent, as the content of the electrolyte decreases, the viscosity increases rapidly during charging and discharging, thereby causing overvoltage and deterioration.

이에, 전해액의 분해를 방지하고, 우수한 수명 특성을 확보하기 위하여 전해액에 별도의 첨가제를 첨가하는 연구가 지속적으로 수행되고 있다. 그럼에도 불구하고, 수명 특성을 향상시키면서 과전압을 감소시켜 에너지 밀도를 향상시킬 수 있는, 전해액의 성분 및 조성에 대하여는 명확하게 밝혀진 바가 없다. Accordingly, research on adding a separate additive to the electrolyte to prevent decomposition of the electrolyte and secure excellent lifespan characteristics is continuously being conducted. Nevertheless, the composition and composition of the electrolyte capable of improving energy density by reducing overvoltage while improving lifespan characteristics have not been clearly disclosed.

한국 공개특허공보 제10-2007-0027512(2007.03.09.), “리튬-황 전기화학 전지용 전해질”Korean Patent Publication No. 10-2007-0027512 (2007.03.09.), “Lithium-sulfur electrochemical cell electrolyte”

이에, 본 발명에서는 리튬-황 전지의 수명 특성을 향상시키고, 과전압을 감소시키기 위하여, 하나 이상의 이중결합을 포함하는 동시에 산소 원자 및 황 원자 중 어느 하나를 포함하는 헤테로 고리 화합물을 포함하는 제1 용매, 에테르계 화합물, 에스테르계 화합물, 아미드계 화합물 및 카보네이트계 화합물 중 어느 하나 이상을 포함하는 제2 용매, 리튬염, 질산리튬 및 N-옥사이드계 화합물을 포함함으로써, 상기 문제를 해결하여 리튬-황 전지의 성능을 향상시킬 수 있음을 확인하여 본 발명을 완성하였다. Accordingly, in the present invention, in order to improve the lifespan characteristics of the lithium-sulfur battery and reduce overvoltage, the first solvent includes a heterocyclic compound including one or more double bonds and at the same time containing any one of an oxygen atom and a sulfur atom. , an ether-based compound, an ester-based compound, an amide-based compound, and a second solvent including any one or more of a carbonate-based compound, lithium salt, lithium nitrate, and an N-oxide-based compound by including an N-oxide-based compound to solve the above problem The present invention was completed by confirming that the performance of the battery could be improved.

따라서, 본 발명의 목적은, 리튬-황 전지의 수명 특성을 향상시키고, 과전압을 감소시켜 에너지 밀도를 향상시킬 수 있는 리튬-황 전지용 전해액을 제공하는데 있다. 또한, 본 발명의 다른 목적은 상기 전해액을 구비하여 전지의 성능이 향상된 리튬-황 전지를 제공하는데 있다. Accordingly, an object of the present invention is to provide an electrolyte solution for a lithium-sulfur battery capable of improving the lifespan characteristics of a lithium-sulfur battery and improving energy density by reducing overvoltage. Another object of the present invention is to provide a lithium-sulfur battery with improved battery performance by providing the electrolyte.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 하나 이상의 이중결합을 포함하는 동시에 산소 원자 및 황 원자 중 어느 하나를 포함하는 헤테로 고리 화합물을 포함하는 제1 용매; 에테르계 화합물, 에스테르계 화합물, 아미드계 화합물 및 카보네이트계 화합물 중 어느 하나 이상을 포함하는 제2 용매; 리튬염; 질산리튬; 및 N-옥사이드계 화합물;을 포함하는 리튬-황 전지용 전해액을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention, a first solvent comprising a heterocyclic compound containing one or more double bonds and at the same time containing any one of an oxygen atom and a sulfur atom; a second solvent including at least one of an ether-based compound, an ester-based compound, an amide-based compound, and a carbonate-based compound; lithium salt; lithium nitrate; and an N-oxide-based compound; provides an electrolyte solution for a lithium-sulfur battery comprising.

또한, 본 발명은, 양극; 음극; 상기 양극과 음극의 사이에 개재되는 분리막; 및 상기 리튬-황 전지용 전해액;을 포함하는 리튬-황 전지를 제공한다.In addition, the present invention, the positive electrode; cathode; a separator interposed between the anode and the cathode; and an electrolyte solution for the lithium-sulfur battery.

본 발명에 따른 리튬-황 전지용 전해액 및 이를 포함하는 리튬-황 전지에 의하면, 리튬-황 전지의 전해액에 하나 이상의 이중결합을 포함하는 동시에 산소 원자 및 황 원자 중 어느 하나를 포함하는 헤테로 고리 화합물을 포함하는 제1 용매, 에테르계 화합물, 에스테르계 화합물, 아미드계 화합물 및 카보네이트계 화합물 중 어느 하나 이상을 포함하는 제2 용매, 리튬염, 질산리튬 및 N-옥사이드계 화합물을 포함함으로써, 리튬 폴리설파이드의 빠른 전환 반응을 유도하여 상기 전해액을 구비하는 리튬-황 전지의 수명 특성을 향상시키고, 과전압을 감소시켜 에너지 밀도를 향상시키는 효과를 나타낸다. According to the electrolyte solution for a lithium-sulfur battery according to the present invention and a lithium-sulfur battery comprising the same, a heterocyclic compound including at least one double bond and at the same time containing one of an oxygen atom and a sulfur atom in the electrolyte of a lithium-sulfur battery By including a first solvent, an ether-based compound, an ester-based compound, a second solvent including any one or more of an amide-based compound and a carbonate-based compound, lithium salt, lithium nitrate and an N-oxide-based compound, lithium polysulfide By inducing a fast conversion reaction of the lithium-sulfur battery having the electrolyte solution, the lifespan characteristics are improved, and the overvoltage is reduced, thereby improving the energy density.

도 1은 본 발명의 실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 2의 리튬-황 전지용 전해액을 적용한 리튬-황 전지의 수명 특성을 나타내는 그래프이다.
도 2는 본 발명의 실시예 1, 4 내지 7 및 비교예 1의 리튬-황 전지용 전해액을 적용한 리튬-황 전지의 수명 특성을 나타내는 그래프이다.
도 3은 본 발명의 실시예 1 내지 3 및 비교예 1의 리튬-황 전지용 전해액을 적용한 리튬-황 전지의 방전 용량을 나타내는 그래프이다.
1 is a graph showing the lifespan characteristics of lithium-sulfur batteries to which electrolytes for lithium-sulfur batteries of Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 and 2 of the present invention are applied.
2 is a graph showing the lifespan characteristics of lithium-sulfur batteries to which the electrolytes for lithium-sulfur batteries of Examples 1, 4 to 7 and Comparative Example 1 of the present invention are applied.
3 is a graph showing the discharge capacity of lithium-sulfur batteries to which the electrolytes for lithium-sulfur batteries of Examples 1 to 3 and Comparative Example 1 of the present invention are applied.

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

본 발명에 따라 제공되는 구체예는 하기의 설명에 의하여 모두 달성될 수 있다. 하기의 설명은 본 발명의 바람직한 구체예를 기술하는 것으로 이해되어야 하며, 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아님을 이해해야 한다.The embodiments provided according to the present invention can all be achieved by the following description. It is to be understood that the following description is to be understood as describing preferred embodiments of the present invention, and the present invention is not necessarily limited thereto.

본 발명은, A) 하나 이상의 이중결합을 포함하는 동시에 산소 원자 및 황 원자 중 어느 하나를 포함하는 헤테로 고리 화합물을 포함하는 제1 용매; B) 에테르계 화합물, 에스테르계 화합물, 아미드계 화합물 및 카보네이트계 화합물 중 어느 하나 이상을 포함하는 제2 용매; C) 리튬염; D) 질산리튬; 및 E) N-옥사이드계 화합물;을 포함하는 리튬-황 전지용 전해액을 제공한다. The present invention, A) a first solvent comprising a heterocyclic compound containing at least one double bond and at the same time containing any one of an oxygen atom and a sulfur atom; B) a second solvent comprising at least one of an ether-based compound, an ester-based compound, an amide-based compound, and a carbonate-based compound; C) lithium salts; D) lithium nitrate; and E) an N-oxide-based compound; provides an electrolyte solution for a lithium-sulfur battery comprising.

이하, 본 발명의 리튬-황 전지용 전해액에 포함되는 A) 제1 용매, B) 제2 용매, C) 리튬염, D) 질산리튬 및 E) N-옥사이드계 화합물 각각에 대해 구체적으로 설명한다.Hereinafter, each of A) the first solvent, B) the second solvent, C) lithium salt, D) lithium nitrate and E) N-oxide compound included in the lithium-sulfur battery electrolyte of the present invention will be described in detail.

A) A) 제1 용매first solvent

본 발명에 따른 리튬-황 전지용 전해액은 하나 이상의 이중결합을 포함하는 동시에 산소 원자 및 황 원자 중 어느 하나를 포함하는 헤테로 고리 화합물을 포함하는 제1 용매를 포함할 수 있다. The electrolyte solution for a lithium-sulfur battery according to the present invention may include a first solvent including a heterocyclic compound including at least one double bond and at the same time containing any one of an oxygen atom and a sulfur atom.

상기 제1 용매는, 하나 이상의 이중결합을 포함하는 동시에 산소 원자 및 황 원자 중 어느 하나를 포함하는 헤테로 고리 화합물을 포함할 수 있다. 상기 헤테로 고리 화합물은 헤테로 원자(산소 원자 또는 황 원자)의 고립 전자쌍(lone pair electrons)의 비편재화(delocalization)로 인하여 염(salt)을 용해시키기 어려운 특성을 갖는다. The first solvent may include a heterocyclic compound containing one or more double bonds and at the same time containing any one of an oxygen atom and a sulfur atom. The heterocyclic compound has a property that it is difficult to dissolve a salt due to delocalization of lone pair electrons of a hetero atom (oxygen atom or sulfur atom).

리튬계 금속을 음극으로 사용하는 리튬-황 전지에 있어서, 전지의 초기 방전 단계에서 상기 헤테로 고리 화합물의 고리 열림 중합반응(ring opening reaction)에 의해 리튬계 금속(음극)의 표면에 고분자 보호막(solid electrolyte interface, SEI층)을 형성할 수 있고, 이로 인하여, 리튬 덴드라이트의 생성을 억제시킬 수 있으며, 더 나아가 리튬계 금속 표면에서의 전해액 분해 및 그에 따른 부반응을 감소시킴으로써 리튬-황 전지의 수명 특성을 향상시킬 수 있다.In a lithium-sulfur battery using a lithium-based metal as a negative electrode, a polymer protective film (solid) on the surface of the lithium-based metal (cathode) by a ring opening reaction of the heterocyclic compound in the initial discharge stage of the battery electrolyte interface (SEI layer), thereby suppressing the formation of lithium dendrites, and furthermore, by reducing electrolyte decomposition and subsequent side reactions on the surface of lithium-based metals, the lifespan characteristics of lithium-sulfur batteries can improve

따라서, 본 발명의 헤테로 고리 화합물은, 리튬계 금속의 표면에 고분자 보호막을 형성하기 위하여, 하나 이상의 이중결합이 존재할 것이 필수적으로 요구된다. 또한, 본 발명의 헤테로 고리 화합물은 산소 또는 황을 포함하여 극성을 띄게 함으로써, 전해액의 다른 유기 용매와도 친화도를 높여 전해액의 성분으로서의 활용을 용이하게 하므로, 상기 헤테로 원자(산소 원자 또는 황 원자) 또한 반드시 포함하여야 한다.Therefore, in the heterocyclic compound of the present invention, in order to form a polymer protective film on the surface of the lithium-based metal, it is essential that at least one double bond is present. In addition, the heterocyclic compound of the present invention contains oxygen or sulfur to make it polar, thereby increasing affinity with other organic solvents of the electrolyte to facilitate utilization as a component of the electrolyte, so that the hetero atom (oxygen atom or sulfur atom ) must also be included.

상기 헤테로 고리 화합물은 3 내지 15원, 바람직하게는 3 내지 7원, 더욱 바람직하게는 5 내지 6원의 헤테로 고리 화합물일 수 있다. 또한, 이와 같은 상기 헤테로 고리 화합물은 탄소수 1 내지 4의 알킬기, 탄소수 3 내지 8의 고리형 알킬기, 탄소수 6 내지 10의 아릴기, 할로젠기, 니트로기(-NO2), 아민기(-NH2) 및 설포닐기(-SO2)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상으로 치환 또는 비치환된 헤테로 고리 화합물일 수 있다. 또한, 상기 헤테로 고리 화합물은 탄소수 3 내지 8의 고리형 알킬기 및 탄소수 6 내지 10의 아릴기 중 1종 이상과 헤테로 고리 화합물의 다중 고리 화합물일 수 있다.The heterocyclic compound may be a 3 to 15 membered, preferably 3 to 7 membered, more preferably 5 to 6 membered heterocyclic compound. In addition, such a heterocyclic compound is an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, a cyclic alkyl group having 3 to 8 carbon atoms, an aryl group having 6 to 10 carbon atoms, a halogen group, a nitro group (-NO 2 ), an amine group (-NH 2 ) and a sulfonyl group (-SO 2 ) It may be a heterocyclic compound substituted or unsubstituted with one or more selected from the group consisting of. In addition, the heterocyclic compound may be a multicyclic compound of a heterocyclic compound with at least one of a cyclic alkyl group having 3 to 8 carbon atoms and an aryl group having 6 to 10 carbon atoms.

상기 헤테로 고리 화합물이 탄소수 1 내지 4의 알킬기로 치환된 경우, 라디칼이 안정화되어 전해액간의 부반응을 억제시킬 수 있어 바람직하다. 또한, 할로젠기 또는 니트로기로 치환된 경우, 리튬계 금속 표면에 기능성 보호막을 형성할 수 있어 바람직하고, 이때, 상기 형성된 기능성 보호막은 압축(compact)된 형태의 보호막으로서 안정하며, 리튬계 금속의 균일한 증착(deposition)이 가능하도록 하고, 폴리설파이드와 리튬계 금속 간의 부반응을 억제시킬 수 있는 장점이 있다.When the heterocyclic compound is substituted with an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, it is preferable because the radicals are stabilized and side reactions between the electrolytes can be suppressed. In addition, when substituted with a halogen group or a nitro group, it is preferable to form a functional protective film on the surface of the lithium-based metal, in this case, the formed functional protective film is stable as a compact protective film, and There are advantages in that uniform deposition is possible and a side reaction between polysulfide and lithium-based metal can be suppressed.

상기 헤테로 고리 화합물의 구체적인 예로는, 퓨란(furan), 2-메틸퓨란(2-methylfuran), 3-메틸퓨란(3-methylfuran), 2-에틸퓨란(2-ethylfuran), 2-프로필퓨란(2-propylfuran), 2-뷰틸퓨란(2-butylfuran), 2,3-디메틸퓨란(2,3-dimethylfuran), 2,4-디메틸퓨란(2,4-dimethylfuran), 2,5-디메틸퓨란(2,5-dimethylfuran), 피란(pyran), 2-메틸피란(2-methylpyran), 3-메틸피란(3-methylpyran), 4-메틸피란(4-methylpyran), 벤조퓨란(benzofuran), 2-(2-니트로비닐)퓨란(2-(2-Nitrovinyl)furan), 싸이오펜(thiophene), 2-메틸싸이오펜(2-methylthiophene), 2-에틸싸이오펜(2-ethylthiphene), 2-프로필싸이오펜(2-propylthiophene), 2-뷰틸싸이오펜(2-butylthiophene), 2,3-디메틸싸이오펜(2,3-dimethylthiophene), 2,4-디메틸싸이오펜(2,4-dimethylthiophene) 및 2,5-디메틸싸이오펜(2,5-dimethylthiophene) 등을 들 수 있으며, 바람직하게는 2-메틸퓨란일 수 있다.Specific examples of the heterocyclic compound include furan (furan), 2-methylfuran (2-methylfuran), 3-methylfuran (3-methylfuran), 2-ethylfuran (2-ethylfuran), 2-propylfuran (2 -propylfuran), 2-butylfuran (2-butylfuran), 2,3-dimethylfuran (2,3-dimethylfuran), 2,4-dimethylfuran (2,4-dimethylfuran), 2,5-dimethylfuran (2 ,5-dimethylfuran), pyran, 2-methylpyran, 3-methylpyran, 4-methylpyran, benzofuran, 2-( 2-nitrovinyl)furan (2-(2-Nitrovinyl)furan), thiophene, 2-methylthiophene, 2-ethylthiophene (2-ethylthiphene), 2-propylthiophene (2-propylthiophene), 2-butylthiophene, 2,3-dimethylthiophene, 2,4-dimethylthiophene, and 2,5 -Dimethylthiophene (2,5-dimethylthiophene) and the like, and preferably 2-methylfuran.

이와 같은 헤테로 고리 화합물을 포함하는 제1 용매의 함량은, 본 발명의 리튬-황 전지용 전해액에 포함되는 유기용매(즉, 제1 용매 + 제2 용매) 전체 부피에 대하여 5부피% 내지 50부피%일 수 있고, 바람직하게는 10부피% 내지 40부피%일 수 있고, 보다 바람직하게는 15부피% 내지 30부피%일 수 있다(나머지는 상기 제2 용매에 해당함). 상기 제1 용매의 함량이 상기 범위 미만인 경우, 폴리설파이드의 용출량을 감소시키는 능력이 저하되어 전해액의 저항 증가를 억제할 수 없게 되거나, 리튬계 금속 표면에 보호막이 완벽하게 형성되지 않는 문제가 발생할 수 있다. 또한, 상기 제1 용매의 함량이 상기 범위를 초과하는 경우에는, 전해액 및 리튬계 금속의 표면 저항 증가로 인하여 전지의 용량 및 수명이 감소하는 문제가 발생할 우려가 있다. 따라서, 상기 제1 용매의 함량은 상기 범위를 만족하는 것이 바람직하다. The content of the first solvent including the heterocyclic compound is 5% to 50% by volume based on the total volume of the organic solvent (that is, the first solvent + the second solvent) included in the lithium-sulfur battery electrolyte of the present invention. may be, preferably 10 vol% to 40 vol%, and more preferably 15 vol% to 30 vol% (the remainder corresponds to the second solvent). When the content of the first solvent is less than the above range, the ability to reduce the elution amount of polysulfide is reduced, so that it is impossible to suppress the increase in the resistance of the electrolyte solution, or a problem that a protective film is not completely formed on the surface of the lithium-based metal may occur. have. In addition, when the content of the first solvent exceeds the above range, there is a risk that the capacity and lifespan of the battery may decrease due to an increase in the surface resistance of the electrolyte and the lithium-based metal. Accordingly, the content of the first solvent preferably satisfies the above range.

B) B) 제2 용매second solvent

본 발명에 따른 리튬-황 전지용 전해액은 에테르계 화합물, 에스테르계 화합물, 아미드계 화합물 및 카보네이트계 화합물 중 어느 하나 이상을 포함하는 제2 용매를 포함할 수 있다. The electrolyte solution for a lithium-sulfur battery according to the present invention may include a second solvent including any one or more of an ether-based compound, an ester-based compound, an amide-based compound, and a carbonate-based compound.

상기 제2 용매는, 에테르계 화합물, 에스테르계 화합물, 아미드계 화합물 및 카보네이트계 화합물 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다. 상기 제2 용매는 리튬 염을 용해하여 전해액이 리튬 이온 전도도를 갖게 할뿐만 아니라, 양극 활물질인 황을 용출시켜 리튬과 전기화학적 반응을 원활하게 진행할 수 있도록 하는 역할을 한다. 상기 카보네이트계 화합물의 경우 선형 카보네이트계 화합물 또는 환형 카보네이트계 화합물일 수 있다.The second solvent may include any one or more of an ether-based compound, an ester-based compound, an amide-based compound, and a carbonate-based compound. The second solvent not only dissolves the lithium salt so that the electrolyte has lithium ion conductivity, but also elutes sulfur, which is the positive electrode active material, to facilitate an electrochemical reaction with lithium. The carbonate-based compound may be a linear carbonate-based compound or a cyclic carbonate-based compound.

상기 에테르계 화합물의 구체적인 예로는, 디메틸 에테르, 디에틸 에테르, 디프로필에테르, 메틸에틸에테르, 메틸프로필에테르, 에틸프로필에테르, 디메톡시에탄, 디에톡시에탄, 메톡시에톡시에탄, 디에틸렌글리콜 디메틸에테르, 디에틸렌글리콜 디에틸에테르, 디에틸렌글리콜 메틸에틸에테르, 트리에틸렌글리콜 디메틸에테르, 트리에틸렌글리콜 디에틸에테르, 트리에틸렌글리콜 메틸에틸에테르, 테트라에틸렌글리콜 디메틸에테르, 테트라에틸렌글리콜 디에틸에테르, 테트라에틸렌글리콜 메틸에틸에테르, 폴리에틸렌글리콜 디메틸에테르, 폴리에틸렌글리콜 디에틸에테르 및 폴리에틸렌글리콜 메틸에틸에테르로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 예로 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 바람직하게는 디메톡시에탄일 수 있다.Specific examples of the ether-based compound include dimethyl ether, diethyl ether, dipropyl ether, methyl ethyl ether, methyl propyl ether, ethyl propyl ether, dimethoxyethane, diethoxyethane, methoxyethoxyethane, diethylene glycol dimethyl Ether, diethylene glycol diethyl ether, diethylene glycol methyl ethyl ether, triethylene glycol dimethyl ether, triethylene glycol diethyl ether, triethylene glycol methyl ethyl ether, tetraethylene glycol dimethyl ether, tetraethylene glycol diethyl ether, tetra At least one selected from the group consisting of ethylene glycol methyl ethyl ether, polyethylene glycol dimethyl ether, polyethylene glycol diethyl ether, and polyethylene glycol methyl ethyl ether may be exemplified, but not limited thereto, preferably dimethoxyethanyl can

또한, 상기 에스테르계 화합물로는 메틸 아세테이트, 에틸 아세테이트, 프로필 아세테이트, 메틸 프로피오네이트, 에틸 프로피오네이트, 프로필 프로피오네이트, γ-부티로락톤, γ-발레로락톤, γ-카프로락톤, σ-발레로락톤 및 ε-카프로락톤으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 예로 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 상기 아미드계 화합물은 당업계에서 사용 중인 통상의 아미드계 화합물일 수 있다.In addition, as the ester-based compound, methyl acetate, ethyl acetate, propyl acetate, methyl propionate, ethyl propionate, propyl propionate, γ-butyrolactone, γ-valerolactone, γ-caprolactone, σ - At least one member selected from the group consisting of -valerolactone and ε-caprolactone may be exemplified, but the present invention is not limited thereto. In addition, the amide-based compound may be a conventional amide-based compound used in the art.

또한, 상기 선형 카보네이트계 화합물로는 디메틸 카보네이트(dimethyl carbonate, DMC), 디에틸 카보네이트(diethyl carbonate, DEC), 디프로필 카보네이트(dipropyl carbonate, DPC), 에틸메틸 카보네이트(ethylmethyl carbonate, EMC), 메틸프로필 카보네이트(methylpropyl carbonate, MPC) 및 에틸프로필 카보네이트(ethylpropyl carbonate, EPC)로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 예로 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.In addition, as the linear carbonate-based compound, dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), dipropyl carbonate (DPC), ethylmethyl carbonate (EMC), methylpropyl At least one selected from the group consisting of carbonate (methylpropyl carbonate, MPC) and ethylpropyl carbonate (EPC) may be exemplified, but the present invention is not limited thereto.

또한, 상기 환형 카보네이트계 화합물로는 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 할로젠화물(플루오로에틸렌 카보네이트(fluoroethylene carbonate, FEC) 등)로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 예로 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.In addition, as the cyclic carbonate-based compound, 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 at least one selected from the group consisting of halides thereof (fluoroethylene carbonate (FEC), etc.), The present invention is not limited thereto.

한편, 상기 제2 용매가 적정량 미만으로 포함되면, 리튬염을 충분히 용해시키지 못해서 리튬 이온 전도도가 저하되는 문제 및 활물질인 황이 용해될 수 있는 농도를 초과하여 석출되는 문제가 발생할 우려가 있고, 과량으로 포함되는 경우에는, 양극 활물질인 황이 과다하게 용출되어 리튬 폴리설파이드와 리튬 음극의 셔틀 현상이 심해지고 수명이 감소하는 문제가 발생할 수 있다.On the other hand, when the second solvent is included in an amount less than an appropriate amount, there is a risk that the lithium salt cannot be sufficiently dissolved, so that the lithium ion conductivity is lowered and the active material sulfur is precipitated in excess of the soluble concentration. When included, sulfur, which is a positive electrode active material, is excessively eluted, which may cause a problem in that the shuttle phenomenon between lithium polysulfide and the lithium negative electrode is severe and the lifespan is reduced.

한편, 상기 제1 용매 및 제2 용매를 포함하는 유기용매는, 본 발명의 리튬-황 전지용 전해액 총 중량에 대해 70 내지 97 중량%, 바람직하게는 75 내지 95 중량%, 더욱 바람직하게는 80 내지 95 중량%로 포함될 수 있다. 만약, 상기 유기용매가 리튬-황 전지용 전해액 총 중량에 대해 70 중량% 미만으로 포함되면, 전해액 점도가 높아지고, 이온전도도가 감소하는 문제, 또는 리튬염이나 첨가제가 전해액에 완전히 용해되지 않는 문제가 발생할 수 있고, 97 중량%를 초과하는 함량으로 포함되는 경우에는, 전해액 내의 리튬염 농도가 낮아져 이온전도도가 감소하는 문제가 발생할 수 있으므로, 상기 제1 용매 및 제2 용매의 함량은 상기 범위를 만족하는 것이 바람직하다. On the other hand, the organic solvent comprising the first solvent and the second solvent is 70 to 97 wt%, preferably 75 to 95 wt%, more preferably 80 to 97 wt%, based on the total weight of the lithium-sulfur battery electrolyte of the present invention It may be included in 95% by weight. If the organic solvent is included in an amount of less than 70% by weight based on the total weight of the lithium-sulfur battery electrolyte, the electrolyte viscosity increases, the ionic conductivity decreases, or the lithium salt or additive is not completely dissolved in the electrolyte. And, when it is included in an amount exceeding 97 wt%, the lithium salt concentration in the electrolyte is lowered and there may be a problem in that the ionic conductivity is reduced, so that the content of the first solvent and the second solvent satisfies the above range. it is preferable

또한, 상기 제1 용매와 상기 제2 용매의 부피비는 1:0.5 내지 1:6일 수 있고, 바람직하게는 1:2.5 내지 1:5.5일 수 있으며, 보다 바람직하게는 1:4 내지 1:5.5일 수 있다. 상기 제1 용매와 상기 제2 용매의 부피비가 상기 범위 미만인 경우, 리튬염을 충분히 용해시키지 못해서 리튬 이온 전도도가 저하되는 문제 및 활물질인 황이 용해될 수 있는 농도를 초과하여 석출되는 문제가 발생할 우려가 있고, 상기 제1 용매와 상기 제2 용매의 부피비가 상기 범위를 초과하는 경우에는, 양극 활물질인 황이 과다하게 용출되어 리튬 폴리설파이드와 리튬 음극의 셔틀 현상이 심해지고 수명이 감소하는 문제가 발생할 수 있으므로, 상기 제1 용매와 상기 제2 용매의 부피비는 상기 범위를 만족하는 것이 바람직하다.In addition, the volume ratio of the first solvent and the second solvent may be 1:0.5 to 1:6, preferably 1:2.5 to 1:5.5, more preferably 1:4 to 1:5.5 can be When the volume ratio of the first solvent and the second solvent is less than the above range, there is a risk that the lithium salt cannot be sufficiently dissolved, so that the lithium ion conductivity is lowered and the active material, sulfur, is precipitated in excess of the soluble concentration. And, when the volume ratio of the first solvent and the second solvent exceeds the above range, sulfur, which is a positive electrode active material, is excessively eluted, resulting in severe shuttle phenomenon between lithium polysulfide and lithium negative electrode and a decrease in lifespan. Therefore, the volume ratio of the first solvent and the second solvent preferably satisfies the above range.

C) C) 리튬염lithium salt

본 발명에 따른 리튬-황 전지용 전해액은 이온 전도성을 증가시키기 위하여 사용되는 전해질염으로서 리튬염을 포함할 수 있다.The electrolyte for a lithium-sulfur battery according to the present invention may include a lithium salt as an electrolyte salt used to increase ion conductivity.

상기 리튬염의 예로는 LiCl, LiBr, LiI, LiClO4, LiBF4, LiB10Cl10, LiPF6, LiCF3SO3, LiCF3CO2, LiC4BO8, LiAsF6, LiSbF6, LiAlCl4, CH3SO3Li, CF3SO3Li, (C2F5SO2)2NLi, (SO2F)2NLi, (CF3SO2)3CLi, 클로로보란 리튬, 탄소수 4 이하의 저급 지방족 카르본산 리튬, 4-페닐 붕산 리튬 및 리튬 이미드로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 예로 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 바람직하게는 LiFSI((SO2F)2NLi)를 필수 성분으로 포함할 수 있다. Examples of the lithium salt include LiCl, LiBr, LiI, LiClO 4 , LiBF 4 , LiB 10 Cl 10 , LiPF 6 , LiCF 3 SO 3 , LiCF 3 CO 2 , LiC 4 BO 8 , LiAsF 6 , LiSbF 6 , LiAlCl 4 , CH 3 SO 3 Li, CF 3 SO 3 Li, (C 2 F 5 SO 2 ) 2 NLi, (SO 2 F) 2 NLi, (CF 3 SO 2 ) 3 CLi, chloroborane lithium, lower aliphatic car with 4 or less carbon atoms At least one selected from the group consisting of lithium main acid, 4-phenyl lithium borate, and lithium imide may be mentioned, but is not limited thereto, and preferably LiFSI ((SO 2 F) 2 NLi) is included as an essential component. can do.

상기 리튬염의 농도는 이온 전도도 등을 고려하여 결정될 수 있으며, 예를 들어 0.2M 내지 2 M, 바람직하게는 0.5M 내지 1 M일 수 있다. 상기 리튬염의 농도가 상기 범위 미만인 경우, 전지 구동에 적합한 이온 전도도의 확보가 어려울 수 있고, 상기 범위를 초과하는 경우에는, 전해액의 점도가 증가하여 리튬 이온의 이동성이 저하되거나, 리튬염 자체의 분해 반응이 증가하여 전지의 성능이 저하될 수 있으므로, 상기 리튬염의 농도는 상기 범위를 만족하는 것이 바람직하다. The concentration of the lithium salt may be determined in consideration of ionic conductivity and the like, and may be, for example, 0.2M to 2M, preferably 0.5M to 1M. When the concentration of the lithium salt is less than the above range, it may be difficult to secure ionic conductivity suitable for driving a battery. Since the reaction may increase and the performance of the battery may be deteriorated, the concentration of the lithium salt preferably satisfies the above range.

D) D) 질산리튬lithium nitrate

또한, 본 발명에 따른 리튬-황 전지용 전해액은 질산리튬(LiNO3)을 포함할 수 있다. 다만, 필요에 따라 질산란타늄(La(NO3)3), 질산칼륨(KNO3), 질산세슘(CsNO3), 질산마그네슘(MgNO3), 질산바륨(BaNO3), 아질산리튬(LiNO2), 아질산칼륨(KNO2) 및 아질산세슘(CsNO2)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 더 포함할 수 있다.In addition, the electrolyte for a lithium-sulfur battery according to the present invention may include lithium nitrate (LiNO 3 ). However, if necessary, lanthanum nitrate (La(NO 3 ) 3 ), potassium nitrate (KNO 3 ), cesium nitrate (CsNO 3 ), magnesium nitrate (MgNO 3 ), barium nitrate (BaNO 3 ), lithium nitrite (LiNO 2 ) , potassium nitrite (KNO 2 ) and cesium nitrite (CsNO 2 ) It may further include one or more selected from the group consisting of.

상기 질산리튬은 리튬-황 전지용 전해액의 총 중량에 대하여 1 내지 7 중량%, 바람직하게는 2 내지 6 중량%, 더욱 바람직하게는 3 내지 5 중량%의 함량으로 포함될 수 있다. 상기 질산리튬의 함량이 리튬-황 전지용 전해액의 총 중량에 대해 1 중량% 미만인 경우, 쿨롱 효율이 급격히 낮아질 수 있고, 7 중량%를 초과하는 경우에는 전해액의 점도가 높아져서 구동이 어려울 수 있다. 따라서, 상기 질산리튬의 함량은 상기 범위를 만족하는 것이 바람직하다. The lithium nitrate may be included in an amount of 1 to 7 wt%, preferably 2 to 6 wt%, more preferably 3 to 5 wt%, based on the total weight of the lithium-sulfur battery electrolyte. When the content of lithium nitrate is less than 1 wt % based on the total weight of the electrolyte for a lithium-sulfur battery, the coulombic efficiency may be sharply lowered, and if it exceeds 7 wt %, the viscosity of the electrolyte may increase and driving may be difficult. Accordingly, the content of the lithium nitrate preferably satisfies the above range.

E) N-옥사이드계 화합물E) N-oxide compound

본 발명에 따른 리튬-황 전지용 전해액은 N-옥사이드계 화합물을 첨가제로서 포함할 수 있다. 이로 인하여, 리튬-황 전지 중 리튬 폴리설파이드의 빠른 전환 반응을 유도하여 리튬-황 전지의 수명 특성을 향상시키고, 방전 과전압을 감소시켜 리튬-황 전지의 에너지 밀도를 향상시킬 수 있다. The electrolyte for a lithium-sulfur battery according to the present invention may include an N-oxide-based compound as an additive. For this reason, it is possible to induce a rapid conversion reaction of lithium polysulfide in the lithium-sulfur battery to improve the lifespan characteristics of the lithium-sulfur battery, and to reduce the discharge overvoltage, thereby improving the energy density of the lithium-sulfur battery.

상기 N-옥사이드계 화합물은 질소를 포함하는 5원 내지 6원의 헤테로 고리를 포함할 수 있다. 바람직하게는, 상기 N-옥사이드계 화합물은 질소를 포함하는 5원 내지 6원의 헤테로 고리를 포함하고, 상기 헤테로 고리가 하나 이상의 C1 내지 C4의 알킬기로 치환된 것일 수 있다. 보다 바람직하게는, 상기 고리형 N-옥사이드계 화합물은 질소 원자에 대하여 모든 알파 위치에 C1 내지 C4의 알킬기가 치환된 것일 수 있다. The N-oxide-based compound may include a 5- to 6-membered hetero ring containing nitrogen. Preferably, the N-oxide-based compound may include a nitrogen-containing 5- to 6-membered hetero ring, wherein the hetero ring is substituted with one or more C1 to C4 alkyl groups. More preferably, the cyclic N-oxide compound may be one in which a C1 to C4 alkyl group is substituted at all alpha positions with respect to a nitrogen atom.

상기 N-옥사이드계 화합물은 2,2,6,6-테트라알킬-1-피페리디닐 N-옥사이드 또는 2,2,5,5-테트라알킬-1-피롤리디닐 N-옥사이드일 수 있다. The N-oxide-based compound may be 2,2,6,6-tetraalkyl-1-piperidinyl N-oxide or 2,2,5,5-tetraalkyl-1-pyrrolidinyl N-oxide.

상기 N-옥사이드계 화합물의 함량은 리튬-황 전지용 전해액의 총 중량에 대하여 0.01중량% 내지 3.0중량%일 수 있고, 바람직하게는 0.05중량% 내지 2.0중량%일 수 있고, 보다 바람직하게는 0.1중량% 내지 1.0중량%일 수 있다. 상기 N-옥사이드계 화합물의 함량이 상기 범위 미만인 경우, 리튬계 금속 표면에 보호막을 충분히 형성할 수 없는 문제가 발생할 수 있고, 상기 보레이트계 리튬염의 함량이 상기 범위를 초과하는 경우, 리튬계 금속의 표면 저항 증가로 인하여 전지의 용량 및 수명이 감소하는 문제가 발생할 수 있으므로, 상기 보레이트계 리튬염의 함량은 상기 범위를 만족하는 것이 바람직하다.The content of the N-oxide compound may be 0.01 wt% to 3.0 wt%, preferably 0.05 wt% to 2.0 wt%, more preferably 0.1 wt%, based on the total weight of the lithium-sulfur battery electrolyte. % to 1.0% by weight. When the content of the N-oxide-based compound is less than the above range, there may be a problem that a protective film cannot be sufficiently formed on the surface of the lithium-based metal, and when the content of the borate-based lithium salt exceeds the above range, the lithium-based metal Since a problem of reducing the capacity and lifespan of a battery may occur due to an increase in surface resistance, the content of the borate-based lithium salt preferably satisfies the above range.

또한, 상기 N-옥사이드계 화합물과 상기 질산리튬의 중량비는 1:1 내지 1:30일 수 있고, 바람직하게는 1:3 내지 1:30일 수 있다. 상기 상기 N-옥사이드계 화합물과 상기 질산리튬의 중량비가 상기 범위 미만인 경우, 쿨롱 효율이 급격히 낮아질 수 있고, 상기 N-옥사이드계 화합물과 상기 질산리튬의 중량비가 상기 범위를 초과하는 경우에는 리튬계 금속 표면에 보호막을 충분히 형성할 수 없는 문제가 발생할 수 있으므로, 상기 N-옥사이드계 화합물과 상기 질산리튬의 중량비는 상기 범위를 만족하는 것이 바람직하다. In addition, the weight ratio of the N-oxide-based compound to the lithium nitrate may be 1:1 to 1:30, preferably 1:3 to 1:30. When the weight ratio of the N-oxide-based compound and the lithium nitrate is less than the above range, the coulombic efficiency may be sharply lowered, and when the weight ratio of the N-oxide-based compound and the lithium nitrate exceeds the above range, lithium-based metal Since a problem that a protective film cannot be sufficiently formed on the surface may occur, the weight ratio of the N-oxide-based compound to the lithium nitrate preferably satisfies the above range.

한편, 상기 N-옥사이드계 화합물과 상기 질산리튬의 총 함량은 리튬-황 전지용 전해액의 총 중량에 대하여 2중량% 내지 5중량%일 수 있고, 바람직하게는 3중량% 내지 5중량%일 수 있으며, 보다 바람직하게는 3중량% 내지 4중량%일 수 있다. 상기 N-옥사이드계 화합물과 상기 질산리튬의 총 함량이 상기 범위 미만인 경우, 리튬계 금속 표면에 보호막을 충분히 형성할 수 없고, 전지의 쿨롱 효율이 급격히 낮아지는 문제가 발생할 수 있으며, 상기 N-옥사이드계 화합물과 상기 질산리튬의 총 함량이 상기 범위를 초과하는 경우에는 전해핵의 점도가 높아져 구동에 어려움이 있을 수 있다. 따라서, 상기 N-옥사이드계 화합물과 상기 질산리튬의 총 함량은 상기 범위를 만족하는 것이 바람직하다. On the other hand, the total content of the N-oxide compound and the lithium nitrate may be 2 wt% to 5 wt%, preferably 3 wt% to 5 wt%, based on the total weight of the lithium-sulfur battery electrolyte. , more preferably 3% to 4% by weight. When the total content of the N-oxide-based compound and the lithium nitrate is less than the above range, a protective film may not be sufficiently formed on the surface of the lithium-based metal, and a problem may occur that the Coulombic efficiency of the battery is rapidly lowered, and the N-oxide When the total content of the based compound and the lithium nitrate exceeds the above range, the viscosity of the electrolytic core may increase, thereby making it difficult to drive. Accordingly, the total content of the N-oxide-based compound and the lithium nitrate preferably satisfies the above range.

다음으로, 본 발명에 따른 리튬-황 전지에 대하여 설명한다. 상기 리튬-황 전지는, 양극, 음극, 상기 양극과 음극의 사이에 개재되는 분리막 및 상기 리튬-황 전지용 전해액을 포함한다. Next, a lithium-sulfur battery according to the present invention will be described. The lithium-sulfur battery includes a positive electrode, a negative electrode, a separator interposed between the positive electrode and the negative electrode, and an electrolyte solution for the lithium-sulfur battery.

상기 리튬-황 전지용 전해액은, 이상에서 설명한 바와 같이 A) 제1 용매, B) 제2 용매, C) 리튬염 및 D) 질산리튬 및 E) N-옥사이드계 화합물을 포함하는 것으로서, 구체적인 내용은 전술한 바를 준용한다. 또한, 상기 리튬-황 전지는 당업계에서 통용되는 모든 리튬-황 전지일 수 있으며, 그 중 리튬-황 전지가 가장 바람직할 수 있다.As described above, the electrolyte solution for a lithium-sulfur battery includes A) a first solvent, B) a second solvent, C) a lithium salt, and D) lithium nitrate and E) an N-oxide-based compound. The foregoing shall apply mutatis mutandis. In addition, the lithium-sulfur battery may be any lithium-sulfur battery commonly used in the art, and among them, a lithium-sulfur battery may be the most preferable.

이하, 본 발명에 따른 리튬-황 전지에 있어서, 양극, 음극 및 분리막에 대하여 보다 구체적인 설명을 하도록 한다.Hereinafter, in the lithium-sulfur battery according to the present invention, the positive electrode, the negative electrode, and the separator will be described in more detail.

전술한 바와 같이, 본 발명의 리튬-황 전지에 포함되는 양극은, 양극 활물질, 바인더 및 도전재 등을 포함한다. 상기 양극 활물질로는 통상적인 리튬-황 전지에 적용되는 것일 수 있고, 예를 들어, 황 원소(Elemental sulfur, S8), 황 계열 화합물 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있으며, 상기 황 계열 화합물은 구체적으로, Li2Sn(n≥1), 유기황 화합물 또는 탄소-황 복합체((C2Sx)n: x=2.5 ~ 50, n≥2) 등일 수 있다. 또한, 상기 양극 활물질은 황-탄소 복합체를 포함할 수 있으며, 황 물질은 단독으로는 전기 전도성이 없기 때문에 도전재와 복합하여 사용할 수 있다. 상기 황-탄소 복합체를 구성하는 탄소재(또는, 탄소원)는 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, 퍼네스 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; 및 활성탄소로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있으나 이에 제한되지 않으며, 그 형태는 구형, 봉형, 침상형, 판상형, 튜브형 또는 벌크형으로 리튬-황 전지에 적용 가능한 것이라면 특별한 제한이 없다.As described above, the positive electrode included in the lithium-sulfur battery of the present invention includes a positive electrode active material, a binder, a conductive material, and the like. The positive active material may be one applied to a conventional lithium-sulfur battery, and may include, for example, elemental sulfur (S 8 ), a sulfur-based compound, or a mixture thereof, wherein the sulfur-based compound is Specifically, it may be Li 2 S n (n≥1), an organic sulfur compound, or a carbon-sulfur complex ((C 2 S x ) n : x=2.5 to 50, n≥2). In addition, the positive active material may include a sulfur-carbon composite, and since the sulfur material alone does not have electrical conductivity, it may be used in combination with a conductive material. The carbon material (or carbon source) constituting the sulfur-carbon composite may have a porous structure or a high specific surface area, and any one commonly used in the art may be used. For example, the porous carbon material may include graphite; graphene; carbon black such as denka black, acetylene black, ketjen black, channel black, furnace black, lamp black, and summer black; carbon nanotubes (CNTs) 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); And it may be one or more selected from the group consisting of activated carbon, but is not limited thereto, and the shape is spherical, rod-shaped, needle-shaped, plate-shaped, tube-shaped or bulk-shaped, so long as it is applicable to a lithium-sulfur battery, there is no particular limitation.

또한, 상기 탄소재에는 기공이 형성되어 있으며, 상기 기공의 공극률은 40 내지 90 %, 바람직하게는 60 내지 80 %로서, 상기 기공의 공극률이 40 % 미만이면 리튬 이온 전달이 정상적으로 이루어지지 않아 저항성분으로 작용하여 문제가 발생할 수 있고, 90 %를 초과하는 경우에는 기계적 강도가 저하되는 문제가 발생할 수 있다. 또한, 상기 탄소재의 기공 크기는 10 ㎚ 내지 5 ㎛, 바람직하게는 50 ㎚ 내지 5 ㎛로서, 상기 기공의 크기가 10 ㎚ 미만이면 리튬 이온 투과가 불가능한 문제가 발생할 수 있고, 5 ㎛를 초과하는 경우에는 전극 간 접촉에 의한 전지 단락 및 안전성 문제가 발생할 수 있다.In addition, pores are formed in the carbon material, and the porosity of the pores is 40 to 90%, preferably 60 to 80%, and when the porosity of the pores is less than 40%, lithium ion transfer is not performed normally It may cause a problem by acting as a In addition, the pore size of the carbon material is 10 nm to 5 μm, preferably 50 nm to 5 μm. In this case, a battery short circuit and safety problems may occur due to contact between electrodes.

상기 바인더는 양극 활물질과 도전재 등의 결합 및 집전체에 대한 결합에 조력하는 성분으로서, 예컨대, 폴리비닐리덴플루오라이드(PVdF), 폴리비닐리덴플루오라이드-폴리헥사플루오로프로필렌 공중합체(PVdF/HFP), 폴리비닐아세테이트, 폴리비닐알코올, 폴리비닐에테르, 폴리에틸렌, 폴리에틸렌옥사이드, 알킬화 폴리에틸렌옥사이드, 폴리프로필렌, 폴리메틸(메트)아크릴레이트, 폴리에틸(메트)아크릴레이트, 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 폴리비닐클로라이드, 폴리아크릴로니트릴, 폴리비닐피리딘, 폴리비닐피롤리돈, 스티렌-부타디엔 고무, 아크릴로니트릴-부타디엔 고무, 에틸렌-프로필렌-디엔 모노머(EPDM) 고무, 술폰화 EPDM 고무, 스틸렌-부틸렌 고무, 불소 고무, 카르복시메틸셀룰로우즈(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로우즈, 재생 셀룰로우즈, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 사용할 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.The binder is a component that assists in bonding between the positive electrode active material and the conductive material and bonding to the current collector, for example, polyvinylidene fluoride (PVdF), polyvinylidene fluoride-polyhexafluoropropylene copolymer (PVdF / HFP), polyvinyl acetate, polyvinyl alcohol, polyvinyl ether, polyethylene, polyethylene oxide, alkylated polyethylene oxide, polypropylene, polymethyl (meth) acrylate, polyethyl (meth) acrylate, polytetrafluoroethylene (PTFE) ), polyvinyl chloride, polyacrylonitrile, polyvinylpyridine, polyvinylpyrrolidone, styrene-butadiene rubber, acrylonitrile-butadiene rubber, ethylene-propylene-diene monomer (EPDM) rubber, sulfonated EPDM rubber, styrene - At least one selected from the group consisting of butylene rubber, fluororubber, carboxymethyl cellulose (CMC), starch, hydroxypropyl cellulose, regenerated cellulose, and mixtures thereof may be used, but must be The present invention is not limited thereto.

상기 바인더는 통상적으로 양극 총 중량 100 중량부를 기준으로 1 내지 50 중량부, 바람직하게는 3 내지 15 중량부 첨가된다. 상기 바인더의 함량이 1 중량부 미만이면 양극 활물질과 집전체와의 접착력이 불충분해질 수 있고, 50 중량부를 초과하면 접착력은 향상되지만 그만큼 양극 활물질의 함량이 감소하여 전지 용량이 낮아질 수 있다.The binder is typically added in an amount of 1 to 50 parts by weight, preferably 3 to 15 parts by weight, based on 100 parts by weight of the total weight of the positive electrode. If the content of the binder is less than 1 part by weight, the adhesive force between the positive electrode active material and the current collector may be insufficient, and if it exceeds 50 parts by weight, the adhesive strength may be improved, but the content of the positive electrode active material may decrease by that amount, thereby lowering the battery capacity.

상기 양극에 포함되는 도전재는 리튬-황 전지의 내부 환경에서 부반응을 유발하지 않고 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 우수한 전기전도성을 가지는 것이라면 특별히 제한되지 않으며, 대표적으로는 흑연 또는 도전성 탄소를 사용할 수 있으며, 예컨대, 천연 흑연, 인조 흑연 등의 흑연; 카본 블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 뎅카 블랙, 써멀 블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 서머 블랙 등의 카본블랙; 결정구조가 그라펜이나 그라파이트인 탄소계 물질; 탄소 섬유, 금속 섬유 등의 도전성 섬유; 불화 카본; 알루미늄 분말, 니켈 분말 등의 금속 분말; 산화 아연, 티탄산 칼륨 등의 도전성 위스키; 산화 티탄 등의 도전성 산화물; 및 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 고분자;를 단독으로 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.The conductive material included in the positive electrode is not particularly limited as long as it does not cause side reactions in the internal environment of the lithium-sulfur battery and has excellent electrical conductivity without causing chemical changes in the battery. Typically, graphite or conductive carbon may be used. It can be, for example, natural graphite, graphite such as artificial graphite; carbon black, such as carbon black, acetylene black, ketjen black, denka black, thermal black, channel black, furnace black, lamp black, and summer black; a carbon-based material having a crystal structure of graphene or graphite; conductive fibers such as carbon fibers and metal fibers; carbon fluoride; metal powders such as aluminum powder and nickel powder; Conductive whiskey, such as zinc oxide and potassium titanate; conductive oxides such as titanium oxide; and conductive polymers such as polyphenylene derivatives; may be used alone or in mixture of two or more, but is not necessarily limited thereto.

상기 도전재는 통상적으로 양극 전체 중량 100 중량부를 기준으로 0.5 내지 50 중량부, 바람직하게는 1 내지 30 중량부로 첨가된다. 도전재의 함량이 0.5 중량부 미만으로 너무 적으면 전기전도성 향상 효과를 기대하기 어렵거나 전지의 전기화학적 특성이 저하될 수 있으며, 도전재의 함량이 50 중량부를 초과하여 너무 많으면 상대적으로 양극 활물질의 양이 적어져 용량 및 에너지 밀도가 저하될 수 있다. 양극에 도전재를 포함시키는 방법은 크게 제한되지 않으며, 양극 활물질에의 코팅 등 당분야에 공지된 통상적인 방법을 사용할 수 있다. 또한, 필요에 따라, 양극 활물질에 도전성의 제2 피복층이 부가됨으로 인해 상기와 같은 도전재의 첨가를 대신할 수도 있다.The conductive material is typically added in an amount of 0.5 to 50 parts by weight, preferably 1 to 30 parts by weight, based on 100 parts by weight of the total weight of the positive electrode. If the content of the conductive material is too small, less than 0.5 parts by weight, it is difficult to expect the effect of improving the electrical conductivity or the electrochemical properties of the battery may be deteriorated. less, and thus capacity and energy density may be lowered. A method of including the conductive material in the positive electrode is not particularly limited, and a conventional method known in the art, such as coating on the positive electrode active material, may be used. In addition, if necessary, since the second conductive coating layer is added to the positive electrode active material, the addition of the conductive material as described above may be substituted.

또한, 본 발명의 양극에는 그 팽창을 억제하는 성분으로서 충진제가 선택적으로 첨가될 수 있다. 이러한 충진제는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 전극의 팽창을 억제할 수 있는 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예컨대, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 올리핀계 중합체; 유리섬유, 탄소 섬유 등의 섬유상 물질; 등을 사용할 수 있다.In addition, a filler may be selectively added to the positive electrode of the present invention as a component for suppressing its expansion. Such a filler is not particularly limited as long as it can suppress the expansion of the electrode without causing a chemical change in the battery, and for example, an olipine-based polymer such as polyethylene or polypropylene; fibrous materials such as glass fiber and carbon fiber; etc. can be used.

상기 양극은 양극 활물질, 바인더 및 도전재 등을 분산매(용매)에 분산, 혼합시켜 슬러리를 만들고, 이를 양극 집전체 상에 도포한 후 건조 및 압연함으로써 제조될 수 있다. 상기 분산매로는 NMP(N-methyl-2-pyrrolidone), DMF(Dimethyl formamide), DMSO(Dimethyl sulfoxide), 에탄올, 이소프로판올, 물 및 이들의 혼합물을 사용할 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.The positive electrode may be manufactured by dispersing and mixing a positive electrode active material, a binder, and a conductive material in a dispersion medium (solvent) to make a slurry, coating it on a positive electrode current collector, and drying and rolling. As the dispersion medium, N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), dimethyl formamide (DMF), dimethyl sulfoxide (DMSO), ethanol, isopropanol, water, and mixtures thereof may be used, but is not limited thereto.

상기 양극 집전체로는 백금(Pt), 금(Au), 팔라듐(Pd), 이리듐(Ir), 은(Ag), 루테늄(Ru), 니켈(Ni), 스테인리스스틸(STS), 알루미늄(Al), 몰리브데늄(Mo), 크롬(Cr), 카본(C), 티타늄(Ti), 텅스텐(W), ITO(In doped SnO2), FTO(F doped SnO2), 및 이들의 합금과, 알루미늄(Al) 또는 스테인리스스틸의 표면에 카본(C), 니켈(Ni), 티타늄(Ti) 또는 은(Ag)을 표면 처리한 것 등을 사용할 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 양극 집전체의 형태는 호일, 필름, 시트, 펀칭된 것, 다공질체, 발포체 등의 형태일 수 있다.As the positive electrode current collector, platinum (Pt), gold (Au), palladium (Pd), iridium (Ir), silver (Ag), ruthenium (Ru), nickel (Ni), stainless steel (STS), aluminum (Al) ), molybdenum (Mo), chromium (Cr), carbon (C), titanium (Ti), tungsten (W), ITO (In doped SnO 2 ), FTO (F doped SnO 2 ), and alloys thereof , aluminum (Al) or stainless steel surface treated with carbon (C), nickel (Ni), titanium (Ti) or silver (Ag) may be used, but the present invention is not limited thereto. The shape of the positive electrode current collector may be in the form of a foil, a film, a sheet, a punched body, a porous body, a foam, and the like.

상기 음극은 리튬계 금속이며, 리튬계 금속의 일 측에 집전체를 더욱 포함할 수 있다. 상기 집전체는 음극 집전체가 사용될 수 있다. 상기 음극 집전체는 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 높은 도전성을 가지는 것이라면 특히 제한하지 않으며, 구리, 알루미늄, 스테인리스 스틸, 아연, 티타늄, 은, 팔라듐, 니켈, 철, 크롬, 이들의 합금 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다. 상기 스테인리스 스틸은 카본, 니켈, 티탄 또는 은으로 표면 처리될 수 있으며, 상기 합금으로는 알루미늄-카드뮴 합금을 사용할 수 있고, 그 외에도 소성 탄소, 도전재로 표면 처리된 비전도성 고분자 또는 전도성 고분자 등을 사용할 수도 있다. 일반적으로 음극 집전체로는 구리 박판을 적용한다.The negative electrode is a lithium-based metal, and may further include a current collector at one side of the lithium-based metal. The current collector may be a negative electrode current collector. The anode current collector is not particularly limited as long as it has high conductivity without causing a chemical change in the battery, and copper, aluminum, stainless steel, zinc, titanium, silver, palladium, nickel, iron, chromium, alloys thereof and these It can be selected from the group consisting of a combination of. The stainless steel may be surface-treated with carbon, nickel, titanium or silver, and an aluminum-cadmium alloy may be used as the alloy. can also be used. In general, a thin copper plate is applied as a negative electrode current collector.

또한, 그 형태는 표면에 미세한 요철이 형성된/미형성된 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태가 사용될 수 있다. 또한, 상기 음극 집전체는 3 내지 500 ㎛의 두께 범위인 것을 적용한다. 상기 음극 집전체의 두께가 3 ㎛ 미만이면 집전 효과가 떨어지며, 반면 두께가 500 ㎛를 초과하면 셀을 폴딩(folding)하여 조립하는 경우 가공성이 저하되는 문제점이 있다.In addition, various forms such as a film, a sheet, a foil, a net, a porous body, a foam body, a nonwoven body, etc. in which fine irregularities are formed/unformed on the surface may be used. In addition, the negative current collector is applied to have a thickness in the range of 3 to 500 ㎛. When the thickness of the negative electrode current collector is less than 3 μm, the current collecting effect is deteriorated, whereas when the thickness exceeds 500 μm, workability is deteriorated when assembling the cell by folding.

상기 리튬계 금속은 리튬 또는 리튬 합금일 수 있다. 이때 리튬 합금은 리튬과 합금화가 가능한 원소를 포함하고, 구체적으로 리튬과 Si, Sn, C, Pt, Ir, Ni, Cu, Ti, Na, K, Rb, Cs, Fr, Be, Mg, Ca, Sr, Sb, Pb, In, Zn, Ba, Ra, Ge 및 Al로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상과의 합금일 수 있다.The lithium-based metal may be lithium or a lithium alloy. In this case, the lithium alloy includes elements capable of alloying with lithium, and specifically, lithium and Si, Sn, C, Pt, Ir, Ni, Cu, Ti, Na, K, Rb, Cs, Fr, Be, Mg, Ca, It may be an alloy with at least one selected from the group consisting of Sr, Sb, Pb, In, Zn, Ba, Ra, Ge, and Al.

상기 리튬계 금속은 시트 또는 호일의 형태일 수 있으며, 경우에 따라 집전체 상에 리튬 또는 리튬 합금이 건식 공정에 의해 증착 또는 코팅된 형태이거나, 입자 상의 금속 및 합금이 습식 공정 등에 의해 증착 또는 코팅된 형태일 수 있다.The lithium-based metal may be in the form of a sheet or foil, and in some cases, lithium or a lithium alloy is deposited or coated on the current collector by a dry process, or the metal and alloy on the particles are deposited or coated by a wet process, etc. may be in the form of

상기 양극과 음극 사이는 통상적인 분리막이 개재될 수 있다. 상기 분리막은 전극을 물리적으로 분리하는 기능을 갖는 물리적인 분리막으로서, 통상의 분리막으로 사용되는 것이라면 특별한 제한 없이 사용 가능하며, 특히 전해액의 이온 이동에 대하여 저저항이면서 전해액 함습 능력이 우수한 것이 바람직하다.A conventional separator may be interposed between the positive electrode and the negative electrode. The separator is a physical separator having a function of physically separating the electrodes, and can be used without any particular limitation as long as it is used as a conventional separator, and in particular, it is preferable to have low resistance to ion movement of the electrolyte and excellent electrolyte moisture content.

또한, 상기 분리막은 양극과 음극을 서로 분리 또는 절연시키면서 양극과 음극 사이에 리튬 이온의 수송을 가능하게 한다. 이러한 분리막은 다공성이고 비전도성 또는 절연성인 물질로 이루어질 수 있다. 상기 분리막은 필름과 같은 독립적인 부재이거나, 또는 양극 및/또는 음극에 부가된 코팅층일 수 있다.In addition, the separator enables transport of lithium ions between the positive electrode and the negative electrode while separating or insulating the positive electrode and the negative electrode from each other. Such a separator may be made of a porous, non-conductive or insulating material. The separator may be an independent member such as a film, or a coating layer added to the positive electrode and/or the negative electrode.

상기 분리막으로 사용될 수 있는 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 막을 들 수 있다. 상기 분리막으로 사용될 수 있는 부직포의 예로는, 폴리페닐렌옥사이드(polyphenyleneoxide), 폴리이미드(polyimide), 폴리아미드(polyamide), 폴리카보네이트(polycarbonate), 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethyleneterephthalate), 폴리에틸렌나프탈레이트(polyethylenenaphthalate), 폴리부틸렌테레프탈레이트(polybutyleneterephthalate), 폴리페닐렌설파이드(polyphenylenesulfide), 폴리아세탈(polyacetal), 폴리에테르설폰(polyethersulfone), 폴리에테르에테르케톤(polyetheretherketone), 폴리에스테르(polyester) 등을 각각 단독으로 또는 이들을 혼합한 고분자로 형성한 부직포가 가능하며, 이러한 부직포는 다공성 웹(web)을 형성하는 섬유 형태로서, 장섬유로 구성된 스펀본드(spunbond) 또는 멜트블로운(meltblown) 형태를 포함한다.Examples of the polyolefin-based porous membrane that can be used as the separator include polyethylene 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 alone or these and a film formed of a mixed polymer. Examples of the nonwoven fabric that can be used as the separator include polyphenyleneoxide, polyimide, polyamide, polycarbonate, polyethyleneterephthalate, polyethylenenaphthalate. , polybutyleneterephthalate, polyphenylenesulfide, polyacetal, polyethersulfone, polyetheretherketone, polyester, etc. alone or Nonwoven fabrics formed of polymers mixed with these are possible, and such nonwoven fabrics are in the form of fibers forming a porous web, and include a spunbond or meltblown form composed of long fibers.

상기 분리막의 두께는 특별히 제한되지는 않으나, 1 내지 100 ㎛ 범위가 바람직하며, 더욱 바람직하게는 5 내지 50 ㎛ 범위이다. 상기 분리막의 두께가 1 ㎛ 미만인 경우에는 기계적 물성을 유지할 수 없으며, 100 ㎛를 초과하는 경우에는 상기 분리막이 저항층으로 작용하게 되어 전지의 성능이 저하된다. 상기 분리막의 기공 크기 및 기공도는 특별히 제한되지는 않으나, 기공 크기는 0.1 내지 50 ㎛이고, 기공도는 10 내지 95 %인 것이 바람직하다. 상기 분리막의 기공 크기가 0.1 ㎛ 미만이거나 기공도가 10 % 미만이면 분리막이 저항층으로 작용하게 되며, 기공 크기가 50 ㎛를 초과하거나 기공도가 95 %를 초과하는 경우에는 기계적 물성을 유지할 수 없다.The thickness of the separator is not particularly limited, but is preferably in the range of 1 to 100 μm, and more preferably in the range of 5 to 50 μm. When the thickness of the separator is less than 1 μm, mechanical properties cannot be maintained, and when it exceeds 100 μm, the separator acts as a resistance layer, and thus the performance of the battery is deteriorated. The pore size and porosity of the separation membrane are not particularly limited, but preferably have a pore size of 0.1 to 50 μm, and a porosity of 10 to 95%. When the pore size of the separator is less than 0.1 μm or the porosity is less than 10%, the separator acts as a resistance layer, and when the pore size exceeds 50 μm or the porosity exceeds 95%, mechanical properties cannot be maintained .

이상과 같은 양극, 음극, 분리막 및 전해액을 포함하는 본 발명의 리튬-황 전지는, 양극을 음극과 대면시키고 그 사이에 분리막을 개재한 후, 본 발명에 따른 리튬-황 전지용 전해액을 주입하는 공정을 통하여 제조될 수 있다.The lithium-sulfur battery of the present invention, including the positive electrode, the negative electrode, the separator and the electrolyte as described above, faces the positive electrode with the negative electrode and interposes a separator therebetween, and then the lithium-sulfur battery electrolyte according to the present invention is injected can be manufactured through

한편, 본 발명에 따른 리튬-황 전지는 소형 디바이스의 전원으로 사용되는 전지 셀에 적용됨은 물론, 중대형 디바이스의 전원인 전지모듈의 단위전지로 특히 적합하게 사용될 수 있다. 이러한 측면에서, 본 발명은 또한 2개 이상이 리튬-황 전지가 전기적으로 연결(직렬 또는 병렬)되어 포함된 전지모듈을 제공한다. 상기 전지모듈에 포함되는 리튬-황 전지의 수량은, 전지모듈의 용도 및 용량 등을 고려하여 다양하게 조절될 수 있음은 물론이다. 나아가, 본 발명은 당 분야의 통상적인 기술에 따라 상기 전지모듈을 전기적으로 연결한 전지팩을 제공한다. 상기 전지모듈 및 전지팩은 파워 툴(Power Tool); 전기차(Electric Vehicle, EV), 하이브리드 전기차(Hybrid Electric Vehicle, HEV), 및 플러그인 하이브리드 전기차(Plug-in Hybrid Electric Vehicle, PHEV)를 포함하는 전기차; 전기 트럭; 전기 상용차; 또는 전력 저장용 시스템 중 어느 하나 이상의 중대형 디바이스 전원으로 이용 가능하나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.On the other hand, the lithium-sulfur battery according to the present invention is applied to a battery cell used as a power source for a small device, and can be particularly suitably used as a unit cell for a battery module, which is a power source for a medium or large device. In this aspect, the present invention also provides a battery module in which two or more lithium-sulfur batteries are electrically connected (series or parallel). Of course, the quantity of lithium-sulfur batteries included in the battery module may be variously adjusted in consideration of the use and capacity of the battery module. Furthermore, the present invention provides a battery pack electrically connected to the battery module according to a conventional technique in the art. The battery module and the battery pack is a power tool (Power Tool); electric vehicles including electric vehicles (EVs), hybrid electric vehicles (HEVs), and plug-in hybrid electric vehicles (PHEVs); electric truck; electric commercial vehicle; Alternatively, it may be used as a power source for any one or more medium or large devices among power storage systems, but is 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 변경 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연한 것이다.Hereinafter, preferred examples are presented to aid the understanding of the present invention, but the following examples are merely illustrative of the present invention, and it will be apparent to those skilled in the art that various changes and modifications are possible within the scope and spirit of the present invention, It goes without saying that such changes and modifications fall within the scope of the appended claims.

실시예Example

리튬-황 이차전지용 전해액의 제조Preparation of electrolyte for lithium-sulfur secondary battery

실시예 1Example 1

2-메틸퓨란(제1 용매)과 1,2-디메톡시에탄(제2 용매)을 1 : 4의 부피비(v/v)로 혼합한 유기용매에, 전해액 총 중량 기준 3.0 중량%의 질산리튬(LiNO3)과 0.1 중량%의 2,2,6,6-테트라메틸-1-피페리디닐옥시(2,2,6,6-tetramethyl-1-piperidinyloxy, TEMPO)를 넣고, 리튬 비스(플루오르설포닐)이미드(Lithium bis(fluorosulfonyl)imide, LiFSI)의 농도가 0.75M(mol/L)이 되도록 용해시켜 리튬-황 전지용 전해액을 제조하였다. In an organic solvent mixed with 2-methylfuran (first solvent) and 1,2-dimethoxyethane (second solvent) in a volume ratio (v/v) of 1:4, 3.0 wt% of lithium nitrate based on the total weight of the electrolyte (LiNO 3 ) and 0.1 wt % of 2,2,6,6-tetramethyl-1-piperidinyloxy (2,2,6,6-tetramethyl-1-piperidinyloxy, TEMPO) were added, and lithium bis (fluorine An electrolyte for a lithium-sulfur battery was prepared by dissolving sulfonyl)imide (Lithium bis(fluorosulfonyl)imide, LiFSI) so that the concentration was 0.75M (mol/L).

실시예 2Example 2

0.5중량%의 2,2,6,6-테트라메틸-1-피페리디닐옥시(2,2,6,6-tetramethyl-1-piperidinyloxy, TEMPO)를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 리튬-황 전지용 전해액을 제조하였다. The same method as in Example 1, except that 0.5 wt% of 2,2,6,6-tetramethyl-1-piperidinyloxy (2,2,6,6-tetramethyl-1-piperidinyloxy, TEMPO) was used. to prepare an electrolyte for a lithium-sulfur battery.

실시예 3Example 3

1.0중량%의 2,2,6,6-테트라메틸-1-피페리디닐옥시(2,2,6,6-tetramethyl-1-piperidinyloxy, TEMPO)를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 리튬-황 전지용 전해액을 제조하였다.The same method as in Example 1 except that 1.0% by weight of 2,2,6,6-tetramethyl-1-piperidinyloxy (2,2,6,6-tetramethyl-1-piperidinyloxy, TEMPO) was used. to prepare an electrolyte for a lithium-sulfur battery.

실시예 4Example 4

유기 용매로서 2-메틸퓨란(제1 용매)과 1,2-디메톡시에탄(제2 용매)을 1 : 4.5의 부피비(v/v)로 혼합한 유기용매를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 리튬-황 전지용 전해액을 제조하였다.Example 1 except that an organic solvent in which 2-methylfuran (first solvent) and 1,2-dimethoxyethane (second solvent) were mixed in a volume ratio (v/v) of 1:4.5 as an organic solvent was used. An electrolyte solution for a lithium-sulfur battery was prepared in the same manner as described above.

실시예 5Example 5

유기 용매로서 2-메틸퓨란(제1 용매)과 1,2-디메톡시에탄(제2 용매)을 1 : 5의 부피비(v/v)로 혼합한 유기용매를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 리튬-황 전지용 전해액을 제조하였다.Example 1 except that an organic solvent in which 2-methylfuran (first solvent) and 1,2-dimethoxyethane (second solvent) were mixed in a volume ratio (v/v) of 1:5 was used as an organic solvent. An electrolyte solution for a lithium-sulfur battery was prepared in the same manner as described above.

실시예 6Example 6

유기용매로서 2-메틸퓨란(제1 용매)과 1,2-디메톡시에탄(제2 용매)을 1 : 5.5의 부피비(v/v)로 혼합한 유기용매를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 리튬-황 전지용 전해액을 제조하였다.Example 1 except that an organic solvent obtained by mixing 2-methylfuran (first solvent) and 1,2-dimethoxyethane (second solvent) in a volume ratio (v/v) of 1:5.5 as an organic solvent was used. An electrolyte solution for a lithium-sulfur battery was prepared in the same manner as described above.

실시예 7Example 7

2-메틸퓨란(제1 용매)과 1,2-디메톡시에탄(제2 용매)을 1 : 2.5의 부피비(v/v)로 혼합한 유기용매를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 리튬-황 전지용 전해액을 제조하였다.The same method as in Example 1, except that an organic solvent in which 2-methylfuran (first solvent) and 1,2-dimethoxyethane (second solvent) were mixed in a volume ratio (v/v) of 1:2.5 was used. to prepare an electrolyte for a lithium-sulfur battery.

비교예 1Comparative Example 1

2,2,6,6-테트라메틸-1-피페리디닐옥시(2,2,6,6-tetramethyl-1-piperidinyloxy, TEMPO)를 첨가하지 않은 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 리튬-황 전지용 전해액을 제조하였다.Lithium in the same manner as in Example 1, except that 2,2,6,6-tetramethyl-1-piperidinyloxy (2,2,6,6-tetramethyl-1-piperidinyloxy, TEMPO) was not added. - An electrolyte solution for a sulfur battery was prepared.

비교예 2Comparative Example 2

유기용매로서 디옥솔란(제1 용매)과 1,2-디메톡시에탄(제2 용매)을 1 : 2의 부피비(v/v)로 혼합한 유기용매를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 리튬-황 전지용 전해액을 제조하였다.The same as in Example 1, except that an organic solvent in which dioxolane (first solvent) and 1,2-dimethoxyethane (second solvent) were mixed in a volume ratio (v/v) of 1:2 was used as the organic solvent. An electrolyte solution for a lithium-sulfur battery was prepared by this method.

상기 실시예 1 내지 7 및 비교예 1 내지 2의 리튬-황 전지용 전해액 중 제1 용매, 제2 용매 및 N-옥사이드계 화합물의 함량은 하기 표 1에 나타낸 바와 같다.The contents of the first solvent, the second solvent, and the N-oxide-based compound in the electrolytes for lithium-sulfur batteries of Examples 1 to 7 and Comparative Examples 1 to 2 are as shown in Table 1 below.

제1 용매first solvent 제2 용매second solvent N-옥사이드계 화합물N-oxide compound 디옥솔란dioxolane 2-메틸퓨란2-methylfuran 1,2-디메톡시에탄1,2-dimethoxyethane TEMPO TEMPO 실시예 1Example 1 -- 1One 44 0.10.1 실시예 2Example 2 -- 1One 44 0.50.5 실시예 3Example 3 -- 1One 44 1.01.0 실시예 4Example 4 -- 1One 4.54.5 0.10.1 실시예 5Example 5 -- 1One 55 0.10.1 실시예 6Example 6 -- 1One 5.55.5 0.10.1 실시예 7Example 7 -- 1One 2.52.5 0.10.1 비교예 1Comparative Example 1 -- 1One 44 -- 비교예 2Comparative Example 2 1One -- 22 0.10.1

실험예 1 : 리튬-황 전지의 수명 특성Experimental Example 1: Lifespan characteristics of lithium-sulfur batteries

황을 아세토니트릴 중에서 도전재 및 바인더와 함께 볼밀을 사용하여 믹싱하여 양극 활물질 슬러리를 제조하였다. 이 때 도전재로는 카본블랙을, 바인더로는 SBR과 CMC의 혼합형태의 바인더를 각각 사용하였으며, 혼합 비율은 중량비로 황:도전재:바인더가 72:24:4가 되도록 하였다. 상기 양극 활물질 슬러리를 알루미늄 집전체에 로딩량이 4.1mAh/cm2이 되도록 도포한 후, 건조하여 공극률이 70%인 양극을 제조하였다. 또한, 두께 45㎛의 리튬 금속을 음극으로 하였다. Sulfur was mixed with a conductive material and a binder in acetonitrile using a ball mill to prepare a cathode active material slurry. At this time, carbon black was used as the conductive material, and a binder of a mixed type of SBR and CMC was used as the binder, respectively, and the mixing ratio was 72:24:4 sulfur:conductive material:binder by weight. The positive electrode active material slurry was applied to an aluminum current collector such that the loading amount was 4.1 mAh/cm 2 , and then dried to prepare a positive electrode having a porosity of 70%. Further, a lithium metal having a thickness of 45 µm was used as the negative electrode.

상술한 방법으로 제조한 양극과 음극을 대면하도록 위치시킨 후, 두께 20㎛ 기공도 45%의 폴리에틸렌 분리막을 상기 양극과 음극 사이에 개재하였다.After positioning the positive electrode and the negative electrode prepared by the above-described method to face each other, a polyethylene separator having a thickness of 20 μm and a porosity of 45% was interposed between the positive electrode and the negative electrode.

그 후, 케이스 내부로 상기 실시예 1 내지 7 및 비교예 1 내지 2에 따른 전해액을 주입하여 리튬-황 전지를 제조하였다. Thereafter, the electrolytes according to Examples 1 to 7 and Comparative Examples 1 to 2 were injected into the case to prepare a lithium-sulfur battery.

상기 방법으로 제조된 리튬-황 전지를 25 ℃에서 CC 모드로 OCV(open circuit voltage)에서 1.8 V가 될 때까지 0.1C로 방전하고, 다시 2.5 V가 될 때까지 0.1C로 충전하는 프로토콜로 2.5 사이클(cycle) 진행하였으며, 전지 안정화 사이클 이후에 0.3C 충전/0.5C 방전 사이클을 1.8 V ~ 2.5 V 사이의 전압 구간에서 실시하여, 고율 초기 용량 80 % 유지 기준 사이클 수명을 평가하였으며, 그 결과를 하기 표 2 및 도 1 내지 도 2에 나타내었다.The lithium-sulfur battery prepared by the above method was discharged at 0.1 C until it became 1.8 V at OCV (open circuit voltage) in CC mode at 25 ° C. The cycle was carried out, and after the battery stabilization cycle, a 0.3C charge/0.5C discharge cycle was performed in a voltage range between 1.8 V and 2.5 V to evaluate the cycle life based on high-rate initial capacity 80% maintenance. It is shown in Table 2 and FIGS. 1 to 2 below.

사이클 수 (80% 용량 유지율 기준)Number of cycles (based on 80% capacity retention) 실시예 1Example 1 185185 실시예 2Example 2 111111 실시예 3Example 3 9898 실시예 4Example 4 219219 실시예 5Example 5 215215 실시예 6Example 6 208208 실시예 7Example 7 102102 비교예 1Comparative Example 1 9797 비교예 2Comparative Example 2 4040

도 1 내지 도 2는 본 발명의 실시예 및 비교예에 따른 전해액을 포함하는 리튬-황 전지의 수명 특성을 나타내는 그래프로서, 도 1 내지 도 2 및 상기 표 2에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 하나 이상의 이중결합을 포함하는 동시에 산소 원자 및 황 원자 중 어느 하나를 포함하는 헤테로 고리 화합물을 포함하는 제1 용매(2-메틸퓨란) 및 N-옥사이드계 화합물(TEMPO)을 포함하는 리튬-황 전지용 전해액을 사용한 리튬-황 전지는, N-옥사이드계 화합물을 포함하지 않은 전해액을 사용한 경우(비교예 1) 및 제1 용매로서, 이중결합을 포함하지 않는 헤테로 고리 화합물을 사용한 경우(비교예 2)에 비하여, 수명 특성이 우수함을 확인할 수 있었다. 1 to 2 are graphs showing the lifespan characteristics of lithium-sulfur batteries including electrolytes according to Examples and Comparative Examples of the present invention. As shown in FIGS. 1 to 2 and Table 2, according to the present invention A lithium-sulfur battery comprising a first solvent (2-methylfuran) and an N-oxide compound (TEMPO) including a heterocyclic compound including at least one double bond and at the same time containing any one of an oxygen atom and a sulfur atom Lithium-sulfur batteries using an electrolyte, when an electrolyte not containing an N-oxide compound was used (Comparative Example 1) and when a heterocyclic compound not containing a double bond was used as the first solvent (Comparative Example 2) In comparison, it was confirmed that the lifespan characteristics were excellent.

실험예 2 : 리튬-황 전지의 방전 특성 평가Experimental Example 2: Evaluation of discharge characteristics of lithium-sulfur batteries

상기 방법으로 제조된 리튬-황 전지를 25 ℃에서 CC 모드로 OCV(open circuit voltage)에서 1.8 V가 될 때까지 0.1C로 방전하고, 다시 2.5 V가 될 때까지 0.1C로 충전하는 프로토콜로 2.5 사이클(cycle) 진행하였으며, 전지 안정화 사이클 이후에 0.3C 충전/0.5C 방전 사이클을 1.8 V ~ 2.5 V 사이의 전압 구간에서 실시하여, 리튬-황 전지의 방전 특성을 평가하였다. The lithium-sulfur battery prepared by the above method was discharged at 0.1 C until it became 1.8 V at OCV (open circuit voltage) in CC mode at 25 ° C. A cycle was performed, and after the battery stabilization cycle, a 0.3C charge/0.5C discharge cycle was performed in a voltage range of 1.8 V to 2.5 V to evaluate the discharge characteristics of the lithium-sulfur battery.

도 3은 실시예 1 내지 3과 비교예 1의 방전 곡선을 나타낸다. 3 shows the discharge curves of Examples 1 to 3 and Comparative Example 1.

도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 N-옥사이드계 화합물을 포함하는 리튬-황 전지용 전해액을 적용한 실시예 1 내지 3의 경우, N-옥사이계 화합물을 포함하지 않은 전해액을 적용한 비교예 1과 비교하여, 방전 과전압이 현저하게 개선된 것을 확인할 수 있었다. 이는, 상기 N-옥사이드계 화합물이 리튬 폴리설파이드의 빠른 전환 반응을 유도하여 발생하는 결과이다. 3, in the case of Examples 1 to 3 to which the lithium-sulfur battery electrolyte solution containing the N-oxide-based compound according to the present invention is applied, compared with Comparative Example 1 in which the electrolyte solution not containing the N-oxi-based compound is applied Thus, it was confirmed that the discharge overvoltage was remarkably improved. This is a result of the N-oxide-based compound inducing a rapid conversion reaction of lithium polysulfide.

이로부터 본 발명에 따른 리튬-황 전지용 전해액을 사용하는 경우, 리튬-황 전지의 출력 특성을 향상시킬 수 있음을 알 수 있다. From this, it can be seen that when the electrolyte solution for a lithium-sulfur battery according to the present invention is used, the output characteristics of the lithium-sulfur battery can be improved.

상기 실험예의 결과로부터 본 발명에 따른 리튬-황 전지용 전해액을 적용하는 경우, 리튬-황 전지의 수명 특성이 향상되고, 방전 과전압이 감소하며, 이로 인하여 에너지 밀도가 향상되는 바, 우수한 전지 성능을 기대할 수 있다. From the results of the above experimental examples, when the electrolyte solution for a lithium-sulfur battery according to the present invention is applied, the lifespan characteristics of the lithium-sulfur battery are improved, the discharge overvoltage is reduced, and thus the energy density is improved, and excellent battery performance is expected. can

본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것이며, 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.All simple modifications and variations of the present invention fall within the scope of the present invention, and the specific protection scope of the present invention will become clear from the appended claims.

Claims (15)

하나 이상의 이중결합을 포함하는 동시에 산소 원자 및 황 원자 중 어느 하나를 포함하는 헤테로 고리 화합물을 포함하는 제1 용매;
에테르계 화합물, 에스테르계 화합물, 아미드계 화합물 및 카보네이트계 화합물 중 어느 하나 이상을 포함하는 제2 용매;
리튬염;
질산리튬; 및
N-옥사이드계 화합물;을 포함하는 리튬-황 전지용 전해액.
a first solvent including a heterocyclic compound containing at least one double bond and at the same time containing any one of an oxygen atom and a sulfur atom;
a second solvent including at least one of an ether-based compound, an ester-based compound, an amide-based compound, and a carbonate-based compound;
lithium salt;
lithium nitrate; and
Lithium-sulfur battery electrolyte containing; N- oxide-based compound.
제1항에 있어서,
상기 N-옥사이드계 화합물이 질소를 포함하는 5원 내지 6원의 헤테로 고리를 포함하는 것인, 리튬-황 전지용 전해액.
The method of claim 1,
Wherein the N-oxide-based compound comprises a 5- to 6-membered hetero ring containing nitrogen, lithium-sulfur battery electrolyte.
제1항에 있어서,
상기 N-옥사이드계 화합물이 질소를 포함하는 5원 내지 6원의 헤테로 고리를 포함하고, 상기 헤테로 고리가 하나 이상의 C1 내지 C4의 알킬기로 치환된 것인, 리튬-황 전지용 전해액.
According to claim 1,
The N-oxide compound includes a nitrogen-containing 5-membered to 6-membered hetero ring, and the hetero ring is substituted with one or more C1 to C4 alkyl groups, the lithium-sulfur battery electrolyte.
제1항에 있어서,
상기 N-옥사이드계 화합물이 질소 원자에 대하여 모든 알파 위치에 C1 내지 C4의 알킬기가 치환된 것인, 리튬-황 전지용 전해액.
The method of claim 1,
The N-oxide-based compound is a lithium-sulfur battery electrolyte in which a C1 to C4 alkyl group is substituted at all alpha positions with respect to a nitrogen atom.
제1항에 있어서,
상기 N-옥사이드계 화합물이 2,2,6,6-테트라알킬-1-피페리디닐 N-옥사이드 또는 2,2,5,5-테트라알킬-1-피롤리디닐 N-옥사이드인, 리튬-황 전지용 전해액.
According to claim 1,
Lithium-, wherein the N-oxide compound is 2,2,6,6-tetraalkyl-1-piperidinyl N-oxide or 2,2,5,5-tetraalkyl-1-pyrrolidinyl N-oxide Electrolyte for sulfur batteries.
제1항에 있어서,
상기 N-옥사이드계 화합물의 함량이 상기 리튬-황 전지용 전해액의 총 중량에 대하여 0.01중량% 내지 3.0중량%인, 리튬-황 전지용 전해액.
The method of claim 1,
The content of the N-oxide-based compound is 0.01 wt% to 3.0 wt%, based on the total weight of the lithium-sulfur battery electrolyte solution, lithium-sulfur battery electrolyte.
제1항에 있어서,
상기 제1 용매와 상기 제2 용매의 부피비가 1:0.5 내지 1:6인, 리튬-황 전지용 전해액.
According to claim 1,
A volume ratio of the first solvent and the second solvent is 1:0.5 to 1:6, a lithium-sulfur battery electrolyte.
제1항에 있어서,
상기 N-옥사이드계 화합물과 상기 질산리튬의 중량비가 1:1 내지 1:30인, 리튬-황 전지용 전해액.
According to claim 1,
The weight ratio of the N-oxide compound and the lithium nitrate is 1:1 to 1:30, a lithium-sulfur battery electrolyte.
제1항에 있어서,
상기 리튬염이 LiCl, LiBr, LiI, LiClO4, LiBF4, LiB10Cl10, LiPF6, LiCF3SO3, LiCF3CO2, LiC4BO8, LiAsF6, LiSbF6, LiAlCl4, CH3SO3Li, CF3SO3Li, (C2F5SO2)2NLi, LiFSI((SO2F)2NLi), (CF3SO2)3CLi, 클로로보란 리튬, 탄소수 4 이하의 저급 지방족 카르본산 리튬, 4-페닐 붕산 리튬 및 리튬 이미드로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상인, 리튬-황 전지용 전해액.
The method of claim 1,
The lithium salt is LiCl, LiBr, LiI, LiClO 4 , LiBF 4 , LiB 10 Cl 10 , LiPF 6 , LiCF 3 SO 3 , LiCF 3 CO 2 , LiC 4 BO 8 , LiAsF 6 , LiSbF 6 , LiAlCl 4 , CH 3 SO 3 Li, CF 3 SO 3 Li, (C 2 F 5 SO 2 ) 2 NLi, LiFSI((SO 2 F) 2 NLi), (CF 3 SO 2 ) 3 CLi, chloroborane lithium, lower carbon number of 4 or less An electrolyte solution for a lithium-sulfur battery, comprising at least one selected from the group consisting of lithium aliphatic carboxylate, lithium 4-phenyl borate, and lithium imide.
제1항에 있어서,
상기 리튬염의 농도가 0.2 내지 2.0 M인 것을 특징으로 하는, 리튬-황 전지용 전해액.
According to claim 1,
Lithium-sulfur battery electrolyte, characterized in that the concentration of the lithium salt is 0.2 to 2.0 M.
제1항에 있어서,
상기 헤테로 고리 화합물이, 탄소수 1 내지 4의 알킬기, 탄소수 3 내지 8의 고리형 알킬기, 탄소수 6 내지 10의 아릴기, 할로젠기, 니트로기, 아민기 및 설포닐기로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상으로 치환 또는 비치환된 3 내지 15원의 헤테로 고리 화합물이거나, 탄소수 3 내지 8의 고리형 알킬기 및 탄소수 6 내지 10의 아릴기 중 1종 이상과 헤테로 고리 화합물의 다중 고리 화합물인, 리튬-황 전지용 전해액.
According to claim 1,
The heterocyclic compound is one selected from the group consisting of an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, a cyclic alkyl group having 3 to 8 carbon atoms, an aryl group having 6 to 10 carbon atoms, a halogen group, a nitro group, an amine group, and a sulfonyl group Lithium-sulfur, which is a heterocyclic compound having 3 to 15 membered or more substituted or unsubstituted or a multicyclic compound of a heterocyclic compound with at least one of a cyclic alkyl group having 3 to 8 carbon atoms and an aryl group having 6 to 10 carbon atoms Electrolyte for batteries.
제1항에 있어서,
상기 헤테로 고리 화합물이 퓨란, 2-메틸퓨란, 3-메틸퓨란, 2-에틸퓨란, 2-프로필퓨란, 2-뷰틸퓨란, 2,3-디메틸퓨란, 2,4-디메틸퓨란, 2,5-디메틸퓨란, 피란, 2-메틸피란, 3-메틸피란, 4-메틸피란, 벤조퓨란, 2-(2-니트로비닐)퓨란, 싸이오펜, 2-메틸싸이오펜, 2-에틸싸이오펜, 2-프로필싸이오펜, 2-뷰틸싸이오펜, 2,3-디메틸싸이오펜, 2,4-디메틸싸이오펜 및 2,5-디메틸싸이오펜으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인, 리튬-황 전지용 전해액.
The method of claim 1,
The heterocyclic compound is furan, 2-methylfuran, 3-methylfuran, 2-ethylfuran, 2-propylfuran, 2-butylfuran, 2,3-dimethylfuran, 2,4-dimethylfuran, 2,5- Dimethylfuran, pyran, 2-methylpyran, 3-methylpyran, 4-methylpyran, benzofuran, 2-(2-nitrovinyl)furan, thiophene, 2-methylthiophene, 2-ethylthiophene, 2- An electrolyte for a lithium-sulfur battery, which is selected from the group consisting of propylthiophene, 2-butylthiophene, 2,3-dimethylthiophene, 2,4-dimethylthiophene and 2,5-dimethylthiophene.
제1항에 있어서,
상기 제2 용매의 에테르계 화합물이 디메틸 에테르, 디에틸 에테르, 디프로필에테르, 메틸에틸에테르, 메틸프로필에테르, 에틸프로필에테르, 디메톡시에탄, 디에톡시에탄, 메톡시에톡시에탄, 디에틸렌글리콜 디메틸에테르, 디에틸렌글리콜 디에틸에테르, 디에틸렌글리콜 메틸에틸에테르, 트리에틸렌글리콜 디메틸에테르, 트리에틸렌글리콜 디에틸에테르, 트리에틸렌글리콜 메틸에틸에테르, 테트라에틸렌글리콜 디메틸에테르, 테트라에틸렌글리콜 디에틸에테르, 테트라에틸렌글리콜 메틸에틸에테르, 폴리에틸렌글리콜 디메틸에테르, 폴리에틸렌글리콜 디에틸에테르 및 폴리에틸렌글리콜 메틸에틸에테르로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인, 리튬-황 전지용 전해액.
The method of claim 1,
The ether-based compound of the second solvent is dimethyl ether, diethyl ether, dipropyl ether, methyl ethyl ether, methyl propyl ether, ethyl propyl ether, dimethoxyethane, diethoxyethane, methoxyethoxyethane, diethylene glycol dimethyl Ether, diethylene glycol diethyl ether, diethylene glycol methyl ethyl ether, triethylene glycol dimethyl ether, triethylene glycol diethyl ether, triethylene glycol methyl ethyl ether, tetraethylene glycol dimethyl ether, tetraethylene glycol diethyl ether, tetra At least one selected from the group consisting of ethylene glycol methyl ethyl ether, polyethylene glycol dimethyl ether, polyethylene glycol diethyl ether and polyethylene glycol methyl ethyl ether, an electrolyte for lithium-sulfur batteries.
제1항에 있어서,
상기 리튬-황 전지용 전해액이 질산란타늄, 질산칼륨, 질산세슘, 질산마그네슘, 질산바륨, 아질산리튬, 아질산칼륨 및 아질산세슘으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 더 포함하는 것인, 리튬-황 전지용 전해액.
According to claim 1,
The lithium-sulfur battery electrolyte further comprises at least one selected from the group consisting of lanthanum nitrate, potassium nitrate, cesium nitrate, magnesium nitrate, barium nitrate, lithium nitrite, potassium nitrite and cesium nitrite, for lithium-sulfur batteries electrolyte.
양극;
음극;
상기 양극과 음극의 사이에 개재되는 분리막; 및
제1항에 따른 리튬-황 전지용 전해액;을 포함하는 리튬-황 전지.
anode;
cathode;
a separator interposed between the anode and the cathode; and
A lithium-sulfur battery comprising; the electrolyte solution for a lithium-sulfur battery according to claim 1 .
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