KR20230153299A - Lithium-sulfur battery with high energy density - Google Patents

Lithium-sulfur battery with high energy density Download PDF

Info

Publication number
KR20230153299A
KR20230153299A KR1020230055203A KR20230055203A KR20230153299A KR 20230153299 A KR20230153299 A KR 20230153299A KR 1020230055203 A KR1020230055203 A KR 1020230055203A KR 20230055203 A KR20230055203 A KR 20230055203A KR 20230153299 A KR20230153299 A KR 20230153299A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
lithium
ether
sulfur
sulfur battery
positive electrode
Prior art date
Application number
KR1020230055203A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
박인태
김용휘
최란
이창훈
이현수
송명준
박성효
Original Assignee
주식회사 엘지에너지솔루션
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 엘지에너지솔루션 filed Critical 주식회사 엘지에너지솔루션
Priority to DE212023000065.2U priority Critical patent/DE212023000065U1/en
Priority to PCT/KR2023/005835 priority patent/WO2023211230A1/en
Publication of KR20230153299A publication Critical patent/KR20230153299A/en

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052Li-accumulators
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/056Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes
    • H01M10/0564Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes the electrolyte being constituted of organic materials only
    • H01M10/0566Liquid materials
    • H01M10/0569Liquid materials characterised by the solvents
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/362Composites
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/38Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of elements or alloys
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/62Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
    • H01M4/624Electric conductive fillers
    • H01M4/625Carbon or graphite
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M2004/026Electrodes composed of, or comprising, active material characterised by the polarity
    • H01M2004/028Positive electrodes
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2300/00Electrolytes
    • H01M2300/0017Non-aqueous electrolytes
    • H01M2300/0025Organic electrolyte
    • H01M2300/0028Organic electrolyte characterised by the solvent
    • H01M2300/0037Mixture of solvents
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Abstract

기존 Catholyte 전해질 시스템(방전용량: ~1,200 mAh/gs)이 아닌 SSE(sparingly solvating electrolyte) 전해질 시스템(방전용량 ~1,600 mAh/gs)에 의하면서도 니트릴계 용매는 사용하지 않아 황의 이론 방전용량(1,675 mAh/g)을 80 % 이상 활용할 수 있고, 또한, 기공도 및 비표면적이 높은 양극 탄소재를 함께 사용함으로써 높은 평균 방전전압까지 구현할 수 있는, 고 에너지 밀도를 갖는 리튬-황 전지가 개시된다. 상기 리튬-황 전지는, 불소계 에테르 화합물을 포함하는 제1 용매, 글라임계 화합물을 포함하는 제2 용매 및 리튬염을 포함하는 전해질; 및 황과 탄소재를 활물질로 포함하는 양극;을 포함하며, 상기 탄소재의 기공 부피가 3 cm3/g 초과 내지 10 cm3/g 이하인 것을 특징으로 한다.It is based on the SSE (sparingly solvating electrolyte) electrolyte system (discharge capacity: ~1,600 mAh/gs) rather than the existing catholyte electrolyte system (discharge capacity: ~1,600 mAh/gs), but does not use nitrile-based solvents, so it has a theoretical discharge capacity of 1,675 mAh. A lithium-sulfur battery with high energy density is disclosed, which can utilize more than 80% of /g) and can also achieve a high average discharge voltage by using a positive electrode carbon material with high porosity and specific surface area. The lithium-sulfur battery includes a first solvent containing a fluorine-based ether compound, a second solvent containing a glyme-based compound, and an electrolyte containing a lithium salt; and a positive electrode containing sulfur and carbon material as active materials, wherein the carbon material has a pore volume of more than 3 cm 3 /g and 10 cm 3 /g or less.

Description

고 에너지 밀도를 갖는 리튬-황 전지{Lithium-sulfur battery with high energy density}Lithium-sulfur battery with high energy density}

본 발명은 황의 이론 방전용량을 80 % 이상 활용할 수 있고 높은 평균 방전전압의 구현까지도 가능한 고 에너지 밀도의 리튬-황 전지에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 기존 Catholyte 전해질 시스템(방전용량: ~1,200 mAh/gs)이 아닌 SSE(sparingly solvating electrolyte) 전해질 시스템(방전용량 ~1,600 mAh/gs)에 의하면서도 니트릴계 용매는 사용하지 않아 황의 이론 방전용량(1,675 mAh/g)을 80 % 이상 활용할 수 있고, 또한, 기공도 및 비표면적이 높은 양극 탄소재를 함께 사용함으로써 높은 평균 방전전압까지 구현할 수 있는, 고 에너지 밀도를 갖는 리튬-황 전지에 관한 것이다.The present invention relates to a high energy density lithium-sulfur battery that can utilize more than 80% of the theoretical discharge capacity of sulfur and can even realize a high average discharge voltage. More specifically, it relates to a lithium-sulfur battery with an existing catholyte electrolyte system (discharge capacity: ~1,200 mAh). /gs), but rather an SSE (sparingly solvating electrolyte) electrolyte system (discharge capacity ~1,600 mAh/gs), but no nitrile-based solvent is used, allowing more than 80% of sulfur's theoretical discharge capacity (1,675 mAh/g) to be utilized. In addition, it relates to a lithium-sulfur battery with high energy density that can achieve a high average discharge voltage by using a positive electrode carbon material with high porosity and specific surface area.

에너지 저장 기술에 대한 관심이 갈수록 높아짐에 따라, 휴대폰, 태블릿(tablet), 랩탑(laptop) 및 캠코더, 나아가서는 전기 자동차(EV) 및 하이브리드 전기 자동차(HEV)의 에너지까지 적용분야가 확대되면서, 전기화학소자에 대한 연구 및 개발이 점차 증대되고 있다. 전기화학소자는 이러한 측면에서 가장 주목을 받고 있는 분야이고, 그 중에서도 충방전이 가능한 리튬-황 전지와 같은 이차전지의 개발은 관심의 초점이 되고 있으며, 최근에는 이러한 전지를 개발함에 있어서 용량 밀도 및 비 에너지를 향상시키기 위하여, 새로운 전극과 전지의 설계에 대한 연구개발로 이어지고 있다.As interest in energy storage technology grows, its application areas expand to include energy from mobile phones, tablets, laptops and camcorders, and even electric vehicles (EVs) and hybrid electric vehicles (HEVs). Research and development on chemical devices is gradually increasing. Electrochemical devices are the field that is receiving the most attention in this regard, and among them, the development of secondary batteries such as lithium-sulfur batteries that can be charged and discharged has become the focus of attention. Recently, capacity density and To improve specific energy, research and development is being conducted on the design of new electrodes and batteries.

이와 같은 전기화학소자, 그 중 리튬-황 전지(Li-S battery)는 높은 에너지 밀도(이론 용량)를 가져, 리튬 이온전지를 대체할 수 있는 차세대 이차전지로 각광받고 있다. 이와 같은 리튬-황 전지 내에서는, 방전 시 황의 환원 반응과 리튬 메탈의 산화반응이 일어나며, 이 때 황은 고리 구조의 S8로부터 선형 구조의 리튬 폴리설파이드(Lithium Polysulfide, LiPS)를 형성하게 되는데, 이러한 리튬-황 전지는 폴리설파이드가 완전히 Li2S로 환원되기까지 단계적 방전 전압을 나타내는 것이 특징이다.Such electrochemical devices, including lithium-sulfur batteries (Li-S batteries), have high energy density (theoretical capacity) and are attracting attention as next-generation secondary batteries that can replace lithium ion batteries. In such a lithium-sulfur battery, a reduction reaction of sulfur and an oxidation reaction of lithium metal occur during discharge, and at this time, sulfur forms a linear structure of lithium polysulfide (LiPS) from the ring structure of S 8 . Lithium-sulfur batteries are characterized by a gradual discharge voltage until polysulfide is completely reduced to Li 2 S.

하지만, 리튬-황 전지의 상업화에 있어서 가장 큰 걸림돌은 수명으로서, 충방전 과정 중 충전/방전 효율(Efficiency)이 줄어들며 전지의 수명이 퇴화하게 된다. 이와 같은 리튬-황 전지의 수명이 퇴화하는 원인으로는, 전해질의 부반응(전해질의 분해에 따른 부산물의 퇴적), 리튬 메탈의 불안정성(리튬 음극 상에 덴드라이트가 성장하여 쇼트 발생) 및 양극 부산물의 퇴적(양극으로부터의 리튬 폴리설파이드 용출) 등으로 다양하다.However, the biggest obstacle to commercialization of lithium-sulfur batteries is their lifespan. During the charging and discharging process, charging/discharging efficiency decreases and the lifespan of the batteries deteriorates. The causes of the deterioration of the lifespan of such lithium-sulfur batteries include side reactions of the electrolyte (deposition of by-products due to decomposition of the electrolyte), instability of lithium metal (short circuit caused by dendrites growing on the lithium cathode), and anode by-products. It varies from deposition (lithium polysulfide dissolution from the anode), etc.

즉, 황 계열의 화합물을 양극 활물질로 사용하고 리튬과 같은 알칼리 금속을 음극 활물질로 사용하는 전지에서, 충방전 시 리튬 폴리설파이드의 용출 및 셔틀현상이 발생하고, 리튬 폴리설파이드가 음극으로 전달되어 리튬-황 전지의 용량이 감소되며, 이에 따라 리튬-황 전지는 수명이 감소되고 반응성이 감소하는 커다란 문제점을 가지고 있다. 즉, 양극에서 용출된 폴리설파이드는 유기 전해액으로의 용해도가 높기 때문에, 전해질을 통해 음극 쪽으로 원치 않는 이동(PS shuttling)이 일어날 수 있으며, 그 결과, 양극 활물질의 비가역적 손실로 인한 용량의 감소 및 부반응에 의한 리튬 메탈 표면에의 황 입자 증착으로 인한 전지 수명의 감소가 발생하게 되는 것이다.That is, in a battery that uses a sulfur-based compound as the positive electrode active material and an alkali metal such as lithium as the negative electrode active material, lithium polysulfide elution and shuttle phenomenon occur during charging and discharging, and the lithium polysulfide is transferred to the negative electrode, producing lithium. -The capacity of the sulfur battery is reduced, and as a result, the lithium-sulfur battery has major problems such as reduced lifespan and reduced reactivity. In other words, since the polysulfide eluted from the positive electrode has high solubility in the organic electrolyte solution, unwanted movement (PS shuttling) toward the negative electrode through the electrolyte may occur, resulting in a decrease in capacity due to irreversible loss of the positive electrode active material and The battery life is reduced due to the deposition of sulfur particles on the surface of lithium metal due to side reactions.

한편, 이와 같은 리튬-황 전지의 거동은 전해질에 따라 크게 바뀔 수 있는데, 양극의 황(sulfur)이 전해질에 리튬 폴리설파이드(LiPS)의 형태로 용출되어 나오는 경우의 전해질을 Catholyte라 하고, 황이 리튬 폴리설파이드의 형태로 거의 용출되어 나오지 않는 경우의 전해질을 SSE(sparingly solvating electrolyte)라 한다. 기존의 Catholyte 시스템을 활용하는 리튬-황 전지는, Li2Sx 형태를 가지는 중간 생성물(intermediate polysulfide)의 생성을 통한 액상 반응에 의존하기 때문에(catholyte type), 황의 높은 이론 방전용량(1,675 mAh/g)을 충분히 활용하지 못하며, 오히려 폴리설파이드의 용출로 인한 전지 퇴화로 전지의 수명이 급격히 감소하는 문제점을 가지고 있다.On the other hand, the behavior of such lithium-sulfur batteries can greatly change depending on the electrolyte. When sulfur from the anode is eluted into the electrolyte in the form of lithium polysulfide (LiPS), the electrolyte is called Catholyte, and the sulfur is lithium. An electrolyte that rarely elutes in the form of polysulfide is called SSE (sparingly solvating electrolyte). Lithium-sulfur batteries utilizing the existing catholyte system rely on a liquid phase reaction through the creation of an intermediate polysulfide in the form of Li 2 S g) is not fully utilized, and rather, there is a problem in that the lifespan of the battery is drastically reduced due to battery deterioration due to the elution of polysulfide.

반면, 최근 들어 폴리설파이드의 용출을 억제시킬 수 있는 SSE(sparingly solvating electrolyte) 전해질 시스템이 개발되어 황의 이론 방전용량의 90 % 이상을 활용할 수 있게 되었으나, 상온에서 2.0 V 미만의 낮은 평균 방전전압을 나타내는 문제점이 있다. 또한, SSE 전해질 시스템 대부분 니트릴(Nitrile) 계열의 용매에 의존하고 있어, 리튬 음극과의 반응에 의해 리튬 음극이 퇴화하고, 리튬-황 전지의 내부에 가스가 발생하는 등 전지의 수명에 치명적인 단점이 있다.On the other hand, recently, an SSE (sparingly solvating electrolyte) electrolyte system that can suppress the elution of polysulfide has been developed, making it possible to utilize more than 90% of sulfur's theoretical discharge capacity, but it exhibits a low average discharge voltage of less than 2.0 V at room temperature. There is a problem. In addition, most SSE electrolyte systems rely on nitrile-based solvents, which have fatal drawbacks to the lifespan of the battery, such as deterioration of the lithium negative electrode due to reaction with the lithium negative electrode and gas generation inside the lithium-sulfur battery. there is.

이에, 당업계에서는 양극 활물질인 황이 전해질에 용출되어 나오지 않는 리튬-황 전지에 대한 다양한 연구(양극 복합체에 LiPS 흡착 물질을 첨가하거나, 기존 PE 등으로 이루어진 분리막을 개질시키는 등의 연구)가 이루어지고 있으며, 특히, 황이 최종 방전 산물인 Li2S로 Solid-to-Solid 반응을 진행할 수 있는 전해액에 대해서도 연구가 이루어지고 있으나 아직까지는 이렇다 할 성과를 내지는 못하고 있는 실정이다. 따라서, SSE 전해질 시스템을 이용하면서도 상온에서 2.0 V 이상의 높은 평균 방전전압을 나타내고, 또한, 리튬 음극이 퇴화하거나 전지의 내부에 가스가 발생하지 않으며, 높은 에너지 밀도를 가지는 혁신전지의 개발이 요구된다(※ 고 에너지 밀도는 약 400 Wh/kg 이상 또는 600 Wh/L 이상을 의미하며, 이를 구축하기 위해서는 4.0 mAh/cm2 이상, 60 % 이하의 porosity에서도 구동이 가능한 전해질 및 양극 활물질 시스템이 필요함).Accordingly, in the industry, various studies are being conducted on lithium-sulfur batteries in which sulfur, which is the positive electrode active material, does not leach out into the electrolyte (research such as adding LiPS adsorption material to the positive electrode composite or modifying the existing separator made of PE, etc.). In particular, research is being conducted on an electrolyte that can perform a solid-to-solid reaction of sulfur into Li 2 S, the final discharge product, but no significant results have been achieved yet. Therefore, there is a need to develop an innovative battery that uses the SSE electrolyte system and has a high average discharge voltage of 2.0 V or more at room temperature, does not degrade the lithium cathode or generate gas inside the battery, and has high energy density ( ※ High energy density means more than about 400 Wh/kg or more than 600 Wh/L, and to build it, an electrolyte and positive electrode active material system that can operate even at porosity of more than 4.0 mAh/cm 2 and less than 60% is required).

따라서, 본 발명의 목적은, 기존 Catholyte 전해질 시스템(방전용량: ~1,200 mAh/gs)이 아닌 SSE(sparingly solvating electrolyte) 전해질 시스템(방전용량 ~1,600 mAh/gs)에 의하면서도 니트릴계 용매는 사용하지 않아, 황의 이론 방전용량(1,675 mAh/g)을 80 % 이상 활용할 수 있고, 또한, 기공도 및 비표면적이 높은 양극 탄소재를 함께 사용함으로써 높은 평균 방전전압까지 구현할 수 있는, 고 에너지 밀도를 갖는 리튬-황 전지를 제공하는 것이다.Therefore, the purpose of the present invention is to use a SSE (sparingly solvating electrolyte) electrolyte system (discharge capacity: ~1,600 mAh/gs) rather than the existing catholyte electrolyte system (discharge capacity: ~1,200 mAh/gs), but without using a nitrile-based solvent. Therefore, it has a high energy density that can utilize more than 80% of sulfur's theoretical discharge capacity (1,675 mAh/g) and can even achieve a high average discharge voltage by using an anode carbon material with high porosity and specific surface area. To provide a lithium-sulfur battery.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 불소계 에테르 화합물을 포함하는 제1 용매, 글라임계 화합물을 포함하는 제2 용매 및 리튬염을 포함하는 전해질; 및 황과 탄소재를 활물질로 포함하는 양극;을 포함하며, 상기 탄소재의 기공 부피가 3 cm3/g 초과 내지 10 cm3/g 이하인 것을 특징으로 하는 리튬-황 전지를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention includes a first solvent containing a fluorine-based ether compound, a second solvent containing a glyme-based compound, and an electrolyte containing a lithium salt; and a positive electrode containing sulfur and carbon material as active materials, wherein the carbon material has a pore volume of more than 3 cm 3 /g and 10 cm 3 /g or less.

본 발명에 따른 고 에너지 밀도를 갖는 리튬-황 전지에 의하면, 기존 Catholyte 전해질 시스템(방전용량: ~1,200 mAh/gs)이 아닌 SSE(sparingly solvating electrolyte) 전해질 시스템(방전용량 ~1,600 mAh/gs)에 의하면서도 니트릴계 용매는 사용하지 않아, 황의 이론 방전용량(1,675 mAh/g)을 80 % 이상 활용할 수 있고, 또한, 기공도 및 비표면적이 높은 양극 탄소재를 함께 사용함으로써 높은 평균 방전전압까지 구현할 수 있는 장점을 가진다. 또한, 본 발명에 따른 고 에너지 밀도를 갖는 리튬-황 전지는, 4.0 mAh/cm2 이상, 60 % 이하의 porosity에서도 구동이 가능한 전해질 및 양극 활물질 시스템을 구비함에 따라, 에너지 밀도가 약 400 Wh/kg 이상 또는 600 Wh/L 이상으로서 높게 유지되는 장점을 가진다.According to the lithium-sulfur battery with high energy density according to the present invention, it is used in the SSE (sparingly solvating electrolyte) electrolyte system (discharge capacity: ~1,600 mAh/gs) rather than the existing catholyte electrolyte system (discharge capacity: ~1,200 mAh/gs). However, since nitrile-based solvents are not used, more than 80% of the theoretical discharge capacity of sulfur (1,675 mAh/g) can be utilized, and by using an anode carbon material with high porosity and specific surface area, a high average discharge voltage can be realized. It has the advantage of being able to In addition, the lithium-sulfur battery with high energy density according to the present invention has an electrolyte and positive electrode active material system that can be operated even at porosity of 4.0 mAh/cm 2 or more and 60% or less, so that the energy density is about 400 Wh/ It has the advantage of being maintained high at more than kg or more than 600 Wh/L.

도 1은 본 발명의 일 실시예 및 비교예에서 사용된 황-탄소 복합체 내 탄소재의 기공 크기 분포도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예 및 비교예에서 사용된 황-탄소 복합체 내 탄소재의 질소 흡탈착 등온선이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 리튬-황 전지의 방전용량 및 방전전압을 보여주는 그래프이다.
도 4는 비교예에 따라 제조된 리튬-황 전지의 방전용량 및 방전전압을 보여주는 그래프이다.
Figure 1 is a pore size distribution diagram of a carbon material in a sulfur-carbon composite used in an example and a comparative example of the present invention.
Figure 2 is a nitrogen adsorption/desorption isotherm of a carbon material in a sulfur-carbon composite used in an example and a comparative example of the present invention.
Figure 3 is a graph showing the discharge capacity and discharge voltage of a lithium-sulfur battery manufactured according to an embodiment of the present invention.
Figure 4 is a graph showing the discharge capacity and discharge voltage of a lithium-sulfur battery manufactured according to a comparative example.

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

본 발명에 따른 리튬-황 전지는, 불소계 에테르 화합물을 포함하는 제1 용매, 글라임계 화합물을 포함하는 제2 용매 및 리튬염을 포함하는 전해질; 및 황과 탄소재를 활물질로 포함하는 양극;을 포함하며, 상기 탄소재의 기공 부피가 3 cm3/g 초과 내지 10 cm3/g 이하인 것을 특징으로 한다.The lithium-sulfur battery according to the present invention includes a first solvent containing a fluorine-based ether compound, a second solvent containing a glyme-based compound, and an electrolyte containing a lithium salt; and a positive electrode containing sulfur and carbon material as active materials, wherein the carbon material has a pore volume of more than 3 cm 3 /g and 10 cm 3 /g or less.

최근 들어, 폴리설파이드의 용출을 억제시킬 수 있는 SSE(sparingly solvating electrolyte) 전해질 시스템이 개발되어 황의 이론 방전용량의 90 % 이상을 활용할 수 있게 되었음에도, 상온에서 2.0 V 미만의 낮은 평균 방전전압을 나타내는 문제점이 있다. 또한, 니트릴(Nitrile) 계열의 용매에 의존하고 있는 SSE 전해질 시스템의 특성상, 아직까지 리튬 음극과의 반응에 의해 리튬 음극이 퇴화하고, 리튬-황 전지의 내부에 가스가 발생하여 전지의 수명을 단축시키는 문제가 해결되지 않고 있다.Recently, an SSE (sparingly solvating electrolyte) electrolyte system that can suppress the elution of polysulfide has been developed, making it possible to utilize more than 90% of sulfur's theoretical discharge capacity, but the problem is that it shows a low average discharge voltage of less than 2.0 V at room temperature. There is. In addition, due to the nature of the SSE electrolyte system, which relies on nitrile-based solvents, the lithium negative electrode still deteriorates due to reaction with the lithium negative electrode, and gas is generated inside the lithium-sulfur battery, shortening the lifespan of the battery. Shiki's problem is not being solved.

이에, 본 출원인은, 황 이용률이 이론 방전용량의 80 % 이상, 바람직하게는 90 내지 100 %, 더욱 바람직하게는 94 내지 100 %를 활용할 수 있는 SSE 전해질 시스템을 이용하면서도 상온에서 2.0 V 이상의 높은 평균 방전전압을 나타내고, 리튬-황 전지의 수명에 치명적인 니트릴(Nitrile) 계열의 전해질 용매를 배제하고 안정적인 에테르 계열의 전해질 용매를 사용하여 리튬 음극이 퇴화하거나 전지의 내부에 가스가 발생하지 않으며(즉, 수명 향상), 4.0 mAh/cm2 이상, 60 % 이하의 porosity에서도 구동이 가능한 전해질 및 양극 활물질 시스템을 구비함으로써 약 400 Wh/kg 이상 또는 600 Wh/L 이상의 높은 에너지 밀도를 가지는 리튬-황 전지를 개발해 내었다. 한편, 상기 '황 이용률'이란 구체적으로 황의 무게당 이론용량인 1,675 mAh/g(황) 대비 해당 전지의 양극에 포함되는 황 원소의 무게(gram)당 방전용량(mAh)의 비율로서, 예를 들어, 리튬-황 전지의 양극 내에 존재하는 황 원소의 무게당 방전용량이 1,600 mAh/g(황)인 경우의 황 이용률은 95.5 %(1,600/1,675)이다.Accordingly, the present applicant uses an SSE electrolyte system that can utilize a sulfur utilization rate of 80% or more, preferably 90 to 100%, and more preferably 94 to 100% of the theoretical discharge capacity, while maintaining a high average of 2.0 V or more at room temperature. It indicates the discharge voltage, excludes nitrile-based electrolyte solvents that are fatal to the lifespan of lithium-sulfur batteries, and uses stable ether-based electrolyte solvents, so the lithium negative electrode does not deteriorate or gas is not generated inside the battery (i.e. improved lifespan), a lithium-sulfur battery with a high energy density of about 400 Wh/kg or more or 600 Wh/L or more by providing an electrolyte and positive electrode active material system that can be operated even at porosity of 4.0 mAh/cm 2 or more and 60% or less. developed it. Meanwhile, the 'sulfur utilization rate' is specifically the ratio of the discharge capacity (mAh) per weight (gram) of sulfur element contained in the positive electrode of the battery compared to the theoretical capacity of 1,675 mAh/g (sulfur) per weight of sulfur, for example. For example, when the discharge capacity per weight of elemental sulfur present in the positive electrode of a lithium-sulfur battery is 1,600 mAh/g (sulfur), the sulfur utilization rate is 95.5% (1,600/1,675).

즉, 본 출원인은, SSE 전해질 시스템을 이용하면서도 전지의 성능을 극대화시키지 못하던 기존 기술의 문제점을 보완하기 위하여 방안을 모색한 끝에, 불소계 에테르 화합물을 포함하는 제1 용매, 글라임계 화합물을 포함하는 제2 용매 및 리튬염을 포함하는 전해질과, 황 및 탄소재를 활물질로 포함하는 양극 간의 시너지 효과를 확인하였으며, 이를 통해, 황의 이론 방전용량의 80 % 이상(즉, 전지의 초기 방전용량이 약 1,340 mAh/g 이상), 바람직하게는 90 내지 100 %, 더욱 바람직하게는 94 내지 100 % 활용할 수 있는 동시에, 상온에서 2.0 V 이상의 높은 평균 방전전압을 나타내고(즉, 황의 높은 평균 방전전압까지 구현), 약 400 Wh/kg 이상 또는 600 Wh/L 이상의 높은 에너지 밀도를 가지는 리튬-황 전지를 발명해 낸 것이다.In other words, the present applicant sought ways to complement the problems of the existing technology, which did not maximize the performance of the battery while using the SSE electrolyte system, and developed a first solvent containing a fluorine-based ether compound and a solvent containing a glyme-based compound. 2 The synergy effect between the electrolyte containing a solvent and lithium salt and the positive electrode containing sulfur and carbon material as active materials was confirmed, and through this, more than 80% of the theoretical discharge capacity of sulfur (i.e., the initial discharge capacity of the battery was about 1,340 mAh/g or more), preferably 90 to 100%, more preferably 94 to 100%, and exhibits a high average discharge voltage of 2.0 V or more at room temperature (i.e., up to the high average discharge voltage of sulfur), A lithium-sulfur battery with a high energy density of more than about 400 Wh/kg or more than 600 Wh/L was invented.

이하, 본 발명의 리튬-황 전지에 포함되는 A) 불소계 에테르 화합물을 포함하는 제1 용매, B) 글라임계 화합물을 포함하는 제2 용매, C) 리튬염 및 D) 양극 각각에 대하여 구체적으로 설명한다.Hereinafter, each of A) the first solvent containing a fluorine-based ether compound, B) the second solvent containing a glyme-based compound, C) lithium salt, and D) the positive electrode included in the lithium-sulfur battery of the present invention will be described in detail. do.

A) A) 제1 용매first solvent

상기 제1 용매는, 불소계 에테르 화합물을 포함하는 전해질 용매로서, 폴리설파이드의 용해 및 용매 분해 억제 효과를 가짐에 따라, 전지의 쿨롱 효율(coulombic efficiency; C.E.) 등을 향상시켜 궁극적으로는 전지의 수명을 향상시키는 역할을 한다. 보다 구체적으로, 상기 불소계 에테르 화합물을 포함하는 제1 용매는, 불소 치환으로 인하여 알케인을 포함하는 일반적인 유기 용매에 비해 용매의 구조 안정성이 우수하여 안정성이 매우 높다. 이에 따라, 이를 리튬-황 전지의 전해액에 사용하면 전해액의 안정성을 크게 향상시킬 수 있으며, 그로 인하여, 리튬-황 전지의 수명 성능을 향상시킬 수 있는 것이다.The first solvent is an electrolyte solvent containing a fluorine-based ether compound, and has the effect of suppressing the dissolution of polysulfide and solvent decomposition, thereby improving the coulombic efficiency (C.E.) of the battery, ultimately reducing the life of the battery. It plays a role in improving. More specifically, the first solvent containing the fluorine-based ether compound has excellent structural stability compared to a general organic solvent containing an alkane due to fluorine substitution, and thus has very high stability. Accordingly, if this is used in the electrolyte solution of a lithium-sulfur battery, the stability of the electrolyte solution can be greatly improved, thereby improving the lifespan performance of the lithium-sulfur battery.

상기 불소계 에테르 화합물의 예로는, 1,1,2,2-테트라플루오로에틸 2,2,3,3-테트라플루오로프로필에테르(1,1,2,2-tetrafluoroethyl 2,2,3,3-tetrafluoropropyl ether, TTE), 비스(플루오로메틸)에테르, 2-플루오로메틸에테르, 비스(2,2,2-트리플루오로에틸)에테르, 프로필 1,1,2,2-테트라플루오로에틸에테르, 이소프로필 1,1,2,2-테트라플루오로에틸에테르, 1,1,2,2-테트라플루오로에틸이소부틸에테르, 1,1,2,3,3,3-헥사플루오로프로필에틸에테르, 1H,1H,2'H,3H-데카플루오로디프로필에테르 및 1H,1H,2'H-퍼플루오로디프로필에테르로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 하이드로플루오로 에테르계(HFE type) 화합물을 들 수 있다.Examples of the fluorine-based ether compound include 1,1,2,2-tetrafluoroethyl 2,2,3,3-tetrafluoropropyl ether (1,1,2,2-tetrafluoroethyl 2,2,3,3 -tetrafluoropropyl ether, TTE), bis(fluoromethyl) ether, 2-fluoromethyl ether, bis(2,2,2-trifluoroethyl) ether, propyl 1,1,2,2-tetrafluoroethyl Ether, isopropyl 1,1,2,2-tetrafluoroethyl ether, 1,1,2,2-tetrafluoroethyl isobutyl ether, 1,1,2,3,3,3-hexafluoropropyl At least one hydrofluoro ether (HFE type) selected from the group consisting of ethyl ether, 1H, 1H, 2'H, 3H-decafluorodipropyl ether, and 1H, 1H, 2'H-perfluorodipropyl ether Compounds may be mentioned.

B) B) 제2 용매secondary solvent

상기 제2 용매는, 글라임계 화합물을 포함하는(단, 불소는 포함하지 않는) 전해질 용매로서, 리튬염을 용해하여 전해액이 리튬 이온 전도도를 갖게 할뿐만 아니라, 양극 활물질인 황을 용출시켜 리튬과 전기화학적 반응을 원활하게 진행할 수 있도록 하는 역할을 한다.The second solvent is an electrolyte solvent containing a glyme-based compound (but not fluorine), which not only dissolves lithium salts to give the electrolyte lithium ion conductivity, but also elutes sulfur, which is the positive electrode active material, to form lithium and It plays a role in allowing electrochemical reactions to proceed smoothly.

상기 글라임계 화합물의 구체적인 예로는, 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 군으로부터 선택되는 1종 이상을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 이 중 디메톡시에탄의 사용이 바람직할 수 있다.Specific examples of the glyme-based compounds include dimethoxyethane, diethoxyethane, methoxyethoxyethane, diethylene glycol dimethyl ether, diethylene glycol diethyl ether, diethylene glycol methyl ethyl ether, triethylene glycol dimethyl ether, and trimethylene glycol. Ethylene glycol diethyl ether, triethylene glycol methyl ethyl ether, tetraethylene glycol dimethyl ether, tetraethylene glycol diethyl ether, tetraethylene glycol methyl ethyl ether, polyethylene glycol dimethyl ether, polyethylene glycol diethyl ether and polyethylene glycol methyl ethyl ether. One or more types selected from the group consisting of, but not limited to, dimethoxyethane may be used.

C) C) 리튬염lithium salt

상기 리튬염은, 이온 전도성을 증가시키기 위하여 사용되는 전해질염으로서, 당업계에서 통상적으로 사용하는 것이라면 제한없이 사용될 수 있다. 상기 리튬염의 구체적인 예로는 LiCl, LiBr, LiI, LiClO4, LiBF4, LiB10Cl10, LiPF6, LiCF3SO3, LiCF3CO2, LiC4BO8, LiAsF6, LiSbF6, LiAlCl4, CH3SO3Li, CF3SO3Li, (CF3SO2)2NLi, (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 예시할 수 있다.The lithium salt is an electrolyte salt used to increase ionic conductivity, and can be used without limitation as long as it is commonly used in the art. Specific 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, (CF 3 SO 2 ) 2 NLi, (C 2 F 5 SO 2 ) 2 NLi, (SO 2 F) 2 NLi, (CF 3 SO 2 ) 3 CLi, chloro One or more types selected from the group consisting of lithium borane, lithium lower aliphatic carboxylate having 4 or less carbon atoms, lithium 4-phenyl borate, and lithium imide can be exemplified.

상기 리튬염의 농도는 이온 전도도 등을 고려하여 결정될 수 있으며, 예를 들어 0.1 내지 2 M, 바람직하게는 0.5 내지 1 M, 더욱 바람직하게는 0.5 내지 0.75 M일 수 있다. 상기 리튬염의 농도가 상기 범위 미만인 경우 전지 구동에 적합한 이온 전도도의 확보가 어려울 수 있고, 상기 범위를 초과하는 경우에는 전해질의 점도가 증가하여 리튬 이온의 이동성이 저하되거나, 리튬염 자체의 분해 반응이 증가하여 전지의 성능이 저하될 수 있다.The concentration of the lithium salt may be determined considering ionic conductivity, etc., and may be, for example, 0.1 to 2 M, preferably 0.5 to 1 M, and more preferably 0.5 to 0.75 M. If the concentration of the lithium salt is less than the above range, it may be difficult to secure ionic conductivity suitable for battery operation, and if it exceeds the above range, the viscosity of the electrolyte increases and the mobility of lithium ions decreases, or the decomposition reaction of the lithium salt itself occurs. As this increases, battery performance may deteriorate.

이상과 같은 제1 용매, 제2 용매 및 리튬염을 포함하는 전해질에 있어, 상기 리튬염, 제2 용매 및 제1 용매의 몰비는 1 : 0.5 ~ 3 : 4.1 ~ 15일 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시 형태로, 상기 리튬염, 제2 용매 및 제1 용매의 몰비는, 1 : 2 : 4 ~ 13 또는 1 : 3 : 3 ~ 10 또는 1 : 4 : 5 ~ 10일 수 있는 등, 본 발명의 리튬-황 전지에 포함되는 전해질에는, 불소계 에테르 화합물을 포함하는 제1 용매가, 글라임계 화합물을 포함하는 제2 용매에 비해 높은 함량비로 포함될 수 있다. 이와 같이, 불소계 에테르 화합물을 포함하는 제1 용매가, 글라임계 화합물을 포함하는 제2 용매에 비해 높은 함량비로 포함되는 경우, 폴리설파이드의 생성을 억제하여 황의 이론용량에 가까운 전지용량의 구현을 가능하게 하고, 전지 사용에 따른 전지 용량의 감소를 억제하는 측면에서 이점이 있으므로, 가급적 불소계 에테르 화합물을 포함하는 제1 용매가, 글라임계 화합물을 포함하는 제2 용매에 비해 높은 함량비로 포함되도록 설정하는 것이 바람직하다.In the electrolyte containing the first solvent, second solvent, and lithium salt as described above, the molar ratio of the lithium salt, second solvent, and first solvent may be 1:0.5 to 3:4.1 to 15. Additionally, in one embodiment of the present invention, the molar ratio of the lithium salt, the second solvent, and the first solvent may be 1:2:4 to 13 or 1:3:3 to 10 or 1:4:5 to 10. In the electrolyte included in the lithium-sulfur battery of the present invention, the first solvent containing a fluorine-based ether compound may be included in a higher content ratio than the second solvent containing a glyme-based compound. In this way, when the first solvent containing a fluorine-based ether compound is contained in a higher content ratio than the second solvent containing a glyme-based compound, the production of polysulfide is suppressed, making it possible to realize a battery capacity close to the theoretical capacity of sulfur. Since there is an advantage in terms of suppressing the decrease in battery capacity due to battery use, the first solvent containing a fluorine-based ether compound is set to be contained in a high content ratio compared to the second solvent containing a glyme-based compound as much as possible. It is desirable.

D) D) 양극anode

본 발명에 따른 리튬-황 전지는, 황과 탄소재를 활물질로 포함하는 양극, 음극, 상기 양극과 음극의 사이에 개재되는 분리막 및 이상에서 설명한 A) 불소계 에테르 화합물을 포함하는 제1 용매, B) 글라임계 화합물을 포함하는 제2 용매 및 C) 리튬염을 포함하는 전해질을 포함하는 것으로서, 이하, 상기 양극에 대하여 구체적으로 설명한다.The lithium-sulfur battery according to the present invention includes a positive electrode containing sulfur and carbon material as an active material, a negative electrode, a separator interposed between the positive electrode and the negative electrode, and A) a first solvent containing a fluorine-based ether compound described above, B ) a second solvent containing a glyme-based compound, and C) an electrolyte containing a lithium salt. Hereinafter, the positive electrode will be described in detail.

본 발명의 리튬-황 전지에 포함되는 양극은, 양극 활물질, 바인더 및 도전재 등을 포함한다. 상기 양극 활물질로는 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 황-탄소 복합체((C2Sx)n: x=2.5 ~ 50, n≥2) 등일 수 있다. 다만, 황 물질은 단독으로는 전기 전도성이 없어 도전재와 복합하여 사용해야 하므로, 상기 양극 활물질은 황-탄소 복합체를 포함하는 것이 바람직하다.The positive electrode included in the lithium-sulfur battery of the present invention includes a positive electrode active material, a binder, and a conductive material. The positive electrode active material may include elemental sulfur (S 8 ), a sulfur-based compound, or a mixture thereof, and the sulfur-based compound is specifically Li 2 S n (n≥1), an organic sulfur compound, or It may be a sulfur-carbon complex ((C 2 S x ) n : x=2.5 ~ 50, n≥2). However, since sulfur materials do not conduct electricity alone and must be used in combination with a conductive material, the positive electrode active material preferably contains a sulfur-carbon complex.

상기 황-탄소 복합체는 그 입자의 크기가 1 내지 100 ㎛일 수 있다. 상기 황-탄소 복합체의 입자 크기가 1 ㎛ 미만인 경우, 입자간 저항이 늘어나 리튬-황 전지의 전극에 과전압이 발생할 수 있고, 100 ㎛을 초과하는 경우에는 단위 중량당 표면적이 작아져 전극 내 전해질과의 웨팅(wetting) 면적 및 리튬 이온과의 반응 사이트(site)가 감소하게 되고, 복합체 크기 대비 전자의 전달 양이 적어져서 반응이 늦어지게 되어 전지의 방전 용량이 감소될 수 있다.The sulfur-carbon composite may have a particle size of 1 to 100 ㎛. If the particle size of the sulfur-carbon composite is less than 1 ㎛, the inter-particle resistance increases, which may cause overvoltage in the electrode of the lithium-sulfur battery. If it exceeds 100 ㎛, the surface area per unit weight decreases and the electrolyte in the electrode The wetting area and reaction site with lithium ions decreases, and the amount of electron transfer decreases compared to the size of the composite, which slows down the reaction and reduces the discharge capacity of the battery.

상기 황(S)은 양극 총 중량에 대해 60 내지 80 중량%, 바람직하게는 65 내지 80 중량%, 더욱 바람직하게는 65 내지 75 중량%의 함량으로 포함될 수 있다. 통상적인 리튬-황 전지의 양극 내 황의 함량은 양극 총 중량 대비 약 40 내지 60 중량%로서, 본 발명은 이보다 현저히 높은 함량으로 황을 사용함에도 불구하고, 본 발명 전해질 조건 하에서 높은 초기 방전용량을 나타낸다. 만약, 상기 황이 양극 총 중량에 대해 60 중량% 미만으로 사용되면, 전지의 에너지 밀도가 감소하는 문제가 발생할 수 있고, 80 중량%를 초과하는 함량으로 사용되는 경우에는, 전극 내 도전성이 저하되고 전극의 안정성이 떨어지는 문제가 발생할 수 있다.The sulfur (S) may be included in an amount of 60 to 80% by weight, preferably 65 to 80% by weight, and more preferably 65 to 75% by weight, based on the total weight of the positive electrode. The content of sulfur in the positive electrode of a typical lithium-sulfur battery is about 40 to 60% by weight relative to the total weight of the positive electrode, and despite using sulfur in a significantly higher content than this, the present invention shows a high initial discharge capacity under the electrolyte conditions of the present invention. . If sulfur is used in an amount of less than 60% by weight relative to the total weight of the positive electrode, a problem may occur in which the energy density of the battery is reduced, and if it is used in an amount exceeding 80% by weight, the conductivity within the electrode decreases and the electrode Problems with reduced stability may occur.

상기 황-탄소 복합체를 구성하는 탄소재(또는, 황 담지재)는 다공성을 가지는 것으로서, 특히, 본 발명의 양극 활물질로 사용되는 탄소재는 고 비표면적(1,000 m2/g 이상) 및 고 기공도(기공 부피: 3 cm3/g 초과 ~ 10 cm3/g 이하, 바람직하게는 4 ~ 5 cm3/g, 평균 기공 크기: 4 ~ 100 nm)의 특성을 가지기 때문에, 상기 전해질 조건 하에서 고용량(약 1,340 ~ 1,675 mAh/g) 구동이 가능할 뿐만 아니라, 상온에서 2.0 V 이상, 바람직하게는 2.0 내지 2.2 V의 높은 평균 방전전압의 구현까지 가능하다.The carbon material (or sulfur supporting material) constituting the sulfur-carbon composite has porosity, and in particular, the carbon material used as the positive electrode active material of the present invention has a high specific surface area (more than 1,000 m 2 /g) and high porosity. Since it has the characteristics of (pore volume: more than 3 cm 3 /g to 10 cm 3 /g or less, preferably 4 to 5 cm 3 /g, average pore size: 4 to 100 nm), high capacity ( Not only is it possible to drive (approximately 1,340 ~ 1,675 mAh/g), but it is also possible to achieve a high average discharge voltage of 2.0 V or more, preferably 2.0 to 2.2 V, at room temperature.

상기 다공성 탄소재로는, 3 cm3/g 초과 내지 10 cm3/g 이하의 기공 부피를 만족하는 탄소재 모두를 예시할 수 있고, 구체적으로, 3 cm3/g 초과 내지 10 cm3/g 이하의 기공 부피를 만족하는 그래파이트(graphite); 그래핀(graphene); 환원 그래핀 옥사이드(rGO); 덴카 블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 퍼네스 블랙, 램프 블랙, 써멀 블랙 등의 카본 블랙(Carbon Black); 단일벽 탄소나노튜브(SWCNT), 다중벽 탄소나노튜브(MWCNT) 등의 탄소나노튜브(CNT); 그라파이트 나노파이버(GNF), 카본 나노파이버(CNF), 활성화 탄소 파이버(ACF) 등의 탄소 섬유;로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 예시할 수 있으며, 그 형태는 구형, 봉형, 침상형, 판상형, 튜브형 또는 벌크형 등일 수 있다. 그리고, 이들 중 상기의 기공 부피를 만족하는 케첸 블랙이 바람직할 수 있다.The porous carbon material may include any carbon material that satisfies a pore volume of more than 3 cm 3 /g to 10 cm 3 /g or less, specifically, more than 3 cm 3 /g to 10 cm 3 /g. Graphite satisfying the following pore volume; graphene; reduced graphene oxide (rGO); Carbon black such as Denka black, acetylene black, Ketjen black, channel black, furnace black, lamp black, and thermal black; Carbon nanotubes (CNTs) such as single-walled carbon nanotubes (SWCNTs) and multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs); Carbon fibers such as graphite nanofibers (GNF), carbon nanofibers (CNF), and activated carbon fibers (ACF) may be exemplified by one or more types selected from the group consisting of spherical, rod-shaped, needle-shaped, and plate-shaped. , it may be a tube type or a bulk type. And, among these, Ketjen Black that satisfies the above pore volume may be preferable.

이상의 황과 탄소재를 포함하는 양극 활물질은, 양극 총 중량 100 중량부에 대하여 80 내지 99 중량부, 바람직하게는 90 내지 95 중량부로 포함될 수 있다. 상기 양극 활물질의 함량이 양극 총 중량 100 중량부에 대해 80 중량부 미만이면 전지의 에너지 밀도가 감소하는 문제가 발생할 수 있고, 99 중량부를 초과하는 경우에는 전극 내 도전성이 저하되고 전극의 안정성이 떨어지는 문제가 발생할 수 있다.The positive electrode active material containing the above sulfur and carbon material may be included in an amount of 80 to 99 parts by weight, preferably 90 to 95 parts by weight, based on 100 parts by weight of the total weight of the positive electrode. If the content of the positive electrode active material is less than 80 parts by weight based on 100 parts by weight of the total weight of the positive electrode, a problem may occur in which the energy density of the battery is reduced, and if it exceeds 99 parts by weight, the conductivity within the electrode decreases and the stability of the electrode decreases. Problems may arise.

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 the bonding of the positive electrode active material and the conductive material and the 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 -One or more selected from the group consisting of butylene rubber, fluororubber, carboxymethylcellulose (CMC), starch, hydroxypropylcellulose, regenerated cellulose, and mixtures thereof can be used, but must be used. It is not limited to this.

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 adhesion between the positive electrode active material and the current collector may become insufficient. If it exceeds 50 parts by weight, the adhesion is improved, but the content of the positive electrode active material is reduced, which may lower battery capacity.

상기 양극에 포함되는 도전재는, 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, 덴카 블랙, 써멀 블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 써멀 블랙 등의 카본블랙; 결정구조가 그라펜이나 그라파이트인 탄소계 물질; 탄소 나노 튜브; 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 has excellent electrical conductivity without causing side reactions in the internal environment of the battery and without causing chemical changes in the battery. Representative examples include graphite or conductive carbon. , for example, graphite such as natural graphite and artificial graphite; Carbon black, such as carbon black, acetylene black, Ketjen black, Denka black, thermal black, channel black, furnace black, lamp black, and thermal black; Carbon-based materials with a crystal structure of graphene or graphite; carbon nanotubes; Conductive fibers such as carbon fiber and metal fiber; fluorinated carbon; Metal powders such as aluminum powder and nickel powder; Conductive whiskeys 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 a mixture of two or more types, but are not necessarily limited thereto.

상기 도전재는 통상적으로 양극 전체 중량 100 중량부를 기준으로 0.5 내지 10 중량부, 바람직하게는 0.5 내지 5 중량부로 첨가될 수 있으나, 본 발명의 양극에는 포함되지 않을 수도 있다. 도전재의 함량이 10 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 may typically be added in an amount of 0.5 to 10 parts by weight, preferably 0.5 to 5 parts by weight, based on 100 parts by weight of the total weight of the positive electrode, but may not be included in the positive electrode of the present invention. If the content of the conductive material is too large, exceeding 10 parts by weight, the amount of positive electrode active material may be relatively small, resulting in reduced capacity and energy density. The method of including the conductive material in the positive electrode is not greatly limited, and conventional methods known in the art, such as coating the positive electrode active material, can be used. Additionally, if necessary, a conductive second coating layer may be added to the positive electrode active material to replace the addition of the above-described conductive material.

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.Additionally, a filler may be selectively added to the positive electrode of the present invention as a component to suppress its expansion. These fillers are not particularly limited as long as they can suppress the expansion of the electrode without causing chemical changes in the battery, and include, for example, olipine polymers such as polyethylene and 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 can be manufactured by dispersing and mixing the positive electrode active material, binder, and conductive material in a dispersion medium (solvent) to create a slurry, applying it on a positive electrode current collector, and then drying and rolling it. The dispersion medium may be NMP (N-methyl-2-pyrrolidone), DMF (Dimethyl formamide), DMSO (Dimethyl sulfoxide), ethanol, isopropanol, water, and mixtures thereof, but is not necessarily 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.The positive electrode current collector includes platinum (Pt), gold (Au), palladium (Pd), iridium (Ir), silver (Ag), ruthenium (Ru), nickel (Ni), stainless steel (STS), and 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 are not necessarily limited thereto. The positive electrode current collector may be in the form of foil, film, sheet, punched material, porous material, foam, etc.

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 on one side of the lithium-based metal. The current collector may be a negative electrode current collector. The negative electrode current collector is not particularly limited as long as it has high conductivity without causing chemical changes in the battery, and may include copper, aluminum, stainless steel, zinc, titanium, silver, palladium, nickel, iron, chromium, alloys thereof, and these. It may be selected from the group consisting of a combination of. The stainless steel may be surface treated with carbon, nickel, titanium, or silver, and the alloy may be an aluminum-cadmium alloy, and in addition, calcined carbon, a non-conductive polymer or a conductive polymer surface-treated with a conductive material, etc. You can also use it. Generally, a thin copper plate is used as the 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 50 ㎛의 두께 범위인 것을 적용한다. 상기 음극 집전체의 두께가 3 ㎛ 미만이면 집전 효과가 떨어지며, 반면 두께가 50 ㎛를 초과하면 셀을 폴딩(folding)하여 조립하는 경우 가공성이 저하되는 문제점이 있다.In addition, various forms may be used, such as films, sheets, foils, nets, porous materials, foams, and non-woven fabrics with or without fine irregularities formed on the surface. In addition, the negative electrode current collector is used in a thickness range of 3 to 50 ㎛. If the thickness of the negative electrode current collector is less than 3 ㎛, the current collecting effect is reduced. On the other hand, if the thickness is more than 50 ㎛, there is a problem that processability is reduced when the cell is folded and assembled.

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. At this time, the lithium alloy includes elements that can be alloyed 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 one or more types 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 lithium alloy may be deposited or coated on a current collector by a dry process, or metals and alloys on particles may be deposited or coated by a wet process, etc. It may be in a given form.

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 anode and the cathode. The separator is a physical separator that has the function of physically separating electrodes, and can be used without particular limitations as long as it is used as a normal separator. In particular, it is desirable to have low resistance to ion movement in the electrolyte solution and excellent electrolyte moisturizing ability.

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.Additionally, the separator separates or insulates the positive and negative electrodes from each other and enables the transport of lithium ions between the positive and negative electrodes. These separators are porous and may be made of non-conductive or insulating materials. The separator may be an independent member such as a film, or may be a coating layer added to the anode and/or cathode.

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 polyolefin-based porous membranes that can be used as the separation membrane include polyolefin-based polymers such as high-density polyethylene, linear low-density polyethylene, low-density polyethylene, and ultra-high molecular weight polyethylene, polypropylene, polybutylene, and polypentene, respectively, individually or together. Examples include membranes formed from mixed polymers. Examples of nonwoven fabrics that can be used as the separator include polyphenyleneoxide, polyimide, polyamide, polycarbonate, polyethyleneterephthalate, and polyethylenenaphthalate. , polybutyleneterephthalate, polyphenylenesulfide, polyacetal, polyethersulfone, polyetheretherketone, polyester, etc., individually or Nonwoven fabrics made of polymers mixed with these are possible, and such nonwoven fabrics are in the form of fibers that form a porous web, and include spunbond or meltblown forms made 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 ㎛, and more preferably in the range of 5 to 50 ㎛. If the thickness of the separator is less than 1 ㎛, the mechanical properties cannot be maintained, and if it exceeds 100 ㎛, the separator acts as a resistance layer and battery performance deteriorates. The pore size and porosity of the separator are not particularly limited, but it is preferable that the pore size is 0.1 to 50 ㎛ and the porosity is 10 to 95%. If the pore size of the separator is less than 0.1 ㎛ or the porosity is less than 10%, the separator acts as a resistance layer, and if the pore size is greater than 50 ㎛ or the porosity is greater than 95%, the mechanical properties cannot be maintained. .

이상과 같은 전해액, 양극, 음극 및 분리막을 포함하는 본 발명의 리튬-황 전지는, 양극을 음극과 대면시키고 그 사이에 분리막을 개재한 후, 전해액을 주입하는 공정을 통하여 제조될 수 있다.The lithium-sulfur battery of the present invention, which includes the electrolyte solution, positive electrode, negative electrode, and separator as described above, can be manufactured through a process of placing the positive electrode against the negative electrode, interposing a separator between them, and then injecting the electrolyte solution.

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 이상의 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.Meanwhile, the lithium-sulfur battery according to the present invention is not only applied to battery cells used as a power source for small devices, but can also be particularly suitably used as a unit cell of a battery module that is a power source for medium to large devices. In this aspect, the present invention also provides a battery module containing two or more lithium-sulfur batteries electrically connected (series or parallel). Of course, the quantity of lithium-sulfur batteries included in the battery module can be adjusted in various ways considering the use and capacity of the battery module. Furthermore, the present invention provides a battery pack in which the battery modules are electrically connected according to common techniques in the art. The battery module and battery pack include Power Tool; Electric vehicles, including Electric Vehicle (EV), Hybrid Electric Vehicle (HEV), and Plug-in Hybrid Electric Vehicle (PHEV); electric truck; electric commercial vehicles; Alternatively, it can be used as a power source for any one or more mid- to large-sized devices among power storage systems, but is not necessarily limited to this.

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.Preferred examples are presented below to aid understanding of the present invention. However, the following examples are merely 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 changes and modifications fall within the scope of the attached patent claims.

[실시예 1] 리튬-황 전지의 제조 [Example 1] Preparation of lithium-sulfur battery

전해질 제조electrolyte manufacturing

먼저, LiTFSI(농도: 0.65 M), 디메톡시에탄(제2 용매) 및 1,1,2,2-테트라플루오로에틸 2,2,3,3-테트라플루오로프로필에테르(TTE, 제1 용매)를 상온 하에서 1 : 2 : 9의 몰비로 혼합하여, 리튬-황 전지용 전해질(SSE)을 제조하였다.First, LiTFSI (concentration: 0.65 M), dimethoxyethane (second solvent), and 1,1,2,2-tetrafluoroethyl 2,2,3,3-tetrafluoropropyl ether (TTE, first solvent) ) was mixed at room temperature at a molar ratio of 1:2:9 to prepare an electrolyte (SSE) for a lithium-sulfur battery.

양극 제조anode manufacturing

양극 활물질로 황-탄소 복합체(S : C = 70 : 30 중량비) 90 중량부(황 단독 함량은 양극 총 중량에 대해 63 중량%가 되도록 설정하였고, 황-탄소 복합체에 포함되는 탄소재로는 케첸 블랙을 사용하였다), 도전재로 덴카블랙 5 중량부, 바인더로 스티렌 부타디엔 고무/카르복시메틸 셀룰로오스(SBR : CMC = 7 : 3) 5 중량부를 혼합하여 양극 슬러리 조성물을 제조한 후, 상기 제조된 슬러리 조성물을 집전체(Al Foil) 상에 코팅하고 50 ℃에서 12 시간 동안 건조하고 롤프레스(roll press) 기기로 압착하여 양극을 제조하였다(이때, 황의 로딩양은 3.0 mAh/cm2로 하였다).As the positive electrode active material, 90 parts by weight of a sulfur-carbon composite (S:C = 70:30 weight ratio) (the content of sulfur alone was set to 63% by weight based on the total weight of the positive electrode, and the carbon material included in the sulfur-carbon composite was Ketjen) Black was used), 5 parts by weight of Denka Black as a conductive material, and 5 parts by weight of styrene butadiene rubber/carboxymethyl cellulose (SBR: CMC = 7:3) as a binder were mixed to prepare a positive electrode slurry composition, and then the prepared slurry The composition was coated on a current collector (Al Foil), dried at 50°C for 12 hours, and pressed with a roll press to prepare a positive electrode (at this time, the sulfur loading amount was 3.0 mAh/cm 2 ).

리튬-황 전지 제조Lithium-sulfur battery manufacturing

상기 제조된 양극과 150 ㎛ 두께의 리튬 금속 음극을 대면하도록 위치시키고, 그 사이에 폴리에틸렌(PE) 분리막을 개재한 후, 상기 제조된 전해질을 주입하여 코인 셀 타입의 리튬-황 전지를 제조하였다. 한편, 상기 전지의 제조에 있어서, 상기 양극은 14phi 원형 전극으로 타발하여 사용하였으며, 상기 폴리에틸렌 분리막은 19phi로, 상기 리튬 금속은 16phi로 타발하여 사용하였다. 또한, 상기 전지는 SSE(sparing solvating electrolyte) 전해질 시스템을 적용하여 제조하였다.A coin cell type lithium-sulfur battery was manufactured by placing the prepared positive electrode face to face with a 150 ㎛ thick lithium metal negative electrode, interposing a polyethylene (PE) separator between them, and then injecting the prepared electrolyte. Meanwhile, in manufacturing the battery, the positive electrode was punched into a 14phi circular electrode, the polyethylene separator was punched into a 19phi, and the lithium metal was punched into a 16phi. Additionally, the battery was manufactured using a sparing solvating electrolyte (SSE) electrolyte system.

[실시예 2] 리튬-황 전지의 제조 [Example 2] Preparation of lithium-sulfur battery

황-탄소 복합체의 S : C 중량비를 70 : 30에서 60 : 40으로 변경한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일하게 수행하여 코인 셀 타입의 리튬-황 전지를 제조하였다.A coin cell type lithium-sulfur battery was manufactured in the same manner as in Example 1, except that the S:C weight ratio of the sulfur-carbon composite was changed from 70:30 to 60:40.

[비교예 1] 리튬-황 전지의 제조 [Comparative Example 1] Manufacturing of lithium-sulfur battery

황-탄소 복합체에 포함되는 탄소재로서 케첸 블랙 대신 활성탄소(Activated carbon)를 사용한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일하게 수행하여 코인 셀 타입의 리튬-황 전지를 제조하였다.A coin cell type lithium-sulfur battery was manufactured in the same manner as in Example 1, except that activated carbon was used instead of Ketjen black as the carbon material included in the sulfur-carbon composite.

[비교예 2] 리튬-황 전지의 제조 [Comparative Example 2] Manufacturing of lithium-sulfur battery

황-탄소 복합체의 S : C 중량비를 70 : 30에서 60 : 40으로 변경한 것을 제외하고는, 상기 비교예 1과 동일하게 수행하여 코인 셀 타입의 리튬-황 전지를 제조하였다.A coin cell type lithium-sulfur battery was manufactured in the same manner as Comparative Example 1, except that the S:C weight ratio of the sulfur-carbon composite was changed from 70:30 to 60:40.

[실험예 1] 황-탄소 복합체 내 탄소재의 기공 물성 평가 [Experimental Example 1] Evaluation of pore properties of carbon materials in sulfur-carbon composite

상기 실시예 1, 2, 비교예 1 및 2에서 각각 사용된 황-탄소 복합체 중 탄소재의 기공 부피, 기공 크기 및 비표면적을 각각 측정하였으며, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다. 그리고, 도 1은 본 발명의 일 실시예 및 비교예에서 사용된 황-탄소 복합체 내 탄소재의 기공 크기 분포도로서, 도 1의 a는 상기 실시예 1 및 2에서 사용된 케첸 블랙의 기공 크기 분포도이며, 도 1의 b는 상기 비교예 1 및 2에서 사용된 활성탄소(Activated carbon)의 기공 크기 분포도이다. 한편, 상기 기공 부피, 기공 크기 및 비표면적은, 기공도 분석장비(모델명: Belsorp-max, 제조사: Bel Japan)를 이용하여 77K에서의 질소 흡탈착 등온선으로부터 도출하였다.The pore volume, pore size, and specific surface area of the carbon materials in the sulfur-carbon composites used in Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2, respectively, were measured, and the results are shown in Table 1 below. In addition, Figure 1 is a pore size distribution chart of the carbon material in the sulfur-carbon composite used in an example and a comparative example of the present invention, and Figure 1 a is a pore size distribution chart of Ketjen Black used in Examples 1 and 2. , and b in FIG. 1 is a pore size distribution chart of activated carbon used in Comparative Examples 1 and 2. Meanwhile, the pore volume, pore size, and specific surface area were derived from the nitrogen adsorption/desorption isotherm at 77K using porosity analysis equipment (model name: Belsorp-max, manufacturer: Bel Japan).

Pore volume
(cm3/g)
Pore volume
( cm3 /g)
Pore diameter
(nm)
Pore diameter
(nm)
BET S.A.
(m2/g)
BET S.A.
( m2 /g)
실시예 1, 2Examples 1 and 2 4.04.0 < 2, 10 ~ 140< 2, 10 ~ 140 1,5001,500 비교예 1, 2Comparative Examples 1 and 2 1.71.7 < 3< 3 3,0003,000

또한, 상기 실시예 1, 2, 비교예 1 및 2에서 각각 사용된 황-탄소 복합체 중 탄소재의 비표면적 크기에 따른 기공 물성을 평가하기 위하여, 질소 흡탈착 등온선을 도 2에 도시하였다. 여기서, 도 2의 a는 상기 실시예 1 및 2에서 사용된 케첸 블랙의 질소 흡탈착 등온선이며, 도 2의 b는 상기 비교예 1 및 2에서 사용된 활성탄소(Activated carbon)의 질소 흡탈착 등온선이다.In addition, in order to evaluate the pore properties according to the specific surface area of the carbon material among the sulfur-carbon composites used in Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2, respectively, the nitrogen adsorption and desorption isotherm is shown in FIG. 2. Here, a in Figure 2 is the nitrogen adsorption and desorption isotherm of Ketjen Black used in Examples 1 and 2, and b in Figure 2 is the nitrogen adsorption and desorption isotherm of activated carbon used in Comparative Examples 1 and 2. am.

상기 실시예 1, 2, 비교예 1 및 2에서 각각 사용된 황-탄소 복합체 중 탄소재의 비표면적 크기에 따른 기공 물성을 평가한 결과, 상기 실시예 1 및 2에서 사용된 케첸 블랙의 경우 3 나노미터 이상의 직경 크기를 가지는 기공이 주로 분포하는데 반하여(구체적으로는, 10 ~ 140 nm의 직경 크기를 가지는 기공이 주로 분포), 상기 비교예 1 및 2에서 사용된 활성탄소는 3 나노미터 미만의 직경 크기를 가지는 기공이 주로 분포하였다.As a result of evaluating the pore properties according to the specific surface area size of the carbon material among the sulfur-carbon composites used in Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2, respectively, in the case of Ketjen Black used in Examples 1 and 2, 3 While pores with a diameter of nanometers or more are mainly distributed (specifically, pores with a diameter of 10 to 140 nm are mainly distributed), the activated carbon used in Comparative Examples 1 and 2 has a diameter of less than 3 nanometers. Pores with large diameters were mainly distributed.

[실험예 2] 리튬-황 전지의 방전용량 및 방전전압 평가 [Experimental Example 2] Evaluation of discharge capacity and discharge voltage of lithium-sulfur battery

상기 실시예 1, 2, 비교예 1 및 2에서 제조된 리튬-황 전지를 0.1C로 충·방전시키며 전지의 방전용량 및 방전전압을 평가하였다. 이때, 사용된 전압(Voltage) 범위는 0.8 ~ 3.6 V로, 평가 온도는 각각 25 ℃로 하였다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 리튬-황 전지의 방전용량 및 방전전압을 보여주는 그래프이고, 도 4는 비교예에 따라 제조된 리튬-황 전지의 방전용량 및 방전전압을 보여주는 그래프로서, 도 3은 상기 실시예 1 및 2에 해당하고, 도 4는 상기 비교예 1 및 2에 해당한다.The lithium-sulfur batteries prepared in Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2 were charged and discharged at 0.1C, and the discharge capacity and discharge voltage of the batteries were evaluated. At this time, the voltage range used was 0.8 to 3.6 V and the evaluation temperature was 25°C. Figure 3 is a graph showing the discharge capacity and discharge voltage of a lithium-sulfur battery manufactured according to an embodiment of the present invention, and Figure 4 is a graph showing the discharge capacity and discharge voltage of a lithium-sulfur battery manufactured according to a comparative example. As, Figure 3 corresponds to Examples 1 and 2, and Figure 4 corresponds to Comparative Examples 1 and 2.

상기 실시예 1, 2, 비교예 1 및 2에서 제조된 리튬-황 전지의 방전용량 및 방전전압을 측정한 결과, SSE 전해질을 적용하는 동시에 기공 부피가 3 cm3/g를 초과하는 탄소재를 황-탄소 복합체에 포함시킨 실시예 1 및 2의 전지는, 방전용량이 1,340 mAh/g을 상회(즉, 황의 이론 방전용량을 80 % 이상 활용)하는 동시에 평균 방전전압 또한 상온에서 2.0 V 이상으로 구현되는 것을 확인할 수 있었다. 반면, SSE 전해질을 적용하기는 하였지만 기공 부피가 2 cm3/g 미만인 탄소재를 황-탄소 복합체에 포함시킨 비교예 1 및 2의 전지는, 평균 방전전압이 2.0 V에 미치지 못하는 것을 확인할 수 있었다.As a result of measuring the discharge capacity and discharge voltage of the lithium-sulfur batteries manufactured in Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2, it was found that the SSE electrolyte was applied and a carbon material with a pore volume exceeding 3 cm 3 /g was used. The batteries of Examples 1 and 2 included in the sulfur-carbon composite had a discharge capacity of more than 1,340 mAh/g (i.e., utilizing more than 80% of the theoretical discharge capacity of sulfur) and an average discharge voltage of more than 2.0 V at room temperature. I was able to confirm that it was implemented. On the other hand, although the SSE electrolyte was applied, it was confirmed that the average discharge voltage of the cells of Comparative Examples 1 and 2, which included a carbon material with a pore volume of less than 2 cm 3 /g in the sulfur-carbon composite, did not reach 2.0 V. .

이와 같이, 본 발명의 리튬-황 전지는 황의 이론 방전용량을 80 % 이상 활용하면서 상온에서의 평균 방전전압 또한 2.0 V 이상으로 구현해 낸 것으로서, 이는 SSE 전해질 시스템을 적용한 통상의 리튬-황 전지가 지금까지 나타내지 못했던 수준이다. 따라서, 이상을 통해 SSE 전해질 시스템을 적용하는 리튬-황 전지는, 특히 기공 부피가 3 cm3/g를 초과하는 탄소재를 양극 활물질로 포함하여야만 전지의 성능을 극대화시킬 수 있음을 알 수 있다.In this way, the lithium-sulfur battery of the present invention utilizes more than 80% of the theoretical discharge capacity of sulfur and realizes an average discharge voltage of more than 2.0 V at room temperature, which is compared to a conventional lithium-sulfur battery using an SSE electrolyte system. It is a level that has not been shown before. Therefore, from the above, it can be seen that the performance of the lithium-sulfur battery using the SSE electrolyte system can be maximized only when the positive electrode active material contains a carbon material with a pore volume exceeding 3 cm 3 /g.

Claims (13)

불소계 에테르 화합물을 포함하는 제1 용매, 글라임계 화합물을 포함하는 제2 용매 및 리튬염을 포함하는 전해질; 및
황과 탄소재를 활물질로 포함하는 양극;을 포함하며,
상기 탄소재의 기공 부피가 3 cm3/g 초과 내지 10 cm3/g 이하인 것을 특징으로 하는 리튬-황 전지.
A first solvent containing a fluorine-based ether compound, a second solvent containing a glyme-based compound, and an electrolyte containing a lithium salt; and
It includes a positive electrode containing sulfur and carbon material as active materials,
A lithium-sulfur battery, characterized in that the pore volume of the carbon material is greater than 3 cm 3 /g and less than 10 cm 3 /g.
청구항 1에 있어서, 상기 양극에 포함된 황 이용률이 이론 방전용량의 80 % 이상인 것을 특징으로 하는, 리튬-황 전지.The lithium-sulfur battery according to claim 1, wherein the utilization rate of sulfur contained in the positive electrode is 80% or more of the theoretical discharge capacity. 청구항 1에 있어서, 상기 리튬-황 전지의 평균 방전전압이 상온에서 2.0 V 이상인 것을 특징으로 하는, 리튬-황 전지.The lithium-sulfur battery according to claim 1, wherein the average discharge voltage of the lithium-sulfur battery is 2.0 V or more at room temperature. 청구항 1에 있어서, 상기 양극에 포함되는 양극 활물질은 황-탄소 복합체를 포함하는 것을 특징으로 하는, 리튬-황 전지.The lithium-sulfur battery according to claim 1, wherein the positive electrode active material included in the positive electrode includes a sulfur-carbon composite. 청구항 1에 있어서, 상기 전해질이 니트릴계 용매를 포함하지 않는 것을 특징으로 하는, 리튬-황 전지.The lithium-sulfur battery according to claim 1, wherein the electrolyte does not contain a nitrile-based solvent. 청구항 1에 있어서, 상기 불소계 에테르 화합물은 1,1,2,2-테트라플루오로에틸 2,2,3,3-테트라플루오로프로필에테르(TTE), 비스(플루오로메틸)에테르, 2-플루오로메틸에테르, 비스(2,2,2-트리플루오로에틸)에테르, 프로필 1,1,2,2-테트라플루오로에틸에테르, 이소프로필 1,1,2,2-테트라플루오로에틸에테르, 1,1,2,2-테트라플루오로에틸이소부틸에테르, 1,1,2,3,3,3-헥사플루오로프로필에틸에테르, 1H,1H,2'H,3H-데카플루오로디프로필에테르 및 1H,1H,2'H-퍼플루오로디프로필에테르로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 하이드로플루오로 에테르계 화합물인 것을 특징으로 하는, 리튬-황 전지.The method according to claim 1, wherein the fluorine-based ether compound is 1,1,2,2-tetrafluoroethyl 2,2,3,3-tetrafluoropropyl ether (TTE), bis (fluoromethyl) ether, 2-fluoro Romethyl ether, bis(2,2,2-trifluoroethyl) ether, propyl 1,1,2,2-tetrafluoroethyl ether, isopropyl 1,1,2,2-tetrafluoroethyl ether, 1,1,2,2-tetrafluoroethyl isobutyl ether, 1,1,2,3,3,3-hexafluoropropyl ethyl ether, 1H,1H,2'H,3H-decafluorodipropyl ether A lithium-sulfur battery, characterized in that it is at least one hydrofluoro ether-based compound selected from the group consisting of 1H, 1H, 2'H-perfluorodipropyl ether. 청구항 1에 있어서, 상기 글라임계 화합물은 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 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는, 리튬-황 전지.The method according to claim 1, wherein the glyme-based compound is 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, tetraethylene glycol methyl ethyl ether, polyethylene glycol dimethyl ether, polyethylene glycol diethyl ether and polyethylene glycol methyl ethyl ether. A lithium-sulfur battery, characterized in that it is one or more types selected from the group consisting of. 청구항 1에 있어서, 상기 리튬염은 LiCl, LiBr, LiI, LiClO4, LiBF4, LiB10Cl10, LiPF6, LiCF3SO3, LiCF3CO2, LiC4BO8, LiAsF6, LiSbF6, LiAlCl4, CH3SO3Li, CF3SO3Li, (CF3SO2)2NLi, (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 이상인 것을 특징으로 하는, 리튬-황 전지.The method of claim 1, wherein 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, (CF 3 SO 2 ) 2 NLi, (C 2 F 5 SO 2 ) 2 NLi, (SO 2 F) 2 NLi, (CF 3 SO 2 ) 3 A lithium-sulfur battery, characterized in that it is at least one selected from the group consisting of CLi, lithium chloroborane, lithium lower aliphatic carboxylate having 4 or less carbon atoms, lithium 4-phenyl borate, and lithium imide. 청구항 1에 있어서, 상기 리튬염의 농도는 0.1 내지 2 M인 것을 특징으로 하는, 리튬-황 전지.The lithium-sulfur battery according to claim 1, wherein the concentration of the lithium salt is 0.1 to 2 M. 청구항 1에 있어서, 상기 리튬염, 제2 용매 및 제1 용매의 몰비는 1 : 0.5 ~ 3 : 4.1 ~ 15인 것을 특징으로 하는, 리튬-황 전지.The lithium-sulfur battery according to claim 1, wherein the molar ratio of the lithium salt, the second solvent, and the first solvent is 1:0.5 to 3:4.1 to 15. 청구항 1에 있어서, 상기 황은 양극 총 중량에 대해 60 내지 80 중량%로 포함되는 것을 특징으로 하는, 리튬-황 전지.The lithium-sulfur battery according to claim 1, wherein the sulfur is contained in an amount of 60 to 80% by weight based on the total weight of the positive electrode. 청구항 1에 있어서, 상기 양극에 포함된 황 이용률이 이론 방전용량의 90 내지 100 %인 것을 특징으로 하는, 리튬-황 전지.The lithium-sulfur battery according to claim 1, wherein the utilization rate of sulfur contained in the positive electrode is 90 to 100% of the theoretical discharge capacity. 청구항 1에 있어서, 상기 리튬-황 전지의 에너지 밀도가 400 Wh/kg 이상 또는 600 Wh/L 이상인 것을 특징으로 하는, 리튬-황 전지.The lithium-sulfur battery according to claim 1, wherein the lithium-sulfur battery has an energy density of 400 Wh/kg or more or 600 Wh/L or more.
KR1020230055203A 2022-04-28 2023-04-27 Lithium-sulfur battery with high energy density KR20230153299A (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE212023000065.2U DE212023000065U1 (en) 2022-04-28 2023-04-28 High energy density lithium-sulfur battery
PCT/KR2023/005835 WO2023211230A1 (en) 2022-04-28 2023-04-28 Lithium-sulfur battery having high energy density

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR20220052492 2022-04-28
KR1020220052492 2022-04-28

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20230153299A true KR20230153299A (en) 2023-11-06

Family

ID=88748363

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020230055203A KR20230153299A (en) 2022-04-28 2023-04-27 Lithium-sulfur battery with high energy density

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20230153299A (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9843045B2 (en) Negative electrode active material and method for producing the same
WO2022071722A1 (en) Lithium-sulfur battery having high energy density
JP7387884B2 (en) Electrolyte for lithium secondary batteries and lithium secondary batteries containing the same
US11394054B2 (en) Polymer microspheres as binders for composite electrolytes
KR20210138511A (en) Electrolyte for lithium secondary battery and lithium secondary battery including the same
KR20210037849A (en) Positive electrode for lithium secondary battery, method for preparing the same and lithium secondary battery comprising the positive electrode
WO2017177960A1 (en) Electrolyte solution, battery, and battery pack
KR20220003210A (en) Positive electrode for lithium-sulfur battery and method for manufacturing the same
KR20200053403A (en) Positive electrode active material for lithium secondary battery, method for preparing the same and lithium secondary battery including the positive electrode active material
KR20220157294A (en) Lithium-sulfur battery with improved cycle life performance
WO2023211230A1 (en) Lithium-sulfur battery having high energy density
US20240178438A1 (en) Lithium-sulfur battery
KR20230153299A (en) Lithium-sulfur battery with high energy density
EP4386919A1 (en) Lithium-sulfur battery having high energy density
KR20200089474A (en) Positive electrode active material for lithium secondary battery, method for preparing the same and lithium secondary battery including the positive electrode active material
JP7389244B2 (en) Electrolyte for lithium secondary batteries and lithium secondary batteries containing the same
KR20200089788A (en) Positive electrode active material for lithium secondary battery, method for preparing the same and lithium secondary battery including the positive electrode active material
JP7483932B2 (en) Electrolyte for lithium secondary battery and lithium secondary battery including the same
KR20240094422A (en) Porous carbon material, method for preparing the same, positive electrode for a lithium secondary battery and lithium secondary battery comprising the carbon material as a positive electrode active material
JP7506196B2 (en) Lithium-sulfur batteries with improved cycle life performance
KR20230084764A (en) Positive electrode for lithium secondary battery and lithium secondary battery comprising the same
KR20230075579A (en) Lithium-sulfur battery with improved energy density and output
KR20230091775A (en) Porous carbon material from which impurities are removed, method for preparing the same, positive electrode for a lithium-sulfur battery and lithium-sulfur battery comprising the carbon material as a positive electrode active material
KR20210000503A (en) Electrolyte for lithium secondary battery and lithium secondary battery including the same
CN116964784A (en) Impurity-removed porous carbon material, method for producing same, positive electrode for lithium-sulfur battery comprising carbon material as positive electrode active material, and lithium-sulfur battery