KR20240015014A - 리튬-황 전지용 전해액 및 이를 포함하는 리튬-황 전지 - Google Patents
리튬-황 전지용 전해액 및 이를 포함하는 리튬-황 전지 Download PDFInfo
- Publication number
- KR20240015014A KR20240015014A KR1020230088424A KR20230088424A KR20240015014A KR 20240015014 A KR20240015014 A KR 20240015014A KR 1020230088424 A KR1020230088424 A KR 1020230088424A KR 20230088424 A KR20230088424 A KR 20230088424A KR 20240015014 A KR20240015014 A KR 20240015014A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- lithium
- sulfur
- sulfur battery
- formula
- compound
- Prior art date
Links
- JDZCKJOXGCMJGS-UHFFFAOYSA-N [Li].[S] Chemical compound [Li].[S] JDZCKJOXGCMJGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 85
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 title claims abstract description 39
- 125000003118 aryl group Chemical group 0.000 claims abstract description 55
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims abstract description 44
- 229910002651 NO3 Inorganic materials 0.000 claims abstract description 43
- NHNBFGGVMKEFGY-UHFFFAOYSA-N Nitrate Chemical compound [O-][N+]([O-])=O NHNBFGGVMKEFGY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 43
- 150000002391 heterocyclic compounds Chemical class 0.000 claims abstract description 27
- 239000003125 aqueous solvent Substances 0.000 claims abstract description 26
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 claims abstract description 26
- MTHSVFCYNBDYFN-UHFFFAOYSA-N diethylene glycol Chemical compound OCCOCCO MTHSVFCYNBDYFN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 18
- 229910003002 lithium salt Inorganic materials 0.000 claims abstract description 18
- 159000000002 lithium salts Chemical class 0.000 claims abstract description 18
- 125000004430 oxygen atom Chemical group O* 0.000 claims abstract description 13
- 125000004434 sulfur atom Chemical group 0.000 claims abstract description 8
- RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N Diethyl ether Chemical compound CCOCC RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 44
- -1 aliphatic lithium carboxylate Chemical class 0.000 claims description 44
- 239000008151 electrolyte solution Substances 0.000 claims description 33
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 claims description 33
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 33
- 239000007774 positive electrode material Substances 0.000 claims description 23
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 21
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 21
- VQKFNUFAXTZWDK-UHFFFAOYSA-N 2-Methylfuran Chemical compound CC1=CC=CO1 VQKFNUFAXTZWDK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 20
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 claims description 19
- 125000002015 acyclic group Chemical group 0.000 claims description 16
- IIPYXGDZVMZOAP-UHFFFAOYSA-N lithium nitrate Chemical compound [Li+].[O-][N+]([O-])=O IIPYXGDZVMZOAP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 239000007773 negative electrode material Substances 0.000 claims description 12
- 239000011669 selenium Substances 0.000 claims description 12
- GSNUFIFRDBKVIE-UHFFFAOYSA-N DMF Natural products CC1=CC=C(C)O1 GSNUFIFRDBKVIE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- KGPPDNUWZNWPSI-UHFFFAOYSA-N flurotyl Chemical group FC(F)(F)COCC(F)(F)F KGPPDNUWZNWPSI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- CPULIKNSOUFMPL-UHFFFAOYSA-N 2,4-dimethylthiophene Chemical compound CC1=CSC(C)=C1 CPULIKNSOUFMPL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- GWQOOADXMVQEFT-UHFFFAOYSA-N 2,5-Dimethylthiophene Chemical compound CC1=CC=C(C)S1 GWQOOADXMVQEFT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- CPLJMYOQYRCCBY-UHFFFAOYSA-N 2-Propylfuran Chemical compound CCCC1=CC=CO1 CPLJMYOQYRCCBY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- NWZIYQNUCXUJJJ-UHFFFAOYSA-N 2-butylfuran Chemical compound CCCCC1=CC=CO1 NWZIYQNUCXUJJJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- HLPIHRDZBHXTFJ-UHFFFAOYSA-N 2-ethylfuran Chemical compound CCC1=CC=CO1 HLPIHRDZBHXTFJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- KJRRQXYWFQKJIP-UHFFFAOYSA-N 3-methylfuran Chemical compound CC=1C=COC=1 KJRRQXYWFQKJIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- YLQBMQCUIZJEEH-UHFFFAOYSA-N Furan Chemical compound C=1C=COC=1 YLQBMQCUIZJEEH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229910013553 LiNO Inorganic materials 0.000 claims description 6
- BUGBHKTXTAQXES-UHFFFAOYSA-N Selenium Chemical compound [Se] BUGBHKTXTAQXES-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- YTPLMLYBLZKORZ-UHFFFAOYSA-N Thiophene Chemical compound C=1C=CSC=1 YTPLMLYBLZKORZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- AMXOYNBUYSYVKV-UHFFFAOYSA-M lithium bromide Chemical compound [Li+].[Br-] AMXOYNBUYSYVKV-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 6
- KWGKDLIKAYFUFQ-UHFFFAOYSA-M lithium chloride Chemical group [Li+].[Cl-] KWGKDLIKAYFUFQ-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 6
- 150000002823 nitrates Chemical class 0.000 claims description 6
- 229910052711 selenium Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 150000003464 sulfur compounds Chemical class 0.000 claims description 6
- NVJUHMXYKCUMQA-UHFFFAOYSA-N 1-ethoxypropane Chemical compound CCCOCC NVJUHMXYKCUMQA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- FJSKXQVRKZTKSI-UHFFFAOYSA-N 2,3-dimethylfuran Chemical compound CC=1C=COC=1C FJSKXQVRKZTKSI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- BZYUMXXOAYSFOW-UHFFFAOYSA-N 2,3-dimethylthiophene Chemical compound CC=1C=CSC=1C BZYUMXXOAYSFOW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- AABTWRKUKUPMJG-UHFFFAOYSA-N 2,4-dimethylfuran Chemical compound CC1=COC(C)=C1 AABTWRKUKUPMJG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- YVBAUDVGOFCUSG-UHFFFAOYSA-N 2-Pentylfuran Natural products CCCCCC1=CC=CO1 YVBAUDVGOFCUSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- WVUICGOYGDHVBH-ONEGZZNKSA-N 2-[(e)-2-nitroethenyl]furan Chemical compound [O-][N+](=O)\C=C\C1=CC=CO1 WVUICGOYGDHVBH-ONEGZZNKSA-N 0.000 claims description 3
- MNDZHERKKXUTOE-UHFFFAOYSA-N 2-butylthiophene Chemical compound CCCCC1=CC=CS1 MNDZHERKKXUTOE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- JCCCMAAJYSNBPR-UHFFFAOYSA-N 2-ethylthiophene Chemical compound CCC1=CC=CS1 JCCCMAAJYSNBPR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- XWNTYHBAQIEAGN-UHFFFAOYSA-N 2-methyl-2h-pyran Chemical compound CC1OC=CC=C1 XWNTYHBAQIEAGN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- XQQBUAPQHNYYRS-UHFFFAOYSA-N 2-methylthiophene Chemical compound CC1=CC=CS1 XQQBUAPQHNYYRS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- BTXIJTYYMLCUHI-UHFFFAOYSA-N 2-propylthiophene Chemical compound CCCC1=CC=CS1 BTXIJTYYMLCUHI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- MGADZUXDNSDTHW-UHFFFAOYSA-N 2H-pyran Chemical compound C1OC=CC=C1 MGADZUXDNSDTHW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- SCRLLDUEKYMHDB-UHFFFAOYSA-N 3-methylpyran Chemical compound CC1=CO[CH][CH][CH]1 SCRLLDUEKYMHDB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- OOARNVHTYGBULA-UHFFFAOYSA-N 4-methyl-2h-pyran Chemical compound CC1=CCOC=C1 OOARNVHTYGBULA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- BTBUEUYNUDRHOZ-UHFFFAOYSA-N Borate Chemical compound [O-]B([O-])[O-] BTBUEUYNUDRHOZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910010238 LiAlCl 4 Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910015015 LiAsF 6 Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910015044 LiB Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910013063 LiBF 4 Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910013372 LiC 4 Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910013684 LiClO 4 Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910013870 LiPF 6 Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910012513 LiSbF 6 Inorganic materials 0.000 claims description 3
- BZLVMXJERCGZMT-UHFFFAOYSA-N Methyl tert-butyl ether Chemical compound COC(C)(C)C BZLVMXJERCGZMT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- QENGPZGAWFQWCZ-UHFFFAOYSA-N Methylthiophene Natural products CC=1C=CSC=1 QENGPZGAWFQWCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- BEKPOUATRPPTLV-UHFFFAOYSA-N [Li].BCl Chemical compound [Li].BCl BEKPOUATRPPTLV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052783 alkali metal Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 150000001340 alkali metals Chemical class 0.000 claims description 3
- RFRXIWQYSOIBDI-UHFFFAOYSA-N benzarone Chemical compound CCC=1OC2=CC=CC=C2C=1C(=O)C1=CC=C(O)C=C1 RFRXIWQYSOIBDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 150000001768 cations Chemical class 0.000 claims description 3
- POLCUAVZOMRGSN-UHFFFAOYSA-N dipropyl ether Chemical compound CCCOCCC POLCUAVZOMRGSN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- HSZCZNFXUDYRKD-UHFFFAOYSA-M lithium iodide Inorganic materials [Li+].[I-] HSZCZNFXUDYRKD-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 3
- YQCIWBXEVYWRCW-UHFFFAOYSA-N methane;sulfane Chemical compound C.S YQCIWBXEVYWRCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- VNKYTQGIUYNRMY-UHFFFAOYSA-N methoxypropane Chemical compound CCCOC VNKYTQGIUYNRMY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 150000002898 organic sulfur compounds Chemical class 0.000 claims description 3
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims description 3
- 229910052714 tellurium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- PORWMNRCUJJQNO-UHFFFAOYSA-N tellurium atom Chemical compound [Te] PORWMNRCUJJQNO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- NUMQCACRALPSHD-UHFFFAOYSA-N tert-butyl ethyl ether Chemical compound CCOC(C)(C)C NUMQCACRALPSHD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229930192474 thiophene Natural products 0.000 claims description 3
- ICBJCVRQDSQPGI-UHFFFAOYSA-N Methyl hexyl ether Chemical compound CCCCCCOC ICBJCVRQDSQPGI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000005077 polysulfide Substances 0.000 description 24
- 229920001021 polysulfide Polymers 0.000 description 24
- 150000008117 polysulfides Polymers 0.000 description 24
- 229940021013 electrolyte solution Drugs 0.000 description 21
- 208000028659 discharge Diseases 0.000 description 18
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 16
- XTHFKEDIFFGKHM-UHFFFAOYSA-N Dimethoxyethane Chemical compound COCCOC XTHFKEDIFFGKHM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- GLNWILHOFOBOFD-UHFFFAOYSA-N lithium sulfide Chemical compound [Li+].[Li+].[S-2] GLNWILHOFOBOFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 8
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 8
- 238000007086 side reaction Methods 0.000 description 8
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 8
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 7
- VDVLPSWVDYJFRW-UHFFFAOYSA-N lithium;bis(fluorosulfonyl)azanide Chemical compound [Li+].FS(=O)(=O)[N-]S(F)(=O)=O VDVLPSWVDYJFRW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 239000000463 material Substances 0.000 description 7
- 229910018091 Li 2 S Inorganic materials 0.000 description 6
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 6
- 238000000034 method Methods 0.000 description 6
- 238000006722 reduction reaction Methods 0.000 description 6
- 125000000217 alkyl group Chemical group 0.000 description 5
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 5
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 5
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 4
- 238000010828 elution Methods 0.000 description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 4
- 230000009257 reactivity Effects 0.000 description 4
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000002202 Polyethylene glycol Substances 0.000 description 3
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 3
- 125000004432 carbon atom Chemical group C* 0.000 description 3
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 description 3
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 description 3
- 229920001223 polyethylene glycol Polymers 0.000 description 3
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 3
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 3
- DHKHKXVYLBGOIT-UHFFFAOYSA-N 1,1-Diethoxyethane Chemical compound CCOC(C)OCC DHKHKXVYLBGOIT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XSROMLOMDFTVMJ-UHFFFAOYSA-O 1h-imidazol-1-ium;nitrate Chemical compound [O-][N+]([O-])=O.[NH2+]1C=CN=C1 XSROMLOMDFTVMJ-UHFFFAOYSA-O 0.000 description 2
- SBLRHMKNNHXPHG-UHFFFAOYSA-N 4-fluoro-1,3-dioxolan-2-one Chemical compound FC1COC(=O)O1 SBLRHMKNNHXPHG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- OAKJQQAXSVQMHS-UHFFFAOYSA-N Hydrazine Chemical compound NN OAKJQQAXSVQMHS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 description 2
- 229910000733 Li alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- IOVCWXUNBOPUCH-UHFFFAOYSA-N Nitrous acid Chemical compound ON=O IOVCWXUNBOPUCH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N Phosphoric acid Chemical compound OP(O)(O)=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N Potassium Chemical compound [K] ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- JUJWROOIHBZHMG-UHFFFAOYSA-N Pyridine Chemical compound C1=CC=NC=C1 JUJWROOIHBZHMG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- KAESVJOAVNADME-UHFFFAOYSA-N Pyrrole Chemical class C=1C=CNC=1 KAESVJOAVNADME-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 125000003277 amino group Chemical group 0.000 description 2
- 125000003710 aryl alkyl group Chemical group 0.000 description 2
- IWOUKMZUPDVPGQ-UHFFFAOYSA-N barium nitrate Chemical compound [Ba+2].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O IWOUKMZUPDVPGQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 2
- 229910052792 caesium Inorganic materials 0.000 description 2
- TVFDJXOCXUVLDH-UHFFFAOYSA-N caesium atom Chemical compound [Cs] TVFDJXOCXUVLDH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- NLSCHDZTHVNDCP-UHFFFAOYSA-N caesium nitrate Chemical compound [Cs+].[O-][N+]([O-])=O NLSCHDZTHVNDCP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 2
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- YWWZCHLUQSHMCL-UHFFFAOYSA-N diphenyl diselenide Chemical compound C=1C=CC=CC=1[Se][Se]C1=CC=CC=C1 YWWZCHLUQSHMCL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000011267 electrode slurry Substances 0.000 description 2
- 125000005843 halogen group Chemical group 0.000 description 2
- 125000005842 heteroatom Chemical group 0.000 description 2
- 239000001989 lithium alloy Substances 0.000 description 2
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 2
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 2
- 125000000449 nitro group Chemical group [O-][N+](*)=O 0.000 description 2
- LQNUZADURLCDLV-UHFFFAOYSA-N nitrobenzene Chemical compound [O-][N+](=O)C1=CC=CC=C1 LQNUZADURLCDLV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011591 potassium Substances 0.000 description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 2
- 229910052701 rubidium Inorganic materials 0.000 description 2
- IGLNJRXAVVLDKE-UHFFFAOYSA-N rubidium atom Chemical compound [Rb] IGLNJRXAVVLDKE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 description 2
- 125000000472 sulfonyl group Chemical group *S(*)(=O)=O 0.000 description 2
- ZUHZGEOKBKGPSW-UHFFFAOYSA-N tetraglyme Chemical compound COCCOCCOCCOCCOC ZUHZGEOKBKGPSW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- DTGKSKDOIYIVQL-WEDXCCLWSA-N (+)-borneol Chemical group C1C[C@@]2(C)[C@@H](O)C[C@@H]1C2(C)C DTGKSKDOIYIVQL-WEDXCCLWSA-N 0.000 description 1
- 125000006546 (C4-C10) cycloalkyl group Chemical group 0.000 description 1
- WDCYWAQPCXBPJA-UHFFFAOYSA-N 1,3-dinitrobenzene Chemical compound [O-][N+](=O)C1=CC=CC([N+]([O-])=O)=C1 WDCYWAQPCXBPJA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VAYTZRYEBVHVLE-UHFFFAOYSA-N 1,3-dioxol-2-one Chemical compound O=C1OC=CO1 VAYTZRYEBVHVLE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- WNXJIVFYUVYPPR-UHFFFAOYSA-N 1,3-dioxolane Chemical compound C1COCO1 WNXJIVFYUVYPPR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- JRRDISHSXWGFRF-UHFFFAOYSA-N 1-[2-(2-ethoxyethoxy)ethoxy]-2-methoxyethane Chemical compound CCOCCOCCOCCOC JRRDISHSXWGFRF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- YZWVMKLQNYGKLJ-UHFFFAOYSA-N 1-[2-[2-(2-ethoxyethoxy)ethoxy]ethoxy]-2-methoxyethane Chemical compound CCOCCOCCOCCOCCOC YZWVMKLQNYGKLJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RRQYJINTUHWNHW-UHFFFAOYSA-N 1-ethoxy-2-(2-ethoxyethoxy)ethane Chemical compound CCOCCOCCOCC RRQYJINTUHWNHW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- CNJRPYFBORAQAU-UHFFFAOYSA-N 1-ethoxy-2-(2-methoxyethoxy)ethane Chemical compound CCOCCOCCOC CNJRPYFBORAQAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- CAQYAZNFWDDMIT-UHFFFAOYSA-N 1-ethoxy-2-methoxyethane Chemical compound CCOCCOC CAQYAZNFWDDMIT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZXHQLEQLZPJIFG-UHFFFAOYSA-N 1-ethoxyhexane Chemical compound CCCCCCOCC ZXHQLEQLZPJIFG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BPIUIOXAFBGMNB-UHFFFAOYSA-N 1-hexoxyhexane Chemical compound CCCCCCOCCCCCC BPIUIOXAFBGMNB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- NALZTFARIYUCBY-UHFFFAOYSA-N 1-nitrobutane Chemical compound CCCC[N+]([O-])=O NALZTFARIYUCBY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- JSZOAYXJRCEYSX-UHFFFAOYSA-N 1-nitropropane Chemical compound CCC[N+]([O-])=O JSZOAYXJRCEYSX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PKJBRKTYYNRVSN-UHFFFAOYSA-N 10-(aminomethyl)-9,10-dihydroanthracene-1,2-diol Chemical compound OC1=CC=C2C(CN)C3=CC=CC=C3CC2=C1O PKJBRKTYYNRVSN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RUPDGJAVWKTTJW-UHFFFAOYSA-N 2,3-dinitropyridine Chemical compound [O-][N+](=O)C1=CC=CN=C1[N+]([O-])=O RUPDGJAVWKTTJW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- DYSXLQBUUOPLBB-UHFFFAOYSA-N 2,3-dinitrotoluene Chemical compound CC1=CC=CC([N+]([O-])=O)=C1[N+]([O-])=O DYSXLQBUUOPLBB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PAWQVTBBRAZDMG-UHFFFAOYSA-N 2-(3-bromo-2-fluorophenyl)acetic acid Chemical compound OC(=O)CC1=CC=CC(Br)=C1F PAWQVTBBRAZDMG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XNWFRZJHXBZDAG-UHFFFAOYSA-N 2-METHOXYETHANOL Chemical class COCCO XNWFRZJHXBZDAG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 125000006176 2-ethylbutyl group Chemical group [H]C([H])([H])C([H])([H])C([H])(C([H])([H])*)C([H])([H])C([H])([H])[H] 0.000 description 1
- 125000004493 2-methylbut-1-yl group Chemical group CC(C*)CC 0.000 description 1
- HLTDBMHJSBSAOM-UHFFFAOYSA-N 2-nitropyridine Chemical compound [O-][N+](=O)C1=CC=CC=N1 HLTDBMHJSBSAOM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- HYDWALOBQJFOMS-UHFFFAOYSA-N 3,6,9,12,15-pentaoxaheptadecane Chemical compound CCOCCOCCOCCOCCOCC HYDWALOBQJFOMS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 125000003542 3-methylbutan-2-yl group Chemical group [H]C([H])([H])C([H])(*)C([H])(C([H])([H])[H])C([H])([H])[H] 0.000 description 1
- JQJPBYFTQAANLE-UHFFFAOYSA-N Butyl nitrite Chemical compound CCCCON=O JQJPBYFTQAANLE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QQZWEECEMNQSTG-UHFFFAOYSA-N Ethyl nitrite Chemical compound CCON=O QQZWEECEMNQSTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PIICEJLVQHRZGT-UHFFFAOYSA-N Ethylenediamine Chemical compound NCCN PIICEJLVQHRZGT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910012440 LiSx Inorganic materials 0.000 description 1
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XOBKSJJDNFUZPF-UHFFFAOYSA-N Methoxyethane Chemical compound CCOC XOBKSJJDNFUZPF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZHGDJTMNXSOQDT-UHFFFAOYSA-N NP(N)(N)=O.NP(N)(N)=O.NP(N)(N)=O.NP(N)(N)=O.NP(N)(N)=O.NP(N)(N)=O Chemical compound NP(N)(N)=O.NP(N)(N)=O.NP(N)(N)=O.NP(N)(N)=O.NP(N)(N)=O.NP(N)(N)=O ZHGDJTMNXSOQDT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- IOVCWXUNBOPUCH-UHFFFAOYSA-M Nitrite anion Chemical compound [O-]N=O IOVCWXUNBOPUCH-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 1
- 229920002125 Sokalan® Polymers 0.000 description 1
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GSEJCLTVZPLZKY-UHFFFAOYSA-N Triethanolamine Chemical compound OCCN(CCO)CCO GSEJCLTVZPLZKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- AZFNGPAYDKGCRB-XCPIVNJJSA-M [(1s,2s)-2-amino-1,2-diphenylethyl]-(4-methylphenyl)sulfonylazanide;chlororuthenium(1+);1-methyl-4-propan-2-ylbenzene Chemical compound [Ru+]Cl.CC(C)C1=CC=C(C)C=C1.C1=CC(C)=CC=C1S(=O)(=O)[N-][C@@H](C=1C=CC=CC=1)[C@@H](N)C1=CC=CC=C1 AZFNGPAYDKGCRB-XCPIVNJJSA-M 0.000 description 1
- GJEAMHAFPYZYDE-UHFFFAOYSA-N [C].[S] Chemical compound [C].[S] GJEAMHAFPYZYDE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011149 active material Substances 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 229910000147 aluminium phosphate Inorganic materials 0.000 description 1
- VSCWAEJMTAWNJL-UHFFFAOYSA-K aluminium trichloride Chemical class Cl[Al](Cl)Cl VSCWAEJMTAWNJL-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- 125000004397 aminosulfonyl group Chemical group NS(=O)(=O)* 0.000 description 1
- CAMXVZOXBADHNJ-UHFFFAOYSA-N ammonium nitrite Chemical compound [NH4+].[O-]N=O CAMXVZOXBADHNJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000003863 ammonium salts Chemical class 0.000 description 1
- 125000001204 arachidyl group Chemical group [H]C([*])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])[H] 0.000 description 1
- 125000004429 atom Chemical group 0.000 description 1
- 229910052788 barium Inorganic materials 0.000 description 1
- DSAJWYNOEDNPEQ-UHFFFAOYSA-N barium atom Chemical compound [Ba] DSAJWYNOEDNPEQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 229910052790 beryllium Inorganic materials 0.000 description 1
- ATBAMAFKBVZNFJ-UHFFFAOYSA-N beryllium atom Chemical compound [Be] ATBAMAFKBVZNFJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000003739 carbamimidoyl group Chemical group C(N)(=N)* 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000003178 carboxy group Chemical group [H]OC(*)=O 0.000 description 1
- AJAFRMGZWFDZAS-UHFFFAOYSA-M cesium;nitrite Chemical compound [Cs+].[O-]N=O AJAFRMGZWFDZAS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 125000004093 cyano group Chemical group *C#N 0.000 description 1
- 125000006165 cyclic alkyl group Chemical group 0.000 description 1
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 description 1
- 125000001995 cyclobutyl group Chemical group [H]C1([H])C([H])([H])C([H])(*)C1([H])[H] 0.000 description 1
- 125000004850 cyclobutylmethyl group Chemical group C1(CCC1)C* 0.000 description 1
- 125000000582 cycloheptyl group Chemical group [H]C1([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])(*)C([H])([H])C1([H])[H] 0.000 description 1
- 125000000113 cyclohexyl group Chemical group [H]C1([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])(*)C([H])([H])C1([H])[H] 0.000 description 1
- 125000004210 cyclohexylmethyl group Chemical group [H]C([H])(*)C1([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C1([H])[H] 0.000 description 1
- 125000000640 cyclooctyl group Chemical group [H]C1([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])(*)C([H])([H])C([H])([H])C1([H])[H] 0.000 description 1
- NLUNLVTVUDIHFE-UHFFFAOYSA-N cyclooctylcyclooctane Chemical group C1CCCCCCC1C1CCCCCCC1 NLUNLVTVUDIHFE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 125000001559 cyclopropyl group Chemical group [H]C1([H])C([H])([H])C1([H])* 0.000 description 1
- 125000004186 cyclopropylmethyl group Chemical group [H]C([H])(*)C1([H])C([H])([H])C1([H])[H] 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 125000002704 decyl group Chemical group [H]C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])* 0.000 description 1
- 238000009831 deintercalation Methods 0.000 description 1
- 210000001787 dendrite Anatomy 0.000 description 1
- 238000001739 density measurement Methods 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 229940019778 diethylene glycol diethyl ether Drugs 0.000 description 1
- SBZXBUIDTXKZTM-UHFFFAOYSA-N diglyme Chemical compound COCCOCCOC SBZXBUIDTXKZTM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 description 1
- 125000003438 dodecyl group Chemical group [H]C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])* 0.000 description 1
- 239000004210 ether based solvent Substances 0.000 description 1
- 125000001495 ethyl group Chemical group [H]C([H])([H])C([H])([H])* 0.000 description 1
- LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N ethylene glycol Natural products OCCO LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052730 francium Inorganic materials 0.000 description 1
- KLMCZVJOEAUDNE-UHFFFAOYSA-N francium atom Chemical compound [Fr] KLMCZVJOEAUDNE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- NDEMNVPZDAFUKN-UHFFFAOYSA-N guanidine;nitric acid Chemical compound NC(N)=N.O[N+]([O-])=O.O[N+]([O-])=O NDEMNVPZDAFUKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 125000003187 heptyl group Chemical group [H]C([*])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])[H] 0.000 description 1
- 125000001072 heteroaryl group Chemical group 0.000 description 1
- 125000004446 heteroarylalkyl group Chemical group 0.000 description 1
- 150000007857 hydrazones Chemical class 0.000 description 1
- 125000002887 hydroxy group Chemical group [H]O* 0.000 description 1
- WGCNASOHLSPBMP-UHFFFAOYSA-N hydroxyacetaldehyde Natural products OCC=O WGCNASOHLSPBMP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000002461 imidazolidines Chemical class 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 238000009830 intercalation Methods 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 125000000959 isobutyl group Chemical group [H]C([H])([H])C([H])(C([H])([H])[H])C([H])([H])* 0.000 description 1
- 125000001972 isopentyl group Chemical group [H]C([H])([H])C([H])(C([H])([H])[H])C([H])([H])C([H])([H])* 0.000 description 1
- 125000001449 isopropyl group Chemical group [H]C([H])([H])C([H])(*)C([H])([H])[H] 0.000 description 1
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 1
- IDNHOWMYUQKKTI-UHFFFAOYSA-M lithium nitrite Chemical compound [Li+].[O-]N=O IDNHOWMYUQKKTI-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000002960 margaryl group Chemical group [H]C([*])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])[H] 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 125000002496 methyl group Chemical group [H]C([H])([H])* 0.000 description 1
- LRMHVVPPGGOAJQ-UHFFFAOYSA-N methyl nitrate Chemical compound CO[N+]([O-])=O LRMHVVPPGGOAJQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 125000001421 myristyl group Chemical group [H]C([*])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])[H] 0.000 description 1
- 125000004108 n-butyl group Chemical group [H]C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])* 0.000 description 1
- 125000001280 n-hexyl group Chemical group C(CCCCC)* 0.000 description 1
- CSDTZUBPSYWZDX-UHFFFAOYSA-N n-pentyl nitrite Chemical compound CCCCCON=O CSDTZUBPSYWZDX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 125000004123 n-propyl group Chemical group [H]C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])* 0.000 description 1
- 125000001971 neopentyl group Chemical group [H]C([*])([H])C(C([H])([H])[H])(C([H])([H])[H])C([H])([H])[H] 0.000 description 1
- 150000002826 nitrites Chemical class 0.000 description 1
- 150000002828 nitro derivatives Chemical class 0.000 description 1
- 150000005181 nitrobenzenes Chemical class 0.000 description 1
- LYGJENNIWJXYER-UHFFFAOYSA-N nitromethane Chemical compound C[N+]([O-])=O LYGJENNIWJXYER-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VLZLOWPYUQHHCG-UHFFFAOYSA-N nitromethylbenzene Chemical compound [O-][N+](=O)CC1=CC=CC=C1 VLZLOWPYUQHHCG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 125000001196 nonadecyl group Chemical group [H]C([*])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])[H] 0.000 description 1
- 231100000252 nontoxic Toxicity 0.000 description 1
- 230000003000 nontoxic effect Effects 0.000 description 1
- 125000001400 nonyl group Chemical group [H]C([*])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])[H] 0.000 description 1
- 125000002868 norbornyl group Chemical group C12(CCC(CC1)C2)* 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 125000002958 pentadecyl group Chemical group [H]C([*])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])[H] 0.000 description 1
- 125000003538 pentan-3-yl group Chemical group [H]C([H])([H])C([H])([H])C([H])(*)C([H])([H])C([H])([H])[H] 0.000 description 1
- 125000001997 phenyl group Chemical group [H]C1=C([H])C([H])=C(*)C([H])=C1[H] 0.000 description 1
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 1
- FGIUAXJPYTZDNR-UHFFFAOYSA-N potassium nitrate Chemical compound [K+].[O-][N+]([O-])=O FGIUAXJPYTZDNR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000010289 potassium nitrite Nutrition 0.000 description 1
- 239000004304 potassium nitrite Substances 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- KAOQVXHBVNKNHA-UHFFFAOYSA-N propyl nitrite Chemical compound CCCON=O KAOQVXHBVNKNHA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QQONPFPTGQHPMA-UHFFFAOYSA-N propylene Natural products CC=C QQONPFPTGQHPMA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XLABPPWWFVQMBZ-UHFFFAOYSA-O pyridin-1-ium;nitrate Chemical compound [O-][N+]([O-])=O.C1=CC=[NH+]C=C1 XLABPPWWFVQMBZ-UHFFFAOYSA-O 0.000 description 1
- UMJSCPRVCHMLSP-UHFFFAOYSA-N pyridine Natural products COC1=CC=CN=C1 UMJSCPRVCHMLSP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000001008 quinone-imine dye Substances 0.000 description 1
- 150000003254 radicals Chemical class 0.000 description 1
- 229910052705 radium Inorganic materials 0.000 description 1
- HCWPIIXVSYCSAN-UHFFFAOYSA-N radium atom Chemical compound [Ra] HCWPIIXVSYCSAN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000007151 ring opening polymerisation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000007142 ring opening reaction Methods 0.000 description 1
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 1
- 125000002914 sec-butyl group Chemical group [H]C([H])([H])C([H])([H])C([H])(*)C([H])([H])[H] 0.000 description 1
- 125000003548 sec-pentyl group Chemical group [H]C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])(*)C([H])([H])[H] 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000007784 solid electrolyte Substances 0.000 description 1
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 description 1
- 125000004079 stearyl group Chemical group [H]C([*])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])[H] 0.000 description 1
- 229910052712 strontium Inorganic materials 0.000 description 1
- CIOAGBVUUVVLOB-UHFFFAOYSA-N strontium atom Chemical compound [Sr] CIOAGBVUUVVLOB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 125000000547 substituted alkyl group Chemical group 0.000 description 1
- 125000003107 substituted aryl group Chemical group 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 125000000542 sulfonic acid group Chemical group 0.000 description 1
- 125000000999 tert-butyl group Chemical group [H]C([H])([H])C(*)(C([H])([H])[H])C([H])([H])[H] 0.000 description 1
- 125000001973 tert-pentyl group Chemical group [H]C([H])([H])C([H])([H])C(*)(C([H])([H])[H])C([H])([H])[H] 0.000 description 1
- 125000002889 tridecyl group Chemical group [H]C([*])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])[H] 0.000 description 1
- BDZBKCUKTQZUTL-UHFFFAOYSA-N triethyl phosphite Chemical compound CCOP(OCC)OCC BDZBKCUKTQZUTL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZIBGPFATKBEMQZ-UHFFFAOYSA-N triethylene glycol Chemical compound OCCOCCOCCO ZIBGPFATKBEMQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- YFNKIDBQEZZDLK-UHFFFAOYSA-N triglyme Chemical compound COCCOCCOCCOC YFNKIDBQEZZDLK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GBXQPDCOMJJCMJ-UHFFFAOYSA-M trimethyl-[6-(trimethylazaniumyl)hexyl]azanium;bromide Chemical compound [Br-].C[N+](C)(C)CCCCCC[N+](C)(C)C GBXQPDCOMJJCMJ-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 125000002948 undecyl group Chemical group [H]C([*])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])[H] 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
- H01M10/056—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes
- H01M10/0564—Accumulators 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
- H01M10/0566—Liquid materials
- H01M10/0567—Liquid materials characterised by the additives
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
- H01M10/052—Li-accumulators
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
- H01M10/056—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes
- H01M10/0564—Accumulators 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
- H01M10/0566—Liquid materials
- H01M10/0569—Liquid materials characterised by the solvents
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
- H01M10/4235—Safety or regulating additives or arrangements in electrodes, separators or electrolyte
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
- H01M4/38—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of elements or alloys
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M2300/00—Electrolytes
- H01M2300/0017—Non-aqueous electrolytes
- H01M2300/0025—Organic electrolyte
- H01M2300/0028—Organic electrolyte characterised by the solvent
- H01M2300/0037—Mixture of solvents
- H01M2300/004—Three solvents
-
- Y—GENERAL 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy 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)
- Secondary Cells (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
Abstract
본 발명은 리튬-황 전지용 전해액 및 이를 포함하는 리튬-황 전지에 관한 것으로서, 상기 리튬-황 전지용 전해액은 비수계 용매, 리튬염, 질산염 및 아릴 유도체를 포함하고, 상기 비수계 용매는, 고리 구조 내에 산소 원자(O) 또는 황 원자(S)를 1개 포함하는 헤테로 고리 화합물; 및 글리콜 에테르;를 포함하고, 상기 아릴 유도체는 하기 화학식 1 내지 화학식 4 중 어느 하나로 표시되는 화합물 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 한다.
[화학식 1]
R1-M1-Li
[화학식 2]
R2-M2-M3-R3
[화학식 3]
R4-M4-Sx-Li
[화학식 4]
R5-M4-Sx-M5-R6
[화학식 1]
R1-M1-Li
[화학식 2]
R2-M2-M3-R3
[화학식 3]
R4-M4-Sx-Li
[화학식 4]
R5-M4-Sx-M5-R6
Description
본 발명은 리튬-황 전지용 전해액 및 이를 포함하는 리튬-황 전지에 관한 것이다.
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 전세계적으로 자원량이 풍부하고, 독성이 없으며, 낮은 원자 당 무게를 가지고 있는 장점이 있다.
이차전지의 응용 영역이 전기 자동차(EV), 에너지 저장 장치(ESS) 등으로 확대됨에 따라서 상대적으로 낮은 무게 대비 에너지 저장 밀도(~250 Wh/kg)를 갖는 리튬-이온 이차전지에 비해 이론상으로 높은 무게 대비 에너지 저장 밀도(~2,600 Wh/kg)를 구현할 수 있는 리튬-황 전지 기술이 각광 받고 있다.
리튬-황 전지는 방전 시에 음극 활물질인 리튬이 전자를 내어놓고 리튬 양이온으로 이온화되면서 산화되며, 양극 활물질인 황 계열 물질이 전자를 받아들이면서 환원된다. 여기서, 황 계열 물질의 환원반응을 통해 상기 S-S 결합이 2개의 전자를 받아들여 황 음이온 형태로 변환된다. 리튬의 산화반응에 의해 생성된 리튬 양이온은 전해질을 통해 양극으로 전달되고, 이는 황 계열 화합물의 환원반응에 의해 생성되는 황 음이온과 결합하여 염을 형성한다. 구체적으로, 방전 전의 황은 환형의 S8 구조를 가지고 있는데, 이는 환원반응에 의해 리튬 폴리설파이드(Lithium polysulfide, LiSx)로 변환되고, 완전히 환원되어서 리튬 설파이드(Li2S)가 생성된다.
이때, 양극 활물질인 황 계열 화합물에서 황의 낮은 전기전도도 특성으로 인해서 고상 형태에서는 전자 및 리튬 이온과의 반응성을 확보하기가 어렵다. 이에, 리튬-황 전지에서 황의 반응성을 개선하기 위해서 Li2Sx 형태의 중간 폴리설파이드(intermediate polysulfide)를 생성하여 액상 반응을 유도하고 반응성을 개선하는 기술이 개발된 바 있다. 이러한 기술은 전해액의 용매로서 리튬 폴리설파이드에 대해 용해성이 높은 디옥솔란(dixoxlane), 디메톡시에탄(dimethoxy ethane, DME) 등의 에테르계 용매를 이용한다. 이로써 전해액의 함량에 따라 황의 반응성 및 전지의 수명이 영향을 받게 된다.
또한, 리튬 황 전지의 방전 과정 중 양극으로부터 생성되는 폴리설파이드(polysulfide, PS)가 전해액에 용출되어 반응이 진행되는데, 이러한 폴리설파이드는 전지 내에서 부반응을 일으켜 전지 퇴화를 일으킨다. 고에너지 밀도 셀을 구현하기 위해서는 전해질의 양을 낮추는 것이 중요한데, 전해질 양이 감소하면 폴리설파이드의 농도가 진해지면서 부반응이 더 가속화되고 전지 수명이 감소하는 문제가 발생한다. 따라서 전해질의 양을 어느 정도 확보하면서도 고에너지 밀도를 달성할 수 있는 기술의 개발이 필요한 실정이다.
따라서 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 상술한 문제를 해결하고,
일 측면에 따르면, 방전 용량이 향상된 리튬-황 전지를 제공하고자 한다.
이를 위해, 황(S)의 반응 경로를 변화시켜 폴리설파이드(PS)의 용출 특성을 제어하여 폴리설파이드의 용출에 의해 생기는 문제, 예컨대 저항 특성을 개선하기 위한 리튬-황 전지용 전해액을 제공하고자 한다.
이로써, 적절한 전해질 양을 적용하여 높은 에너지 밀도 및 수명 특성을 가지는 리튬-황 전지를 제공하고자 한다.
상기 과제를 해결하기 위하여,
본 발명의 일 측면에 따르면, 하기 구현예들의 리튬-황 전지용 전해액이 제공된다.
제1 구현예에 따른 리튬-황 전지용 전해액은,
비수계 용매, 리튬염, 질산염 및 아릴 유도체를 포함하고, 상기 비수계 용매는, 고리 구조 내에 산소 원자(O) 또는 황 원자(S)를 1개 포함하는 헤테로 고리 화합물; 및 글리콜 에테르;를 포함하고, 상기 아릴 유도체는 하기 화학식 1 내지 화학식 4로 표시되는 화합물 중 적어도 하나를 포함한다.
[화학식 1]
R1-M1-Li
[화학식 2]
R2-M2-M3-R3
[화학식 3]
R4-M4-Sx-Li
[화학식 4]
R5-M5-Sx-M6-R6
상기 화학식 1 내지 화학식 4에서,
M1, M2, M3, M4, M5 및 M6는 각각 독립적으로 셀레늄(Se) 및 텔루륨(Te) 중에서 선택되며,
R1, R2, R3, R4, R5 및 R6은 각각 독립적으로 C6 내지 C20의 아릴기이며,
x는 1 내지 8의 수이다.
제2 구현예에 따르면, 제1 구현예에 있어서,
상기 화학식 1 내지 화학식 4에서, M1, M2, M3, M4, 및 M5가 셀레늄(Se)일 수 있다.
제3 구현예에 따르면, 제1 구현예 또는 제2 구현예에 있어서,
상기 질산염의 양이온은 알칼리 금속일 수 있다.
제4 구현예에 따르면, 제1 구현예 내지 제3 구현예 중 어느 한 구현예에 있어서,
상기 질산염은 질산리튬(LiNO3)을 포함할 수 있다.
제5 구현예에 따르면, 제1 구현예 내지 제4 구현예 중 어느 한 구현예에 있어서,
상기 리튬-황 전지용 전해액 총 중량을 기준으로, 상기 질산염 및 상기 아릴 유도체의 중량의 합이 4 중량% 이상일 수 있다.
제6 구현예에 따르면, 제1 구현예 내지 제5 구현예 중 어느 한 구현예에 있어서,
상기 아릴 유도체의 중량이 상기 질산염의 중량 대비 같거나 더 작은 것일 수 있다.
제7 구현예에 따르면, 제1 구현예 내지 제6 구현예 중 어느 한 구현예에 있어서,
상기 아릴 유도체는 화학식 1의 화합물, 화학식 3의 화합물 또는 이들의 혼합물을 포함하고,
상기 질산염에 대한 화학식 1의 화합물, 화학식 3의 화합물 또는 이들의 혼합물의 몰비가 0.5:1 이하일 수 있다.
제8 구현예에 따르면, 제1 구현예 내지 제7 구현예 중 어느 한 구현예에 있어서,
상기 아릴 유도체는 화학식 2의 화합물, 화학식 4의 화합물 또는 이들의 혼합물을 포함하고,
상기 질산염에 대한 화학식 2의 화합물, 화학식 4의 화합물 또는 이들의 혼합물의 몰비가 0.2:1 이하일 수 있다.
제9 구현예에 따르면, 제1 구현예 내지 제8 구현예 중 어느 한 구현예에 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, 클로로 보란 리튬, 저급지방족 카르본산 리튬, 4 페닐 붕산 리튬, 리튬 이미드 또는 이들 중 2 이상을 포함할 수 있다.
제10 구현예에 따르면, 제1 구현예 내지 제9 구현예 중 어느 한 구현예에 있어서,
상기 헤테로 고리 화합물의 총 부피에 대한 상기 글리콜 에테르의 총 부피의 비율이 3:1 이상일 수 있다.
제11 구현예에 따르면, 제1 구현예 내지 제10 구현예 중 어느 한 구현예에 있어서,
상기 헤테로 고리 화합물은 퓨란, 2-메틸 퓨란, 3-메틸 퓨란, 2-에틸퓨란, 2-프로필퓨란, 2-부틸퓨란, 2,3-디메틸퓨란, 2,4-디메틸퓨란, 2,5-디메틸퓨란, 피란, 2-메틸피란, 3-메틸피란, 4-메틸피란, 벤조퓨란, 2-(2-나이트로비닐)퓨란, 티오펜, 2-메틸티오펜, 2-에틸티오펜, 2-프로필티오펜, 2-부틸티오펜, 2,3-디메틸티오펜, 2,4-디메틸티오펜, 2,5-디메틸티오펜 또는 이들 중 2 이상을 포함할 수 있다.
제12 구현예에 따르면, 제1 구현예 내지 제11 구현예 중 어느 한 구현예에 있어서,
상기 비수계 용매는, 1개의 산소 원자를 포함하는 비환형 에테르를 더 포함할 수 있다.
제13 구현예에 따르면, 제1 구현예 내지 제12 구현예 중 어느 한 구현예에 있어서,
상기 비환형 에테르는 상기 비수계 용매 총 부피를 기준으로 10 부피% 이하의 함량으로 포함할 수 있다.
제14 구현예에 따르면, 제1 구현예 내지 제13 구현예 중 어느 한 구현예에 있어서,
상기 비환형 에테르는 비스(2,2,2-트리플루오로에틸)에테르, 메틸 프로필 에테르, 에틸 프로필 에테르, 디프로필 에테르, 메틸 t-부틸 에테르, 메틸 헥실 에테르, 에틸 t-부틸 에테르, 에틸 헥실 에테르 또는 이들 중 2 이상을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 하기 구현예들의 리튬-황 전지가 제공된다.
제15 구현예에 따른 리튬-황 전지는,
양극 활물질을 포함하는 양극; 및 음극 활물질을 포함하는 음극;을 포함하고, 상기 양극 활물질은 황 원소, 황 화합물 또는 이들의 혼합물을 포함한다.
제16 구현예에 따르면, 제15 구현예에 있어서,
상기 양극 활물질은 무기 황(S8), Li2Sn(n≥1), 디설파이드 화합물, 유기 황 화합물, 탄소-황 폴리머((C2Sx)n, x=2.5 내지 50의 정수이고, n≥2) 또는 이들 중 2 이상의 혼합물을 포함할 수 있다.
제17 구현예에 따르면, 제15 구현예 또는 제16 구현예에 있어서,
상기 양극 활물질의 중량에 대한 상기 리튬-황 전지용 전해액의 부피비(E/S 비율)가 2 g/g 이상일 수 있다.
제18 구현예에 따르면, 제14 구현예 내지 제17 구현예 중 어느 한 구현예에 있어서,
상기 E/S 비율이 2.3 g/g 이상일 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따른 리튬-황 전지용 전해액은 리튬 설파이드의 환원 반응 경로를 변화시켜 리튬-황 전지의 방전 메커니즘을 변화시키는 효과가 있다.
이에 따라 이를 이용한 리튬-황 전지는 추가적인 용량을 발현함으로써 리튬-황 전지의 방전 용량이 증가하고, 고에너지밀도를 구현하는 효과가 있다.
이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명은 하기 내용에 의해서만 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 각 구성요소가 다양하게 변형되거나 선택적으로 혼용될 수 있다. 따라서, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 명세서에서, 어떤 구성이 어떤 구성요소를 “포함” 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 명세서에서, 용어 “폴리설파이드(polysulfide, PS)”는 “폴리설파이드 이온(Sx 2-, x = 2~8의 정수))” 및 “리튬 폴리설파이드(Li2Sx 또는 LiSx -, x = 2~8의 정수)”를 모두 포함하는 개념이다.
본 명세서에서, 용어 “리튬설파이드(lithium sulfide)”는 Li2S의 물질을 나타낸다.
본 발명의 일 측면에 따른 리튬-황 전지용 전해액은,
비수계 용매, 리튬염, 질산염 및 아릴 유도체를 포함하고, 상기 비수계 용매는, 고리 구조 내에 산소 원자(O) 또는 황 원자(S)를 1개 포함하는 헤테로 고리 화합물; 및 글리콜 에테르;를 포함하고, 상기 아릴 유도체는 하기 화학식 1 내지 화학식 4 중 어느 하나로 표시되는 화합물 중 적어도 하나를 포함한다.
[화학식 1]
R1-M1-Li
[화학식 2]
R2-M2-M3-R3
[화학식 3]
R4-M4-Sx-Li
[화학식 4]
R5-M5-Sx-M6-R6
상기 화학식 1 내지 화학식 4에서,
M1, M2, M3, M4, M5 및 M6는 각각 독립적으로 셀레늄(Se) 및 텔루륨(Te) 중에서 선택된다.
또한, R1, R2, R3, R4, R5 및 R6은 각각 독립적으로 C6 내지 C20의 아릴기이다.
또한, x는 1 내지 8의 수이다.
본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 비수계 용매는 리튬-황 전지용 전해액 내 매질로서 포함된다. 상기 리튬염은 리튬-황 전지용 전해액에서 전해질염으로서 포함된다. 상기 질산염은 리튬 금속과 같은 소재의 음극 전극에 안정적인 피막을 형성하고 충방전 효율을 향상시키기 위한 첨가제로서 포함된다. 또한, 상기 아릴 유도체는 리튬 설파이드의 환원 반응의 경로를 변화시키고, 추가적인 방전 용량을 제공하기 위한 첨가제로서 포함된다.
본 발명에 있어서, 상기 아릴 유도체가 리튬-황 전지용 전해액에 포함됨으로써, 아릴 유도체는 양극 또는 전해액에 존재하는 리튬 설파이드(Li2S)를 쇄연장시키고, 이에 따라 리튬 설파이드의 환원 반응의 경로를 변화시키는 역할을 할 수 있다.
구체적으로, 아릴 유도체가 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 경우, 이를 포함하는 리튬-황 전지용 전해액에서는 리튬 설파이드에 -M1-R1의 형태로 쇄연장시키는 작용을 할 수 있다.
또한, 아릴 유도체가 화학식 2로 표시되는 화합물을 포함하는 경우, M2-M3의 결합이 분해되고, 이에 따라 이를 포함하는 리튬-황 전지용 전해액에서는 리튬 설파이드에 -M2-R2 또는 -M3-R3의 형태로 쇄연장시키는 작용을 할 수 있다.
또한, 아릴 유도체가 화학식 3으로 표시되는 화합물을 포함하는 경우, 이를 포함하는 리튬-황 전지용 전해액에서는 리튬 설파이드에 -Sx-M4-R4의 형태로 쇄연장시키는 작용을 할 수 있다.
또한, 아릴 유도체가 화학식 4로 표시되는 화합물을 포함하는 경우, 리튬 설파이드에-Sx-M5-R5 및/또는 -Sx-M6-R6 의 형태로 쇄연장시키는 작용을 할 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 화학식 1 내지 화학식 4에서, M1, M2, M3, M4, M5 및 M6가 셀레늄(Se)인 것일 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 화학식 1 내지 화학식 4에서, R1, R2, R3, R4, R5 및 R6가 페닐기일 수 있다.
본 발명의 다른 구현예에 있어서, 상기 리튬-황 전지용 전해액은 아릴 유도체로서 디페닐디셀레나이드(diphenyl diselenide, PDSe)를 포함할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 리튬-황 전지용 전해액은 질산염을 포함한다. 구체적으로, 상기 질산염은 리튬-황 전지용 전해액에 첨가제로서 사용될 수 있는 질산계 화합물 또는 아질산계 화합물을 통칭한다. 상기 질산 또는 아질산계 화합물은 예컨대 리튬 금속과 같은 소재의 음극 전극에 안정적인 피막을 형성하고 충방전 효율을 향상시키는 효과를 나타낼 수 있으나, 본 발명의 기전이 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 질산염은 이에 제한되는 것은 아니나, 예를 들어 질산리튬(LiNO3), 질산칼륨(KNO3), 질산세슘(CsNO3), 질산바륨(Ba(NO3)2), 질산암모늄(NH4NO3), 아질산리튬(LiNO2), 아질산칼륨(KNO2), 아질산세슘(CsNO2), 아질산암모늄(NH4NO2) 등의 무기계 질산 또는 아질산 화합물; 메틸 니트레이트, 디알킬 이미다졸륨 니트레이트, 구아니딘 니트레이트, 이미다졸륨 니트레이트, 피리디늄 니트레이트, 에틸 니트라이트, 프로필 니트라이트, 부틸 니트라이트, 펜틸 니트라이트, 옥틸 니트라이트 등의 유기계 질산 또는 아질산 화합물; 니트로메탄, 니트로프로판, 니트로부탄, 니트로벤젠, 디니트로벤젠, 니트로 피리딘, 디니트로피리딘, 니트로톨루엔, 디니트로톨루엔 등의 유기 니트로 화합물, 또는 이들 중 2 이상의 혼합물일 수 있다.
본 발명의 일 구현예에서, 상기 질산염의 양이온은 이에 제한되는 것은 아니나 알칼리 금속, 예를 들어 리튬, 나트륨, 칼륨, 루비듐 및 세슘에서 선택되는 것일 수 있다.
본 발명의 다른 구현예에서, 상기 질산염은 질산리튬(LiNO3)을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 리튬-황 전지용 전해액 총 중량을 기준으로, 상기 질산염 및 상기 아릴 유도체의 중량의 합이 4 중량% 이상일 수 있다. 구체적으로, 상기 리튬-황 전지용 전해액 총 중량을 기준으로, 상기 질산염 및 상기 아릴 유도체의 중량의 합이 5 중량% 이상 10 중량% 이하, 5 중량% 이상 9 중량% 이하, 또는 5 중량% 이상 7 중량% 이하일 수 있다. 상기 질산염 및 상기 아릴 유도체의 중량의 합의 범위가 상술한 범위일 때 이를 이용한 리튬-황 전지의 구동 시 방전 용량 증가 및 수명 특성 개선의 측면에서 유리한 효과를 나타낼 수 있으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 다른 구현예에 있어서, 상기 아릴 유도체의 중량이 상기 질산염의 중량 대비 같거나 더 작은 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 아릴 유도체의 중량이 상기 질산염의 중량 대비 더 작은 것일 수 있다. 상기 질산염과 상기 아릴 유도체의 중량 비율이 상술한 범위일 때 이를 이용한 리튬-황 전지의 구동 시 방전 용량 증가 및 수명 특성 개선의 측면에서 유리한 효과를 나타낼 수 있으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 아릴 유도체가 상기 아릴 유도체는 화학식 1의 화합물, 화학식 3의 화합물 또는 이들의 혼합물을 포함하는 경우, 상기 질산염에 대한 화학식 1의 화합물, 화학식 3의 화합물 또는 이들의 혼합물의 몰비가 0.5:1 이하일 수 있다. 구체적으로, 상기 질산염에 대한 화학식 1의 화합물, 화학식 3의 화합물 또는 이들의 혼합물의 몰비가 0.1:1 내지 0.4:1 또는 0.1:1 내지 0.3:1일 수 있다. 상기 아릴 유도체가 화학식 1 및 화학식 3의 화합물의 혼합물을 포함하는 경우, 상기 몰비는 상기 혼합물의 몰비를 나타낸다.
본 발명의 다른 구현예에 있어서, 상기 아릴 유도체가 화학식 2의 화합물, 화학식 4의 화합물 또는 이들의 혼합물을 포함하는 경우, 상기 질산염에 대한 화학식 2의 화합물, 화학식 4의 화합물 또는 이들의 혼합물의 몰비가 0.2:1 이하일 수 있다. 구체적으로, 상기 질산염에 대한 화학식 2의 화합물, 화학식 4의 화합물 또는 이들의 혼합물의 몰비가 0.1:1 이하일 수 있다. 예를 들어 상기 질산염에 대한 화학식 2의 화합물, 화학식 4의 화합물 또는 이들의 혼합물의 몰비가 0.05:1 내지 0.2:1 또는 0.05:1 내지 0.1:1일 수 있다. 상기 아릴 유도체가 화학식 2 및 화학식 4의 화합물의 혼합물을 포함하는 경우, 상기 몰비는 상기 혼합물의 몰비를 나타낸다.
상기 질산염과 상기 아릴 유도체의 몰비가 상술한 범위일 때 이를 이용한 리튬-황 전지의 구동 시 방전 용량 증가 및 수명 특성 개선의 측면에서 유리한 효과를 나타낼 수 있으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 또 다른 구현예에 있어서, 상기 리튬-황 전지용 전해액 총 중량을 기준으로, 상기 질산염 및 상기 아릴 유도체의 중량의 합이 4 중량% 이상이고, 상기 아릴 유도체의 중량이 상기 질산염의 중량 대비 같거나 더 작고, 상기 질산염에 대한 상기 아릴 유도체의 몰비가 0.5:1 이하인 것일 수 있다.
본 발명에 따르면, 상기 비수계 용매로서 헤테로 고리 화합물 및 글리콜 에테르의 조합을 포함한다.
상기 글리콜 에테르는 2개의 산소 원자를 포함하는 비환형(acyclic)의 에테르로서 리튬-황 전지의 전해액으로 사용될 수 있는 것이라면 제한되지 않고 사용될 수 있다.
본 발명의 일 구현예에서, 상기 글리콜 에테르는 하기 화학식 3으로 표시될 수 있다:
[화학식 5]
R7-O-(CH2CH2O)x-R8
(상기 화학식 3에서,
R7 및 R8는 서로 같거나 다르며, 각각 독립적으로 C1 내지 C6의 비치환 또는 치환된 알킬기, C6 내지 C12의 비치환 또는 치환된 아릴기, 또는 C7 내지 C13의 비치환 또는 치환된 아릴알킬기이고, x는 0 내지 4의 정수이다.)
상기 글리콜 에테르는 예를 들어 디메톡시 에탄, 디에톡시 에탄, 에틸렌 글리콜 에틸 메틸 에테르, 디에틸렌 글리콜 디메틸 에테르, 디에틸렌 글리콜 디에틸 에터, 디에틸렌 글리콜 메틸 에틸 에테르, 트리에틸렌 글리콜 디메틸 에테르, 트리에틸렌 글리콜 디에틸 에테르, 트리에틸렌 글리콜 메틸 에틸 에테르, 테트라에틸린 글리콜 디메틸 에테르, 테트라에틸렌 글리콜 디에틸 에테르, 테트라에틸렌 글리콜 메틸 에틸 에테르, 폴리에틸렌 글리콜 디메틸 에테르, 폴리에틸렌 글리콜 디에틸 에테르, 폴리에틸렌 글리콜 메틸 에틸 에테르 또는 이들 중 2 이상을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 비수계 용매는 글리콜 에테르로서 디메톡시 에탄을 포함할 수 있다.
상기 헤테로 고리 화합물은 고리 구조 내에 1개의 산소 원자(O) 또는 황 원자(S)를 포함하여 고리 구조 내에 1개의 -C-O-C- 구조 또는 -C-S-C- 구조를 포함하는 에테르로서 리튬-황 전지의 전해액으로 사용될 수 있는 것이라면 제한되지 않고 사용될 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 헤테로 고리 화합물은 두 개 이상의 이중결합을 포함하는 동시에 산소 원자 및 황 원자 중 어느 하나를 포함함으로써, 전지의 초기 방전 단계에서 헤테로 고리 화합물의 고리 열림 중합반응(ring opening reaction)에 의해 음극(리튬계 금속)의 표면에 고체 전해질 계면층(solid electrolyte interface, SEI층)을 형성함으로써 리튬 덴드라이트의 생성을 억제시킬 수 있다. 나아가, 상기 리튬계 금속 표면에서의 전해액 분해 및 그에 따른 부반응을 감소시킴으로써 리튬-황 전지의 수명 특성을 향상시킬 수 있다. 또한, 헤테로 원자(산소 원자 또는 황 원자)의 고립 전자상(lone pair electrons)의 비편재화(delocalization)로 인해 염(salt)을 용해시키기 어려운 특성을 갖기 때문에, 폴리설파이드의 전해액 용출량을 줄여주는 역할을 할 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 헤테로 고리 화합물은 음극(리튬계 금속)의 표면에 SEI층을 형성하기 위해 두 개 이상의 이중결합을 반드시 포함하여야 하며, 극성을 띠게 하여 전해액 내 다른 용매와의 친화도를 높이는 등의 효과를 발현하기 위해 헤테로 원자(산소 원자 또는 황 원자) 또한 반드시 포함하여야 한다.
본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 헤테로 고리 화합물은 4 내지 15원, 구체적으로 4 내지 7원, 보다 구체적으로 5 내지 6원의 헤테로 고리 화합물일 수 있다. 또한, 상기 헤테로 고리 화합물은 탄소수 1개 내지 4개의 알킬기, 탄소수 3개 내지 8개의 고리형 알킬기, 탄소수 6개 내지 10개의 아릴기, 할로겐기, 니트로기(-NO2), 아민기(-NH2) 및 설포닐기(-SO2)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상으로 치환 또는 비치환된 헤테로 고리 화합물일 수 있다. 본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 헤테로 고리 화합물이 상기와 같이 치환되는 경우, 라디칼이 안정화되어 전해액 간의 부반응을 억제하는 측면에서 유리한 효과를 나타낼 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 헤테로 고리 화합물은 예를 들어 퓨란, 2-메틸 퓨란, 3-메틸 퓨란, 2-에틸퓨란, 2-프로필퓨란, 2-부틸퓨란, 2,3-디메틸퓨란, 2,4-디메틸퓨란, 2,5-디메틸퓨란, 피란, 2-메틸피란, 3-메틸피란, 4-메틸피란, 벤조퓨란, 2-(2-나이트로비닐)퓨란, 티오펜, 2-메틸티오펜, 2-에틸티오펜, 2-프로필티오펜, 2-부틸티오펜, 2,3-디메틸티오펜, 2,4-디메틸티오펜, 2,5-디메틸티오펜 또는 이들 중 2 이상을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 비수계 용매는 헤테로 고리 화합물로서 2-메틸 퓨란을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 비수계 용매 총 부피를 기준으로, 상기 글리콜 에테르는 이에 제한되는 것은 아니나, 예를 들어 60 중량% 이상, 예를 들어 65 중량% 이상, 70 중량% 이상, 75 중량% 이상, 80 중량% 이상, 85 중량% 이하의 부피로 포함될 수 있다. 상기 글리콜 에테르의 부피가 상술한 범위일 때 리튬염, 질산염, 아릴 유도체, 및 전지의 구동 시 양극으로부터 용출되는 리튬 폴리설파이드에 대한 적절한 용해성을 제공하는 효과가 있을 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 비수계 용매 총 부피를 기준으로, 상기 헤테로 고리 화합물은 예를 들어 상기 글리콜 에테르 이외의 부피를 구성하는 것일 수 있다. 예를 들어, 상기 비수계 용매 총 부피를 기준으로, 상기 헤테로 고리 화합물은 이에 제한되는 것은 아니나, 예를 들어 15 중량% 이상, 예를 들어 20 중량% 이상, 40 중량% 이하, 35 중량% 이하, 30 중량% 이하, 25 중량% 이하의 부피로 포함될 수 있다. 상기 헤테로 고리 화합물의 부피가 상술한 범위일 때 리튬염, 질산염, 아릴 유도체, 및 전지의 구동 시 양극으로부터 용출되는 리튬 폴리설파이드에 대한 적절한 용해성을 제공하는 효과가 있을 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 다른 구현예에 있어서, 상기 헤테로 고리 화합물의 총 부피에 대한 상기 글리콜 에테르의 총 부피의 비율이 3:1 이상일 수 있다. 구체적으로, 상기 헤테로 고리 화합물의 총 부피에 대한 상기 글리콜 에테르의 총 부피의 비율이 3:1 내지 5:1, 3:1 내지 4:1 또는 3.5:1 내지 4:1일 수 있다. 상기 헤테로 고리 화합물 및 상기 글리콜 에테르의 부피의 비율이 상술한 범위일 때 전지의 구동 안정성 개선의 측면에서 유리한 효과가 있을 수 있으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 비수계 용매는, 상술한 헤테로 고리 화합물 및 글리콜 에테르 이외에도 1개의 산소 원자를 포함하는 비환형 에테르를 더 포함할 수 있다. 상기 비수계 용매가 비환형 에테르를 더 포함함으로써 전지의 구동 시 SOC70에서 과전압 개선의 측면에서 유리한 효과를 나타낼 수 있으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 1개의 산소 원자를 포함하는 비환형 에테르는 하기 화학식 5로 표시되는 것일 수 있다.
[화학식 6]
R9-O-R10
상기 화학식 6에서, R9 및 R10은 각각 독립적으로 비치환 또는 치환된 C1 내지 C20의 알킬기이다.
본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 치환된 C1 내지 C20의 알킬기에 있어서, 상기 '치환'은, 예를 들어 할로겐원자, 히드록시기, 니트로기, 시아노기, 아미노기, 아미디노기, 아세트아미노기, 히드라진, 히드라존, 카르복실기, 술포닐기, 술파모일(sulfamoyl)기, 술폰산기, 인산, C1 내지 C5의 알킬기, C1 내지 C5의 알콕시기, C2 내지 C5의 알케닐기, C2 내지 C5의 알키닐기, C4 내지 C10의 시클로알킬기, C6 내지 C10의 아릴기, C6 내지 C10의 헤테로아릴기, C6 내지 C20의 아릴알킬기, C6 내지 C20의 헤테로아릴알킬기, 또는 이들의 조합에 의한 것일 수 있다.
본 발명의 다른 구현예에 있어서, 전지의 구동 시 폴리설파이드 또는 리튬과의 부반응을 억제하는 측면에서 상기 R6 및 R7은 각각 독립적으로 예를 들어 비치환된 C1 내지 C20의 알킬기일 수 있다.
본 발명의 또 다른 구현예에 있어서, 상기 R9 및 R10은 각각 독립적으로 예를 들어 메틸기, 에틸기, n-프로필기, n-부틸기, n-아밀기, n-헥실기,n-헵틸기,n-옥틸기, n-노닐기, n-데실기, n-운데실기, n-도데실기, n-트리데실기, n-테트라데실기, n-펜타데실기, n-헥사데실기, n-헵타데실기, n-옥타데실기, n-노나데실기, n-에이코사닐기, iso-프로필기, sec-부틸기, iso-부틸기, tert-부틸기, 1-메틸부틸기, 1-에틸프로필기, 2-메틸부틸기, iso-아밀기, 네오펜틸기, 1,2-디메틸프로필기, 1,1-디메틸프로필기, tert-아밀기, 1,3-디메틸부틸기, 3,3-디메틸부틸기, 2-에틸부틸기, 2-에틸-2-메틸프로필기,직쇄형 또는 분지형 헵틸기,1-메틸헵틸기, 2-에틸헥실기, 1,5-디메틸헥실기, tert-옥틸기, 분지형 노닐기, 분지형 데실기, 분지형 운데실기, 분지형 도데실기, 분지형 트리데실기, 분지형 테트라데실기, 분지형 펜타데실기, 분지형 헥사데실기, 분지형 헵타데실기, 분지형 옥타데실기, 직쇄형 또는 분지형 노나데실기, 직쇄형 또는 분지형 에이코사닐기, 시클로프로필기, 시클로프로필메틸기, 시클로부틸기, 시클로부틸메틸기, 시클로펜틸기, 시클로헥실기, 시클로헥실메틸기, 시클로헵틸기, 시클로옥틸기, 시클로헥실프로필기, 시클로도데실기, 노르보르닐기, 보르닐기, 시클로펜틸에틸기 또는 바이시클로옥틸기일 수 있다.
본 발명의 다른 구현예에서, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니나, 예를 들어 전지의 구동 시 폴리설파이드 또는 리튬과의 부반응을 억제하는 측면에서 R9은 비치환된 알킬기인 것이 바람직할 수 있다.
본 발명의 일 구현예에서, 상기 비환형 에테르는 예를 들어 비스(2,2,2-트리플루오로에틸)에테르, 메틸 프로필 에테르, 에틸 프로필 에테르, 디프로필 에테르, 메틸 t-부틸 에테르, 메틸 헥실 에테르, 에틸 t-부틸 에테르, 에틸 헥실 에테르 또는 이들 중 2 이상을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 구현예에서, 상기 비환형 에테르로서 상술한 종류는 양극으로부터 용출되는 폴리설파이드에 대한 비용매로 작용함으로써 양극으로부터 폴리설파이드의 용출을 억제하는 측면에서 유리한 효과를 나타낼 수 있다.
본 발명의 다른 구현예에 있어서, 상기 비환형 에테르는, 이에 제한되는 것은 아니나, 예를 들어 상기 비수계 용매 총 부피를 기준으로 10 부피% 이하의 함량으로 포함되는 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 비환형 에테르의 함량은 상기 비수계 용매 총 부피를 기준으로 1 부피% 이상 10 부피% 이하 또는 5 부피% 이상 10 부피% 이하일 수 있다. 상기 비환형 에테르의 함량이 상술한 범위일 때 전지의 구동 안정성 개선의 측면에서 유리한 효과를 나타낼 수 있으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 다른 구현예에 있어서, 상기 비환형 에테르는 상기 비수계 용매 총 부피를 기준으로 10 부피% 이하의 함량으로 포함하고, 상기 비환형 에테르의 총 부피에 대한 상기 글리콜 에테르의 총 부피의 비율이 이에 제한되는 것은 아니나, 예를 들어 6:1 이상, 예컨대 6:1 내지 7.5:1 또는 6.5:1 내지 7:1일 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 비수계 용매 전체 부피에서 상술한 용매의 함량이 상술한 범위인 경우 폴리 설파이드의 용출 억제 및 전지의 구동 안정성 측면에서 유리한 효과를 나타낼 수 있으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 리튬염은 리튬-황 전지의 전해액에 통상적으로 사용할 수 있는 것이라면 제한되지 않고 사용될 수 있다. 상기 리튬염은 예를 들어 LiCl, LiBr, LiI, LiClO4, LiBF4, LiB10Cl10, LiPF6, LiCF3SO3, LiCF3CO2, LiC4BO8, LiAsF6, LiSbF6, LiAlCl4, CH3SO3Li, CF3SO3Li, (CF3SO2)2NLi, (C2F5SO2)2NLi, (SO2F)2NLi, (CF3SO2)3CLi, 클로로 보란 리튬, 저급지방족 카르본산 리튬, 4 페닐 붕산 리튬, 리튬 이미드 또는 이들 중 2 이상을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일 구현예에서, 상기 리튬염은 질산 리튬염을 포함하지 않을 수 있다. 상기 질산 리튬염은 상술한 질산염의 예로서 포함될 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 리튬염은 리튬 비스(플루오로설포닐)이미드(LiFSI)을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 구현예에서, 상기 리튬염의 농도는 이온 전도도, 용해도 등을 고려하여 적절하게 결정될 수 있으며, 예를 들어 0.1 내지 4.0 M, 0.5 내지 2.0 M, 0.5 내지 1.0M 또는 0.75 M일 수 있다. 상기 리튬염의 농도가 상술한 범위인 경우 이온 전도도 및 전해액의 점도 측면에서 유리한 효과를 나타낼 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 다른 구현예에서, 상기 리튬-황 전지용 전해액은 전술한 조성 이외에 충방전 특성, 난연성 등의 개선을 목적으로 기타 첨가제를 더 포함할 수 있다. 상기 첨가제로는 본 발명에서 특별히 한정하지는 않으나, 예를 들어 피리딘, 트리에틸포스파이트, 트리에탄올아민, 에틸렌 디아민, n-글라임(glyme), 헥사 인산 트리 아마이드, 니트로벤젠 유도체, 유황, 퀴논 이민 염료, N-치환 옥사졸리디논, N,N-치환 이미다졸리딘, 암모늄염, 피롤, 2-메톡시 에탄올, 삼염화 알루미늄, 플루오로에틸렌 카보네이트(FEC), 프로펜 설톤(PRS), 비닐렌 카보네이트(VC) 등을 들 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 상기 리튬-황 전지용 전해액은 당업계에 공지된 통상적인 방법에 의해 제조될 수 있으며, 본 발명에서 특별히 한정하지 않는다.
본 발명의 다른 측면에 따른 리튬-황 전지는 상술한 리튬-황 전지용 전해액을 포함하고, 양극 활물질을 포함하는 양극 및 음극 활물질을 포함하는 음극을 포함한다. 구체적으로, 상기 양극 활물질은 황 원소, 황 화합물 또는 이들의 혼합물을 포함한다.
상기 양극, 양극 활물질, 음극 및 음극 활물질은 본 발명의 목적을 저해하지 않는 범위 내에서 리튬-황 전지에 사용할 수 있는 것이라면 특별히 제한되지 않고 사용될 수 있다.
예컨대, 상기 양극은 양극 집전체 및 상기 양극 집전체의 일면 또는 양면에 도포된 양극 활물질층을 포함할 수 있으며, 상기 음극은 음극 집전체 및 상기 음극 집전체의 일면 또는 양면에 도포된 음극 활물질층을 포함할 수 있으며,
이때, 상기 양극 집전체는 양극 활물질을 지지하며, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 높은 도전성을 가지는 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 상기 음극 집전체는 음극 활물질을 지지하며, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 높은 도전성을 가지는 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일 구현예에서, 상기 양극 활물질은 황 원소, 황 화합물 또는 이들의 혼합물을 포함한다. 구체적으로, 상기 양극 활물질은 무기 황(S8), Li2Sn(n≥1), 디설파이드 화합물, 유기황 화합물, 탄소-황 폴리머((C2Sx)n, x=2.5 내지 50, n≥2) 또는 이들 중 2 이상을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 구현예에서, 상기 음극 활물질은 리튬(Li+)을 가역적으로 삽입(intercalation) 또는 탈삽입(deintercalation)할 수 있는 물질, 또는 리튬 이온과 반응하여 가역적으로 리튬 함유 화합물을 형성할 수 있는 물질이라면 특별히 제한되지 않고 사용될 수 있다. 예를 들어 상기 음극 활물질은 리튬 금속, 리튬 합금 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있다. 상기 리튬 합금은 예를 들어, 리튬(Li)과 나트륨(Na), 칼륨(K), 루비듐(Rb), 세슘(Cs), 프랑슘(Fr), 베릴륨(Be), 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca), 스트론튬(Sr), 바륨(Ba), 라듐(Ra), 알루미늄(Al), 주석(Sn) 또는 이들 중 2 이상의 금속의 합금일 수 있다.
또한, 상기 양극 활물질층 및 음극 활물질층 각각은 활물질 외에도 도전재, 바인더 및 첨가제 등을 더 포함할 수 있으며, 이의 구체적인 종류는 통상의 것을 이용할 수 있으므로 설명을 생략한다.
본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 리튬황 전지의 외형은 예를 들어 코인형, 원통형, 파우치형 또는 각형 등이 될 수 있으며, 전지의 외형은 특별히 제한되는 것은 아니다. 또한, 상기 리튬황 전지는 소형 디바이스의 전원으로 사용되는 전지셀에 사용될 수 있을 뿐만 아니라, 다수의 전지셀들을 포함하는 중대형 전지모듈에 단위전지로도 사용될 수 있으며, 그 사용 형태에 특별히 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 탄소 복합체를 포함하는 양극을 이용한 리튬황 전지는 초기 용량, 사이클 안정성의 측면에서 우수할 뿐만 아니라, 전지의 에너지 밀도 측면에서도 우수한 효과를 나타낼 수 있으나, 본 발명의 효과가 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 리튬황 전지는 에너지 밀도를 높이면서도, 전해액 내 폴리설파이드에 의한 부반응을 개선하기 위해 전해액의 양을 확보하는 효과를 나타낼 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 리튬황 전지는 상기 양극 활물질인 황과 전해액의 무게의 비율을 나타내는 전해질/황(E/S)의 비율이 예를 들어 2 g/g 이상일 수 있다. 구체적으로, 상기 전해질/황(E/S)의 비율이 2.3 g/g 이상일 수 있다. 예컨대, 상기 전해질/황(E/S)의 비율이 2 g/g 내지 3 g/g, 2.1 g/g 내지 2.7 g/g 또는 2.3 g/g 내지 2.5 g/g일 수 있다. 종래 에너지 밀도를 높이기 위해 E/S 비율을 낮추었을 때 전해액 내 폴리설파이드의 농도가 높아서 부반응이 야기되었던 문제를 해결하기 위해 본 발명은 전지의 에너지 밀도를 높이면서도 E/S 비율을 안정화한 효과가 있는 것이므로, 상기 리튬황 전지의 E/S 비율은 상술한 범위보다 더 큰 값을 가질 수 있고, 그 상한이 제한되지 않음은 당업자에게 자명하며, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 다른 구현예에 있어서, 상기 리튬황 전지는 400 Wh/kg 내지 500 Wh/kg의 에너지 밀도를 갖는 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 리튬황 전지는 430 Wh/kg 이상, 450 Wh/kg 이상 또는 460 Wh/kg 이상의 에너지 밀도를 갖는 것일 수 있으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
이하, 실시예를 통해 본 발명을 더욱 상술하지만, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명의 범주가 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
먼저, 다음과 같은 방법으로 파우치 셀 형태의 리튬-황 전지를 제조하고, 제조된 전지의 성능을 평가하였다.
실험예 1. PDSe 첨가에 따른 전지의 성능 평가
[전지의 제조]
실시예 1
리튬-황 전지용 전해액의 준비
디메톡시에탄(DME), 2-메틸퓨란(2MeF) 및 비스(2,2,2-트리플루오로에틸)에테르(BTFE)의 혼합물(v/v/v=7:2:1)에 0.5 M의 리튬 비스(플루오로설포닐)이미드(LiFSI), 4.0 중량%의 질산리튬(LiNO3, 몰 질량 69 g/mol) 및 1 중량%의 디페닐디셀레나이드(PDSe, 몰 질량 312 g/mol)을 넣고 12시간 교반하여 전해액을 제조하였다.
전극의 준비
증류수를 용매로 하여 양극 활물질로서 황-탄소 복합체(S:C=70:30(중량비)) 및 바인더로서 폴리아크릴산(PAA)을 97:3의 중량비로 혼합해 양극 슬러리를 제조하였다.
12 ㎛ 두께의 알루미늄 집전체의 양쪽면에 상기 제조된 양극 슬러리 조성물을 도포하고 80 ℃에서 건조하고 롤프레스(roll press)기기로 압연하여 양극을 제조하였다. 이때 양극 활물질의 로딩량은 3.45 mAh/㎠ 이었다.
음극으로서 30 ㎛ 두께의 리튬 금속을 준비하였다.
리튬-황 전지의 제조
상기 제조된 양극과 음극을 대면하도록 위치시키고 그 사이에 두께 16 ㎛, 기공도 68 %의 폴리에틸렌 분리막을 삽입한 후 스택킹(stacking)하여 파우치 셀을 조립 후, E/S(Electrolyte/S loading amount)의 비율이 2.15 g/g이 되도록 상기에서 제조한 전해액을 1g을 주입하고 봉입(sealing)하여 파우치 형태의 리튬-황 전지를 제조하였다.
실시예 2
PDSe를 3 중량% 첨가한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법에 따라서 리튬-황 전지를 제조하였다.
실시예 3
PDSe를 5 중량% 첨가한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법에 따라서 리튬-황 전지를 제조하였다.
비교예 1
PDSe를 첨가하지 않은 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법에 따라서 리튬-황 전지를 제조하였다.
| 구분 | E/S | 용매 부피비 (v/v/v) |
리튬염 (M) |
질산염 (wt%) |
아릴 유도체 (wt%) |
아릴 유도체:질산염 몰비 | ||
| 2MeF | BTFE | DME | LiFSI | LiNO3 | PDSe | |||
| 비교예 1 | 2.15 | 20 | 10 | 70 | 0.5 | 4 | - | - |
| 실시예 1 | 2.15 | 20 | 10 | 70 | 0.5 | 4 | 1 | 0.05 |
| 실시예 2 | 2.15 | 20 | 10 | 70 | 0.5 | 4 | 3 | 0.17 |
| 실시예 3 | 2.15 | 20 | 10 | 70 | 0.5 | 4 | 5 | 0.28 |
[전지 성능 평가 및 결과]
다음과 같은 방법으로 전지의 성능을 평가하여 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
초기 방전 용량 평가
제조된 전지에 대하여 25℃의 온도에서 0.1C 충전/0.1C 방전 (각 2.5V 상한/1.8V 하한) 3회 구동하여 초기 방전 용량을 측정하였다.
에너지밀도 측정
셀의 초기 방전 용량(Ah)에 평균 작동 전압(V)을 곱한 후 셀의 용량(kg)으로 나누어 에너지 밀도를 계산하였다.
수명 평가
초기 방전 용량 평가 이후 25℃에서 0.2C 충전/0.1C 방전(각 2.5V 상한/1.8V 하한)을 반복 구동하여 전지의 에너지밀도가 400 Wh/kg에 도달했을 때의 사이클을 측정함으로써 전지의 수명 특성을 확인하였다.
| 구분 | 용량 (mAh/g) |
에너지 밀도 (Wh/kg) |
수명 (cyc) |
| 비교예 1 | 1138 | 445 | 31 |
| 실시예 1 | 1157 | 457 | 32 |
| 실시예 2 | 1238 | 487 | 30 |
| 실시예 3 | 1245 | 489 | 22 |
상기 표 1 및 표 2에서 확인할 수 있는 바와 같이, E/S 비율이 2.15인 경우, PDSe 첨가에 의해 에너지 밀도가 향상되는 것으로 확인되었다.
실험예 2. 첨가제 몰비 및 E/S 비율에 따른 전지의 성능 평가 1
실시예 1과 동일한 방법에 따라 하기 표 3의 조성으로 전지를 제조하였으며, 상기와 같은 방법으로 전지의 성능을 평가하여 그 결과를 표 4에 도시하였다. 조성 및 성능 평가 결과의 비교를 위해 실시예 1을 동일하게 기재하였다.
| 구분 | E/S | 용매 부피비 (v/v/v) |
리튬염 (M) |
질산염 (wt%) |
아릴 유도체 (wt%) |
아릴 유도체:질산염 몰비 | ||
| 2MeF | BTFE | DME | LiFSI | LiNO3 | PDSe | |||
| 실시예 1 | 2.15 | 20 | 10 | 70 | 0.5 | 4 | 1 | 0.05 |
| 실시예 4 | 2.3 | 20 | 10 | 70 | 0.5 | 4 | 1 | 0.05 |
| 실시예 5 | 2.5 | 20 | 10 | 70 | 0.5 | 4 | 1 | 0.05 |
| 실시예 6 | 2.3 | 20 | 10 | 70 | 0.5 | 4 | 3 | 0.17 |
| 실시예 7 | 2.5 | 20 | 10 | 70 | 0.5 | 4 | 3 | 0.17 |
| 구분 | 용량 (mAh/g) | 에너지 밀도 (Wh/kg) | 수명 (cyc) |
| 실시예 1 | 1157 | 457 | 32 |
| 실시예 4 | 1165 | 451 | 38 |
| 실시예 5 | 1174 | 440 | 49 |
| 실시예 6 | 1193 | 462 | 35 |
| 실시예 7 | 1213 | 452 | 42 |
상기 표 3 및 표 4에서 확인할 수 있는 바와 같이, E/S 비율이 2.3 이상인 경우, PDSe 첨가에 의해 전지의 초기 용량, 에너지 밀도뿐만 아니라 수명 특성도 향상되는 것으로 확인되었다. 또한, E/S 비율이 2.3 이상일 때 전지 성능의 향상 정도는 아릴 유도체와 질산염의 몰비가 0.1 이하일 때 더욱 우수한 것으로 확인되었다.
실험예 3. 첨가제 몰비 및 E/S 비율에 따른 전지의 성능 평가 2
비수계 용매로서 BTFE를 사용하지 않고, 2MeF:DME를 20:80의 부피비로 이용하면서, 실시예 1과 동일한 방법에 따라 하기 표 5의 조성으로 전지를 제조하였으며, 상기와 같은 방법으로 전지의 성능을 평가하여 그 결과를 표 6에 도시하였다.
| 구분 | E/S | 용매 부피비 (v/v) |
리튬염 (M) |
질산염 (wt%) |
아릴 유도체 (wt%) |
아릴 유도체:질산염 몰비 | |
| 2MeF | DME | LiFSI | LiNO3 | PDSe | |||
| 비교예 2 | 2.5 | 20 | 80 | 0.5 | 4 | - | 0.05 |
| 실시예 8 | 2.5 | 20 | 80 | 0.5 | 4 | 3 | 0.17 |
| 실시예 9 | 2.7 | 20 | 80 | 0.5 | 4 | 3 | 0.17 |
| 실시예 10 | 3.0 | 20 | 80 | 0.5 | 4 | 3 | 0.17 |
| 실시예 11 | 2.5 | 20 | 80 | 0.5 | 5 | 3 | 0.13 |
| 실시예 12 | 2.5 | 20 | 80 | 0.5 | 6 | 3 | 0.11 |
| 구분 | 용량 (mAh/g) | 에너지 밀도 (Wh/kg) |
| 비교예 2 | 1221 | 454 |
| 실시예 8 | 1252 | 464 |
| 실시예 9 | 1266 | 454 |
| 실시예 10 | 1298 | 440 |
| 실시예 11 | 1249 | 461 |
| 실시예 12 | 1273 | 472 |
상기 표 5 및 표 6에서 확인할 수 있는 바와 같이, E/S 비율이 2.5 이상인 경우, PDSe 첨가에 의해 전지의 용량 및 에너지 밀도가 여전히 향상되는 것으로 확인되었다.
Claims (18)
- 비수계 용매, 리튬염, 질산염 및 아릴 유도체를 포함하고,
상기 비수계 용매는, 고리 구조 내에 산소 원자(O) 또는 황 원자(S)를 1개 포함하는 헤테로 고리 화합물; 및 글리콜 에테르;를 포함하고,
상기 아릴 유도체는 하기 화학식 1 내지 화학식 4 중 어느 하나로 표시되는 화합물 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬-황 전지용 전해액:
[화학식 1]
R1-M1-Li
[화학식 2]
R2-M2-M3-R3
[화학식 3]
R4-M4-Sx-Li
[화학식 4]
R5-M5-Sx-M6-R6
상기 화학식 1 내지 화학식 4에서,
M1, M2, M3, M4, M5 및 M6는 각각 독립적으로 셀레늄(Se) 및 텔루륨(Te) 중에서 선택되며,
R1, R2, R3, R4, R5 및 R6은 각각 독립적으로 C6 내지 C20의 아릴기이며,
x는 1 내지 8의 수이다. - 청구항 1에 있어서,
상기 화학식 1 내지 화학식 4에서, M1, M2, M3, M4, M5,및 M6가 셀레늄(Se)인 것을 특징으로 하는 리튬-황 전지용 전해액. - 청구항 1에 있어서,
상기 질산염의 양이온은 알칼리 금속인 것을 특징으로 하는 리튬-황 전지용 전해액. - 청구항 3에 있어서,
상기 질산염은 질산리튬(LiNO3)을 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬-황 전지용 전해액. - 청구항 1에 있어서,
상기 리튬-황 전지용 전해액 총 중량을 기준으로,
상기 질산염 및 상기 아릴 유도체의 중량의 합이 4 중량% 이상인 것을 특징으로 하는 리튬-황 전지용 전해액. - 청구항 1에 있어서,
상기 아릴 유도체의 중량이 상기 질산염의 중량 대비 같거나 더 작은 것을 특징으로 하는 리튬-황 전지용 전해액. - 청구항 1에 있어서,
상기 아릴 유도체는 화학식 1의 화합물, 화학식 3의 화합물 또는 이들의 혼합물을 포함하고,
상기 질산염에 대한 화학식 1의 화합물, 화학식 3의 화합물 또는 이들의 혼합물의 몰비가 0.5:1 이하인 것을 특징으로 하는 리튬-황 전지용 전해액. - 청구항 1에 있어서,
상기 아릴 유도체는 화학식 2의 화합물, 화학식 4의 화합물 또는 이들의 혼합물을 포함하고,
상기 질산염에 대한 화학식 2의 화합물, 화학식 4의 화합물 또는 이들의 혼합물의 몰비가 0.2:1 이하인 것을 특징으로 하는 리튬-황 전지용 전해액. - 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, 클로로 보란 리튬, 저급지방족 카르본산 리튬, 4 페닐 붕산 리튬, 리튬 이미드 또는 이들 중 2 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬-황 전지용 전해액. - 청구항 1에 있어서,
상기 헤테로 고리 화합물의 총 부피에 대한 상기 글리콜 에테르의 총 부피의 비율이 3:1 이상인 것을 특징으로 하는 리튬-황 전지용 전해액. - 청구항 1에 있어서,
상기 헤테로 고리 화합물은 퓨란, 2-메틸 퓨란, 3-메틸 퓨란, 2-에틸퓨란, 2-프로필퓨란, 2-부틸퓨란, 2,3-디메틸퓨란, 2,4-디메틸퓨란, 2,5-디메틸퓨란, 피란, 2-메틸피란, 3-메틸피란, 4-메틸피란, 벤조퓨란, 2-(2-나이트로비닐)퓨란, 티오펜, 2-메틸티오펜, 2-에틸티오펜, 2-프로필티오펜, 2-부틸티오펜, 2,3-디메틸티오펜, 2,4-디메틸티오펜, 2,5-디메틸티오펜 또는 이들 중 2 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬-황 전지용 전해액. - 청구항 1에 있어서,
상기 비수계 용매는, 1개의 산소 원자를 포함하는 비환형 에테르를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬-황 전지용 전해액. - 청구항 12에 있어서,
상기 비환형 에테르는 상기 비수계 용매 총 부피를 기준으로 10 부피% 이하의 함량으로 포함되는 것을 특징으로 하는 리튬-황 전지용 전해액. - 청구항 12에 있어서,
상기 비환형 에테르는 비스(2,2,2-트리플루오로에틸)에테르, 메틸 프로필 에테르, 에틸 프로필 에테르, 디프로필 에테르, 메틸 t-부틸 에테르, 메틸 헥실 에테르, 에틸 t-부틸 에테르, 에틸 헥실 에테르 또는 이들 중 2 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬-황 전지용 전해액. - 청구항 1 내지 청구항 13 중 어느 한 항에 따른 리튬-황 전지용 전해액;
양극 활물질을 포함하는 양극; 및
음극 활물질을 포함하는 음극;을 포함하고,
상기 양극 활물질은 황 원소, 황 화합물 또는 이들의 혼합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬-황 전지. - 청구항 15에 있어서,
상기 양극 활물질은 무기 황(S8), Li2Sn(n≥1), 디설파이드 화합물, 유기 황 화합물, 탄소-황 폴리머((C2Sx)n, x=2.5 내지 50의 정수이고, n≥2) 또는 이들 중 2 이상의 혼합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬-황 전지. - 청구항 15에 있어서,
상기 양극 활물질의 중량에 대한 상기 리튬-황 전지용 전해액의 무게비(E/S 비율)가 2 g/g 이상인 것을 특징으로 하는 리튬-황 전지. - 청구항 17에 있어서,
상기 E/S 비율이 2.3 g/g 이상인 것을 특징으로 하는 리튬-황 전지.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR20220092802 | 2022-07-26 | ||
| KR1020220092802 | 2022-07-26 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20240015014A true KR20240015014A (ko) | 2024-02-02 |
Family
ID=89706758
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020230088424A KR20240015014A (ko) | 2022-07-26 | 2023-07-07 | 리튬-황 전지용 전해액 및 이를 포함하는 리튬-황 전지 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20240015014A (ko) |
| WO (1) | WO2024025202A1 (ko) |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7358012B2 (en) * | 2004-01-06 | 2008-04-15 | Sion Power Corporation | Electrolytes for lithium sulfur cells |
| KR102207522B1 (ko) * | 2017-04-13 | 2021-01-25 | 주식회사 엘지화학 | 리튬-설퍼 전지용 전해액 및 이를 포함하는 리튬-설퍼 전지 |
| KR102261432B1 (ko) * | 2018-08-06 | 2021-06-08 | 주식회사 삼양사 | 리튬-황 전지용 비수계 전해질 조성물 및 이를 포함하는 리튬-황 전지 |
| KR20210142487A (ko) * | 2020-05-18 | 2021-11-25 | 주식회사 엘지에너지솔루션 | 리튬 이차전지용 전해액 및 이를 포함하는 리튬 이차전지 |
| CN113540567A (zh) * | 2021-07-07 | 2021-10-22 | 清华大学 | 一种锂硫电池电解液及其制备方法 |
-
2023
- 2023-07-07 KR KR1020230088424A patent/KR20240015014A/ko unknown
- 2023-07-07 WO PCT/KR2023/009703 patent/WO2024025202A1/ko unknown
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2024025202A1 (ko) | 2024-02-01 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP2917957B1 (en) | Non-aqueous electrolytic solutions and electrochemical cells comprising same | |
| EP2357692B1 (en) | Lithium secondary battery having improved characteristics | |
| KR100467453B1 (ko) | 리튬 이차 전지용 전해액 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지 | |
| US8192874B2 (en) | Lithium secondary battery of electrolyte containing ammonium compounds | |
| US20190214680A1 (en) | Lithium ion battery and electrolytic soluton thereof | |
| KR101264435B1 (ko) | 고온 저장 성능을 향상시키는 전해액 및 이를 포함하는이차 전지 | |
| KR20160086838A (ko) | 리튬 이온 배터리를 위한 4.2 v 이상의 캐소드 재료와 함께 사용하기 위한 비수성 전해질 용액에서의 리튬 비스(플루오로술포닐)이미드 (lifsi)의 용도 | |
| CN108258317B (zh) | 一种锂硫电池 | |
| CN114552010B (zh) | 锂金属电池用添加剂、电解液及其锂金属电池 | |
| CN105990605A (zh) | 一种非水电解液及含有该非水电解液的锂离子电池 | |
| KR20200105482A (ko) | 리튬 비스(플루오로설포닐)이미드를 포함하는 비수성 전해질 조성물 | |
| WO2023159798A1 (zh) | 应用于碱金属电池的电解液及其碱金属电池 | |
| CN110635167B (zh) | 非水电解液、含有该非水电解液的电池及电动车辆 | |
| CN114039094A (zh) | 一种锂离子电池非水电解液和锂离子电池 | |
| KR102656204B1 (ko) | 리튬-황 전지용 전해질 및 이를 포함하는 리튬-황 전지 | |
| KR20240015014A (ko) | 리튬-황 전지용 전해액 및 이를 포함하는 리튬-황 전지 | |
| EP4369455A1 (en) | Non-aqueous electrolyte and battery | |
| EP4303980A1 (en) | Electrolyte solution for secondary battery, and secondary battery comprising same | |
| JP2019169304A (ja) | 蓄電デバイス用非水電解液 | |
| KR20240030959A (ko) | 리튬-황 전지용 전해질 및 이를 포함하는 리튬-황 전지 | |
| CN117957689A (zh) | 锂硫电池用电解质和包含其的锂硫电池 | |
| KR102537722B1 (ko) | 전해액 및 이를 포함하는 이차전지 | |
| KR102600045B1 (ko) | 이차전지용 전해액 및 이를 포함하는 이차전지 | |
| JP7251934B2 (ja) | 電解液、アルカリ金属イオン二次電池、及び電解液用添加剤 | |
| CN116454383A (zh) | 非水电解液及碱金属电池 |