KR20160037700A - Sulfur complex, method of preparing the same and lithium-sulfur battery including the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 황을 담지할 수 있는 전도성 구조체를 담지체로 하여 제작된 황 복합체, 이를 포함하는 리튬-황 전지용 양극 활물질 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a sulfur composite prepared by using a conductive structure capable of supporting sulfur as a support, a cathode active material for a lithium-sulfur battery including the same, and a method of manufacturing the same.
Description
본 명세서는 황 복합체, 이의 제조 방법 및 이를 포함하는 리튬-황 전지에 관한 것이다.The present invention relates to a sulfur complex, a method for producing the same, and a lithium-sulfur battery including the same.
리튬-황 전지는 황-황 결합을 갖는 황 계열 화합물을 양극 활물질로 사용하고, 리튬과 같은 알칼리 금속 또는 리튬 이온과 같은 금속 이온의 삽입 및 탈삽입이 일어나는 탄소계 물질을 음극 활물질로 사용하는 이차 전지이다. 환원 반응인 방전시 황-황 결합이 끊어지면서 황의 산화수가 감소하고, 산화 반응인 충전시 황의 산화수가 증가하면서 황-황 결합이 다시 형성되는 산화-환원 반응을 이용하여 전기적 에너지를 저장하고 생성한다.The lithium-sulfur battery uses a sulfur-based compound having a sulfur-sulfur bond as a cathode active material and a carbon-based material in which an alkali metal such as lithium or a metal ion such as lithium ion is intercalated or deintercalated is used as a negative active material Battery. The reduction energy is stored and generated by the oxidation-reduction reaction in which the sulfur-sulfur bond is cut off during the reduction reaction and the oxidation number of sulfur is reduced and the sulfur-sulfur bond is formed again while the oxidation number of sulfur increases during charging .
리튬-황 전지는 음극 활물질로 사용되는 리튬 금속을 사용할 경우 에너지 밀도가 3830 mAh/g이고, 양극 활물질로 사용되는 황(S8)을 사용할 경우 에너지 밀도가 1675 mAh/g으로 에너지 밀도 면에서 유망한 전지이다. 또한, 양극 활물질로 사용되는 황계 물질은 값이 싸고 환경친화적인 물질이라는 장점이 있다.The lithium-sulfur battery has an energy density of 3830 mAh / g when lithium metal is used as an anode active material, and 1675 mAh / g of sulfur (S 8 ) used as a cathode active material. Battery. In addition, the sulfur compound used as the cathode active material is advantageous in that it is a cheap and environmentally friendly substance.
그러나 황은 전기전도도가 5×10-30 S/cm로 부도체에 가까우므로 전기 화학 반응으로 생성된 전자의 이동이 어려운 문제가 있다. 이를 해결하기 위해, 원활한 전기 화학적 반응 사이트를 제공할 수 있는 탄소와 같은 전기적 도전재가 사용되고 있다. 이때, 도전재와 황이 단순 혼합되어 사용된 경우는 산화-환원 반응 시에 황이 전해질로 유출되어 전지 수명이 열화될 뿐 아니라, 적절한 전해액을 선택하지 못하였을 경우에 황의 환원 물질인 리튬 폴리설파이드가 용출되어 더 이상 전기화학반응에 참여하지 못하게 되는 문제점이 있었다.However, sulfur has an electric conductivity of 5 × 10 -30 S / cm, which is close to non-conducting, and thus there is a problem that electrons generated by the electrochemical reaction are difficult to migrate. To solve this problem, an electrically conductive material such as carbon, which can provide a smooth electrochemical reaction site, has been used. In this case, when the conductive material and sulfur are used in a simple mixture, not only the life of the battery is deteriorated due to the leakage of sulfur into the electrolyte during the oxidation-reduction reaction, and when the appropriate electrolyte is not selected, lithium polysulfide, So that it is no longer possible to participate in the electrochemical reaction.
그래서 황이 전해질로 유출되는 것을 감소시키고, 전지의 성능을 향상시키기 위한 기술 개발이 요구되었다.Therefore, it is required to develop a technique for reducing the leakage of sulfur into the electrolyte and improving the performance of the battery.
본 명세서의 일 실시상태는 황 복합체 및 이의 제조방법을 제공한다.One embodiment of the present disclosure provides a sulfur complex and a method of making the same.
본 명세서의 일 실시상태는 상기 황 복합체를 포함하는 리튬-황 전지를 제공한다.One embodiment of the present disclosure provides a lithium-sulfur battery comprising the sulfur complex.
본 명세서의 일 실시상태는One embodiment of the present disclosure
전도성 구조체; 및Conductive structure; And
상기 전도성 구조체에 담지된 황을 포함하는 황 복합체를 제공한다.And a sulfur complex supported on the conductive structure.
본 명세서의 또 하나의 실시상태는 상기 황 복합체의 제조방법을 제공한다.Another embodiment of the present disclosure provides a method of making the sulfur complex.
본 명세서의 또 하나의 실시상태는Another embodiment of the present disclosure is
상기 황 복합체를 포함하는 양극 활물질을 제공한다.And a cathode active material comprising the sulfur complex.
본 명세서의 또 하나의 실시상태는 상기 양극 활물질을 포함하는 리튬-황 전지용 양극을 제공한다.Another embodiment of the present invention provides a positive electrode for a lithium-sulfur battery including the positive electrode active material.
본 명세서의 또 하나의 실시상태는Another embodiment of the present disclosure is
음극;cathode;
상기 양극;The anode;
상기 양극과 음극 사이에 위치하는 분리막; 및A separation membrane positioned between the anode and the cathode; And
상기 음극, 양극 및 분리막에 함침되어 있는 전해질을 포함하는 리튬-황 전지를 제공한다.And a lithium-sulfur battery including the negative electrode, the positive electrode, and the electrolyte impregnated in the separation membrane.
본 명세서의 또 하나의 실시상태는 상기 리튬-황 전지를 단위전지로 포함하는 전지모듈을 제공한다.Another embodiment of the present invention provides a battery module including the lithium-sulfur battery as a unit battery.
본 명세서에 따르면, 전도성 구조체에 황을 담지한 황 복합체를 사용하여 양극을 제조함으로써, 전지의 반응 면적 증가 및 전극 내 전기 전도도를 향상시킬 수 있다.According to the present specification, it is possible to increase the reaction area of the battery and improve the electrical conductivity in the electrode by preparing a positive electrode using a sulfur complex supported on the conductive structure.
도 1은 자이로이드 구조를 가지는 전도성 구조체의 모식도이다.
도 2은 황이 담지된 자이로이드형 전도성 구조체 구조에 대한 모식도이다.1 is a schematic diagram of a conductive structure having a gyroid structure.
FIG. 2 is a schematic diagram of a structure of a conductive structure of a sialoid type supported with sulfur. FIG.
본 명세서의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시상태들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 명세서는 이하에서 개시되는 실시상태들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이고, 단지 본 실시상태들은 본 명세서의 개시가 완전하도록 하며, 본 명세서가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 명세서는 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.Brief Description of the Drawings The advantages and features of the present disclosure and how to accomplish them will become apparent with reference to the embodiments described below in detail with reference to the accompanying drawings. It should be understood, however, that the intention is not to limit the present disclosure to the specific embodiments disclosed hereinafter but that the invention may be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein, To fully disclose the scope of the invention to those skilled in the art, and this specification is only defined by the scope of the claims.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 기술 및 과학적 용어를 포함하는 모든 용어는 본 출원이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms, including technical and scientific terms used herein, may be used in a manner that is commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this application belongs. Also, commonly used predefined terms are not ideally or excessively interpreted unless explicitly defined otherwise.
이하, 본 출원을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present application will be described in detail.
본 명세서의 일 실시상태는One embodiment of the present disclosure
전도성 구조체; 및Conductive structure; And
상기 전도성 구조체에 담지된 황을 포함하는 황 복합체를 제공한다.And a sulfur complex supported on the conductive structure.
본 명세서에 있어서, 상기 전도성 구조체는 전기 전도성을 가지는 도전성 물질의 내부에 연속된 내부 채널을 포함하는 구조이다.In this specification, the conductive structure is a structure including a continuous inner channel inside a conductive material having electrical conductivity.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 전도성 구조체를 이루는 도전성 재료는 양극 활물질과 함께 전자가 양극 활물질 내에서 원활하게 이동하도록 하기 위한 것으로서, 본 명세서의 일 실시상태에 따르면 상기 도전성 재료는 탄소를 포함한다.According to one embodiment of the present invention, the conductive material constituting the conductive structure is for allowing electrons to move smoothly in the cathode active material together with the cathode active material. According to an embodiment of the present disclosure, the conductive material includes carbon do.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 도전성 재료로서의 탄소는 결정질 또는 비정질 탄소일 수 있고, 도전성 탄소라면 한정되지 않으며, 예를 들어, 그라파이트(graphite), 그래핀(grapheme), 카본 블랙, 활성 탄소 섬유, 비활성 탄소 나노 섬유, 탄소 나노 튜브, 탄소 직물 등일 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the carbon as the conductive material may be crystalline or amorphous carbon, and the conductive carbon is not limited as long as it is carbon, for example, graphite, grapheme, carbon black, Fibers, inert carbon nanofibers, carbon nanotubes, carbon fabrics, and the like.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 전도성 구조체는 구조체를 이루는 전도성 물질들이 서로 연결되어 있고, 다공체의 내부에 형성된 기공들도 서로 연결되어 있는 형태이다.According to one embodiment of the present invention, the conductive structure is formed in such a manner that the conductive materials forming the structure are connected to each other, and the pores formed in the porous body are connected to each other.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 황 복합체 내 다공체에 담지된 황 또는 황 화합물은 서로 연결되어 있으며, 본 명세서의 일 실시상태에 따른 상기 황 화합물의 비제한적인 예로는 황 사슬이 포함된 고분자 또는 황 사슬이 포함된 탄소 입자가 있다.According to one embodiment of the present disclosure, the sulfur or sulfur compound carried on the porous body in the sulfur complex is connected to each other, and non-limiting examples of the sulfur compound according to one embodiment of the present disclosure include a polymer containing a sulfur chain Or sulfur-containing carbon particles.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 황 복합체는 공간이 두 개의 연속적인 영역으로 구획된다. 하나의 공간에 도전성 재료를 채워 전기 전도성을 확보하고, 다른 공간에 황을 담지하여 황과 도전성 재료 상의 전기적인 접촉을 확보한다.According to one embodiment of the present disclosure, the sulfur complex is partitioned into two consecutive regions of space. A space is filled with a conductive material to secure electrical conductivity, and sulfur is supported in another space to ensure electrical contact with sulfur on the conductive material.
따라서, 상기와 같이 도전성 재료 및 황의 각각의 공간이 연속적으로 형성되므로 기존의 선형 또는 구형의 복합체 대비 전기 전도성 및 전해액을 통한 리튬 이온 전달 능력이 우수하다.Accordingly, since the respective spaces of the conductive material and sulfur are continuously formed as described above, the conductive and lithium ion-transferring ability through the electrolytic solution is superior to the conventional linear or spherical composite.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 전도성 구조체는 내부를 이루는 전도성 물질끼리 서로 연결되어 있으며, 연속된 내부 채널들이 서로 연결된 형태의 상호 연속적인 구조를 포함한다.According to an embodiment of the present invention, the conductive structure includes mutually continuous structures in which interconnecting conductive materials are connected to each other and continuous inner channels are connected to each other.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 전도성 구조체는 규칙성을 가지는 구(sphere), 실린더(cylinder), 라멜라(lamella), 리피노이드(lipinoid), 자이로이드 등의 다양한 나노 구조를 포함한다.According to one embodiment of the present disclosure, the conductive structure includes various nanostructures such as sphere, cylinder, lamella, lipinoid, and gyroid.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 전도성 구조체는 자이로이드 구조를 포함한다.According to one embodiment of the present disclosure, the conductive structure includes a gyroid structure.
본 명세서의 일 실시상태 따르면, 상기 자이로이드 구조는 상호 연속적인 형태의 3차원 다공성 구조이며, 3차원 구조 상에서의
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 자이로이드 구조는 내부의 공간을 이루는 도전성 재료 및 황 각각의 공간이 연속적으로 형성되어 있어서 기존의 복합체 대비 황 및 구조체 간의 접촉면적이 넓으며, 따라서 상기 황 복합체를 리튬-황 전지에 사용할 경우에는 전지의 전기 전도성 향상을 기대할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, since the spaces of the conductive material and sulfur constituting the inner space are continuously formed, the contact area between the sulfur and the structure is wider than that of the conventional composite, Can be expected to improve the electrical conductivity of the battery.
본 명세서의 일 실시상태에 따른 상기 자이로이드 구조는 다공성을 가지는 구조로서 넓은 비표면적을 가지므로, 황과의 넓은 접촉면적을 확보할 수 있는 장점을 가진다. 따라서, 황과의 전자 전달 면적이 넓어지므로 전기 전도도가 향상되고, 이는 결국 전지의 성능 향상을 의미한다.The above-described gyroid structure according to one embodiment of the present invention has a porous structure, and has a wide specific surface area. Therefore, it has an advantage that a wide contact area with sulfur can be ensured. Therefore, the electron transfer area with sulfur is widened, so that the electric conductivity is improved, which means improvement of the performance of the battery.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 황 복합체의 비표면적은 10 내지 1000 m2/g 이다. 황 복합체의 표면적은 공극 크기와 반비례하는 특성을 가지고 있으므로 상기 황 복합체의 비표면적이 10 m2/g 이상인 경우에는 황과의 접촉 면적을 확보하여 전기 전도성 개선의 효과가 있고, 1000 m2/g 이하인 경우에는 공극의 크기가 작아서 생기는 황의 담지 및 전해액 이동의 저해 문제를 해결할 수 있다.According to one embodiment of the present disclosure, the specific surface area of the sulfur complex is 10 to 1000 m 2 / g. Sulfur complex has a characteristic inversely proportional to the pore size. Therefore, when the specific surface area of the sulfur complex is not less than 10 m 2 / g, the contact area with sulfur is ensured to improve the electric conductivity, and the surface area of 1000 m 2 / g By weight, the problems of impregnation of sulfur and the inhibition of electrolyte migration due to the small pore size can be solved.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 황 복합체의 전기 전도도는 상기 복합체를 구성하는 물질에 따라 달라지며 102 S/m 내지 107 S/m 이다.According to one embodiment of the present disclosure, the electrical conductivity of the sulfur complex varies from 10 2 S / m to 10 7 S / m depending on the material constituting the composite.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 복합체의 전기 전도도가 102 S/m 이상인 경우에는 충방전 과정에서의 전자 전달이 용이한 효과가 있고, 107 S/m 이하인 경우에는 복합체의 전기 저항 감소로 출력이 개선되는 효과가 있다.According to one embodiment of the present invention, when the electrical conductivity of the composite is 10 2 S / m or more, the electron transfer in the charging and discharging process is easy. When the electrical conductivity is 10 7 S / m or less, The output is improved.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 전도성 구조체는 입자의 형태를 포함한다.According to one embodiment of the present disclosure, the conductive structure includes the shape of a particle.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 황 복합체는 입자의 형태를 포함하며, 본 명세서에 있어서, 상기 황 복합체의 가장 큰 폭을 입경이라 한다.According to one embodiment of the present disclosure, the sulfur complex includes the form of particles, and in this specification, the largest width of the sulfur complex is referred to as particle diameter.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 황 복합체의 입경은 1 내지 100 μm 범위이다. 상기 황 복합체의 입경이 1 μm 이상인 경우에는 슬러리 제조시 입자 간의 응집을 감소시키는 효과가 있고, 100 μm 이하인 경우에는 전극에서의 구조를 균일하게 형성하는 효과가 있다.According to one embodiment of the present disclosure, the particle size of the sulfur complex is in the range of 1 to 100 mu m. When the particle diameter of the sulfur complex is 1 μm or more, there is an effect of reducing the aggregation of particles during the production of the slurry, and when the particle size is 100 μm or less, the structure of the electrode is uniformly formed.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 황 복합체 내부의 도전성 재료는 전도성 구조체 내에서 도전성 재료들 간에 서로 연결된 내부 채널을 형성하고, 상기 내부 채널의 두께는 1 내지 1000 nm 범위이다.According to one embodiment of the present disclosure, the conductive material within the sulfur composite forms an interconnected channel between the conductive materials within the conductive structure, and the thickness of the interconnected channel is in the range of 1 to 1000 nm.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 선폭이 1 nm 이상인 경우에는 복합체 형성 과정에서 황이 충분히 침투될 수 있으며, 1 μm (=1000nm) 이하인 경우에는 황과 도전성 소재 간의 전기적인 접촉면적을 확보하여 활물질의 특성을 나타낼 수 있다.According to an embodiment of the present invention, when the line width is 1 nm or more, sulfur can be sufficiently penetrated in the course of complex formation, and when the line width is 1 μm (= 1000 nm) or less, an electrical contact area between sulfur and the conductive material is secured, Can be expressed.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 황 복합체의 내부에는 황을 담지하는 내부 채널이 존재하며, 상기 황을 담지하는 내부채널의 폭은 1 내지 1000 nm이다.According to one embodiment of the present invention, the interior of the sulfur complex has an inner channel for supporting sulfur, and the inner channel for supporting the sulfur has a width of 1 to 1000 nm.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 내부채널의 폭이 1 nm 이상인 경우에는 복합체 형성 과정에서 황이 충분히 침투될 수 있으며, 1 μm(=1000nm) 이하인 경우에는 황과 도전성 소재 간의 전기적인 접촉면적을 확보하여 활물질의 특성을 나타낼 수 있다.According to one embodiment of the present invention, when the width of the inner channel is 1 nm or more, sulfur can be sufficiently penetrated in the process of forming the complex, and when the width is 1 μm (= 1000 nm) or less, the electrical contact area between sulfur and the conductive material And the characteristics of the active material can be shown.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 황 복합체의 내부 채널의 부피비율은 황 복합체 전체를 기준으로 30 내지 70 % 이다. 상기 황 복합체의 내부 채널의 부피비율이 30% 이상인 경우에는 복합체의 충방전 용량을 증가시키는 효과가 있고, 70% 이하인 경우에는 복합체 내의 도전 구조를 안정화시키는 효과가 있다.According to one embodiment of the present disclosure, the volume ratio of the inner channels of the sulfur complex is from 30 to 70% based on the total sulfur complex. When the volume ratio of the internal channels of the sulfur complex is 30% or more, the charge / discharge capacity of the composite is increased. When the volume ratio is 70% or less, the conductive structure in the composite is stabilized.
본 명세서에 있어서, 상기 내부 채널의 부피비율은 황 복합체 전체를 기준으로 한 내부 연속된 채널의 부피비를 의미한다.In this specification, the volume ratio of the inner channels means the volume ratio of the inner continuous channels based on the entire sulfur complex.
본 명세서의 또 하나의 실시상태는Another embodiment of the present disclosure is
(a) 블록 공중합체의 자기 조립현상을 통한 구조체의 형성 단계;(a) a step of forming a structure through self-assembly of a block copolymer;
(b) 상기 (a) 단계 이후 구조체의 선택적 에칭 단계; 및(b) selectively etching the structure after step (a); And
(c) 상기 (b) 단계 이후 구조체의 탄화 단계를 포함하는 상기 황 복합체의 제조방법을 제공한다.(c) carbonization of the structure after step (b).
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 (a)의 블록 공중합체(block copolymer)는 화학적으로 서로 다른 고분자 블록들이 공유결합을 통해 연결되어 있는 분자 구조이다.According to one embodiment of the present invention, the block copolymer (a) is a molecular structure in which chemically different polymer blocks are linked via covalent bonds.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 자기 조립현상은 원자간 공유결합 혹은 분자간 상호 인력에 의하여 자발적으로 나노 구조를 형성하여 특정 구조를 이루어 새로운 물성을 발휘하는 현상이다.According to one embodiment of the present invention, the self-assembly phenomenon is a phenomenon in which a nanostructure is spontaneously formed by inter-atom covalent bonding or intermolecular attraction, and a specific structure is formed to exhibit new properties.
본 명세서의 일 실시상태에 따른 자기 조립현상에 의하면, 상기 블록공중합체는 규칙성을 가지는 구(sphere), 실린더(cylinder), 라멜라(lamella), 리피노이드(lipinoid) 등의 다양한 나노 구조들을 형상할 수 있다.According to the self-assembly phenomenon according to one embodiment of the present invention, the block copolymer has various nanostructures such as a sphere having a regularity, a cylinder, a lamella, a lipinoid, can do.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 블록 공중합체가 형성하는 나노 구조는 열역학적으로 안정한 구조이고, 따라서 나노 구조의 형성이 자발적으로 진행되며, 각 블록의 상대적인 조성비와 분자량을 조절함으로써 손쉽게 나노 구조의 형태 및 크기를 조절할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the nanostructure formed by the block copolymer has a thermodynamically stable structure. Therefore, the nanostructure is formed spontaneously, and the relative composition ratio and molecular weight of each block are controlled, Shape and size can be adjusted.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 블록 공중합체의 자기 조립현상을 통한 구조체의 형성 단계에서 고분자 사슬(chain)들이 서로 연결되면서 내부에 상호 연속적인 형태의 구조를 형성한다.According to one embodiment of the present invention, in the step of forming a structure through the self-assembly of the block copolymer, the polymer chains are interconnected to form a mutually continuous structure inside.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 선택적 에칭 단계는 상기 자기 조립 현상을 통해 형성된 블록 공중합체를 오존이나 자외선에 노출시켜 원하는 임의 장소를 일부분만 제거하는 단계를 포함한다.According to an embodiment of the present invention, the selective etching step includes a step of exposing the block copolymer formed through the self-assembly phenomenon to ozone or ultraviolet rays to partially remove a desired portion.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 선택적 에칭 단계는 자기 조립 현상을 통해 형성된 블록 공중합체에 오존이나 자외선을 노출시켜 내부 고분자 사슬 일부를 끊음으로서 단분자의 형태로 만들어 자기 조립현상에 의하여 조립된 구조의 특정 고분자 구조를 제거하는 단계를 포함한다.According to one embodiment of the present invention, the selective etching step may include a step of exposing ozone or ultraviolet rays to a block copolymer formed through self-assembly, cutting a part of the internal polymer chain into a monomolecular shape, And removing the specific polymer structure of the structure.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 (c) 탄화 단계는 (a) 및 (b) 단계를 통해 형성된 구조체를 연소시켜 고분자를 탄화하는 단계를 포함한다.According to an embodiment of the present invention, (c) the carbonization step includes carbonizing the polymer by burning the structure formed through steps (a) and (b).
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 탄화는 유기물을 적당한 조건 하에서 가열을 통하여 열분해하여 비결정성 탄소를 형성하는 과정이다.According to one embodiment of the present invention, the carbonization is a process in which an organic material is pyrolyzed by heating under suitable conditions to form amorphous carbon.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 (c) 탄화 단계는 가열하는 단계를 포함하며, 200 내지 1500℃ 온도 범위에서 이루어진다. 상기 온도가 200℃ 이상인 경우에는 탄화가 개시되는 효과가 있고, 1500℃ 이하인 경우에는 탄화 전환율이 높아지는 효과가 있다.According to one embodiment of the present invention, (c) the carbonization step includes a step of heating, and is performed at a temperature range of 200 to 1500 ° C. When the temperature is 200 DEG C or higher, carbonization starts. When the temperature is 1500 DEG C or lower, the carbonization conversion rate is increased.
본 명세서의 또 하나의 실시상태에 따른 상기 황 복합체의 제조방법은According to another embodiment of the present invention,
(A) 블록 공중합체의 자기 조립 현상을 통한 구조체의 형성 단계;(A) a step of forming a structure through self-assembly of a block copolymer;
(B) 상기 (A) 단계 이후 구조체의 선택적 에칭 단계;(B) selectively etching the structure after the step (A);
(C) 도전성 탄소 소재의 상기 (B) 단계 이후의 구조체로 함침하는 단계; 및(C) impregnating the conductive carbon material with the structure after the step (B); And
(D) 상기(C) 단계 이후 구조체의 선택적 에칭 단계를 포함한다.(D) selectively etching the structure after the step (C).
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 (A)의 블록 공중합체의 자기 조립 현상을 통한 구조체의 형성 단계; 및 (B) 선택적 에칭 단계는 전술한 설명이 적용될 수 있다.According to one embodiment of the present invention, there is provided a method for producing a block copolymer, comprising: forming a structure through self-assembly of the block copolymer (A); And (B) the selective etching step described above can be applied.
본 명세서에 있어서, 상기 함침은 가스 상태나 액체 상태로 된 물질을 물체 안으로 침투하게 하여 그 물체의 사용 특성을 사용 목적에 따라 개선하는 것을 말한다.In the present specification, the impregnation refers to impregnating a substance in a gaseous state or a liquid state into an object, and improving the use characteristics of the object according to the purpose of use.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 (C) 도전성 탄소 소재의 함침 단계는 상기 (A) 및 (B) 단계를 통하여 형성된 구조체 내에 탄소 나노 튜브를 투입하는 단계를 포함한다.According to an embodiment of the present invention, the step (C) of impregnating the conductive carbon material includes a step of injecting carbon nanotubes into the structure formed through steps (A) and (B).
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 (D) 선택적 에칭 단계는 탄소나노 튜브 및 구조체를 포함하는 복합체를 전술한 오존 또는 자외선에 노출시키는 선택적 에칭의 방법을 통해서 블록 공중합체의 구조체를 제거하는 과정을 통해서 진행된다.According to an embodiment of the present invention, the (D) selective etching step may include a step of removing the structure of the block copolymer through the selective etching method of exposing the composite including the carbon nanotube and the structure to ozone or ultraviolet rays Lt; / RTI >
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 황 복합체의 제조방법은 황 또는 황 화합물을 상기 전도성 구조체에 담지하는 단계를 포함한다.According to one embodiment of the present disclosure, the method of preparing the sulfur complex comprises the step of supporting a sulfur or sulfur compound on the conductive structure.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 황의 담지 단계는 전도성 구조체와 황 분말을 교반하는 도중 또는 이후에 승온하여 수행될 수 있다.According to one embodiment of the present disclosure, the step of supporting the sulfur can be performed by raising or lowering the conductive structure and the sulfur powder during or after the stirring.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 황의 담지 단계는 황을 포함하는 유동성 액체를 함침하는 단계를 포함한다.According to one embodiment of the present disclosure, the step of supporting the sulfur comprises impregnating the fluid liquid containing sulfur.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 황 입자를 담지하는 단계는 상기 전도성 구조체와 황 분말을 교반하여 황의 녹는점인 115℃ 이상으로 승온시키면 황은 유동성을 갖는 액체가 되며, 모세관 현상으로 인하여 전도성 구조체의 공극 내부로 상기 황 액체가 들어가게 된다.According to an embodiment of the present invention, when the conductive structure and the sulfur powder are stirred to raise the temperature to 115 ° C or higher, which is the melting point of sulfur, the sulfur becomes a liquid having fluidity, and the conductive structure The sulfur liquid is introduced into the pores of the anode.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 전도성 구조체에 담지되는 황은 액체의 형태일 수도 있고, 슬러리(slurry)의 형태일 수 있다. 또한, 본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 슬러리를 담지하는 경우에는 용매에 따라 적절한 온도에서 건조하는 단계를 포함할 수 있다.According to one embodiment of the present disclosure, the sulfur carried on the conductive structure may be in the form of a liquid or in the form of a slurry. According to an embodiment of the present invention, when the slurry is carried, it may include drying at an appropriate temperature depending on the solvent.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 슬러리는 상기 황 이외에 전이금속 원소, ⅢA족 원소, ⅣA족 원소, 이들 원소들의 황 화합물, 및 이들 원소들과 황의 합금 중에서 선택되는 하나 이상의 첨가제를 더 포함할 수 있다.According to one embodiment of the present disclosure, the slurry further comprises at least one additive selected from a transition metal element, a group IIIA element, a group IVA element, a sulfur compound of these elements, and an alloy of these elements with sulfur in addition to the sulfur .
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 전이금속 원소로는 Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co,Ni, Cu, Zn, Y, Zr, Nb, Mo, Tc, Ru, Rh, Pd, Os, Ir, Pt, Au, Hg 등이 포함되고, 상기 ⅢA족 원소로는 Al, Ga, In, Ti 등이 포함되며, 상기 ⅣA족 원소로는 Ge, Sn, Pb 등이 포함된다.According to one embodiment of the present invention, the transition metal element includes at least one element selected from the group consisting of Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Y, Zr, Nb, Mo, , Os, Ir, Pt, Au, and Hg. The Group IIIA element includes Al, Ga, In, and Ti, and the Group IVA element includes Ge, Sn, and Pb.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 슬러리는 황 또는 선택적으로 첨가제와 함께, 전자가 양극 내에서 원활하게 이동하도록 하기 위한 전기 전도성 도전재 및 양극 활물질을 집전체에 잘 부착시키기 위한 바인더를 더 포함한다.According to one embodiment of the present disclosure, the slurry further comprises an electrically conductive conductive material for allowing electrons to move smoothly in the anode together with sulfur or optionally additives, and a binder for adhering the positive electrode active material well to the current collector do.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 전기 전도성 도전재로는 KS6와 같은 흑연계 물질, Super-P, 덴카 블랙, 카본 블랙과 같은 카본계 물질 등의 전도성 물질 또는 폴리아닐린, 폴리티오펜, 폴리아세틸렌, 폴리피롤 등의 전도성 고분자를 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the electrically conductive conductive material may be a conductive material such as a graphite-based material such as KS6, a carbon-based material such as Super-P, Denka black or carbon black, or a conductive material such as polyaniline, polythiophene, , And polypyrrole may be used alone or in combination.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 바인더로는 폴리(비닐 아세테이트), 폴리비닐 알콜, 폴리에틸렌 옥사이드, 폴리비닐 피롤리돈, 알킬레이티드 폴리에틸렌 옥사이드, 가교결합된 폴리에틸렌 옥사이드, 폴리비닐 에테르, 폴리(메틸 메타크릴레이트), 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리헥사플루오로프로필렌과 폴리비닐리덴플루오라이드의 코폴리머(상품명: Kynar), 폴리(에틸 아크릴레이트), 폴리테트라플루오로에틸렌폴리비닐클로라이드, 폴리아크릴로니트릴, 폴리비닐피리딘, 폴리스티렌, 이들의 유도체, 블랜드, 코폴리머 등이 포함된다.According to one embodiment of the present disclosure, the binder is selected from the group consisting of poly (vinyl acetate), polyvinyl alcohol, polyethylene oxide, polyvinylpyrrolidone, alkylated polyethylene oxide, crosslinked polyethylene oxide, polyvinyl ether, poly Methyl methacrylate), polyvinylidene fluoride, a copolymer of polyhexafluoropropylene and polyvinylidene fluoride (trade name: Kynar), poly (ethyl acrylate), polytetrafluoroethylene polyvinyl chloride, polyacrylic Rhenitrile, polyvinylpyridine, polystyrene, derivatives thereof, blends, copolymers and the like.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 바인더의 함량은 상기 양극 활물질을 포함하는 혼합물 전체 중량을 기준으로 0.5 내지 30 중량%로 첨가된다. 상기 바인더의 함량이 0.5 중량% 이상이면 양극 내에서 활물질과 도전재가 탈락되지 않고 집전체에 견고하게 부착되며, 30 중량% 이하이면 양극에서 활물질과 도전재의 비율이 적정선이 유지되어 전기의 용량을 증가시킬 수 있다. 즉, 상기와 같은 범위로 바인더를 포함하게 되면 충방전 시 생성되는 폴리설파이드가 전해질로 유출되는 것을 방지하여, 전지의 수명을 향상시킬 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the content of the binder is 0.5 to 30% by weight based on the total weight of the mixture containing the cathode active material. If the content of the binder is 0.5 wt% or more, the active material and the conductive material are firmly adhered to the current collector without falling off. If the amount of the binder is 30 wt% or less, the ratio of the active material and the conductive material is maintained at the optimal ratio, . That is, when the binder is contained in the above-described range, the polysulfide produced during charging and discharging can be prevented from flowing out to the electrolyte, and the lifetime of the battery can be improved.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 슬러리는 황, 바인더, 도전재 이외에 용매를 포함할 수 있으며, 상기 슬러리를 제조하기 위한 용매로는 황 복합체, 바인더 및 도전재를 균일하게 분산시킬 수 있으며, 쉽게 증발되는 것을 사용하는 것이 바람직하고, 대표적으로는 아세토니트릴, 메탄올, 에탄올, 테트라하이드로퓨란, 물, 이소프로필알콜 등이 있으나, 이들에 한정되지는 않는다.According to one embodiment of the present invention, the slurry may contain a solvent in addition to sulfur, a binder, and a conductive material, and the sulfur complex, the binder, and the conductive material may be uniformly dispersed as a solvent for preparing the slurry, It is preferable to use one which is easily evaporated. Representative examples include acetonitrile, methanol, ethanol, tetrahydrofuran, water, isopropyl alcohol and the like, but are not limited thereto.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 황은 입자의 형태도 포함한다. 황을 전도성 구조체에 함침한 후 냉각하는 단계에서 일부가 입자 형태가 형성될 수 있으며, 그 크기는 자이로이드 구조와 같은 전도성 구조체의 내부 채널의 폭에 따라 제한된다.According to one embodiment of the present disclosure, the sulfur also includes the form of particles. In the step of impregnating the sulfur into the conductive structure and cooling it, a part of the particle shape may be formed, and the size thereof is limited by the width of the inner channel of the conductive structure such as the gyrooid structure.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 교반 단계에서 전도성 구조체 및 황의 비율을 결정함으로써 내부 채널에 함침되는 황의 양을 조절할 수 있다.According to one embodiment of the present disclosure, the amount of sulfur impregnated into the inner channel can be controlled by determining the ratio of the conductive structure and sulfur in the stirring step.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 교반 단계에서 전도성 구조체 및 황의 비율은 10% 내지 90% 범위인 것이 바람직하다. According to one embodiment of the present invention, the ratio of the conductive structure and sulfur in the stirring step is preferably in the range of 10% to 90%.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 비율이 10% 이상인 경우에는 충방전 과정에서 용량이 발현되는 효과가 있고, 90% 이하인 경우에는 구조체에 의한 전도성이 확보되는 효과가 있다.According to one embodiment of the present invention, when the ratio is 10% or more, the capacity is manifested during the charging and discharging process, and when the ratio is 90% or less, the conductivity by the structure is secured.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 황 복합체를 포함하는 양극 활물질을 이용하는 경우에는 황과 전도성 구조체 간의 높은 접촉 면적을 확보로 인하여 전지의 전기전도도 특성이 개선될 수 있다.According to one embodiment of the present invention, when the cathode active material containing the sulfur complex is used, the electric conductivity of the battery can be improved due to securing a high contact area between sulfur and the conductive structure.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 황 복합체를 포함하는 양극 활물질을 이용하는 경우, 전기 전달 경로와 이온 전달 경로 각각이 네트워크 형태로 구성되어 저항을 감소시킨다.According to one embodiment of the present invention, when the cathode active material containing the sulfur complex is used, each of the electric transfer path and the ion transfer path is configured in a network form to reduce the resistance.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 황 복합체를 포함하는 양극 활물질을 이용하는 경우, 전기 전도성 구조체와 황 간의 높은 접촉 면적으로 인해 미세 공극 내부로 황을 흡착시켜 황의 용출을 막을 수 있다.According to one embodiment of the present invention, when the cathode active material containing the sulfur complex is used, sulfur can be adsorbed into the micropores due to a high contact area between the electroconductive structure and the sulfur, thereby preventing sulfur from leaching.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 양극 활물질을 포함하는 리튬-황 전지용 양극은 황의 용출 억제를 통해 사이클 특성 및 용량이 개선의 효과를 보인다.According to one embodiment of the present invention, the positive electrode for a lithium-sulfur battery including the positive electrode active material exhibits an effect of improving cycle characteristics and capacity by inhibiting dissolution of sulfur.
본 명세서의 일 실시상태에 따른 상기 리튬-황 전지는 양극 활물질로서 황 복합체를 포함함으로써, 소망하는 수준의 황과 전기전도성 구조체 간의 결착력을 얻을 수 있을 뿐만 아니라, 황의 용출문제를 해결할 수 있다.The lithium-sulfur battery according to one embodiment of the present invention not only obtains a binding force between a desired level of sulfur and an electrically conductive structure, but also solves the sulfur leaching problem by including a sulfur complex as a cathode active material.
본 명세서의 또 하나의 실시상태는 상기 황 복합체를 포함하는 양극 활물질을 제공한다.Another embodiment of the present disclosure provides a cathode active material comprising the sulfur complex.
본 명세서의 또 하나의 실시상태는 상기 양극 활물질을 포함하는 리튬-황 전지용 양극을 제공한다.Another embodiment of the present invention provides a positive electrode for a lithium-sulfur battery including the positive electrode active material.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 양극은 상기 양극 활물질 이외에 전이금속 원소, ⅢA족 원소, ⅣA족 원소, 이들 원소들의 황 화합물, 및 이들 원소들과 황의 합금 중에서 선택되는 하나 이상의 첨가제를 더 포함할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the anode further comprises at least one additive selected from a transition metal element, a group IIIA element, a group IVA element, a sulfur compound of these elements, and an alloy of these elements and sulfur in addition to the cathode active material can do.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 전이금속 원소로는 Sc, Ti, V,Cr, Mn, Fe, Co,Ni, Cu, Zn, Y, Zr, Nb, Mo, Tc, Ru, Rh, Pd, Os, Ir, Pt, Au, Hg 등이 포함되고, 상기 ⅢA족 원소로는 Al, Ga, In, Ti 등이 포함되며, 상기 ⅣA족 원소로는 Ge, Sn, Pb 등이 포함된다.According to one embodiment of the present invention, the transition metal element includes at least one element selected from the group consisting of Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Y, Zr, Nb, Mo, , Os, Ir, Pt, Au, and Hg. The Group IIIA element includes Al, Ga, In, and Ti, and the Group IVA element includes Ge, Sn, and Pb.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 양극은 양극 활물질, 또는 선택적으로 첨가제와 함께, 양극 활물질을 집전체에 잘 부착시키기 위한 바인더를 더 포함한다.According to one embodiment of the present disclosure, the positive electrode further includes a positive electrode active material or, optionally, a binder for adhering the positive active material to the current collector together with the additive.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 바인더로는 폴리(비닐 아세테이트), 폴리비닐 알콜, 폴리에틸렌 옥사이드, 폴리비닐 피롤리돈, 알킬레이티드 폴리에틸렌 옥사이드, 가교결합된 폴리에틸렌 옥사이드, 폴리비닐 에테르, 폴리(메틸 메타크릴레이트), 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리헥사플루오로프로필렌과 폴리비닐리덴플루오라이드의 코폴리머(상품명: Kynar), 폴리(에틸 아크릴레이트), 폴리테트라플루오로에틸렌폴리비닐클로라이드, 폴리아크릴로니트릴, 폴리비닐피리딘, 폴리스티렌, 이들의 유도체, 블랜드, 코폴리머 등이 포함된다.According to one embodiment of the present disclosure, the binder is selected from the group consisting of poly (vinyl acetate), polyvinyl alcohol, polyethylene oxide, polyvinylpyrrolidone, alkylated polyethylene oxide, crosslinked polyethylene oxide, polyvinyl ether, poly Methyl methacrylate), polyvinylidene fluoride, a copolymer of polyhexafluoropropylene and polyvinylidene fluoride (trade name: Kynar), poly (ethyl acrylate), polytetrafluoroethylene polyvinyl chloride, polyacrylic Rhenitrile, polyvinylpyridine, polystyrene, derivatives thereof, blends, copolymers and the like.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 바인더의 함량은 상기 양극 활물질을 포함하는 혼합물 전체 중량을 기준으로 0.5 내지 30 중량%로 첨가된다. 상기 바인더의 함량이 0.5 중량% 이상이면 양극 내에서 활물질과 도전재가 탈락되지 않고 집전체에 견고하게 부착되며, 30 중량% 이하이면 양극에서 양극에서 활물질과 도전재의 비율이 적정선이 유지되어 전기의 용량을 증가시킬 수 있다. 즉, 상기와 같은 범위로 바인더를 포함하게 되면 충방전 시 생성되는 폴리설파이드가 전해질로 유출되는 것을 방지하여, 전지의 수명을 향상시킬 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the content of the binder is 0.5 to 30% by weight based on the total weight of the mixture containing the cathode active material. If the content of the binder is 0.5 wt% or more, the active material and the conductive material are firmly adhered to the current collector in the anode, and if the amount is less than 30 wt%, the ratio of the active material and the conductive material is maintained at the anode, Can be increased. That is, when the binder is contained in the above-described range, the polysulfide produced during charging and discharging can be prevented from flowing out to the electrolyte, and the lifetime of the battery can be improved.
본 명세서의 또 하나의 실시상태는Another embodiment of the present disclosure is
음극;cathode;
상기 양극;The anode;
상기 양극과 음극 사이에 위치하는 분리막; 및A separation membrane positioned between the anode and the cathode; And
상기 음극, 양극 및 분리막에 함침되어 있는 전해질을 포함하는 리튬-황 전지를 제공한다.And a lithium-sulfur battery including the negative electrode, the positive electrode, and the electrolyte impregnated in the separation membrane.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 음극은 리튬 금속 또는 리튬 합금을 포함한다.According to one embodiment of the present disclosure, the negative electrode comprises lithium metal or a lithium alloy.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 리튬 합금은 리튬과 Na, K, Rb, Cs, Fr, Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra, Al 및 Sn으로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 하나의 금속의 합금인 것이나, 이에 한정되지 않는다.According to an embodiment of the present invention, the lithium alloy includes lithium and at least one metal selected from the group consisting of Na, K, Rb, Cs, Fr, Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Alloy, but is not limited thereto.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 양극과 음극 사이에 위치하는 분리막은 양극과 음극을 서로 분리 또는 절연시키고, 양극과 음극 사이에 리튬 이온 수송을 가능하게 하는 것으로 다공성 비전도성 또는 절연성 물질로 이루어질 수 있다. 이러한 분리막은 필름과 같은 독립적인 부재일 수도 있고, 양극 및/또는 음극에 부가된 코팅층일 수도 있다.According to an embodiment of the present invention, the separation membrane positioned between the anode and the cathode separates or insulates the anode and the cathode from each other, and allows lithium ion transport between the anode and the cathode. The separation membrane is made of a porous nonconductive or insulating material . Such a separation membrane may be an independent member such as a film, or may be a coating layer added to the anode and / or the cathode.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 분리막을 이루는 물질은 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌 등의 폴리올레핀, 유리 섬유 여과지 및 세라믹 물질이 포함되나, 이에 한정되지 않는다.According to one embodiment of the present disclosure, the material forming the separation membrane includes, but is not limited to, polyolefins such as polyethylene and polypropylene, glass fiber filters, and ceramic materials.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 분리막의 두께는 약 5 ㎛ 내지 약 50 ㎛, 상세하게는 약 5 ㎛ 내지 약 25 ㎛일 수 있다.According to one embodiment of the present disclosure, the thickness of the separation membrane may be from about 5 [mu] m to about 50 [mu] m, in particular from about 5 [mu] m to about 25 [
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 음극, 양극 및 분리막에 함침되어 있는 전해질은 리튬염 또는 유기 용매를 추가로 포함한다.According to one embodiment of the present disclosure, the electrolyte impregnated in the negative electrode, the positive electrode and the separator further includes a lithium salt or an organic solvent.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 리튬염의 농도는, 전해질 용매 혼합물의 정확한 조성, 염의 용해도, 용해된 염의 전도성, 전지의 충전 및 방전 조건, 작업 온도 및 리튬 배터리 분야에 공지된 다른 요인과 같은 여러 요인에 따라, 약 0.2 M 내지 2.0 M일 수 있다. 본 명세서에 사용하기 위한 리튬염의 예로는, LiSCN, LiBr, LiI, LiPF6, LiBF4, LiSO3CF3, LiClO4, LiSO3CH3, LiB(Ph)4, LiC(SO2CF3)3 및 LiN(SO2CF3)2로 이루어진 군으로부터 하나 이상이 포함될 수 있다.According to one embodiment of the present disclosure, the concentration of the lithium salt is selected from the group consisting of the precise composition of the electrolyte solvent mixture, the solubility of the salt, the conductivity of the dissolved salt, the charging and discharging conditions of the battery, the operating temperature and other factors known to the lithium battery Depending on various factors, it can be about 0.2 M to 2.0 M. Lithium salt for example for use in the present disclosure, LiSCN, LiBr, LiI, LiPF 6, LiBF 4, LiSO 3 CF 3, LiClO 4, LiSO 3 CH 3, LiB (Ph) 4, LiC (SO 2 CF 3) 3 and LiN (SO 2 CF 3) may include one or more from the group consisting of 2.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 유기 용매는 단일 용매를 사용할 수도 있고 2 이상의 혼합 유기 용매를 사용할 수도 있다. 2 이상의 혼합 유기 용매를 사용하는 경우 약한 극성 용매 그룹, 강한 극성 용매 그룹, 및 리튬 메탈 보호 용매 그룹 중 두 개 이상의 그룹에서 하나 이상의 용매를 선택하여 사용하는 것이 바람직하다.According to one embodiment of the present invention, the organic solvent may use a single solvent or may use two or more mixed organic solvents. When two or more mixed organic solvents are used, it is preferable to use at least one solvent selected from two or more of the weak polar solvent group, the strong polar solvent group, and the lithium metal protective solvent group.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 약한 극성 용매는 아릴 화합물, 바이사이클릭 에테르, 비환형 카보네이트 중에서 황 원소를 용해시킬 수 있는 유전 상수가 15보다 작은 용매로 정의되고, 강한 극성 용매는 비사이클릭카보네이트, 설폭사이드 화합물, 락톤 화합물, 케톤 화합물, 에스테르 화합물, 설페이트 화합물, 설파이트 화합물 중에서 리튬 폴리설파이드를 용해시킬 수 있는 유전 상수가 15보다 큰 용매로 정의되며, 리튬 메탈 보호 용매는 포화된 에테르 화합물, 불포화된 에테르 화합물, N, O, S 또는 이들의 조합이 포함된 헤테로 고리 화합물과 같은 리튬 금속에 안정한 SEI(Solid Electrolyte Interface)를 형성하는 충방전 사이클 효율(cycle efficiency)이 50% 이상인 용매로 정의된다.According to one embodiment of the present disclosure, a weak polar solvent is defined as a solvent having a dielectric constant of less than 15 that is capable of dissolving a sulfur element among aryl compounds, bicyclic ethers, and acyclic carbonates, and the strong polar solvent is non- Is defined as a solvent having a dielectric constant of greater than 15 that is capable of dissolving lithium polysulfide in a carbonate, sulfoxide compound, lactone compound, ketone compound, ester compound, sulfate compound, sulfite compound, and the lithium metal protective solvent is a saturated ether compound , An unsaturated ether compound, a heterocyclic compound containing N, O, S, or a combination thereof, and forming a stable SEI (Solid Electrolyte Interface) on the lithium metal. Is defined.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 약한 극성 용매의 구체적인 예로는 자일렌(xylene), 디메톡시에탄, 2-메틸테트라하이드로퓨란, 디에틸 카보네이트, 디메틸 카보네이트, 톨루엔, 디메틸 에테르, 디에틸 에테르, 디글라임, 테트라글라임 등이 있다.According to one embodiment of the present disclosure, specific examples of the weak polar solvent include xylene, dimethoxyethane, 2-methyltetrahydrofuran, diethyl carbonate, dimethyl carbonate, toluene, dimethyl ether, diethyl ether, Lime, tetraglyme, and the like.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 강한 극성 용매의 구체적인 예로는 헥사메틸 포스포릭 트리아마이드(hexamethyl phosphoric triamide), γ-부티로락톤, 아세토니트릴, 에틸렌 카보네이트, 프로필렌 카보네이트, N-메틸피롤리돈, 3-메틸-2-옥사졸리돈, 디메틸 포름아마이드, 설포란, 디메틸 아세트아마이드, 디메틸 설폭사이드, 디메틸 설페이트, 에틸렌 글리콜 디아세테이트, 디메틸 설파이트, 또는 에틸렌 글리콜 설파이트 등이 있다.According to one embodiment of the present invention, specific examples of strong polar solvents include hexamethyl phosphoric triamide,? -Butyrolactone, acetonitrile, ethylene carbonate, propylene carbonate, N-methylpyrrolidone, 3-methyl-2-oxazolidone, dimethylformamide, sulfolane, dimethylacetamide, dimethylsulfoxide, dimethylsulfate, ethylene glycol diacetate, dimethylsulfite or ethylene glycol sulfite.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 리튬 보호용매의 구체적인 예로는 테트라하이드로 퓨란, 에틸렌 옥사이드, 디옥솔란, 3,5-디메틸 이속사졸, 퓨란, 2-메틸 퓨란, 1,4-옥산, 4-메틸디옥솔란 등이 있다.According to one embodiment of the present disclosure, specific examples of the lithium protecting solvent include tetrahydrofuran, ethylene oxide, dioxolane, 3,5-dimethylisoxazole, furan, 2-methylfuran, Dioxolane and the like.
본 명세서의 또 하나의 실시상태는 상기 리튬-황 전지를 단위전지로 포함하는 전지 모듈을 제공한다.Another embodiment of the present invention provides a battery module including the lithium-sulfur battery as a unit battery.
상기 전지모듈은 구체적으로 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차 또는 전력저장장치의 전원으로 사용될 수 있다.The battery module may be specifically used as a power source for an electric vehicle, a hybrid electric vehicle, a plug-in hybrid electric vehicle, or a power storage device.
본 명세서가 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims.
Claims (23)
상기 전도성 구조체에 담지된 황을 포함하는 것인 황 복합체.Conductive structure; And
Wherein the conductive structure comprises sulfur supported on the conductive structure.
(b) 상기 (a) 단계 이후 구조체의 선택적 에칭 단계; 및
(c) 상기 (b) 단계 이후 구조체의 탄화 단계를 포함하는 전도성 구조체의 제조방법.(a) a step of forming a structure through self-assembly of a block copolymer;
(b) selectively etching the structure after step (a); And
(c) carbonizing the structure after step (b).
(B) 상기 (A) 단계 이후 구조체의 선택적 에칭 단계;
(C) 도전성 탄소 소재의 상기 (B) 단계 이후의 구조체로 함침하는 단계; 및
(D) 상기(C) 단계 이후 구조체의 선택적 에칭 단계를 포함하는 전도성 구조체의 제조 방법.(A) a step of forming a structure through self-assembly of a block copolymer;
(B) selectively etching the structure after the step (A);
(C) impregnating the conductive carbon material with the structure after the step (B); And
(D) selectively etching the structure after the step (C).
청구항 20의 양극 활물질을 포함하는 양극;
상기 양극과 음극 사이에 위치하는 분리막; 및
상기 음극, 양극 및 분리막에 함침되어 있는 전해질을 포함하는 리튬-
황 전지.cathode;
A cathode comprising the cathode active material of claim 20;
A separation membrane positioned between the anode and the cathode; And
The lithium-nickel composite electrode includes an anode, an anode, and an electrolyte impregnated in the separator.
Yellow cell.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PA0109 | Patent application |
Patent event code: PA01091R01D Comment text: Patent Application Patent event date: 20140929 |
|
| PG1501 | Laying open of application | ||
| PC1203 | Withdrawal of no request for examination | ||
| WITN | Application deemed withdrawn, e.g. because no request for examination was filed or no examination fee was paid |