KR102003302B1 - Non-Aqueous Slurry Composition, Cathode Thereof, And Lithium Sulfur Batteries Comprising The Same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 리튬-황 전지용 비수계 양극 슬러리 조성물, 이것을 사용하여 제조된 양극 및 리튬-황 전지에 관한 것으로, 보다 상세하게는 유기 용매를 기반으로 비수계 바인더를 사용한 비수계 양극 슬러리 조성물과 이를 사용한 양극 및 리튬-황 전지에 관한 것이다. 본 발명에 따른 리튬-황 저지는 물이 아닌 유기 용매를 기반으로 양극 슬러리를 제조하였기 때문에 전극 내 수분 함량이 낮으며, 이로 인해 전지가 부풀어 오르는 현상을 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 수분으로 인한 배터리 열화 현상을 개선할 수 있다. 또한 수계 슬러리 기반의 전지에 비하여, 리튬-황 전지의 초기 충·방전 특성, 방전 사이클 특성 및 리튬-황 전지의 충·방전 효율이 향상되는 효과가 있다.The present invention relates to a non-aqueous positive electrode slurry composition for a lithium-sulfur battery, a positive electrode and a lithium-sulfur battery prepared using the same, and more particularly, to a non-aqueous positive electrode slurry composition using a non-aqueous binder based on an organic solvent and It relates to a positive electrode and a lithium-sulfur battery. The lithium-sulfur barrier according to the present invention has a low moisture content in the electrode because the positive electrode slurry is prepared based on an organic solvent rather than water, thereby preventing the battery from swelling and also causing battery damage. The deterioration phenomenon can be improved. In addition, compared with the aqueous slurry-based battery, there is an effect that the initial charge and discharge characteristics of the lithium-sulfur battery, the discharge cycle characteristics and the charge and discharge efficiency of the lithium-sulfur battery is improved.

Description

리튬-황 전지용 비수계 양극 슬러리 조성물, 이로부터 제조된 양극 및 리튬-황 전지{Non-Aqueous Slurry Composition, Cathode Thereof, And Lithium Sulfur Batteries Comprising The Same}Non-Aqueous Slurry Composition, Cathode Thereof, And Lithium Sulfur Batteries Comprising The Same

본 발명은 리튬-황 전지용 비수계 양극 슬러리 조성물, 이로부터 제조된 양극 및 리튬-황 전지에 관한 것으로, 보다 상세하게는 유기 용매를 기반으로 비수계 바인더를 사용한 비수계 양극 슬러리 조성물과 이로부터 제조된 양극 및 리튬-황 전지에 관한 것이다.The present invention relates to a non-aqueous positive electrode slurry composition for a lithium-sulfur battery, a positive electrode and a lithium-sulfur battery prepared therefrom, and more particularly, to a non-aqueous positive electrode slurry composition using a non-aqueous binder based on an organic solvent and prepared from the same. To a positive electrode and a lithium-sulfur battery.

최근 전자제품, 전자기기, 통신기기 등의 소형 경량화가 급속히 진행되고 있으며, 환경 문제와 관련하여 전기 자동차의 필요성이 크게 대두됨에 따라 이들 제품의 동력원으로 사용되는 이차전지의 성능 개선에 대한 요구도 증가하는 실정이다. 그 중 리튬 이차전지는 고 에너지밀도 및 높은 표준전극 전위 때문에 고성능 전지로서 상당한 각광을 받고 있다.Recently, small size and light weight of electronic products, electronic devices, communication devices, etc. are rapidly progressing, and as the necessity of electric vehicles increases in relation to environmental problems, the demand for improving the performance of secondary batteries used as power sources of these products is also increasing. It is the situation. Among them, lithium secondary batteries have received considerable attention as high-performance batteries because of their high energy density and high standard electrode potential.

특히 리튬-황(Li-S) 전지는 S-S 결합(Sulfur - sulfur bond)을 갖는 황 계열 물질을 양극 활물질로 사용하고, 리튬 금속을 음극 활물질로 사용하는 이차전지이다. 양극 활물질의 주재료인 황은 자원이 매우 풍부하고, 독성이 없으며, 낮은 원자당 무게를 가지고 있는 장점이 있다. 또한 리튬-황 전지의 이론 방전용량은 1672mAh/g-sulfur이며, 이론 에너지밀도가 2,600Wh/kg로서, 현재 연구되고 있는 다른 전지시스템의 이론 에너지밀도(Ni-MH 전지: 450Wh/kg, Li-FeS 전지: 480Wh/kg, Li-MnO2 전지: 1,000Wh/kg, Na-S 전지: 800Wh/kg)에 비하여 매우 높기 때문에 현재까지 개발되고 있는 전지 중에서 가장 유망한 전지이다.In particular, a lithium-sulfur (Li-S) battery is a secondary battery using a sulfur-based material having an SS bond (Sulfur-sulfur bond) as a positive electrode active material and using lithium metal as a negative electrode active material. Sulfur, which is the main material of the positive electrode active material, is very rich in resources, has no toxicity, and has a low weight per atom. In addition, the theoretical discharge capacity of the lithium-sulfur battery is 1672mAh / g-sulfur, and the theoretical energy density is 2,600 Wh / kg, and the theoretical energy density of other battery systems currently being studied (Ni-MH battery: 450 Wh / kg, Li- FeS cells: 480 Wh / kg, Li-MnO 2 cells: 1,000 Wh / kg, Na-S cells: 800 Wh / kg) is very high compared to the most promising battery that has been developed to date.

리튬-황 전지의 방전 반응 중 음극(Anode)에서는 리튬의 산화 반응이 발생하고, 양극(Cathode)에서는 황의 환원 반응이 발생한다. 방전 전의 황은 환형의 S8 구조를 가지고 있는데, 환원 반응(방전) 시 S-S 결합이 끊어지면서 S의 산화수가 감소하고, 산화 반응(충전) 시 S-S 결합이 다시 형성되면서 S의 산화수가 증가하는 산화-환원 반응을 이용하여 전기 에너지를 저장 및 생성한다. 이런 반응 중 황은 환형의 S8에서 환원 반응에 의해 선형 구조의 리튬 폴리설파이드(Lithium polysulfide, Li2Sx, x = 8, 6, 4, 2)로 변환되며, 결국 이러한 리튬 폴리설파이드가 완전히 환원되면 최종적으로 리튬 설파이드(Lithium sulfide, Li2S)가 생성된다. 리튬-황 전지의 방전 거동은 리튬 이온전지와는 달리 각각의 리튬 폴리설파이드로 환원되는 과정에 의해 단계적으로 방전 전압을 나타내는 것이 특징이다.During the discharge reaction of the lithium-sulfur battery, an oxidation reaction of lithium occurs at an anode, and a reduction reaction of sulfur occurs at a cathode. Sulfur before discharging has a cyclic S 8 structure. The oxidation number of S decreases as the SS bond is broken during the reduction reaction (discharge) and the oxidation number of S increases as the SS bond is formed again during the oxidation reaction (charge). Reduction reactions are used to store and generate electrical energy. During this reaction, sulfur is converted to linear polysulfide (Lithium polysulfide, Li 2 S x , x = 8, 6, 4, 2) by the reduction reaction in cyclic S 8 , and eventually this lithium polysulfide is completely reduced. Lithium sulfide (Li 2 S) is finally produced. Unlike lithium ion batteries, the discharge behavior of lithium-sulfur batteries is characterized by showing the discharge voltage step by step by the process of reduction to each lithium polysulfide.

통상적으로 리튬-황 전지의 양극을 제조하는 방법은 물을 용매로 하고, 카복시메틸셀룰로오스(CMC)와 스티렌-부타디엔 고무(SBR)과 같은 물질을 분산제와 점증제로 하여 제조되는 양극 슬러리 조성물을 양극 집전체에 코팅하는 것이다. 하지만 이러한 이유로 양극에는 잔여 수분이 약 700 ~ 1000 PPM으로 존재하게 되고, 전지 내부에 수분이 존재하면 충전 과정에서 제공되는 전위 에너지에 의해 수분과 전해액이 반응하게 되어, 이로 인해 가스가 발생하여 50 사이클 전후로 셀이 부푸는 현상이 일어난다.In general, a method of manufacturing a cathode of a lithium-sulfur battery includes a cathode slurry composition prepared by using water as a solvent and materials such as carboxymethyl cellulose (CMC) and styrene-butadiene rubber (SBR) as a dispersant and a thickener. It is coated on the whole. For this reason, however, residual moisture is present in the anode at about 700 to 1000 PPM, and when moisture is present inside the battery, the water reacts with the electrolyte by the potential energy provided during the charging process. Cell swelling occurs back and forth.

또한 이러한 잔여 수분으로 인하여 전해질이 분해되거나 활물질이 열화되고, 전지의 내부저항이 증가되어 초기 방전 용량이 이론 방전 용량에 크게 못미치는 900 ~ 1100 mAh/g로 발현되며, 수회의 충·방전 사이클이 반복되는 경우 급격하게 충·방전 용량이 감소하면서 수명이 줄어드는 문제점이 존재한다.In addition, due to the residual moisture, the electrolyte is decomposed or the active material is deteriorated, and the internal resistance of the battery is increased, so that the initial discharge capacity is expressed as 900 ~ 1100 mAh / g, which is much lower than the theoretical discharge capacity. When repeated, there is a problem in that the life span decreases while the charge / discharge capacity decreases rapidly.

한국 공개특허공보 제2015-0061874호 "리튬-황 전지용 양극 및 이의 제조방법"Korean Laid-Open Patent Publication No. 2015-0061874 "Positive electrode for lithium-sulfur battery and its manufacturing method"

상기한 바와 같이, 물을 용매로 하여 제조된 리튬-황 전지용 양극 슬러리 조성물은 그 잔여 수분으로 인하여, 배터리가 부풀어 오르는 현상 및 열화되는 현상 등이 발생한다.As described above, the positive electrode slurry composition for a lithium-sulfur battery manufactured using water as a solvent causes the battery to swell, deteriorate, and the like due to the residual moisture.

따라서 본 발명의 목적은 수분으로 인한 현상을 개선하고자 비수계 양극 슬러리 조성물을 제공하고자 하는 것이다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a non-aqueous cathode slurry composition to improve the phenomenon caused by moisture.

본 발명의 다른 목적은 상기 비수계 양극 슬러리 조성물을 사용하여 제조된 리튬-황 전지용 양극을 제공하고자 하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a positive electrode for a lithium-sulfur battery prepared using the non-aqueous positive electrode slurry composition.

또한 본 발명의 또다른 목적은 상기 비수계 양극 슬러리 조성물을 사용하여 제조된 리튬-황 전지용 양극을 포함하는 리튬-황 전지를 제공하고자 하는 것이다.In addition, another object of the present invention is to provide a lithium-sulfur battery including a positive electrode for a lithium-sulfur battery prepared using the non-aqueous positive electrode slurry composition.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 탄소-황(S) 복합체, 분산제, 바인더 및 비수계 용매를 포함하는 리튬-황 전지용 양극 슬러리 조성물에 있어서, 상기 분산제는 폴리비닐부티랄(Polyvinyl butyral: PVB)을 포함하고, 상기 바인더는 N,N-비스[3-(트리에톡시실릴)프로필]우레아, 폴리에틸렌옥사이드(PEO), 폴리(비닐리덴플루오라이드)(PVDF), 폴리(비닐리덴플루오라이드-코-헥사플루오로프로필렌)(PVDF-co-HFP), 스티렌 부타디엔 고무(SBR) 및 이들의 조합으로부터 선택된 1종을 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬-황 전지용 양극 슬러리 조성물을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a lithium-sulfur battery positive electrode slurry composition comprising a carbon-sulfur (S) composite, a dispersant, a binder, and a non-aqueous solvent, wherein the dispersing agent is polyvinyl butyral (PVB). ), Wherein the binder is N, N-bis [3- (triethoxysilyl) propyl] urea, polyethylene oxide (PEO), poly (vinylidene fluoride) (PVDF), poly (vinylidene fluoride- It provides a cathode slurry composition for a lithium-sulfur battery, characterized in that it comprises one selected from co-hexafluoropropylene) (PVDF-co-HFP), styrene butadiene rubber (SBR) and combinations thereof.

본 발명에 따른 리튬-황 전지는 물이 아닌 유기 용매를 기반으로 양극 슬러리를 제조하였기 때문에 전극 내 수분 함량이 낮으며, 이로 인해 전지가 부풀어 오르는 현상을 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 수분으로 인한 배터리 열화 현상을 개선할 수 있다. The lithium-sulfur battery according to the present invention has a low moisture content in the electrode because the positive electrode slurry is manufactured based on an organic solvent rather than water, thereby not only preventing the battery from swelling, but also a battery caused by moisture. The deterioration phenomenon can be improved.

또한 수계 슬러리 기반의 전지에 비하여, 리튬-황 전지의 초기 충·방전 특성, 방전 사이클 특성 및 리튬-황 전지의 충·방전 효율이 향상되는 효과가 있다.In addition, compared with the aqueous slurry-based battery, there is an effect that the initial charge and discharge characteristics of the lithium-sulfur battery, the discharge cycle characteristics and the charge and discharge efficiency of the lithium-sulfur battery is improved.

도 1은 본 발명의 실시예 및 비교예에 따른 리튬-황 전지의 초기 충·방전 곡선을 나타낸 그래프이다.
도 2는 본 발명의 실시예 및 비교예에 따른 리튬-황 전지의 방전 사이클 특성을 나타낸 그래프이다.
도 3은 본 발명의 실시예 및 비교예에 따른 리튬-황 전지의 충·방전 효율을 나타낸 그래프이다.
1 is a graph showing initial charge and discharge curves of a lithium-sulfur battery according to Examples and Comparative Examples of the present invention.
2 is a graph showing the discharge cycle characteristics of the lithium-sulfur battery according to the Examples and Comparative Examples of the present invention.
3 is a graph showing the charge and discharge efficiency of the lithium-sulfur battery according to the Examples and Comparative Examples of the present invention.

이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참고로 하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 양태로 구현될 수 있으며, 이하에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the present invention. As those skilled in the art would realize, the described embodiments may be modified in various different ways, all without departing from the spirit or scope of the present invention.

본 발명에 따른 리튬-황 전지용 양극 슬러리 조성물은 탄소-황(S) 복합체, 분산제, 바인더 및 비수계 용매를 포함하되, 상기 분산제는 폴리비닐부티랄(Polyvinyl butyral: PVB)을 포함하고, 상기 바인더는 N,N-비스[3-(트리에톡시실릴)프로필]우레아(N,N-bis[3-(triethoxysilyl)propyl]Urea), 폴리에틸렌옥사이드(Polyethylene oxide: PEO), 폴리(비닐리덴플루오라이드)(PVDF), 폴리(비닐리덴플루오라이드-코-헥사플루오로프로필렌)(PVDF-co-HFP), 스티렌 부타디엔 고무(SBR) 및 이들의 조합으로부터 선택된 1종을 포함한다.The positive electrode slurry composition for a lithium-sulfur battery according to the present invention includes a carbon-sulfur (S) composite, a dispersant, a binder, and a non-aqueous solvent, wherein the dispersant comprises polyvinyl butyral (PVB), and the binder Is N, N-bis [3- (triethoxysilyl) propyl] urea (N, N-bis [3- (triethoxysilyl) propyl] Urea), polyethylene oxide (PEO), poly (vinylidene fluoride ) (PVDF), poly (vinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene) (PVDF-co-HFP), styrene butadiene rubber (SBR) and combinations thereof.

본 발명의 탄소-황 복합체는 탄소(C) 입자와 황(S) 입자의 결합체이며, 이를 구성하는 탄소는 결정질 또는 비정질 탄소일 수 있고, 도전성 탄소라면 한정되지 않으며, 예컨대, 천연 흑연, 인조 흑연, 팽창 흑연, 그래핀(Graphene)과 같은 흑연(Graphite)계, 활성탄(Active carbon)계, 채널 블랙(Channel black), 덴카 블랙(Denka black), 퍼니스 블랙(Furnace black), 써말 블랙(Thermal black), 컨택트 블랙(Contact black), 램프 블랙(Lamp black), 아세틸렌 블랙(Acetylene black)과 같은 카본 블랙(Carbon black)계; 탄소 섬유(Carbon fiber)계, 탄소나노튜브(Carbon nanotube: CNT), 풀러렌(Fullerene)과 같은 탄소나노구조체 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종일 수 있다. 또한 황 물질은 황 원소(Elemental sulfur, S8), 황 계열 화합물 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있다. 상기 황 계열 화합물은 구체적으로, Li2Sn(n≥1), 유기황 화합물 또는 탄소-황 폴리머((C2Sx)n: x=2.5 ~ 50, n≥2) 등일 수 있다. Carbon-sulfur composite of the present invention is a combination of carbon (C) particles and sulfur (S) particles, the carbon constituting it may be crystalline or amorphous carbon, and is not limited to conductive carbon, for example, natural graphite, artificial graphite , Expanded graphite, graphite such as graphene, active carbon, channel black, denka black, furnace black, thermal black ), Carbon blacks such as contact black, lamp black, acetylene black; It may be one selected from the group consisting of carbon fiber structures, carbon nanostructures such as carbon nanotubes (CNTs), fullerenes, and combinations thereof. In addition, the sulfur material may include elemental sulfur (S 8 ), a sulfur-based compound or a mixture thereof. Specifically, the sulfur-based compound may be Li 2 S n (n ≧ 1), an organic sulfur compound, or a carbon-sulfur polymer ((C 2 S x ) n : x = 2.5 to 50, n ≧ 2).

바람직하게, 탄소-황(S) 복합체는 황(S)과 탄소나노튜브와(CNT)의 복합체(S/CNT) 또는 황(S)과 슈퍼-P(SP)의 복합체(S/SP)인 것이 가능하며, 더욱 바람직하게는 이들을 소정의 배합비로 혼합한 혼합물을 적용할 수 있다. 일례로, 황(S)과 탄소나노튜브(CNT)가 7 : 3의 중량비로 혼합된 복합체와 황(S)과 Super-P(SP)가 9 : 1의 중량비로 혼합된 복합체를 1 : 1의 중량비로 적용할 수 있다.Preferably, the carbon-sulfur (S) complex is a complex (S / CNT) of sulfur (S) and carbon nanotubes (CNT) or a complex (S / SP) of sulfur (S) and super-P (SP). It is possible to apply, and more preferably, a mixture obtained by mixing them in a predetermined compounding ratio can be applied. For example, a composite of sulfur (S) and carbon nanotubes (CNT) in a weight ratio of 7: 3 and a composite in which sulfur (S) and Super-P (SP) are mixed in a weight ratio of 9: 1 is 1: 1. It can be applied in a weight ratio of.

상기 분산제와 바인더의 함량비는 전체 양극 슬러리 조성물 100 중량부를 기준으로, 5 내지 20 중량부로 포함되는 것이 바람직하다. 5 중량부 미만이면 양극의 물리적 성질이 저하되어 양극 내 활물질과 도전재가 탈락하는 문제점이 있고, 20 중량부를 초과하면 양극에서 활물질과 도전재의 비율이 상대적으로 감소되어 전지 용량이 감소할 수 있어 바람직하지 않다.The content ratio of the dispersant and the binder is preferably included in 5 to 20 parts by weight based on 100 parts by weight of the total positive electrode slurry composition. If the amount is less than 5 parts by weight, the physical properties of the positive electrode are deteriorated, so that the active material and the conductive material in the positive electrode are dropped. If the amount is more than 20 parts by weight, the ratio of the active material and the conductive material in the positive electrode is relatively decreased, which may decrease battery capacity. not.

또한 상기 분산제와 상기 바인더의 중량비는 1 : 5 내지 5 : 1인 것이 상기 슬러리 조성물의 분산 효과 및 양극 집전체로의 접착 효과를 확보하기에 바람직하다.In addition, the weight ratio of the dispersant and the binder is 1: 5 to 5: 1 is preferable to ensure the dispersion effect of the slurry composition and the adhesive effect to the positive electrode current collector.

본 발명에 따른 비수계 용매는 당 기술분야에 알려진 재료를 이용할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 유기 용매는 양극 활물질 및 도전재를 균일하게 분산시킬 수 있고, 쉽게 증발될 수 있는 유기 용매라면 특별히 한정되지 않는다. 이의 구체적인 예로는, 에탄올, 이소프로판올, 아세토니트릴, 톨루엔, 벤젠, N-메틸-2-피롤리돈(NMP), 디메틸설폭사이드(DMSO), 아세톤, 클로로포름, 디메틸포름아미드, 시클로헥산, 테트라하이드로퓨란, 폴리에틸렌글리콜, 및 메틸렌클로라이드로 이루어진 군에서 선택되는 하나 또는 둘 이상의 혼합 용매일 수 있다. 바람직하게는 아세토니트릴, 톨루엔 및 이소프로판올을 포함하는 혼합 용매로서, 보다 바람직하게는 그 중량비는 4 : 2 : 4인 것일 수 있다.The non-aqueous solvent according to the present invention may use materials known in the art. More specifically, the organic solvent is not particularly limited as long as the organic solvent can uniformly disperse the positive electrode active material and the conductive material and can be easily evaporated. Specific examples thereof include ethanol, isopropanol, acetonitrile, toluene, benzene, N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), dimethyl sulfoxide (DMSO), acetone, chloroform, dimethylformamide, cyclohexane, tetrahydrofuran It may be one or two or more mixed solvents selected from the group consisting of polyethylene glycol, and methylene chloride. Preferably it is a mixed solvent containing acetonitrile, toluene and isopropanol, More preferably, the weight ratio may be 4: 2: 4.

상기 조성물은 탄소-황(S) 복합체에 추가적인 전도성을 부여하기 위하여 도전재를 추가적으로 포함할 수 있다. 상기 도전재로는 도전성을 갖는 것이라면 제한 없이 사용할 수 있으며, 예를 들어 다공성을 갖는 탄소계 물질을 사용할 수 있다. 이와 같은 탄소계 물질로는 천연 흑연, 인조 흑연, 팽창 흑연, 그래핀(Graphene)과 같은 흑연(Graphite)계, 활성탄(Active carbon)계, 채널 블랙(Channel black), 퍼니스 블랙(Furnace black), 써말 블랙(Thermal black), 컨택트 블랙(Contact black), 램프 블랙(Lamp black), 아세틸렌 블랙(Acetylene black)과 같은 카본 블랙(Carbon black)계; 탄소 섬유(Carbon fiber)계, 탄소나노튜브(Carbon nanotube: CNT), 풀러렌(Fullerene)과 같은 탄소 나노 구조체 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종을 사용할 수 있다. 또한, 금속 메쉬 등의 금속성 섬유; 구리(Cu), 은(Ag), 니켈(Ni), 알루미늄(Al) 등의 금속성 분말; 또는 폴리페닐렌 유도체 등의 유기 도전성 재료도 사용할 수 있다. 상기 도전성 재료들은 단독 또는 혼합하여 사용될 수 있다. The composition may further include a conductive material to impart additional conductivity to the carbon-sulfur (S) composite. As the conductive material, any conductive material may be used without limitation, and for example, a carbon-based material having porosity may be used. Such carbon-based materials include natural graphite, artificial graphite, expanded graphite, graphite-based such as graphene, active carbon-based, channel black, furnace black, Carbon blacks such as thermal black, contact black, lamp black, acetylene black; Carbon fiber-based, carbon nanotubes (CNT), carbon nanostructures such as fullerene (Fullerene) and one selected from the group consisting of a combination thereof may be used. Moreover, metallic fibers, such as a metal mesh; Metallic powders such as copper (Cu), silver (Ag), nickel (Ni) and aluminum (Al); Or organic conductive materials, such as a polyphenylene derivative, can also be used. The conductive materials may be used alone or in combination.

또한 상기 슬러리 제조를 위한 혼합은 통상의 혼합기, 예컨대 페이스트 믹서, 고속 전단 믹서, 호모 믹서 등을 이용하여 통상의 방법으로 교반할 수 있다.In addition, the mixing for preparing the slurry may be stirred in a conventional manner using a conventional mixer, such as a paste mixer, a high speed shear mixer, a homo mixer, and the like.

상기 양극 슬러리를 집전체에 도포하고, 진공 건조하여 리튬-황 전지용 양극을 형성할 수 있다. 상기 슬러리는 슬러리의 점도 및 형성하고자 하는 양극의 두께에 따라 적절한 두께로 집전체에 코팅할 수 있으며, 바람직하게는 10nm 내지 1㎛ 범위 내에서 적절히 선택할 수 있다.The positive electrode slurry may be applied to a current collector, and vacuum dried to form a positive electrode for a lithium-sulfur battery. The slurry may be coated on the current collector in an appropriate thickness according to the viscosity of the slurry and the thickness of the positive electrode to be formed, preferably, it may be appropriately selected within the range of 10nm to 1㎛.

이때 상기 슬러리를 코팅하는 방법으로 그 제한은 없으며, 예컨대, 닥터 블레이드 코팅(Doctor blade coating), 딥 코팅(Dip coating), 그라비어 코팅(Gravure coating), 슬릿 다이 코팅(Slit die coating), 스핀 코팅(Spin coating), 콤마 코팅(Comma coating), 바 코팅(Bar coating), 리버스 롤 코팅(Reverse roll coating), 스크린 코팅(Screen coating), 캡 코팅(Cap coating) 방법 등을 수행하여 제조할 수 있다.At this time, the method of coating the slurry is not limited, and for example, doctor blade coating, dip coating, gravure coating, slit die coating, spin coating ( It may be manufactured by performing spin coating, comma coating, bar coating, reverse roll coating, screen coating, cap coating, or the like.

상기 집전체로는 일반적으로 3 ~ 500㎛의 두께로 만들 수 있고, 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 높은 도전성을 가지는 것이라면 특히 제한하지 않는다. 구체적으로 스테인레스 스틸, 알루미늄, 구리, 티타늄 등의 도전성 물질을 사용할 수 있고, 더욱 구체적으로 카본-코팅된 알루미늄 집전체를 사용할 수 있다. 탄소가 코팅된 알루미늄 기판을 사용하는 것이 탄소가 코팅되지 않은 것에 비해 활물질에 대한 접착력이 우수하고, 접촉 저항이 낮으며, 알루미늄의 폴리설파이드에 의한 부식을 방지할 수 있는 장점이 있다. 집전체는 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체 또는 부직포체 등 다양한 형태가 가능하다.The current collector may be generally made of a thickness of 3 ~ 500㎛, and is not particularly limited as long as it has a high conductivity without causing chemical changes in the battery. Specifically, a conductive material such as stainless steel, aluminum, copper, titanium, or the like may be used, and more specifically, a carbon-coated aluminum current collector may be used. The use of an aluminum substrate coated with carbon has an advantage in that the adhesion to the active material is excellent, the contact resistance is low, and the corrosion of polysulfide of aluminum is prevented, compared with the non-carbon coating. The current collector may be in various forms such as film, sheet, foil, net, porous body, foam or nonwoven fabric.

전술한 바의 슬러리 조성물을 사용하여 제조된 양극은 바람직하게 리튬-황 전지의 분리막으로 적용 가능하며, 상기 리튬-황 전지용 양극; 음극 활물질로서 리튬 금속 또는 리튬 합금을 포함하는 음극; 상기 양극과 음극 사이에 위치하는 분리막; 및 상기 음극, 양극 및 분리막에 함침되어 있으며, 리튬염과 유기 용매를 포함하는 전해질을 포함할 수 있다. 이러한 리튬-황 전지는 당 업자에게 공지된 통상의 방법에 따라 제조될 수 있다.A positive electrode prepared using the slurry composition as described above is preferably applicable as a separator of a lithium-sulfur battery, the positive electrode for a lithium-sulfur battery; A negative electrode containing lithium metal or a lithium alloy as a negative electrode active material; A separator positioned between the anode and the cathode; And an electrolyte impregnated in the negative electrode, the positive electrode, and the separator, and including a lithium salt and an organic solvent. Such lithium-sulfur batteries can be prepared according to conventional methods known to those skilled in the art.

상기 음극은 음극 활물질로서 리튬 이온(Li+)을 가역적으로 흡장(Intercalation) 또는 방출(Deintercalation)할 수 있는 물질, 리튬 이온과 반응하여 가역적으로 리튬 함유 화합물을 형성할 수 있는 물질, 리튬 금속 또는 리튬 합금을 사용할 수 있다. 상기 리튬 이온(Li+)을 가역적으로 흡장 또는 방출할 수 있는 물질은 예컨대 결정질 탄소, 비정질 탄소 또는 이들의 혼합물일 수 있다. 상기 리튬 이온(Li+)과 반응하여 가역적으로 리튬 함유 화합물을 형성할 수 있는 물질은 예를 들어, 산화주석, 티타늄나이트레이트 또는 실리콘일 수 있다. 상기 리튬 합금은 예를 들어, 리튬(Li)과 나트륨(Na), 칼륨(K), 루비듐(Rb), 세슘(Cs), 프랑슘(Fr), 베릴륨(Be), 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca), 스트론튬(Sr), 바륨(Ba), 라듐(Ra), 알루미늄(Al) 및 주석(Sn)으로 이루어지는 군에서 선택되는 금속의 합금일 수 있다.The negative electrode is a negative electrode active material, a material capable of reversibly intercalating or deintercalating lithium ions (Li + ), a material capable of reacting with lithium ions to reversibly form a lithium-containing compound, lithium metal or lithium Alloys can be used. The material capable of reversibly occluding or releasing the lithium ions (Li + ) may be, for example, crystalline carbon, amorphous carbon or a mixture thereof. The material capable of reacting with the lithium ions (Li + ) to form a lithium-containing compound reversibly may be, for example, tin oxide, titanium nitrate or silicon. The lithium alloy is, for example, lithium (Li) and sodium (Na), potassium (K), rubidium (Rb), cesium (Cs), francium (Fr), beryllium (Be), magnesium (Mg), calcium ( It may be an alloy of a metal selected from the group consisting of Ca), strontium (Sr), barium (Ba), radium (Ra), aluminum (Al) and tin (Sn).

또한, 리튬-황 전지를 충ㆍ방전하는 과정에서, 양극 활물질로 사용되는 황이 비활성 물질로 변화되어, 리튬 음극 표면에 부착될 수 있다. 이와 같이 비활성 황(Inactive sulfur)은 황이 여러 가지 전기화학적 또는 화학적 반응을 거쳐 양극의 전기화학 반응에 더이상 참여할 수 없는 상태의 황을 의미하며, 리튬 음극 표면에 형성된 비활성 황은 리튬 음극의 보호막(Protective layer)으로서 역할을 하는 장점도 있다.In addition, in the process of charging and discharging the lithium-sulfur battery, sulfur used as the positive electrode active material may be changed into an inert material and adhered to the surface of the lithium negative electrode. As described above, inactive sulfur refers to sulfur in which sulfur is no longer able to participate in the electrochemical reaction of the anode through various electrochemical or chemical reactions, and inactive sulfur formed on the surface of the lithium anode is a protective layer of the lithium cathode. It also has the advantage of acting as).

상기 양극, 음극 및 분리막에 함침되어 있는 전해질은 리튬염을 함유하는 비수계 전해질로서 리튬염과 전해액으로 구성되어 있으며, 이외에도 유기 고체 전해질 및 무기 고체 전해질 등이 사용된다.The electrolyte impregnated in the positive electrode, the negative electrode, and the separator is a non-aqueous electrolyte containing lithium salt, and is composed of a lithium salt and an electrolyte solution. In addition, an organic solid electrolyte and an inorganic solid electrolyte are used.

본 발명의 리튬염은 비수계 유기 용매에 용해되기 좋은 물질로서, 예컨대, LiCl, LiBr, LiI, LiClO4, LiBF4, LiB10Cl10, LiB(Ph)4 , LiPF6, LiCF3SO3, LiCF3CO2, LiAsF6, LiSbF6, LiAlCl4, LiSO3CH3, LiSO3CF3, LiSCN, LiC(CF3SO2)3, LiN(CF3SO2)2, 클로로 보란 리튬, 저급 지방족 카르본산 리튬, 4 페닐 붕산 리튬, 이미드로 이루어진 군으로부터 하나 이상이 포함될 수 있다.Lithium salt of the present invention is a good material to dissolve in a non-aqueous organic solvent, for example, LiCl, LiBr, LiI, LiClO 4 , LiBF 4 , LiB 10 Cl 10 , LiB (Ph) 4 , LiPF 6 , LiCF 3 SO 3 , LiCF 3 CO 2, LiAsF 6, LiSbF 6, LiAlCl 4, LiSO 3 CH 3, LiSO 3 CF 3, LiSCN, LiC (CF 3 SO 2) 3, LiN (CF 3 SO 2) 2, chloroborane lithium, lower aliphatic One or more from the group consisting of lithium carbonate, lithium phenyl borate, imide may be included.

상기 리튬염의 농도는, 전해질 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, 0.2 ~ 2M, 구체적으로 0.6 ~ 2M, 더욱 구체적으로 0.7 ~ 1.7M일 수 있다. 0.2M 미만으로 사용하면 전해질의 전도도가 낮아져서 전해질 성능이 저하될 수 있고, 2M을 초과하여 사용하면 전해질의 점도가 증가하여 리튬 이온(Li+)의 이동성이 감소될 수 있다.The concentration of the lithium salt is 0.2-2 M, depending on several factors such as the exact composition of the electrolyte mixture, the solubility of the salt, the conductivity of the dissolved salt, the charging and discharging conditions of the cell, the operating temperature and other factors known in the lithium battery art, 0.6 to 2M, more specifically 0.7 to 1.7M. If the amount is less than 0.2M, the conductivity of the electrolyte may be lowered, and thus the performance of the electrolyte may be lowered. If the concentration is more than 2M, the viscosity of the electrolyte may be increased to reduce the mobility of lithium ions (Li + ).

상기 비수계 유기 용매는 리튬염을 잘 용해시켜야 하며, 본 발명의 비수계 유기 용매로는, 예컨대, N-메틸-2-피롤리디논, 프로필렌 카보네이트, 에틸렌 카보네이트, 부틸렌 카보네이트, 디메틸 카보네이트, 디에틸 카보네이트, 에틸메틸 카보네이트, 감마-부틸로 락톤, 1,2-디메톡시 에탄, 1,2-디에톡시 에탄, 테트라히드록시 프랑(franc), 2-메틸 테트라하이드로푸란, 디메틸술폭시드, 1,3-디옥솔란, 4-메틸-1,3-디옥센, 디에틸에테르, 포름아미드, 디메틸포름아미드, 디옥솔란, 아세토니트릴, 니트로메탄, 포름산 메틸, 초산메틸, 인산 트리에스테르, 트리메톡시 메탄, 디옥솔란 유도체, 설포란, 메틸설포란, 1,3-디메틸-2-이미다졸리디논, 프로필렌 카보네이트 유도체, 테트라하이드로푸란 유도체, 에테르, 프로피온산 메틸, 프로피온산 에틸 등의 비양자성 유기 용매가 사용될 수 있으며, 상기 유기 용매는 하나 또는 둘 이상의 유기 용매들의 혼합물일 수 있다.The non-aqueous organic solvent should dissolve lithium salts well, and as the non-aqueous organic solvent of the present invention, for example, N-methyl-2-pyrrolidinone, propylene carbonate, ethylene carbonate, butylene carbonate, dimethyl carbonate, di Ethyl carbonate, ethylmethyl carbonate, gamma-butylo lactone, 1,2-dimethoxy ethane, 1,2-diethoxy ethane, tetrahydroxy franc, 2-methyl tetrahydrofuran, dimethyl sulfoxide, 1, 3-dioxolane, 4-methyl-1,3-dioxene, diethyl ether, formamide, dimethylformamide, dioxolane, acetonitrile, nitromethane, methyl formate, methyl acetate, triester phosphate, trimethoxy methane , Aprotic organic solvents such as dioxolane derivatives, sulfolane, methyl sulfolane, 1,3-dimethyl-2-imidazolidinone, propylene carbonate derivatives, tetrahydrofuran derivatives, ethers, methyl propionate and ethyl propionate May be used, and the organic solvent may be one or a mixture of two or more organic solvents.

상기 유기 고체 전해질로는, 예컨대, 폴리에틸렌 유도체, 폴리에틸렌 옥사이드 유도체, 폴리프로필렌 옥사이드 유도체, 인산 에스테르 폴리머, 폴리 에지테이션 리신(Agitation lysine), 폴리에스테르 설파이드, 폴리비닐 알코올, 폴리 불화 비닐리덴, 이온성 해리기를 포함하는 중합체 등이 사용될 수 있다.Examples of the organic solid electrolyte include polyethylene derivatives, polyethylene oxide derivatives, polypropylene oxide derivatives, phosphate ester polymers, poly etchation lysine, polyester sulfides, polyvinyl alcohol, polyvinylidene fluoride, and ionic dissociation. Polymers containing groups and the like can be used.

본 발명의 무기 고체 전해질로는, 예컨대, Li3N, LiI, Li5NI2, Li3N-LiI-LiOH, LiSiO4, LiSiO4-LiI-LiOH, Li2SiS3, Li4SiO4, Li4SiO4-LiI-LiOH, Li3PO4-Li2S-SiS2 등의 Li의 질화물, 할로겐화물, 황산염 등이 사용될 수 있다. Examples of the inorganic solid electrolyte of the present invention include Li 3 N, LiI, Li 5 NI 2 , Li 3 N-LiI-LiOH, LiSiO 4 , LiSiO 4 -LiI-LiOH, Li 2 SiS 3 , Li 4 SiO 4 , Nitrides, halides, sulfates, and the like of Li, such as Li 4 SiO 4 —LiI-LiOH, Li 3 PO 4 —Li 2 S-SiS 2 , and the like, may be used.

본 발명의 전해질에는 충ㆍ방전 특성, 난연성 등의 개선을 목적으로, 예컨대, 피리딘, 트리에틸포스파이트, 트리에탄올아민, 환상 에테르, 에틸렌 디아민, n-글라임(glyme), 헥사 인산 트리 아미드, 니트로벤젠 유도체, 유황, 퀴논 이민 염료, N-치환 옥사졸리디논, N,N-치환 이미다졸리딘, 에틸렌 글리콜 디알킬 에테르, 암모늄염, 피롤, 2-메톡시 에탄올, 삼염화 알루미늄 등이 첨가될 수도 있다. 경우에 따라서는, 불연성을 부여하기 위하여, 사염화탄소, 삼불화에틸렌 등의 할로겐 함유 용매를 더 포함시킬 수도 있고, 고온 보존 특성을 향상시키기 위하여 이산화탄산 가스를 더 포함시킬 수도 있으며, FEC(Fluoro-ethylene carbonate), PRS(Propene sultone), FPC(Fluoro-propylene carbonate) 등을 더 포함시킬 수 있다.The electrolyte of the present invention contains, for example, pyridine, triethylphosphite, triethanolamine, cyclic ether, ethylene diamine, n-glyme, hexaphosphate triamide, nitro for the purpose of improving the charge / discharge characteristics, flame retardancy, and the like. Benzene derivatives, sulfur, quinone imine dyes, N-substituted oxazolidinones, N, N-substituted imidazolidines, ethylene glycol dialkyl ethers, ammonium salts, pyrroles, 2-methoxy ethanol, aluminum trichloride and the like may be added. . In some cases, in order to impart nonflammability, a halogen-containing solvent such as carbon tetrachloride and ethylene trifluoride may be further included, and carbon dioxide gas may be further included to improve high temperature storage characteristics, and FEC (Fluoro-ethylene) may be further included. carbonate), propene sultone (PRS), fluoro-propylene carbonate (FPC), and the like.

전해질은 액상 전해질로 사용할 수도 있고, 고체 상태의 전해질 세퍼레이터 형태로도 사용할 수 있다. 액상 전해질로 사용할 경우에는 전극을 물리적으로 분리하는 기능을 갖는 물리적인 분리막으로서 다공성 유리, 플라스틱, 세라믹 또는 고분자 등으로 이루어진 분리막을 더 포함한다.The electrolyte may be used as a liquid electrolyte or may be used in the form of a solid electrolyte separator. When used as a liquid electrolyte, a physical separator having a function of physically separating an electrode further includes a separator made of porous glass, plastic, ceramic, or polymer.

상술한 양극과 음극을 소정의 크기로 절취한 양극판과 음극판 사이에 상기 양극판과 음극판에 대응하는 소정의 크기로 절취한 분리막을 개재시킨 후 적층함으로써 스택형 전극 조립체를 제조할 수 있다.The stacked electrode assembly may be manufactured by interposing a separator cut to a predetermined size corresponding to the positive electrode plate and the negative electrode plate and interposed between the positive electrode plate and the negative electrode plate having the positive and negative electrodes cut to a predetermined size.

또는 양극과 음극이 분리막 시트를 사이에 두고 대면하도록, 둘 이상의 양극판 및 음극판들을 분리막 시트 상에 배열하거나 또는 상기 둘 이상의 양극판 및 음극판들이 분리막을 사이에 두고 적층되어 있는 유닛셀들 둘 이상을 분리막 시트 상에 배열하고, 상기 분리막 시트를 권취하거나, 전극판 또는 유닛셀의 크기로 분리막 시트를 절곡함으로써 스택 앤 폴딩형 전극조립체를 제조할 수 있다.Alternatively, two or more positive electrode plates and negative electrode plates may be arranged on the separator sheet so that the positive electrode and the negative electrode face each other with the separator sheet therebetween, or two or more unit cells in which the two or more positive electrode plates and the negative electrode plates are laminated with the separator interposed therebetween. The stack-and-foldable electrode assembly may be manufactured by arranging on and winding the separator sheet or by bending the separator sheet to a size of an electrode plate or a unit cell.

상기한 리튬-황 전지를 포함하는 전지팩은 전기자동차(Electric Vehicle, EV), 하이브리드 전기자동차(Hybrid Electric Vehicle, HEV), 플러그-인 하이브리드 전기자동차(Plug-in Hybrid Electric Vehicle, PHEV), 무인 비행기, 전력 저장장치의 전원으로 사용될 수 있다.The battery pack including the lithium-sulfur battery is an electric vehicle (EV), a hybrid electric vehicle (HEV), a plug-in hybrid electric vehicle (PHEV), an unmanned vehicle. It can be used as a power source for airplanes and power storage devices.

이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 실시예를 들어 상세하게 설명하기로 한다. 그러나 본 발명에 따른 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to Examples. However, embodiments according to the present invention can be modified in many different forms, the scope of the present invention should not be construed as limited to the embodiments described below. The embodiments of the present invention are provided to more completely explain the present invention to those skilled in the art.

<실시예> <Example>

(1) 양극 슬러리 조성물을 제조(1) to prepare a positive electrode slurry composition

step 1. 아세토니트릴(Acetonitrile), 톨루엔(Toluene), 이소프로판올(Iso-propanol)의 중량비가 4 : 2 : 4로 혼합된 용매 8.4g과 10 중량%의 폴리비닐부티랄(Polyvinyl bytral) 2g 및 덴카 블랙(Denka Black) 0.2g을 ZrO2 Balls과 함께 PDM 페이스트 믹서(1000/1500 RPM)로 10분간 3회 혼합하였다.step 1.Acetonitrile, Toluene, Iso-propanol, weight ratio of 4: 2: 4 8.4 g of solvent mixed with 10% by weight of 2% polyvinyl butyral (Polyvinyl bytral) and denka 0.2 g of Denka Black was mixed with ZrO 2 Balls three times for 10 minutes with a PDM paste mixer (1000/1500 RPM).

step 2. 황(S)과 Super P(SP)가 9 : 1의 중량비의 S/SP 복합체 1.7g과 황(S)과 탄소나노튜브(CNT)가 7 : 3의 중량비의 S/CNT 복합체 1.7g을 상기 1의 혼합물에 첨가하여 PDM 페이스트 믹서(1000/1500 RPM)로 10분간 3회 혼합하였다.step 2. Sulfur (S) and Super P (SP) of S / SP composite 1.7g in the weight ratio of 9: 1 and sulfur (S) and carbon nanotubes (CNT) of the ratio of 7: 3 S / CNT composite 1.7 g was added to the mixture of 1 above and mixed three times for 10 minutes with a PDM paste mixer (1000/1500 RPM).

step 3. 10 중량%의 N,N-비스[3-(트리에톡시실릴)프로필]우레아(N,N-bis[3-(triethoxysilyl)propyl]Urea) 2g을 상기 2의 혼합물에 첨가하여 PDM 페이스트 믹서(1000/1500 RPM)로 5분간 1회 혼합하여 양극 슬러리 조성물을 제조하였다.step 3. PDM was added by adding 10 g of N, N-bis [3- (triethoxysilyl) propyl] urea (N, N-bis [3- (triethoxysilyl) propyl] Urea) to the mixture of 2 A positive electrode slurry composition was prepared by mixing once with a paste mixer (1000/1500 RPM) for 5 minutes.

(2) 양극 제조 및 리튬-황 전지 제조(2) anode production and lithium-sulfur battery production

상기 제조된 양극 슬러리 조성물을 알루미늄(Al) 호일의 일면에 150㎛의 두께로 코팅한 후, 상온에서 24시간 건조하여, 1.9mAh/cm2의 로딩을 가지는 양극을 제조하였다. 통상의 공지된 제조방법을 이용하여 상기 양극, 음극, 그 사이에 개재되는 분리막 및 전해질을 포함하는 리튬-황 전지를 제조하였다.The prepared positive electrode slurry composition was coated on one surface of an aluminum (Al) foil with a thickness of 150 μm, and dried at room temperature for 24 hours to prepare a positive electrode having a loading of 1.9 mAh / cm 2 . A lithium-sulfur battery including the positive electrode, the negative electrode, a separator interposed therebetween and an electrolyte was manufactured using a conventionally known manufacturing method.

<비교예> Comparative Example

(1) 양극 슬러리 조성물 제조(1) Preparation of positive electrode slurry composition

step 1. 증류수(DI water)에 녹인 1.2 중량%의 카복시메틸셀룰로오즈(CMC: Carboxymethyl Cellulose) 10g에 덴카 블랙(Denka Black) 0.4g을 PDM 페이스트 믹서(1000/1500 RPM)으로 5분간 1회 혼합하였다.step 1. 0.4 g of Denka Black was mixed with PDM paste mixer (1000/1500 RPM) once for 10 minutes in 10 g of 1.2 wt% Carboxymethyl Cellulose (CMC) dissolved in distilled water (DI water). .

step 2. 황(S)과 Super P(SP)가 9 : 1의 중량비인 S/SP 복합체 3.2g을 ZrO2 Balls와 함께 상기 1의 혼합물에 첨가하여 PDM 페이스트 믹서(1000/1500 RPM)로 5분간 2회 혼합하였다.step 2. Sulfur (S) and Super P (SP) in a weight ratio of 9: 1 S / SP composite 3.2g with ZrO 2 Balls was added to the mixture of 1 and the PDM paste mixer (1000/1500 RPM) 5 Mix twice.

step 3. 증류수 용매에 분산시킨 42 중량%의 스티렌-부타디엔 고무(SBR: Styrene-Butadiene Rubber) 0.67g을 상기 2의 혼합물에 첨가하여 PDM 페이스트 믹서(1000/1500 RPM)으로 5분간 1회 혼합하여 양극 슬러리 조성물을 제조하였다.step 3. 0.67 g of 42% by weight of styrene-butadiene rubber (SBR: Styrene-Butadiene Rubber) dispersed in distilled water solvent was added to the mixture of 2 and mixed once with a PDM paste mixer (1000/1500 RPM) for 5 minutes. A positive electrode slurry composition was prepared.

(2) 양극 제조 및 리튬-황 전지 제조(2) anode production and lithium-sulfur battery production

상기 제조된 실시예 및 비교예의 양극 슬러리 조성물을 알루미늄(Al) 호일의 일면에 150um의 두께로 코팅한 후, 상온에서 24시간 건조하여 2.3mAh/cm2의 로딩을 가지는 양극을 제조하였다. 통상의 공지된 제조방법을 이용하여 상기 양극, 음극, 그 사이에 개재되는 분리막 및 전해질을 포함하는 리튬-황 전지를 제조하였다.After coating the positive electrode slurry composition of the prepared Example and Comparative Example to a thickness of 150um on one surface of the aluminum (Al) foil, and dried at room temperature for 24 hours to prepare a positive electrode having a loading of 2.3mAh / cm 2 . A lithium-sulfur battery including the positive electrode, the negative electrode, a separator interposed therebetween and an electrolyte was manufactured using a conventionally known manufacturing method.

<실험예> Experimental Example

상기 제조된 실시예 및 비교예의 리튬-황 전지를 10 시간의 전해액 함침 후 0.1 C의 속도로 충·방전 되었으며, 황 활성률, 충·방전 용량 및 충·방전 효율에 관한 데이터가 기록되었다. 그 결과를 도 1 내지 도 3에 도시하였다.The lithium and sulfur batteries of Examples and Comparative Examples prepared above were charged and discharged at a rate of 0.1 C after 10 hours of electrolyte impregnation, and data on sulfur activity rate, charge and discharge capacity, and charge and discharge efficiency were recorded. The results are shown in FIGS. 1 to 3.

도 1은 초기 충·방전 곡선을 나타낸 그래로서, 초기 충·방전량은 비교예가 1000 mAh/g 임에 비하여 실시예가 1100 mAh/g로 향상되었음을 확인하였다. 또한 도 2는 방전 사이클 특성을 나타낸 그래프로서, 50 사이클이 지나 방전량이 급격하게 떨어지는 비교예에 비하여 실시예는 70 사이클이 진행될 때까지 방전량을 유지하는 것을 확인하였으며, 도 3은 충·방전 효율을 나타낸 그래프로서, 실시예가 비교예에 비해 향상된 충·방전 효율을 나타내는 것을 확인하였다.1 is a graph showing an initial charge and discharge curve, the initial charge and discharge amount was confirmed that the Example was improved to 1100 mAh / g compared to the comparative example is 1000 mAh / g. In addition, Figure 2 is a graph showing the discharge cycle characteristics, it was confirmed that the embodiment maintains the discharge amount until 70 cycles, compared to the comparative example in which the discharge amount is drastically dropped after 50 cycles, Figure 3 is the charge and discharge efficiency As a graph showing, it was confirmed that the Example shows the improved charging and discharging efficiency compared to the Comparative Example.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.Although the preferred embodiments of the present invention have been described in detail above, the scope of the present invention is not limited thereto, and various modifications and improvements of those skilled in the art using the basic concepts of the present invention defined in the following claims are also provided. It belongs to the scope of the invention.

Claims (9)

탄소-황(S) 복합체, 분산제, 바인더 및 비수계 용매를 포함하는 리튬-황 전지용 양극 슬러리 조성물에 있어서,
상기 분산제는 폴리비닐부티랄(Polyvinyl butyral: PVB)을 포함하고,
상기 바인더는 N,N-비스[3-(트리에톡시실릴)프로필]우레아, 폴리에틸렌옥사이드(PEO), 폴리(비닐리덴플루오라이드)(PVDF), 폴리(비닐리덴플루오라이드-코-헥사플루오로프로필렌)(PVDF-co-HFP), 스티렌 부타디엔 고무(SBR) 및 이들의 조합으로부터 선택된 1종을 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬-황 전지용 비수계 양극 슬러리 조성물로,
상기 비수계 용매는 아세토니트릴, 톨루엔 및 이소프로판올을 포함하는 혼합 용매인 것을 특징으로 하는 리튬-황 전지용 비수계 양극 슬러리 조성물.
In the positive electrode slurry composition for a lithium-sulfur battery comprising a carbon-sulfur (S) composite, a dispersant, a binder and a non-aqueous solvent,
The dispersant includes polyvinyl butyral (PVB),
The binder is N, N-bis [3- (triethoxysilyl) propyl] urea, polyethylene oxide (PEO), poly (vinylidene fluoride) (PVDF), poly (vinylidene fluoride-co-hexafluoro A non-aqueous positive electrode slurry composition for lithium-sulfur batteries, comprising one selected from propylene) (PVDF-co-HFP), styrene butadiene rubber (SBR), and combinations thereof.
The non-aqueous solvent is a non-aqueous positive electrode slurry composition for a lithium-sulfur battery, characterized in that a mixed solvent containing acetonitrile, toluene and isopropanol.
제1항에 있어서,
상기 탄소-황(S) 복합체는 황과 탄소나노튜브의 복합체(S/CNT)와 황과 슈퍼-P의 복합체(S/SP)의 혼합물인 것을 특징으로 하는 리튬-황 전지용 비수계 양극 슬러리 조성물.
The method of claim 1,
The carbon-sulfur (S) composite is a mixture of sulfur and carbon nanotubes (S / CNT) and sulfur and super-P composite (S / SP), characterized in that the non-aqueous cathode slurry composition for lithium-sulfur batteries .
제1항에 있어서,
상기 분산제와 바인더의 중량비는 1 : 5 ~ 5 : 1인 것을 특징으로 하는 리튬-황 전지용 비수계 양극 슬러리 조성물.
The method of claim 1,
The weight ratio of the dispersant and the binder is 1: 5 to 5: 1 non-aqueous positive electrode slurry composition for a lithium-sulfur battery.
제1항에 있어서,
상기 분산제와 바인더의 함량은 전체 양극 슬러리 조성물 100 중량부를 기준으로, 5 내지 20 중량부로 포함되는 것을 특징으로 하는 리튬-황 전지용 비수계 양극 슬러리 조성물.
The method of claim 1,
The content of the dispersant and the binder, based on 100 parts by weight of the total positive electrode slurry composition, characterized in that it comprises 5 to 20 parts by weight of a non-aqueous positive electrode slurry composition for a lithium-sulfur battery.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 아세토니트릴, 톨루엔 및 이소프로판올의 혼합 용매의 중량비는 4 : 2 : 4인 것을 특징으로 하는 리튬-황 전지용 비수계 양극 슬러리 조성물.
The method of claim 1,
The weight ratio of the mixed solvent of acetonitrile, toluene and isopropanol is 4: 2: 4 non-aqueous positive electrode slurry composition for a lithium-sulfur battery.
제1항에 있어서,
상기 양극 슬러리 조성물은 도전재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬-황 전지용 비수계 양극 슬러리 조성물.
The method of claim 1,
The positive electrode slurry composition is a non-aqueous positive electrode slurry composition for a lithium-sulfur battery, characterized in that it further comprises a conductive material.
제1항 내지 제4항, 제6항 및 제7항 중 어느 한 항의 양극 슬러리 조성물을 사용하여 형성되는 것을 특징으로 하는 리튬-황 전지용 양극.
The positive electrode for a lithium-sulfur battery, which is formed using the positive electrode slurry composition of any one of claims 1 to 4, 6 and 7.
양극; 음극; 그 사이에 개재되는 분리막 및 전해질을 포함하는 리튬-황 전지에 있어서,
상기 양극은 제1항 내지 제4항, 제6항 및 제7항 중 어느 한 항의 양극 슬러리 조성물을 사용하여 형성되는 것을 특징으로 하는 리튬-황 전지.
anode; cathode; In the lithium-sulfur battery comprising a separator and an electrolyte interposed therebetween,
The positive electrode is a lithium-sulfur battery, characterized in that formed using the positive electrode slurry composition of any one of claims 1 to 4, 6 and 7.
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