금속-황 전지용 양극, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 금속-황 전지

바인더 없는 고압 성형으로 황·그래핀 영역을 분리한 프리스탠딩 금속-황 양극

본 기술은 금속-황 전지용 양극 활물질층 안에서 황 함유 물질이 밀집된 영역과 그래핀 등 탄소 물질이 밀집된 영역을 물리적으로 구분해 배치함으로써, 황 이용률을 높이고 전극의 전기 전도도와 이온 전달 경로를 최적화하는 기술입니다.

종래 리튬-황 전지는 황의 낮은 전기 전도도, 황 이용률 저하, 폴리설파이드의 전해질 용출, 저온 구동 성능 부족 등의 한계가 있었습니다. 또한 기존 슬러리 캐스팅 공정은 바인더 사용으로 비용량이 낮아지고 제조 공정이 복잡해지는 문제가 있었습니다.

본 기술은 바인더 없이 그래핀과 S8, Li2S 등 황 함유 물질을 기계적으로 혼합한 뒤 750~1100 MPa의 고압으로 가압하여 프리스탠딩 필름 형태의 양극 활물질층을 만들도록 구성됩니다. 가압 과정에서 Li2S가 입방정계에서 사방정계로 상변이되며, 전해질에 질산암모늄(NH4NO3) 첨가제를 더해 저온 구동 성능과 황 활용 효율을 높입니다. 경량 고에너지 전원이 필요한 드론·도심항공 모빌리티나 혹한 지역에서 운용되는 이동형 전원에 적용될 수 있어, 바인더 무게를 덜어낸 만큼 중량당 에너지를 늘리는 효과를 기대할 수 있습니다.

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Key Features:

• 황 함유 물질을 함침하지 않은 상태로 황 함유 물질이 밀집된 영역 외의 영역을 채우는 그래핀 밀집 영역
• 그래핀 밀집 영역과 구분되어 배치되며 S8, Li2S, 황화 고분자 또는 이들의 혼합물로 이루어진 황 함유 물질 밀집 영역
• 60 내지 90 wt%의 황 함유 물질과 나머지 그래핀을 함유하는 프리스탠딩 형태의 양극 활물질층
• 그래핀과 황 함유 물질의 혼합물을 몰드에 넣고 750 내지 1100 MPa로 가압하여 프리스탠딩 필름을 형성하는 단계

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