Electrochemical studies of conjugated polymer coated sulfur cathode for lithium-sulfur batteries

Abstract

요즘 스마트폰 및 전자기기의 전원으로 널리 쓰이는 리튬이온 전지는 가볍고 소형이라는 장점이 있어 전기자동차, ESS 등에도 쓰일 수 있다는 기대를 모으고 있다. 그러나 기존의 LiCoO2, LiFePO4, LiMnO4 등과 같은 양극으로 제조된 리튬이온 전지는 활물질의 전지용량, 무게, 에너지 밀도, 재료의 가격 등 적합하지가 않기 때문에 고용량과 고출력을 요구하는 자동차용 전원에 적용이 쉽지않고 이를 극복할 수 있는 양극 활물질에 대한 연구가 지속적으로 이루어져야 한다. 그 양극재료로 각광을 받고 있는 소재중 하나로 유황에 대한 연구가 많이 진행되고 그 이유로는 가격이 저렴하고 지구상에 매장량이 많으며 세계 여러지역에 매장이 되어 있기 때문에 유용하다. 또한 원자당 낮은 무게를 가지고 있어 유황의 이론적인 용량은 1675mAh/g을 나타내며, 리튬과의 반응에서 최종 방전 생성물인 Li2S까지 완전한 반응시에 에너지 밀도가 2600Wh/kg으로 상당히 높다. 그렇지만 유황은 전기부도체이기 때문에 전극 제조시 활물질의 양을 늘리게 되면 전극 내부에 있는 유황이 반응에 참여하지 못하여 낮은 전기용량을 나타낸다. 더불어, 전기화학적 반응이 일어나는 동안 전해질 내에 있는 액상의 리튬폴리설파이드(Li2Sx) 화합물이 리튬 음극 표면에 확산되어 리튬과의 지속적인 순환반응(Shuttle mechanism)을 일으켜 과충전이 발생하고, 방전용량은 계속 감소하게 되는 문제점을 지녀 상용화를 하기에 어려움을 갖는다. 본 연구에서는 유황양전극에 전도성고분자를 코팅하여 전기부도체인 유황의 전도성을 높이고 리튬 음극표면에 대한 리튬폴리설파이드의 확산을 줄이므로 전지의 사이클 특성과 율특성을 개선하였다.