Composition of cathode materials for lithium-sulfur battery comprising mesoporous carbon-carbon wire structure and sulfur producing method thereof and lithium-sulfur battery using it

• Main Authors: KIM EUN KYUM, SUK JUNG DON, LEE JAE KWANG, KIM DO YOUB, KIM TAE YEONG
• Format: Patent
• Language: English; Korean
• Published: 22.11.2022
• Subjects: BASIC ELECTRIC ELEMENTS; ELECTRICITY; PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSIONOF CHEMICAL INTO ELECTRICAL ENERGY

The present invention relates to: a cathode material composition for a lithium-sulfur battery comprising a mesoporous carbon-carbon wire structure having a particle size of 80-800 nm and including a carbon structure containing mesopores with an average pore size of 3-5 nm and a carbon wire which has grown from the carbon structure containing the mesopores, and sulfur impregnated in the pores of the mesoporous carbon-carbon wire structure; a method for producing the same; and a lithium-sulfur battery using the same. The cathode material composition for a lithium-sulfur battery of the present invention is formed by using a spherical carbon nanostructure capable of preventing the elution of lithium polysulfide by having developed mesopores and having pores of various sizes, high porosity, and high specific surface area and a mesoporous carbon-carbon wire structure consisting of a carbon wire structure with high electrical conductivity, which can grow from mesoporous carbon particles to interconnect and support the carbon particles and at the same time improve ion transport characteristics and electron transport characteristics, and contains a large amount of sulfur impregnated into pores, which are empty spaces inside the mesoporous carbon-carbon wire structure. When the cathode material composition for a lithium-sulfur battery is used as a cathode material, a high amount of sulfur can be supported in a cathode. Accordingly, a lithium-sulfur battery having a high energy density can be acquired. 본 발명은 평균 기공크기가 3~5nm인 중기공을 포함하는 탄소구조체와, 상기 중기공을 포함하는 탄소구조체로부터 성장한 탄소와이어를 포함하고, 입자의 크기가 80~800nm인 중기공 탄소-탄소와이어 구조체와; 상기 중기공 탄소-탄소와이어 구조체의 기공 내에 함침된 황;을 포함하는 리튬-황전지용 양극재 조성물, 이의 제조방법 및 이를 이용한 리튬-황전지에 관한 것이다. 본 발명의 리튬-황전지용 양극재 조성물은 중기공이 발달하고 다양한 크기의 기공을 가지면서 높은 기공도와 높은 비표면적을 가져 리튬 폴리설파이드의 용출을 막을 수 있는 구형의 탄소 나노구조체와, 중기공 탄소입자로부터 성장하여 탄소입자를 상호연결하고 지지하는 역할을 하는 동시에 이온 전달특성과 전자 전달특성을 향상시킬 수 있는 높은 전기전도도를 가진 탄소와이어 구조로 이루어진 중기공 탄소-탄소와이어 구조체를 사용하고, 중기공 탄소-탄소와이어 구조체 내부의 빈공간인 기공에 함침된 다량의 황을 포함하는 것으로, 이를 양극재로 사용하면 양극 내 고함량의 황을 담지할 수 있으므로 높은 에너지밀도를 가진 리튬-황전지를 얻을 수 있다.