For the last decade, in order to solve low energy density and specific capacity, which is a clear limitation of currently commercialized lithium secondary batteries, research and development has been positively implemented on secondary battery systems. Lithium-sulfur secondary batteries, which are evaluated as the most realistic of the next-generation secondary batteries, have advantages in terms of price and theoretical energy density, however, they have fundamental limitation of reducing lifespan characteristics due to lithium polysulfides dissolution and insulating nature of sulfur. In this Ph.D. dissertation, introducing one chemical approach to address the low conductivity and lithium polysulfides dissolution. The "nucleophilic aromatic substitution" is a synthesizing method of substituting fluorine functional group in an aromatic backbone to sulfur. This method achieves high reaction yields, conductivity, and lithium polysulfides adsorption capacity due to various heteroatoms and metals present in the aromatic molecule. Comprehensively, I have researched interaction between synthesized sulfur composites and lithium ion to reveal its electrochemical mechanisms.
현재 상용화되어있는 리튬 이온전지의 명확한 한계인 낮은 에너지밀도와 비용량 문제를 해결하기 위해 전세계적으로 많은 연구가 진행되고 있다. 차세대 이차 전지 중 가장 현실적이라고 평가받고 있는 리튬 – 유황 이차전지는 가격이 싸고 높은 에너지밀도 및 비용량을 가지고 있지만, 폴리설파이드 용해로 인한 수명 특성 감소와 전기적 부도체라는 근본적인 한계를 가지고있다. 따라서, 본 논문은 낮은 전도도 및 리튬 폴리설파이드 용출을 해결하기 위한 한 가지 화학적 접근법을 소개한다. 이는 ‘친핵성 방향족 치환’합성법으로써 불소 작용기가 포함된 방향족 골격에 유황을 치환시키는 방법이다. 이 방법은 높은 반응 수율을 얻을 수 있음과 동시에 방향족 분자에 존재하는 다양한 헤테로 원자와 금속으로 인하여 전도성 및 리튬 폴리설파이드 흡착력을 구현한다. 본 학위논문에서는 유황을 불소화된 방향족 분자와 친핵성 방향족 치환법을 통해 얻은 복합체를 리튬 이온과의 전기화학 반응 메커니즘과 그에 따르는 리튬 폴리설파이드 용출 제어 방법을 다루고자 한다.
