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서로 다른 이중 평균 직경 분포를 갖는 고분자 나노섬유들이 각각 망상 네트워크 형상을 유지하면서 서로 결합되고 전도성 박막이 코팅된 3차원 나노섬유 네트워크 전극;황 내지는 황 화합물을 포함하여 구성되는 양극;분리막;전해액; 및리튬을 포함하여 구성되는 음극을 포함하여 구성되고,상기 3차원 나노섬유 네트워크 전극은 상기 양극과 상기 분리막 사이에 위치하여 상기 양극에서의 폴리설파이드(Polysulfide)의 용출을 최소화하여 사이클 특성을 개선시키는 중간전극 역할을 하는 것을 특징으로 하는 리튬-황 전지
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제1항에 있어서,상기 고분자 나노섬유들 중 상대적으로 큰 평균 직경을 갖는 나노섬유는 직경 100nm 내지 1μm의 범위에서 선택된 평균 직경 분포를 갖고,상기 고분자 나노섬유들 중 상대적으로 작은 직경을 갖는 나노섬유는 직경 1nm 내지 30nm 이하에서 선택된 평균 직경 분포를 갖는 것을 특징으로 하는 리튬-황 전지
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제1항에 있어서,상기 고분자 나노섬유들은 상대적으로 큰 평균 직경을 갖는 나노섬유들과 상대적으로 작은 평균 직경을 갖는 나노섬유들로 구분되고,상기 망상 네트워크 형상은, 상기 큰 평균 직경을 갖는 나노섬유들 사이의 공간을 상기 작은 평균 직경을 갖는 나노섬유들이 연결되어 채우는 망상 네트워크 형상, 상기 큰 평균 직경을 갖는 나노섬유들의 네트워크와 상기 작은 평균 직경을 갖는 나노섬유들의 네트워크가 서로 반복적으로 적층되어 구성된 망상 네트워크 형상 및 상기 큰 평균 직경을 갖는 나노섬유와 상기 작은 평균 직경을 갖는 나노섬유가 서로 무작위로 연결되어 형성된 망상 네트워크 형상 중 적어도 하나의 망상 네트워크 형성을 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬-황 전지
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제1항에 있어서,상기 전도성 박막은 Ni, In, Al, Ag, Au 및 Cu 중에서 선택된 전도성 금속 박막, ZnO, Al-doped ZnO, Ga-doped ZnO, SnO2, In2O3 및 ITO(Indium Tin Oxide) 중에서 선택된 전도성 금속산화물 박막, 또는 상기 선택된 전도성 금속 박막과 상기 선택된 전도성 금속산화물 박막의 복합체로 이루어진 복합체 박막 중에서 선택된 박층으로, 박막의 전기전도도가 10-3/Ω·m 이상인 것을 특징으로 하는 리튬-황 전지
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제1항에 있어서,상기 전도성 박막은 다결정 특성을 갖는 나노입자(nanoparticle) 및 나노그레인(nano-grain) 중 적어도 하나로 구성되며, 상기 나노입자 및 상기 나노그레인 중 적어도 하나는 평균 0
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제1항에 있어서,상기 전도성 박막의 두께는 10nm 내지 300nm의 범위를 갖는 것을 특징으로 하는 리튬-황 전지
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제1항에 있어서,상기 고분자 나노섬유는 Nylon 6, Nylon 6-6 등의 폴리아마이드(polyamide) 계열의 고분자, 폴리아크릴산(polyacrylic acid), 폴리비닐알코올(polyvinyl alcohol), 폴리우레탄(polyurethane), 폴리트리메틸린 테레프탈레트(polytrimethylene terephthalate), 폴리에틸린(polyethylene), 셀룰로오스(cellulose), 젤라틴(gelatin), 키토산(chitosan) 및 명주(silk) 중에서 선택된 고분자 나노섬유인 것을 특징으로 하는 리튬-황 전지
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리튬-황 전지의 제조방법에 있어서,a) 전기방사법을 이용하여 이중 평균 직경을 지닌 3차원 나노섬유 네트워크를 제조하는 단계;b) 상기 3차원 나노섬유 네트워크를 구성하는 개별 나노섬유들의 표면에 화학적 증착법 또는 물리적 증착법을 통해 전도성 박막을 코팅하여 전도성 박막이 코팅된 이중 평균 직경 분포를 갖는 3차원 나노섬유 네트워크 전극을 제조하는 단계; 및c) 전해질을 포함하는 황 또는 황 화합물을 포함하는 양극, 상기 3차원 나노섬유 네트워크 전극, 분리막, 리튬 및 음극을 순차적으로 적층하는 단계를 포함하고,상기 3차원 나노섬유 네트워크 전극은 상기 양극과 상기 분리막 사이에 위치하여 상기 양극에서의 폴리설파이드(Polysulfide)의 용출을 최소화하여 사이클 특성을 개선시키는 중간전극 역할을 하는 것을 특징으로 하는 리튬-황 전지의 제조방법
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제 11항에 있어서,상기 a) 단계와 상기 b) 단계 사이에서 상기 3차원 나노섬유 네트워크에 대한 진공 건조 또는 후속 열처리를 진행하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬-황 전지의 제조방법
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제 12항에 있어서,상기 진공 건조 또는 상기 후속 열처리를 위한 온도는 최소 50°C에서 최대 300°C의 범위를 갖고,상기 후속 열처리는 하소(calcination) 과정 및 N2 또는 H2 조건에서 하는 열처리 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬-황 전지의 제조방법
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제 11항에 있어서,상기 b) 단계는,상기 화학적 증착법을 이용하는 경우, 화학적 용액에 담구는 방법(dipping method), ALD(atomic layer deposition) 및 화학 기상증착 방법(chemical vapor deposition) 중 적어도 하나를 상기 3차원 나노섬유 네트워크에 적용하는 전 처리 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬-황 전지의 제조방법
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제 14항에 있어서,상기 전 처리 단계에 이용되는 화합물은 폴리도파민 코팅(polydoppamine coating), 플루로닉(Pluronic) 127 및 하이드록실 프로필 셀룰로오스(Hydroxypropyl Cellulose) 중 적어도 하나의 계면 활성제 및 티타늄 이소프로폭사이드(titanium isopropoxide)를 포함하는 화학 촉매를 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬-황 전지의 제조방법
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제 11항에 있어서,상기 물리적 증착법은, 스퍼터링(sputtering), PLD(pulsed laser deposition) 및 물리 기상증착 방법(physical vapor deposition) 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬-황 전지의 제조방법
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