KR100378348B1 - Network polymer, method for producing the same, and solid polyelectrolyte comprising the same - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: Provided are a polymer used for polymer matrix of solid polyelectrolyte in Li secondary battery, which has a flexible structure allowing Li ion to smoothly transfer, a method for producing the same, and a solid polyelectrolyte comprising the same. CONSTITUTION: The net polymer is a poly(vinylidene fluoride-hexafluoropropylene)(PVDF-HFP) crosslinked by poly(ethylene oxide)dimethacrylate(PEODM) which is a crosslinking agent. A weight ratio of the poly(vinylidene fluoride-hexafluoropropylene) copolymer and the crosslinking agent is 10:1-2:1. The PVDF-HFP copolymer has a weight average molecular weight of 60,000-80,000.

Description

망목상 고분자, 그 제조방법 및 이를 함유하는 고분자 고체전해질Mesh-like polymer, preparation method thereof and polymer solid electrolyte containing same

본 발명은 망목상 고분자, 그 제조방법 및 이를 함유하는 고분자 고체전해질에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전자기기용 전원으로 많이 사용되는 2차 전지 등의 고분자 고체전해질의 매트릭스를 형성하는 망목상 고분자, 그 제조방법 및 이를 함유하는 고분자 고체전해질에 관한 것이다.The present invention relates to a mesh-like polymer, a method for manufacturing the same, and a polymer solid electrolyte containing the same, and more particularly, a mesh-like polymer forming a matrix of a polymer solid electrolyte, such as a secondary battery, which is widely used as a power source for an electronic device. It relates to a manufacturing method and a polymer solid electrolyte containing the same.

최근 전자기기, 특히 휴대용 전자기기의 발달과 더불어 이의 구동전원으로 사용하기위한 2차전지도 눈부시게 발전되고 있다. 그중에서도, Li 2차전지는 높은 작동전압, 오랜 사용시간, 높은 에너지밀도 등의 우수한 특성으로 가장 주목받고 있다. 본 발명은 이러한 Li 2차전지 등의 전기화학장치에 사용하기위한 고분자 고체전해질에 관한 것으로, 특히 Li의 이온전도성이 우수한 고체전해질과 이 전해질의 매트릭스 고분자로 이용되는 망목상 고분자에 관한 것이다.Recently, with the development of electronic devices, especially portable electronic devices, secondary batteries for use as driving power thereof have been remarkably developed. Among them, Li secondary batteries are attracting the most attention because of their excellent characteristics such as high operating voltage, long use time and high energy density. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a polymer solid electrolyte for use in electrochemical devices such as Li secondary batteries, and more particularly to a solid electrolyte having excellent ion conductivity of Li and a network polymer used as a matrix polymer of the electrolyte.

고체전해질의 이온 전도도는 전지의 충방전시 내부저항에 큰 영향을 주고 나아가서 전지의 효율 및 율속에도 영향을 미친다. 따라서, Li 전지의 고체전해질은 기본적으로 전지의 단락을 방지할 수 있어야 하고 다량의 전해액을 함습하여 높은 이온전도도를 유지하여야 하며 Li 이온의 원활한 이동을 가능하게 하여야 한다.The ionic conductivity of the solid electrolyte greatly affects the internal resistance during charging and discharging of the battery and further affects the efficiency and rate of the battery. Therefore, the solid electrolyte of the Li battery should basically be able to prevent the short circuit of the battery, and to maintain a high ionic conductivity by moistening a large amount of electrolyte solution and to enable the smooth movement of Li ions.

종래 Li 2차전지의 고체전해질의 고분자 매트릭스로서는, 미국특허 US4,758,483 및 US4,792,504, US4,908,284 등에서와 같이 PEO(polyethlene oxide)를 가교시켜 주쇄(main chain)로 사용하는 것이 일반적이었다. PEO는 제조하기 쉽고, 대량으로 제조하기도 용이하지만 이를 포함하는 고체전해질의 이온전도도가 실온에서 10-5S/cm 이하로 낮다. 따라서, 실온에서 사용할수 없고 60℃ 이상, 보통의 경우 100℃ 이상에서만 사용할 수 있다는 단점이 있다. 즉, 고온용 고체전해질로서는 사용될 수 있지만 일반적인 전자기기가 사용되는 상온에서는 사용할 수 없는 치명적인 단점 때문에 아직 실용화되지 못하고 있는 상태이다.As a polymer matrix of a solid electrolyte of a conventional Li secondary battery, it is common to crosslink polyethlene oxide (PEO) and use it as a main chain, as in US Pat. Nos. 4,758,483 and 4,792,504, US4,908,284. PEO is easy to prepare and easy to prepare in large quantities, but the ionic conductivity of the solid electrolyte comprising the same is low at room temperature of 10 −5 S / cm or less. Therefore, there is a disadvantage that can not be used at room temperature and can be used only at 60 ℃ or more, usually 100 ℃ or more. That is, although it can be used as a solid electrolyte for high temperature, it has not been put to practical use because of a fatal disadvantage that cannot be used at room temperature where general electronic devices are used.

이어서, 폴리(비닐리덴플루오라이드)(PVDF) 고분자 및, 플루오로카본 공중합체로서 트리플루오로에틸렌 또는 테트라플루오로에틸렌과의 공중합체를 고분자 매트릭스로 하는 고체전해질이 이용되었으나, 이들 역시 실온 내지 실온보다 낮은 온도에서는 균일성을 유지하기가 어려워서 이온전도도가 10-5S/cm 이하이므로 실용화가 어렵다.Subsequently, a poly (vinylidene fluoride) (PVDF) polymer and a solid electrolyte having a copolymer of trifluoroethylene or tetrafluoroethylene as a polymer matrix as the fluorocarbon copolymer were used, but these were also room temperature to room temperature. At lower temperatures, it is difficult to maintain uniformity, and thus the ion conductivity is 10 −5 S / cm or less, so that it is difficult to realize practical use.

한편, US 5,418,091에는 비닐리덴플루오라이드와 헥사플루오로프로필렌의 공중합체(PVDF-HFP)를 고분자 매트릭스로 이용하고 이러한 공중합체에 초미립 SiO2를 첨가하여 전해질의 기계적 강도를 향상시키는 방법이 개시되어 있다. 상기 공중합체에 SiO2가 첨가 되면 고체전해질의 이온전도도와 기계적 특성은 크게 증진된다.Meanwhile, US 5,418,091 discloses a method of improving the mechanical strength of an electrolyte by using a copolymer of vinylidene fluoride and hexafluoropropylene (PVDF-HFP) as a polymer matrix and adding ultrafine SiO 2 to the copolymer. have. When SiO 2 is added to the copolymer, the ion conductivity and mechanical properties of the solid electrolyte are greatly improved.

그러나, 미립분말인 SiO2나 Al2O3가 이용되는 경우 입자 주변에 슬러리 상태의 유기전해액의 표면장력이 작용하여 상기 공중합체의 밀도가 달라지면서 기공을 형성하게 되므로 기공의 크기 및 그 균일성의 제어가 어려워서 전해액을 다량으로 균일하게 함습하기에는 부적절하다. 따라서, 전지반응이 불균일하게 일어나게 된다.However, when the fine powder of SiO 2 or Al 2 O 3 is used, the surface tension of the organic electrolyte solution in the form of slurry acts around the particles to form pores as the density of the copolymer is changed, so that the pore size and uniformity It is difficult to control, which makes it inappropriate to wet a large amount of electrolyte uniformly. Therefore, the battery reaction occurs nonuniformly.

상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제는 Li 2차전지의 고분자 고체전해질의 고분자 매트릭스에 이용되는 고분자로서 Li 이온의 원활한 이동을 가능하게 하며 신축성이 있는 구조를 가진 고분자 및 그 제조방법을 제공하고자 하는 것과, 이러한 고분자를 함유하고 있어서 이온전도성이 우수한 고분자 고체전해질을 제공하고자 하는 것이다.Technical problem to be solved in the present invention to solve the above problems is a polymer used in the polymer matrix of the polymer solid electrolyte of the Li secondary battery to enable the smooth movement of Li ions and have a flexible structure And to provide a method for producing the same, and to provide a polymer solid electrolyte having excellent ion conductivity, containing such a polymer.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 고분자 고체전해질의 SEM(주사전자현미경) 사진이며,1 is a SEM (scanning electron microscope) photograph of a polymer solid electrolyte according to an embodiment of the present invention.

도 2는 종래의 가교되지 않은 PVDF-HFP를 고분자 매트릭스로 가지고 있는 고분자 고체전해질의 SEM 사진이다.2 is a SEM photograph of a polymer solid electrolyte having a conventional uncrosslinked PVDF-HFP as a polymer matrix.

상기와 같은 본 발명의 첫 번째 기술적 과제를 이루기 위하여, 본 발명에서는 가교제인 폴리(에틸렌옥사이드)디메타크릴레이트(PEODM)에 의해 가교된 폴리(비닐리덴플루오라이드-헥사플루오로프로필렌)(PVDF-HFP)인 망목상 고분자가 제공된다.In order to achieve the first technical problem of the present invention as described above, in the present invention, poly (vinylidene fluoride-hexafluoropropylene) (PVDF-) crosslinked by a crosslinking agent poly (ethylene oxide) dimethacrylate (PEODM) HFP), a network polymer is provided.

본 발명에 따른 망목상 고분자의 제조방법은 폴리(비닐리덴플루오라이드-헥사플루오로프로필렌) 공중합체에 가교제로서 폴리(에틸렌옥사이드0디메타크릴레이트를 혼합하고 중합개시제를 첨가하여 가교시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.The method for preparing a network polymer according to the present invention comprises the step of crosslinking a poly (vinylidene fluoride-hexafluoropropylene) copolymer as a crosslinking agent by mixing poly (ethylene oxide0 dimethacrylate and adding a polymerization initiator. Characterized in that.

바람직하기로는, 상기 폴리(비닐리덴플루오라이드-헥사플루오로프로필렌) 공중합체와 상기 가교제의 중량비가 10:1 내지 2:1이다.Preferably, the weight ratio of the poly (vinylidene fluoride-hexafluoropropylene) copolymer and the crosslinking agent is 10: 1 to 2: 1.

바람직하기로는, 상기 폴리(비닐리덴플루오라이드-헥사플루오로프로필렌) 공중합체의 중량평균분자량은 60,000 내지 80,000이고, 상기 가교제로서 사용되는 폴리(에틸렌옥사이드)디메타크릴레이트(PEODM)의 반복단위인 -CH2CH2O-의 수는 4 내지 23이다.Preferably, the weight average molecular weight of the poly (vinylidene fluoride-hexafluoropropylene) copolymer is 60,000 to 80,000, and is a repeating unit of poly (ethylene oxide) dimethacrylate (PEODM) used as the crosslinking agent. The number of —CH 2 CH 2 O— is 4 to 23.

상기 중합개시제는 광중합개시제 또는 열중합개시제로서 통상의 개시제들이 사용될 수 있으며, 상기 PVDF-HFP 공중합체와 상기 가교제의 총량에 대해 0.5 내지 1중량% 의 범위로 사용되는 것이 바람직하다.As the polymerization initiator, conventional initiators may be used as the photopolymerization initiator or the thermal polymerization initiator, and it is preferable to use 0.5 to 1% by weight based on the total amount of the PVDF-HFP copolymer and the crosslinking agent.

상기 중합개시제로서 광중합개시제를 사용하는 경우에는, 350nm 이상의 자외선 파장에서 반응하는 개시제를 사용하는 것이 바람직하다.When using a photoinitiator as said polymerization initiator, it is preferable to use the initiator which reacts in the ultraviolet wavelength of 350 nm or more.

또한, 본 발명에 따른 고분자 고체전해질은, 가교제인 폴리(에틸렌옥사이드)디메타크릴레이트에 의해 가교된 폴리(비닐리덴플루오라이드-헥사플루오로프로필렌)인 망목상 고분자로 된 고분자 매트릭스와, 해리되어 Li 이온을 내는 리튬화합물을 지지염으로 함유하고 있는 유기전해액을 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the polymer solid electrolyte according to the present invention is dissociated with a polymer matrix made of a network polymer of poly (vinylidene fluoride-hexafluoropropylene) crosslinked by poly (ethylene oxide) dimethacrylate as a crosslinking agent. An organic electrolytic solution containing a lithium compound that emits Li ions as a supporting salt is characterized by comprising a.

바람직하기로는, 상기 고분자 매트릭스의 중량비율은 상기 고체전해질에 대해 20 내지 40중량% 이다.Preferably, the weight ratio of the polymer matrix is 20 to 40% by weight based on the solid electrolyte.

바람직하기로는, 상기 폴리(비닐리덴플루오라이드-헥사플루오로프로필렌) 공중합체 상기 가교제의 중량비가 10:1 내지 2:1 이다.Preferably, the poly (vinylidene fluoride-hexafluoropropylene) copolymer has a weight ratio of 10: 1 to 2: 1.

바람직하기로는, 상기 폴리(비닐리덴플루오라이드-헥사플루오로프로필렌) 공중합체의 중량평균분자량이 60,000 내지 80,000이고, 상기 가교제로서 사용되는 폴리(에틸렌옥사이드)디메타크릴레이트(PEODM)의 반복단위인 -CH2CH2O- 의 수는 4 내지 23이다.Preferably, the weight average molecular weight of the poly (vinylidene fluoride-hexafluoropropylene) copolymer is 60,000 to 80,000, and is a repeating unit of poly (ethylene oxide) dimethacrylate (PEODM) used as the crosslinking agent. The number of —CH 2 CH 2 O— is 4 to 23.

상기 리튬화합물로는, 해리되어 Li 이온을 내는 화합물이라면 특별히 제한되지는 않으며, LiClO4, LiBF4, LiCF3SO3중 적어도 하나를 사용하는 것이 바람직하다.The lithium compound is not particularly limited as long as it is a compound that dissociates to give Li ions, and at least one of LiClO 4 , LiBF 4 , and LiCF 3 SO 3 is preferably used.

상기 유기전해액으로는 Li과의 반응성이 적은 비수용성 비프로톤성 용매가 사용되는 것이 바람직하며, 그 중 프로필렌 카보네이트(PC), 에틸렌카보네이트(EC) 또는 디메틸렌카보네이트(DMC)를 사용하는 것이 보다 바람직하다.As the organic electrolyte, a non-aqueous aprotic solvent having low reactivity with Li is preferably used, and more preferably, propylene carbonate (PC), ethylene carbonate (EC) or dimethylene carbonate (DMC) is used. Do.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail the present invention.

먼저, 본 발명의 망목상 고분자의 제조방법과 이 고분자의 특성에 대해 상세히 살펴 보기로 한다.First, the manufacturing method of the mesh polymer of the present invention and the characteristics of the polymer will be described in detail.

본 발명의 망목상 고분자는 하기 반응식을 통해 알 수 있는 바와 같이, PVDF-HFP 공중합체에 폴리에틸렌옥사이드디메타크릴레이트(PEODM)을 가교시킴으로써 형성된다.The mesh polymer of the present invention is formed by crosslinking polyethylene oxide dimethacrylate (PEODM) to PVDF-HFP copolymer, as can be seen through the following scheme.

반응식Scheme

먼저, 아세톤을 이용하여 PVDF-HFP 공중합체가 긴 선형체인을 이루도록 이를 충분히 녹인 다음 디부틸프탈레이트(DBP)와 가교제인 PEODM을 첨가한 후 중합개시제를 일정 비율로 혼합하여 슬러리를 형성한다. 이 슬러리를 유리기판에 코팅하고 건조시켜 아세톤을 증발시킨다. 여기에 열 또는 광을 가하여 중합 및 가교시킨다.First, the PVDF-HFP copolymer is sufficiently dissolved to form a long linear chain using acetone, and then dibutylphthalate (DBP) and PEODM, which is a crosslinking agent, are added to form a slurry by mixing a polymerization initiator at a predetermined ratio. The slurry is coated on a glass substrate and dried to evaporate acetone. Heat or light is added thereto to polymerize and crosslink.

PEODM의 가교 능력을 향상시키기 위해 사용하는 중합개시제로는 광 또는 열 개시제를 사용하는데, 광개시제로는 BEE(벤조인에틸에테르)를 주로 사용하고 열개시제로는 AIBN(아조이소부티로니트릴)을 주로 사용 한다. BEE는 자외선과 반응, 분해되어 가교제와 계속적인 반응을 일으켜 가교제 중의 C=C 이중결합을 파괴, 새로운 활성 라디칼을 만들어나가는 역할을 한다. 중합개시제에 의해 활성화된 가교제는 활성 라디칼을 가지고 있는 준안정한 상태이기 때문에 PVDF-HFP 공중합체의 선형체인에 결합되어 망목구조의 안정한 고분자를 형성하게 된다.The polymerization initiator used to improve the crosslinking ability of PEODM is a photoinitiator or a thermal initiator. The photoinitiator mainly uses BEE (benzoin ethyl ether) and the thermal initiator is AIBN (azoisobutyronitrile). use. BEE reacts and decomposes with ultraviolet light, causing continuous reaction with the crosslinking agent, breaking down the C = C double bond in the crosslinking agent, thereby creating new active radicals. Since the crosslinking agent activated by the polymerization initiator is metastable with active radicals, it is bound to the linear chain of the PVDF-HFP copolymer to form a stable polymer having a network structure.

광중합개시제는 특히 사용되는 자외선의 파장영역에 따라 반응특성이 다른 여러 가지 종류가 존재한다. 본 발명에서는 그중에서도 특히 350nm 이상의 자외선 파장에 반응하는 재료를 사용하는 것이 바람직한데, 350nm 이하의 짧은 파장을 갖는 자외선을 사용하는 경우 개시제의 분해 및 활성화반응 이전에 PEODM의 자체적인 반응 등 부반응이 일어나기 때문이다. 개시제의 양 또한 형성되는 고분자의 특성에 영향을 주므로 적절한 범위내에서 조절하는 것이 바람직하다. 중합개시제를 과량 사용하면 중합반응에 참여하지 못하고 남는 미반응 잔류 개시제가 불순물로 존재하게 되어 결국 고분자 고체전해질의 전기화학적 특성을 저하시키게 된다. 반대로 소량 사용하면 가교제의 가교반응이 불충분하게 되어 가교도가 낮은 고분자가 형성되므로 고분자의 기계적 특성이 저하된다. 따라서 본 발명에서는 개시제의 비율을 중합시 투입되는 시약 총량의 0.5중량% 이상 1중량% 이하로 조절하는 것이 바람직하다.There are various kinds of photopolymerization initiators having different reaction characteristics depending on the wavelength region of the ultraviolet ray used. In the present invention, it is particularly preferable to use a material that reacts to an ultraviolet wavelength of 350 nm or more, since side reactions such as PEODM's own reaction occur before decomposition and activation of the initiator when using ultraviolet rays having a short wavelength of 350 nm or less. to be. Since the amount of initiator also affects the properties of the polymer to be formed, it is preferable to adjust the amount within an appropriate range. Excessive use of the polymerization initiator results in the presence of unreacted residual initiator remaining as an impurity, which does not participate in the polymerization reaction, thereby lowering the electrochemical properties of the polymer solid electrolyte. On the contrary, when a small amount is used, the crosslinking reaction of the crosslinking agent is insufficient, and thus a polymer having a low crosslinking degree is formed, thereby deteriorating the mechanical properties of the polymer. Therefore, in the present invention, it is preferable to adjust the ratio of the initiator to 0.5% by weight or more and 1% by weight or less of the total amount of the reagent added during polymerization.

이렇게 가교된 공중합체는 망목구조를 가지게 되어 많은 기공을 가지고 있으므로 많은 양의 유기전해액을 함습시킬 수 있고, 가교거리에 여유도가 커서 신축성이 좋고, 유기용매와의 친화력이 커서 고분자 고체전해질의 고분자 매트릭스로 이용되기에 적합하다.Since the crosslinked copolymer has a network structure and has a lot of pores, it can moisten a large amount of organic electrolyte solution, and has a large margin in crosslinking distance, so it has good elasticity, and has a high affinity with an organic solvent. Suitable for use as a matrix.

상기와 같은 고분자 매트릭스에 유기전해액이 투입됨으로써 이온전도성을 갖게 되고 고분자 고체전해질로 작용할 수 있게 된다. 여기서 유기전해액에 사용되는 유기용매로는 비수용성의 비프로톤성의 유기용매로서 Li 전지에 사용되는 용매이면 특별히 제한되지는 않으며, 그 예로는 프로필렌 카보네이트(PC), 에틸렌카보네이트(EC) 및 디메틸렌카보네이트(DMC)를 들 수 있다.The organic electrolyte is added to the polymer matrix as described above to have ionic conductivity and act as a polymer solid electrolyte. The organic solvent used in the organic electrolyte is not particularly limited as long as it is a solvent used in a Li battery as a water-insoluble aprotic organic solvent. Examples thereof include propylene carbonate (PC), ethylene carbonate (EC), and dimethylene carbonate. (DMC) is mentioned.

이때, 고분자 매트릭스와 유기전해액의 중량비를 적절하게 조정하는 것이 중요하다. 즉, 고분자 매트릭스의 비율이 높고 유기전해액의 비율이 낮으면, 망목상 고분자의 빈 공간을 유기전해액이 다 채워주지 못하고 부분적으로만 존재하게 되고 고분자 매트릭스 자체도 비전도성이므로 고체전해질의 이온전도도가 저하될 수 있으며, 고분자 매트릭스의 비율이 낮고 유기전해액의 비율이 고분자 매트릭스가 함습할 수 있는 양을 초과하게 되면 유기전해액의 누출이나 증발현상이 일어나고 고분자 매트릭스 자체의 유연성이 떨어진다. 따라서, 고체전해질에서 고분자 매트릭스가 차지하는 비율은 20 내지 40중량%로 조절하는 것이 바람직한데, 고분자 매트릭스의 비율이 20중량% 미만인 경우에는 고분자 매트릭스의 기계적 특성이 저하되어 취급이 어렵게 되고, 40중량%를 초과하는 경우에는 기계적 특성은 향상되지만 형성되는 기공의 크기가 작아져서 다량의 유기전해액을 함습하기에는 곤란하여 고체전해질의 이온전도성이 저하되기 때문이다.At this time, it is important to properly adjust the weight ratio of the polymer matrix and the organic electrolyte. In other words, if the ratio of the polymer matrix is high and the ratio of the organic electrolyte is low, the organic electrolyte solution is not partially filled in the empty space of the network polymer, and only partially exists. Since the polymer matrix itself is non-conductive, the ion conductivity of the solid electrolyte is reduced. When the ratio of the polymer matrix is low and the ratio of the organic electrolyte exceeds the amount that the polymer matrix can impregnate, leakage or evaporation of the organic electrolyte occurs and the flexibility of the polymer matrix itself is low. Therefore, the proportion of the polymer matrix in the solid electrolyte is preferably adjusted to 20 to 40% by weight. When the ratio of the polymer matrix is less than 20% by weight, the mechanical properties of the polymer matrix are reduced, making handling difficult, and 40% by weight. This is because the mechanical properties are improved, but the pore size is reduced, so that it is difficult to impregnate a large amount of the organic electrolyte solution, thereby decreasing the ion conductivity of the solid electrolyte.

또한, 고분자 매트릭스를 이루고 있는 기본 고분자인 PVDF-HFP와 가교제로 이용되는 PEODM의 비율도 고체전해질의 특성에 커다란 영향을 미치는데, PVDF-HFP의 양이 많으면 망목구조를 형성하지 못하고 선형구조를 이루게 되어 중합된 고분자에 방향성이 생기기 쉽고, 가교제의 양이 과다하게 되면 중합된 고분자의 망목구조가 조밀하게 되어 깨지기 쉬운 경성 고분자를 형성하게 된다. 따라서, PVDF-HFP와 가교제의 비율은 3:1 내지 2;1의 범위로 조절하는 것이 바람직하다.In addition, the ratio of PVDF-HFP, a basic polymer constituting the polymer matrix, and PEODM, which is used as a crosslinking agent, also has a great effect on the properties of the solid electrolyte. When the amount of PVDF-HFP is large, the network structure cannot be formed, but a linear structure is formed. When the polymer is polymerized, the fragrance easily occurs, and when the amount of the crosslinking agent is excessive, the network structure of the polymerized polymer becomes dense to form a brittle hard polymer. Therefore, the ratio of PVDF-HFP and the crosslinking agent is preferably adjusted in the range of 3: 1 to 2: 1.

유기전해액에는 이온전도에 필요한 금속이온이 들어 있는데, Li 이온의 이온전도성을 이용하는 Li 2차전지용 고체전해질의 유기전해액에는 유기용매 중에서 해리되어 Li 이온을 내는 리튬화합물로서, 특별히 제한되는 것은 아니지만, LiClO4, LiBF4및 LiCF3SO3등이 이용된다.The organic electrolyte contains metal ions necessary for ion conduction. The organic electrolyte of a solid electrolyte for a lithium secondary battery using ion conductivity of Li ions is a lithium compound that is dissociated in an organic solvent to give Li ions, but is not particularly limited. 4 , LiBF 4 and LiCF 3 SO 3 and the like are used.

상기와 같은 리튬화합물을 함유하는 유기전해액이 고체 고분자 전해질의 고분자 매트릭스에 투입되면, 망목구조를 이루는 가교된 고분자의 빈 공간에 흡수되어, 전류의 방향에 따라 Li 이온을 이동시키는 경로로서 작용하게 된다.When the organic electrolyte solution containing the lithium compound is introduced into the polymer matrix of the solid polymer electrolyte, it is absorbed into the empty space of the crosslinked polymer forming the network structure, and acts as a path for moving Li ions in the direction of the current. .

이하, 하기 비교예와 비제한적인 실시예를 통해 본 발명을 보다 구체적으로 설명하고자 한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the following comparative examples and non-limiting examples.

실시예Example

깨끗한 폴리에틸렌 용기에 25ml의 아세톤을 넣은 후, 여기에 PVDF-HFP(Kynar 2801, Atochem사 제조) 3g과 PEODM(23G, Shin-Nakamura Chemical사 제조) 1.5g을 첨가하여 이들을 완전히 용해 시켰다. 이어서, DBP 4g과 BEE 0.2g을 첨가한 다음마그네틱 스터러를 이용 충분히 혼합하였다. 혼합된 용액을 닥터블레이드를 이용하여 유기기판에 100㎛ 정도의 두께로 코팅하였다. 코팅 후 용액 내의 아세톤을 증발시키고 얻은 시이트에 대해 350nm의 자외선을 이용하여 광중합을 실시하였다. 중합이 완료 된 후 취급이 가능한 고분자 시이트를 얻을 수 있었으며, 이 시이트내에 잔존하는 DBP를 완전 추출 하기 위해 에테르에 침적시켰다. DBP의 추출이 완료된 시이트를 Ar분위기의 드라이박스 내로 이동시킨 후 1M의 LiBF4가 용해된 EC:DMC 2:1 유기전해액에 침적시키는 공정을 통하여 전해액을 함습시켜 최종 고분자 고체전해질을 얻었다. 이 고체전해질에 대해 통상의 방법으로 이온전도도를 측정한 결과, 1.4 X 10-3내지 2 X 10-3S/cm의 일정하고 우수한 이온전도성을 갖는 것으로 나타났다. 또한, 유연성과 인장강도도 종래에 비해 우수하였다.After putting 25 ml of acetone in a clean polyethylene container, 3 g of PVDF-HFP (Kynar 2801, manufactured by Atochem) and 1.5 g of PEODM (23 G, manufactured by Shin-Nakamura Chemical) were added thereto to completely dissolve them. Subsequently, 4 g of DBP and 0.2 g of BEE were added, followed by sufficient mixing using a magnetic stirrer. The mixed solution was coated to a thickness of about 100㎛ on the organic substrate using a doctor blade. After coating, acetone in the solution was evaporated, and the resulting sheet was subjected to photopolymerization using ultraviolet light of 350 nm. After the polymerization was completed, a polymer sheet that could be handled was obtained, and was deposited in ether to completely extract the DBP remaining in the sheet. After the DBP extraction was completed, the sheet was transferred into a dry box of an Ar atmosphere, followed by immersing the electrolyte in an EC: DMC 2: 1 organic electrolyte in which 1M LiBF 4 was dissolved to obtain a final polymer solid electrolyte. The ion conductivity of the solid electrolyte was measured by a conventional method, and it was found to have a constant and excellent ion conductivity of 1.4 X 10 -3 to 2 X 10 -3 S / cm. In addition, flexibility and tensile strength were also superior to the conventional.

제조된 고체전해질의 특성을 알아보고자 이로부터 시료를 채취하여 SEM 사진을 촬영하였다. 그 결과가 도 1에 도시되어 있다.In order to determine the characteristics of the prepared solid electrolyte, a sample was taken from the SEM photograph. The result is shown in FIG.

비교예Comparative example

가교제 대신 SiO2를 이용한 종래의 방법에 따라 고체전해질을 제조하여 이로부터 시료를 채취한 다음 SEM 사진을 촬영하여 그 결과를 도 2로 나타내었다.A solid electrolyte was prepared according to a conventional method using SiO 2 instead of a crosslinking agent, a sample was taken from the sample, and a SEM photograph was taken. The result is illustrated in FIG. 2.

도 1 및 도2로부터 알 수 있는 바와 같이, 종래의 방법에 의해 제조된 고분자 고체전해질의 경우에는 기공이 균일하지 않으나 본 발명의 고분자전해질은 기공을 균일하고 충분하게 가지고 있다.As can be seen from FIGS. 1 and 2, in the case of the polymer solid electrolyte prepared by the conventional method, the pores are not uniform, but the polymer electrolyte of the present invention has the pores uniform and sufficient.

이상, 살펴 본 바와 같이 본 발명에 따르면, PVDF-HFP 공중합체에 폴리에틸렌옥사이드디메타크릴레이트(PEODM)를 첨가하여 PVDF-HFP 공중합체를 가교시켜 망목구조를 형성하여 많은 기공을 생성함으로써 이 기공내에 많은 양의 유기전해액이 함습될 수 있도록 하여 고체전해질의 이온 전도도를 높일 수 있다. 또한, 특히 기공이 충분하고 그 분포가 균일하여 Li 이온의 이동을 균일하게 함으로써 균일한 전극반응이 가능하고 전극의 수명과 용량을 향상시킬 수 있게 된다. 이 밖에도, 고분자의 망목구조는 유기전해액의 누출을 방지할 수 있으므로 완전 고체화가 실현될 수 있으며, 고분자의 신축성으로 인해 이로부터 제조되는 고분자 전해질막을 원하는 모양으로 쉽게 제조할 수 있다.As described above, according to the present invention, polyethylene oxide dimethacrylate (PEODM) is added to the PVDF-HFP copolymer to crosslink the PVDF-HFP copolymer to form a network structure, thereby creating many pores. A large amount of organic electrolyte can be impregnated to increase the ionic conductivity of the solid electrolyte. In addition, in particular, the pores are sufficient and the distribution thereof is uniform, so that the movement of Li ions is uniform, thereby enabling uniform electrode reaction and improving the lifetime and capacity of the electrode. In addition, since the network structure of the polymer can prevent leakage of the organic electrolyte, complete solidification can be realized, and the polymer electrolyte membrane prepared therefrom can be easily produced in a desired shape due to the elasticity of the polymer.

Claims (17)

가교제인 폴리(에틸렌옥사이드)디메타크릴레이트(PEODM)에 의해 가교된 폴리(비닐리덴플루오라이드-헥사플루오로프로필렌)(PVDF-HFP)인 망목상 고분자.A mesh polymer comprising poly (vinylidene fluoride-hexafluoropropylene) (PVDF-HFP) crosslinked by poly (ethylene oxide) dimethacrylate (PEODM) which is a crosslinking agent. 제1항에 있어서, 상기 폴리(비닐리덴플루오라이드-헥사플루오로프로필렌) 공중합체와 상기 가교제의 중량비가 10:1 내지 2:1인 것을 특징으로 하는 망목상 고분자.The mesh polymer according to claim 1, wherein the weight ratio of the poly (vinylidene fluoride-hexafluoropropylene) copolymer and the crosslinking agent is 10: 1 to 2: 1. 제2항에 있어서, 상기 PVDF-HFP 공중합체의 중량평균분자량이 60,000 내지 80,000인 것을 특징으로 하는 망목상 고분자.The network polymer according to claim 2, wherein the weight average molecular weight of the PVDF-HFP copolymer is 60,000 to 80,000. 제1항에 있어서, 상기 가교제인 폴리(에틸렌옥사이드)디메타크릴레이트(PEODM)의 반복단위인 -CH2CH2O-의 수는 4 내지 23인 것을 특징으로 하는 망목상 고분자.The network polymer according to claim 1, wherein the number of -CH 2 CH 2 O- which is a repeating unit of the poly (ethylene oxide) dimethacrylate (PEODM) which is the crosslinking agent is 4 to 23. 폴리(비닐리덴플루오라이드-헥사플루오로프로필렌) 공중합체(PVDF- HFP)에 가교제로서 폴리(에틸렌옥사이드)디메타크릴레이트(PEODM)를 혼합하고 중합개시제를 첨가하여 가교시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 망목상 고분자의 제조방법.Mixing poly (ethyleneoxide) dimethacrylate (PEODM) as a crosslinking agent to a poly (vinylidene fluoride-hexafluoropropylene) copolymer (PVDF-HFP) and crosslinking by adding a polymerization initiator. Method of producing a network polymer. 제5항에 있어서, 상기 폴리(비닐리덴플루오라이드-헥사플루오로프로필렌) 공중합체와 상기 가교제의 중량비가 10:1 내지 2:1인 것을 특징으로 하는 망목상 고분자의 제조방법.The method of claim 5, wherein the weight ratio of the poly (vinylidene fluoride-hexafluoropropylene) copolymer and the crosslinking agent is 10: 1 to 2: 1. 제6항에 있어서, 상기 PVDF-HFP의 중량평균분자량이 60,000 내지 80,000인 것을 특징으로 하는 망목상 고분자의 제조방법.The method of claim 6, wherein the weight average molecular weight of the PVDF-HFP is 60,000 to 80,000. 제5항에 있어서, 상기 가교제인 폴리(에틸렌옥사이드)디메타크릴레이트(PEODM)의 반복단위인 -CH2CH2O-의 수는 4 내지 23인 것을 특징으로 하는 망목상 고분자의 제조방법.The method for producing a network polymer according to claim 5, wherein the number of -CH 2 CH 2 O- which is a repeating unit of the poly (ethylene oxide) dimethacrylate (PEODM) which is the crosslinking agent is 4 to 23. 제5항에 있어서, 상기 중합개시제가 광중합개시제 또는 열중합개시제이며, 상기 PVDF-HFP 공중합체와 상기 가교제의 총량에 대해 0.5 내지 1중량% 의 범위로 사용되는 것을 특징으로 하는 망목상 고분자의 제조방법.The method of claim 5, wherein the polymerization initiator is a photopolymerization initiator or a thermal polymerization initiator, the preparation of the network polymer, characterized in that used in the range of 0.5 to 1% by weight based on the total amount of the PVDF-HFP copolymer and the crosslinking agent. Way. 제9항에 있어서, 상기 중합개시제가 350nm 이상의 자외선 파장에서 반응하는 광중합개시제인 것을 특징으로 하는 망목상 고분자의 제조방법.The method of claim 9, wherein the polymerization initiator is a photopolymerization initiator reacting at an ultraviolet wavelength of 350 nm or more. 가교제인 폴리(에틸렌옥사이드)디메타크릴레이트에 의해 가교된 폴리(비닐리덴플루오라이드-헥사플루오로프로필렌) 공중합체인 망목상 고분자로 된 고분자 매트릭스와,A polymer matrix made of a mesh-like polymer which is a poly (vinylidene fluoride-hexafluoropropylene) copolymer crosslinked with a poly (ethylene oxide) dimethacrylate as a crosslinking agent, 해리되어 Li 이온을 내는 리튬화합물을 지지염으로 함유하고 있는 유기전해액을 포함하는 것을 특징으로 하는 고분자 고체전해질.A polymer solid electrolyte comprising an organic electrolyte solution containing as a supporting salt a lithium compound that dissociates to give Li ions. 제11항에 있어서, 상기 고분자 매트릭스의 중량비율은 상기 고체전해질에 대해 20 내지 40중량% 인 것을 특징으로 하는 고분자 고체전해질.The polymer solid electrolyte of claim 11, wherein the weight ratio of the polymer matrix is 20 to 40 wt% based on the solid electrolyte. 제11항에 있어서, 상기 상기 폴리(비닐리덴플루오라이드-헥사플루오로프로필렌) 공중합체와 상기 가교제의 중량비가 10:1 내지 2:1 인 것을 특징으로 하는 고분자 고체전해질.12. The polymer solid electrolyte of claim 11, wherein a weight ratio of the poly (vinylidene fluoride-hexafluoropropylene) copolymer and the crosslinking agent is 10: 1 to 2: 1. 제13항에 있어서, 상기 폴리(비닐리덴플루오라이드-헥사플로오로프로필렌) 공중합체의 중량평균분자량이 60,000 내지 80,000인 것을 특징으로 하는 고분자 고체전해질.The polymer solid electrolyte of claim 13, wherein the poly (vinylidene fluoride-hexafluoropropylene) copolymer has a weight average molecular weight of 60,000 to 80,000. 제11항에 있어서, 상기 폴리(에틸렌옥사이드)디메타크릴레이트(PEODM)의 반복단위인 -CH2CH2O-의 수는 4 내지 23인 것을 특징으로 하는 고분자 고체전해질.12. The polymer solid electrolyte of claim 11, wherein the number of -CH 2 CH 2 O- which is a repeating unit of the poly (ethylene oxide) dimethacrylate (PEODM) is 4 to 23. 제11항에 있어서, 상기 유기전해액의 상기 리튬화합물은 LiClO4, LiBF4, LiCF3SO3중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 고분자 고체전해질.The polymer solid electrolyte of claim 11, wherein the lithium compound of the organic electrolyte is at least one of LiClO 4 , LiBF 4 , and LiCF 3 SO 3 . 제11항에 있어서, 상기 유기전해액은 비수용성 비프로톤성 용매를 포함하는 것을 특징으로 하는 고분자 고체전해질.12. The polymer solid electrolyte of claim 11, wherein the organic electrolyte solution comprises a water-insoluble aprotic solvent.
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US8480917B2 (en) 2008-12-12 2013-07-09 Samsung Electronics Co., Ltd. Solid electrolyte polymer, polymer actuator using cross-linked polyvinylidene fluoride-based polymer, and method of manufacturing the polymer actuator

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2021507464A (en) * 2018-07-27 2021-02-22 エルジー・ケム・リミテッド Polymer for electrode protection layer and secondary battery to which this is applied
JP7044883B2 (en) 2018-07-27 2022-03-30 エルジー エナジー ソリューション リミテッド Polymer for electrode protective layer and secondary battery to which it is applied
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