KR100659583B1 - Sulfur-sulfur links containing novel conducting polymer based cathode materials, and lithium rechargeable battery obtained therefrom - Google Patents

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Abstract

Provided are a positive electrode composition of a conductive polymer material containing a S-S bond, and a lithium secondary battery using the composition which is increased in the capacity maintenance characteristics according to the number of charge/discharge and is remarkably improved in electrical conductivity and electrochemical properties. The positive electrode composition comprises a copolymer of a polydithiodianiline repeating unit represented by the formula 1 and an N-aryl amine derivative, wherein X is H, Li, Na or K; Z is F, Cl, Br, I, ClO4, PF6, BF4, CF3SO3, HSO4 or C12H25C6H4SO3; k, k1' and k2' represent a molar ratio and are 0.01-0.5, respectively; m represents a molar ratio and is 0.05-0.95; and n represents a repeating unit and is 2-10,000. The monomer of an N-aryl amine derivative is introduced into the dithiodianiline derivative by chemical polymerization or electropolymerization.

Description

설퍼-설퍼 결합을 함유한 새로운 전도성고분자 물질의 양극 조성물 및 이를 이용한 리튬 이차전지{Sulfur-sulfur links containing novel conducting polymer based cathode materials, and lithium rechargeable battery obtained therefrom }Sulfur-sulfur links containing novel conducting polymer based cathode materials, and lithium rechargeable battery obtained therefrom}

도 1은 전기중합 반응 동안의 Cyclic Voltammogram(CV)을 나타낸 것이며, (a)는 2-2'- 다이싸이오다이아닐린(DTDA)이 50mM 들어있는 경우, (b)는 2-2'- 다이싸이오다이아닐린(DTDA)과 다이페닐아민(DPA)이 1:1로 혼합된 용액의 경우를 나타낸 것이다(삽입도 : 초기 1회 싸이클).Figure 1 shows the Cyclic Voltammogram (CV) during the electropolymerization reaction, (a) is 2-2'- dithio dianiline (DTDA) containing 50mM, (b) is 2-2'- dicy This is the case of a solution in which ODA aniline (DTDA) and diphenylamine (DPA) are mixed in a 1: 1 ratio (insertion rate: initial one cycle).

도 2는 이동 용매로 DMF를 사용하고 기준 물질을 PS로 하여 분석한 본 발명의 복합 양극 조성물의 GPC 그래프이다.2 is a GPC graph of the composite cathode composition of the present invention analyzed using DMF as the moving solvent and the reference material as PS.

도 3은 DTDA, PDTDA 및 본 발명의 복합 양극 조성물에 대한 FT-IR 스펙트럼이다.3 is an FT-IR spectrum for DTDA, PDTDA and the composite positive electrode composition of the present invention.

도 4는 DTDA, PDTDA 및 본 발명의 복합 양극 조성물에 대한 라만 스펙트럼이다.4 is Raman spectra for DTDA, PDTDA and the composite positive electrode composition of the present invention.

도 5는 PDTDA와 본 발명의 복합 양극의 모폴로지이다.5 is a morphology of PDTDA and the composite anode of the present invention.

본 발명은 리튬 이차 전지용 양극 조성물 및 이를 이용한 리튬 이차전지에 관한 것으로, 새로운 유기 다이설퍼계 고분자 양극 조성물, 특히 기존의 다이싸이오다이아닐린(DTDA) 유도체로 제조된 양극 조성물에 N-아릴 아민 유도체를 화학적 또는 전기화학적으로 공중합 또는 각각 중합 후 혼합하여 얻어지는 복합 양극 조성물 및 이를 이용한 리튬 이차전지에 관한 것이다.The present invention relates to a positive electrode composition for a lithium secondary battery and a lithium secondary battery using the same, wherein the N-aryl amine derivative is added to a new organic disulfur-based polymer positive electrode composition, particularly a positive electrode composition made of a conventional dithiodioline (DTDA) derivative. It relates to a composite positive electrode composition obtained by copolymerization or mixing after polymerization or chemically, respectively, and a lithium secondary battery using the same.

리튬 이차전지는 고에너지밀도, 고출력밀도, 환경친화성 및 안전성 등의 장점 때문에 최근 가장 진보된 전지로 각광받고 있으며, 이러한 리튬 이차 전지는 필름으로 성형해 소형화 및 경량화가 가능하므로 휴대폰, 노트북뿐만 아니라 전기 자동차와 하이브리드 차에도 많은 가능성을 보여주고 있다. Lithium secondary batteries have recently been spotlighted as the most advanced batteries due to their high energy density, high output density, environmental friendliness, and safety. There are also many possibilities for electric and hybrid cars.

이 중에 현재 널리 상용화되어 있는 리튬 이온 전지는, 리튬 이온의 인터칼레이션(intercalation)과 디인터칼레이션(deintercalation)이 가능한 전이금속 활물질로 사용하는 캐소드, 리튬 이온의 인터칼레이션 / 디인터칼레이션이 가능한 탄소계 물질을 사용하는 애노드 및 그 중간에 리튬 이온이 이동가능한 유기 전해액을 충진시켜 완성되는 전지로서, 상기 캐소드와 애노드에서 리튬 이온이 산화-환원 반응을 일으켜 인터칼레이션/디인터칼레이션 될 때에 전기에너지가 얻어진다.Among these, lithium ion batteries currently widely commercialized include cathodes used as transition metal active materials capable of intercalation and deintercalation of lithium ions, and intercalation and deintercalation of lithium ions. A battery which is formed by filling an anode using this carbon-based material and an organic electrolyte in which lithium ions are transported in the middle thereof, wherein lithium ions cause an oxidation-reduction reaction at the cathode and the anode to cause intercalation / deintercalation. Electrical energy is obtained.

리튬 이차전지의 캐소드로는 Li/Li+ 의 전극 전위보다 3~4.5V 높은 전위를 나타내며 리튬 이온의 인터칼레이션/디인터칼레이션이 가능한 전이금속과 리튬과의 산화물이 주로 사용되며, 리튬 코발트 옥사이드(LiCoO2), 리튬 니켈 옥사이드(LiNiO2) 리튬 망간 옥사이드(LiMnO2)등을 들 수 있다. 그러나, 전자기기의 기술발전에 따라 에너지 밀도, 전지 용량 등의 전지 성능이 보다 향상된 전지가 요구되고 있다. As a cathode of a lithium secondary battery, an oxide of lithium and a transition metal capable of intercalation and deintercalation of lithium ions and a potential of 3 to 4.5 V higher than the electrode potential of Li / Li + are mainly used. (LiCoO 2 ), lithium nickel oxide (LiNiO 2 ) lithium manganese oxide (LiMnO 2 ), and the like. However, with the development of electronic devices, there is a demand for batteries with improved battery performance such as energy density and battery capacity.

이를 위해, 기존의 리튬계 금속산화물에 원소 치환체를 도입하는 방법 (참조: J.R. Dahn et al., Electrochemical and Solid-State Letters, 4, A191, 2000, J.Y. Lee et al., J. Power Sources, 81-82, 416, 1999), 철을 기초로 한 그로우타이트(Groutite)형, 지그재그(Zigzag) 층상형, 층상형 등 각종 LiFeO2를 합성하여 가역적인 4V 방전을 시도하거나 Fe3+/2+ 의 산화환원을 이용한 NASICON 형 Fe2(SO4)3 이나 Olivin 형 LiFePO4 가 연구되고 있다. (참조: J. Yamaki et al., J. Power Sources, 68, 711, 1997, J.B. Goodenough et al., J. Electrochem. Soc., 144, 1609, 1997)To this end, a method of introducing elemental substituents into existing lithium-based metal oxides (see JR Dahn et al., Electrochemical and Solid-State Letters, 4, A191, 2000, JY Lee et al., J. Power Sources, 81) -82, 416, 1999), various kinds of LiFeO 2 such as iron-based groutite, zigzag layered, layered, etc. can be synthesized for reversible 4V discharge, or Fe 3+ / 2+ NASICON type Fe 2 (SO 4 ) 3 or Olivin type LiFePO 4 using redox have been studied. (J. Yamaki et al., J. Power Sources, 68, 711, 1997, JB Goodenough et al., J. Electrochem. Soc., 144, 1609, 1997)

무기물이 아닌 유기재료를 이용한 양극 조성물이 1980년대 초반부터 폴리아닐린, 폴리아세틸렌, 폴리피롤, 폴리싸이오펜 등과 같은 전도성 고분자를 이용하여 지속적으로 연구되고 있다. 그러나 기존의 무기 산화물에 비해 용량의 향상이 어려웠다.Anode compositions using organic materials other than inorganic materials have been continuously studied using conductive polymers such as polyaniline, polyacetylene, polypyrrole and polythiophene since the early 1980s. However, the capacity improvement was difficult compared to the conventional inorganic oxide.

근래에, 유기 설퍼를 이용하여 리튬 이차 전지용 양극 활성물이 개발되고 있으며, 이는 다이설파이드 결합(S-S)을 사용하여 효율적인 절단/재결합(S-S ↔ 2SH) 을 가역적으로 진행함으로써 높은 전기용량이 가능하기 때문이다. 상기 조성물은 일반 전극 재료인 리튬 코발트 옥사이드(LiCoO2), 리튬 니켈 옥사이드(LiNiO2) 등보다 훨씬 우수한 이론적 용량을 갖고 있다. Recently, a cathode active material for a lithium secondary battery has been developed using organic sulfur, since a high electric capacity is possible by reversibly performing efficient cutting / recombination (SS ↔ 2SH) using a disulfide bond (SS). to be. The composition has a much higher theoretical capacity than lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ), lithium nickel oxide (LiNiO 2 ), and the like, which are common electrode materials.

또한, 유기 다이설파이드 전극 재료는 저 비용, 저 독성 및 고 에너지 밀도의 장점도 지니고 있다. 여기에서 S-S 결합의 형성은 유기 다이설파이드가 전기화학적으로 다이설파이드 고분자로 산화될 때 발생하게 되고, S-S 결합의 절단은 고분자가 전기화학적으로 모노머로 환원될 때 일어나게 된다. Organic disulfide electrode materials also have the advantages of low cost, low toxicity and high energy density. Here, the formation of S-S bonds occurs when the organic disulfide is electrochemically oxidized to a disulfide polymer, and the cleavage of S-S bonds occurs when the polymer is electrochemically reduced to monomers.

이러한 공정은 리튬 양이온이 고분자 매트릭스로부터 나오는 과정(산화)과 내부로 들어가는 과정(환원)에 의해 발생한다. 다수의 설퍼 원자로 분자가 구성된다면(-(S)n-), 폴리 설파이드는 다이설파이드의 경우보다도 훨씬 높은 에너지 밀도를 갖게 되어 1500 ~ 3500mWh/g 또는 설퍼 분자수의 증가에 따라 그 이상의 값을 가질 수 있게 된다. This process is caused by the process of the lithium cation coming out of the polymer matrix (oxidation) and entering it (reduction). If many sulfur reactor molecules are composed (-(S) n- ), polysulfide has a much higher energy density than that of disulfide, which can be 1500 to 3500 mWh / g or more with increasing number of sulfur molecules. Will be.

이 중에서 2,5-디머캡도-[3,4-싸이아다이아졸] (DMcT)는 가장 널리 연구되는 재료이며 362 mAh/g 의 이론적 방전 용량을 갖고 있다. 그러나 환원(방전) 과정에서 해중합이 발생하는 특징이 있어서 전기 전도도가 낮고 액체 전해질에 녹는 문제가 있다. 이를 극복하기 위해, 최근에는 유기 설파이드를 전도성 고분자와 복합재료로 만들어서 전극 재료의 충전용량 및 전기 전도도를 증가시키려는 시도가 있었다. Of these, 2,5-dimercapdo- [3,4-thiadiazole] (DMcT) is the most widely studied material and has a theoretical discharge capacity of 362 mAh / g. However, there is a problem in that depolymerization occurs during the reduction (discharge) process, so that electrical conductivity is low and it is soluble in a liquid electrolyte. To overcome this, there have been recent attempts to increase the charge capacity and electrical conductivity of electrode materials by making organic sulfides into conductive polymers and composites.

이와 같은 복합재료는 무기 호스트 내부에 전도성 고분자의 화학적 중합반응 과 공-전해 석출(co-electrodeposition)에 의해 제조된다. 일반적으로 전기중합된 폴리아닐린은 효과적인 전기촉매로 작용하여 DMcT의 느린 레독스 속도를 증가시키는 기능이 있다고 보고되고 있다. 또 다른 시도에서는, 전도성 물질을 PDMcT와 함께 LiFePO4의 표면에 코팅함으로써 전기화학특성이 향상된 양극 재료를 얻을 수 있다고 보고되고 있다. Such composites are prepared by chemical polymerization and co-electrodeposition of conductive polymers within inorganic hosts. In general, electropolymerized polyaniline has been reported to function as an effective electrocatalyst to increase the slow redox rate of DMcT. In another approach, it has been reported that a positive electrode material with improved electrochemical properties can be obtained by coating a conductive material on the surface of LiFePO 4 with PDMcT.

여기에서는, 복합 양극용 활물질인 PDMcT로 코팅된 전도성 폴리피롤이 계면활성 템플릿 기술을 통해 박막 필름으로 제조되었다. 액체 전해질을 이용한 리튬 이차 전지의 양극으로서 초기에는 250 mAh/g의 방전 용량이 얻어졌으나 점차 감소하였다.Here, a conductive polypyrrole coated with PDMcT, which is an active material for a composite positive electrode, was manufactured into a thin film through the surface active template technology. As a positive electrode of a lithium secondary battery using a liquid electrolyte, a discharge capacity of 250 mAh / g was initially obtained, but gradually decreased.

또다른 레독스 시스템으로 폴리(α,α'-다이싸이오-3-아미노-o-자일렌) (PDTAn)이 제안되었다. PDTAn은 아닐린의 측쇄에 S-S 결합을 갖는 1개의 6원소 고리를 포함하고 있으며, 이는 α ,α'-다이싸이오-3-아미노-o-자일렌 모노머의 전기화학중합에 의해 얻어진다. Li/PDTAn 셀의 충방전 시험결과, 초기 용량이 225 mAh/g으로 나타났으며 충전효율은 초기 싸이클 구동 후 80% 이상의 수준을 보였다. As another redox system, poly (α, α'-dithio-3-amino-o-xylene) (PDTAn) has been proposed. PDTAn contains one 6-membered ring having an S-S bond in the side chain of aniline, which is obtained by electrochemical polymerization of α, α'-dithio-3-amino-o-xylene monomer. As a result of the charge / discharge test of Li / PDTAn cell, the initial capacity was 225 mAh / g and the charging efficiency was over 80% after the initial cycle.

또한, 근래에는 S-S 결합으로 고분자가 상호연결된 폴리(2,2'-싸이오다이아닐린) (PDTDA)이 합성되어 전극 성능을 향상시키려는 시도가 있으며, 여기에서 주쇄의 공액결합 구조는 산화, 환원반응시 유지하게 된다. 양극 활물질로서 PDTDA를 이용하여 전지를 제조할 경우 270 Ah/kg의 방전 용량과 675 Wh/kg의 에너지 밀도를 갖게 되어 매우 우수한 전지를 구성할 수 있게 한다. In recent years, poly (2,2'-thiodianiline) (PDTDA), in which polymers are interconnected by SS bonds, has been synthesized to improve electrode performance, wherein the conjugated bond structure of the main chain is oxidized or reduced. Will be maintained. When a battery is manufactured using PDTDA as a cathode active material, it has a discharge capacity of 270 Ah / kg and an energy density of 675 Wh / kg, thereby making a very excellent battery.

그러나, 상기 고분자는 반복 충방전시 성능이 감소하게 되며 이는 서로 다른 고분자간의 다이설파이드 결합의 우수하지 않은 재결합 효율을 의미한다. 또한, 이것의 레독스 반응속도가 상온에서 기존 물질에 비해 낮으며 이로 인해 불량한 전기전도도를 초래하고, 결국 전지 사용시 매우 낮은 전력 밀도가 나타난다. 상기 이외에도, PDTDA 의 환원시 생성물은 유기 전해질 용액에 가용성인 단점이 있다. However, the polymer is reduced in performance during repeated charge and discharge, which means that the recombination efficiency of the disulfide bond between the different polymers is not excellent. In addition, its redox reaction rate is lower than that of conventional materials at room temperature, resulting in poor electrical conductivity, resulting in very low power density when using batteries. In addition to the above, the product upon reduction of PDTDA has the disadvantage that it is soluble in the organic electrolyte solution.

따라서 최근에는 PDTDA의 장점을 극대화시킬 수 있도록 상기의 문제점을 해결하기 위해 PDTDA의 다양한 유도체 및 각종 복합물에 대한 연구가 진행되고 있다(한국특허 10-0454503).Therefore, in order to solve the above problems in order to maximize the advantages of PDTDA, researches on various derivatives and various complexes of PDTDA have recently been conducted (Korean Patent 10-0454503).

또한, 폴리다이페닐아민(PDPA)은 N-아릴로 치환된 아닐린으로서, 폴리아닐린과 다른 N-치환 아닐린 유도체와는 상이한 특성을 갖고 있다. PDPA는 전기화학성질, 전도도 및 전기변색성 등의 다양한 거동이 폴리아닐린 및 그밖의 N-치환 아닐린 유도체와는 다르며, 이것은 양쪽에 파라-다이페닐렌 구조를 갖고 있다. 따라서 PDPA는 주쇄에 있는 폴리아닐린과 폴리(파라-페닐렌) 모두의 전기적 특성을 지니게 되며, 여기에서 폴리(파라-페닐렌)은 벤젠 폴리머로서 이온 삽입형 유기전지용으로 널리 알려져 있다. 상기의 재료는, 고배향도와 완전한 co-평면 구조의 환형을 형성하여 그라파이트와 유사한 전기화학적 인터칼레이션(intercalation) 특성을 갖는다고 알려져 있다.In addition, polydiphenylamine (PDPA) is aniline substituted with N-aryl, and has different characteristics from polyaniline and other N-substituted aniline derivatives. PDPA differs from polyaniline and other N-substituted aniline derivatives in its various behaviors such as electrochemical properties, conductivity and electrochromic properties, which have para-diphenylene structures on both sides. Thus PDPA has the electrical properties of both polyaniline and poly (para-phenylene) in the backbone, where poly (para-phenylene) is a benzene polymer and is widely known for ion implantable organic cells. The materials are known to form rings of high orientation and complete co-planar structure with electrochemical intercalation properties similar to graphite.

본 발명의 목적은 상기한 종래 기술에서의 문제점을 해결하고자 하는 것으 로, 다이싸이오다이아닐린(DTDA) 유도체에 또 다른 전도성을 지닌 N-아릴 아민계 모노머를 화학중합 또는 전기중합 방법으로 도입함으로써 리튬 이차 전지의 용량 특성을 상당히 증가시킬 수 있는 유기 다이설퍼계 리튬 이차전지용 양극 재료 및 이를 이용한 리튬 이차전지를 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the above problems in the prior art, by introducing a N-aryl amine monomer having another conductivity to a dithiodioline (DTDA) derivative by chemical polymerization or electropolymerization method It is to provide a positive electrode material for an organic disulfur-based lithium secondary battery and a lithium secondary battery using the same that can significantly increase the capacity characteristics of the secondary battery.

본 발명에서는 상기 목적을 달성하기 위하여, 폴리다이싸이오다이아닐린 반복 단위와 아릴 아민계 폴리머 반복 단위와의 공중합체 또는 각각의 중합물의 복합물을 화학중합 또는 전기중합법으로 제조하여 이들을 도핑시킨 양극 활물질(화학식 1)을 사용하였으며 이는 리튬 이온의 인터칼레이션-디인터칼레이션이 가능한 특성을 갖는다. In order to achieve the above object, in the present invention, a copolymer of a polydithioaniline repeating unit and an aryl amine polymer repeating unit or a composite of each polymer is prepared by chemical polymerization or electropolymerization and doped with a positive electrode active material ( Formula 1) was used, which has the property of intercalation-deintercalation of lithium ions.

[화학식 1][Formula 1]

Figure 112005078409377-pat00002
Figure 112005078409377-pat00002

(상기 식에서, X는 H, Li, Na 또는 K이고, Z는 F, Cl, Br, I, ClO4 , PF6 , BF4 , CF3SO3 , HSO4 또는 C12H25C6H4SO3 이고, k, k1′및 k2′은 몰분율(mole fraction)로서 각각 0.01 ~ 0.5이고, m은 몰분율로서 0.05 ~ 0.95이고, n은 반복 단위수로서 2 ~ 10,000이다.)Wherein X is H, Li, Na or K, Z is F, Cl, Br, I, ClO 4 , PF 6 , BF 4 , CF 3 SO 3 , HSO 4 or C1 2 H 25 C 6 H 4 SO 3 , k, k1 'and k2' are 0.01 to 0.5 as mole fractions, m is 0.05 to 0.95 as mole fractions, and n is 2 to 10,000 as repeat units.)

상기의 다른 목적을 달성하기 위하여 양극 조성물을 이용하여 제조된 양극과, 표준 전극(SCE)과 반대 전극(Counter Electrode)과 양극과 반대 전극 사이에 충진되어 있는 유기 전해질로 이루어지는 리튬 이차전지 셀이 제공된다. 여기서, 상기 조성물은 상기 양극 집전체 상에 필름 형태로 형성될 수 있으며, 상기 유기 전해질은 리튬 전지의 제조 분야에서 일반적으로 알려진 것이라면 모두 사용가능하며, 양극과 반대 전극 사이에 액체 전해질로 충진 또는 분리막에 함침시키거나 고분자 전해질을 사용할 수 있다. In order to achieve the above another object, there is provided a lithium secondary battery cell comprising a positive electrode manufactured by using a positive electrode composition, and an organic electrolyte filled between a standard electrode (SCE) and a counter electrode, and a positive electrode and a counter electrode. do. Here, the composition may be formed in the form of a film on the positive electrode current collector, the organic electrolyte may be used as long as it is generally known in the manufacturing field of a lithium battery, filled or separator with a liquid electrolyte between the positive electrode and the opposite electrode May be impregnated or a polymer electrolyte may be used.

이때, 액체 전해질은 에틸렌카보네이트, 프로필렌카보네이트, 디메틸카보네이트, 디에틸카보네이트, 메틸에틸카보네이트, 테트라하이드로퓨란, 2-메틸테트라하이드로퓨란, 디메톡시에탄, 메틸포르메이트, 에틸포르메이트, 감마-부티로락톤, 또는 이들의 혼합물로 이루어지는 유기 용매를 포함하며, 고분자 전해질일 경우, 폴리에틸렌글리콜, 폴리프로필렌글리콜, 폴리메틸메타아크릴로나이트, 폴리에틸메타아크릴로나이트, 또는 이들의 혼합물로 이루어진다. At this time, the liquid electrolyte is ethylene carbonate, propylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, methyl ethyl carbonate, tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, dimethoxyethane, methyl formate, ethyl formate, gamma-butyrolactone Or an organic solvent composed of a mixture thereof, and in the case of a polymer electrolyte, polyethylene glycol, polypropylene glycol, polymethyl methacrylonitrile, polyethyl methacrylonite, or a mixture thereof.

또한, 상기에서의 유기 전해질은 리튬퍼클로레이트 (LiClO4), 리튬트리플레이트 (LiCF3SO3), 리튬헥사플루오로포스페이트 (LiPF6), 리튬테트라플루오로보레이트 (LiBF4), 리튬트리플루오로메탄설포닐이미드 (LiN(CF3SO2)2), 또는 이들의 혼합물로 이루어지는 리튬염을 포함한다. 상기 리튬염은 상기 유기 용매 또는 고분자의 중량을 기준으로 0.5 ~ 100 중량%, 바람직하게는 1~40 중량% 로 사용할 수 있다.In addition, the organic electrolyte in the above is lithium perchlorate (LiClO 4 ), lithium triplate (LiCF 3 SO 3 ), lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ), lithium tetrafluoroborate (LiBF 4 ), lithium trifluoromethane Lithium salts consisting of sulfonylimide (LiN (CF 3 SO 2 ) 2 ), or mixtures thereof. The lithium salt may be used in an amount of 0.5 to 100% by weight, preferably 1 to 40% by weight, based on the weight of the organic solvent or polymer.

본 발명에 따른 리튬 이차 전지용 양극 조성물 제조방법으로는 다음 구조식(화학식 2)을 갖는 다이싸이오다이아닐린 반복 단위와 아릴 아민계 반복 단위의 공중합체 또는 각각의 중합물의 복합물로 구성되는 도핑되지 않은 폴리다이싸이오다이아닐린 유도체를 합성한다.The method for preparing a cathode composition for a lithium secondary battery according to the present invention includes a copolymer of a dithioaniline repeating unit and an aryl amine repeating unit having the following structural formula (2), or an undoped polydie composed of a composite of each polymer. Synthesis of a thio dianiline derivative is performed.

[화학식 2][Formula 2]

Figure 112005078409377-pat00003
Figure 112005078409377-pat00003

(식중, k, k1′및 k2′은 몰분율로서 각각 0.01 ~ 0.5이고, m은 몰분율로서 0.05 ~ 0.95 이고, n은 반복 단위수로서 2 ~ 10,000 이다.)(Wherein k, k1 'and k2' are 0.01 to 0.5 as mole fractions, m is 0.05 to 0.95 as mole fractions and n is 2 to 10,000 as repeat units).

상기의 도핑되지 않은 폴리다이싸이오다이아닐린 유도체의 제조는 화학적 중합방법 및 전기중합방법에 의해 이루어질 수 있으며, 이 도핑되지 아니한 유도체에 통상의 도펀트를 도핑시켜 상기 화학식 1로 표시되는 반복 단위를 가지는 도핑된 폴리다이싸이오다이아닐린 유도체를 형성한다.Preparation of the undoped polydithiodianiline derivatives can be made by a chemical polymerization method and an electropolymerization method, doped with a repeating unit represented by the formula (1) by doping a conventional dopant to the undoped derivatives To form a polydithioaniline derivative.

여기에서 통상의 도펀트는 하기 (화학식 3)의 구조를 갖는다.Here, the usual dopant has a structure of the following formula (3).

[화학식 3][Formula 3]

ABAB

상기 화학식 3에서 A는 H, Li, Na 또는 K 이고, B는 F, Cl, Br, I, ClO4 , PF6 , BF4 , CF3SO3 , HSO4 또는 C12H25C6H4SO3 이다. 이러한 A가 양이온으로, B가 음이온으로 폴리다이싸이오다이아닐린 유도체에 도핑되게 되며 중합시 해당하는 산의 형태로 첨가되어 중합과 함께 도핑이 이루어지거나, 중합이 완료된 후, 산의 형태로 첨가되어 도핑을 시키기도 한다. 도핑된 유도체는 암모니아수와 같은 염기로 처리하면 중화되어 탈도핑 시킬 수 있다.In Formula 3, A is H, Li, Na or K, B is F, Cl, Br, I, ClO 4 , PF 6 , BF 4 , CF 3 SO 3 , HSO 4 or C1 2 H 25 C 6 H 4 Is SO 3 . Such A is a cation and B is an anion and is then doped into the polydiothioaniline derivative and is added in the form of a corresponding acid during polymerization to be doped together with the polymerization, or after the polymerization is completed, is added in the form of an acid to doping It is also possible. Doped derivatives can be neutralized and dedoped by treatment with a base such as ammonia water.

본 발명에 따른 리튬 이차 전지용 양극 조성물의 제조 및 평가 과정은 아래와 같으며, 이하 본 발명에 따른 리튬 이차전지용 양극 조성물의 화학적 중합 및 전기중합을 통한 다이 설퍼계 고분자의 제조에 대해서는 하기의 실시예에서 자세히 설명하기로 한다.The manufacturing and evaluation process of the positive electrode composition for a lithium secondary battery according to the present invention is as follows. Hereinafter, the preparation of the die sulfur-based polymer through chemical polymerization and electropolymerization of the positive electrode composition for a lithium secondary battery according to the present invention is described in the following Examples. This will be described in detail.

[양극 조성물의 제조 및 평가][Production and Evaluation of Anode Composition]

1) 다이싸이오다이아닐린 유도체와 다이페닐아민 유도체를 각각 또는 함께 중합시켜 유기 다이 설퍼계 고분자를 제조한다. 이때, 폴리다이싸이오다이아닐린 유도체 또는 폴리다이싸이오다이아닐린과 폴리다이페닐아민 유도체의 공중합물을 얻게 되며, 중합물은 화학중합방법과 전기중합방법으로 제조될 수 있다.1) An organic disulfur-based polymer is prepared by polymerizing dithiodianiline derivatives and diphenylamine derivatives individually or together. In this case, a polydithioaniline derivative or a copolymer of a polydithioaniline and a polydiphenylamine derivative is obtained, and the polymer may be prepared by a chemical polymerization method and an electropolymerization method.

2) 상기 제조된 유기 다이 설퍼계 고분자를 통상의 도펀트를 사용하여 도핑 시킨다. 이로써 도핑된 유기 다이 설퍼계 고분자는 전기활성을 지니게 된다.2) The organic die sulfur polymer prepared above is doped using a conventional dopant. As a result, the doped organic die sulfur-based polymer has electroactivity.

3) 상기 제조한 도핑된 유기 다이 설퍼계 고분자를 통상의 양극에 필름 형태로 입힌 후 리튬 함유 음극과 양극/음극 사이에 위치한 유기 전해질로 구성된 리튬 이차 전지를 제조하게 된다.3) After coating the doped organic die-sulfur-based polymer prepared in the form of a film on a conventional positive electrode to prepare a lithium secondary battery consisting of an organic electrolyte located between the lithium-containing negative electrode and the positive electrode / negative electrode.

4) 상기 제조된 리튬 이차 전지를 Cyclic Voltammetry를 사용하여 포텐셜의 변화에 따른 전류값을 분석함으로써 특정 피크 전류 및 애노딕/캐소딕 시의 전기용량을 알 수 있게 된다.4) By analyzing the current value according to the potential change of the lithium secondary battery prepared by using Cyclic Voltammetry it is possible to know the specific peak current and the capacitance of the anodic / cathode.

본 발명은 다양한 조건하에서 여러 가지 재료를 이용해 수행될 수 있으며, 하기의 예는 발명의 설명을 돕기 위한 것으로 본 발명의 범위가 하기 예들에 의해 한정되어서는 아니된다. The present invention can be carried out using a variety of materials under various conditions, the following examples are intended to help explain the invention and the scope of the present invention should not be limited by the following examples.

이하 실시예와 비교예에서 사용된 분석 방법은 하기와 같다. Analysis methods used in the following Examples and Comparative Examples are as follows.

[분석 방법] [Analysis method]

1) Cyclic Voltammetry : 구동 전극(Working Electrode)에 표준 전극(SCE) 대비 포텐셜을 일정 속도로 변화시키면서 산화-환원 반응에 의해 발생되는 전류값을 측정하는 실험이며, 전극물질의 전기화학적 특성을 알기 위해 사용하였다. (EG & G PAR 283 Electrochemical Analyzer)1) Cyclic Voltammetry: This experiment is to measure the current value generated by redox reaction while changing the potential of the working electrode to the standard electrode (SCE) at a constant speed, and to know the electrochemical characteristics of the electrode material. Used. (EG & G PAR 283 Electrochemical Analyzer)

2) GPC(겔 투과 크로마토그래피) : 제조된 고분자 물질의 분자량 및 분자량 분포도를 알기 위해 사용하였다.(폴리스티렌 기준)2) GPC (gel permeation chromatography): used to know the molecular weight and molecular weight distribution of the prepared polymer material (polystyrene basis).

3) 원소분석 : 중합 생성물내 주요원소(S)의 함량을 알고자 사용하였다.3) Elemental analysis: It was used to know the content of the main element (S) in the polymerization product.

4) FT-IR(Fourier Transform Infrared) 및 Raman Spectroscopy : 모노머 및 중합물내 핵심 결합의 존재유무를 판단하고자 하였다.4) Fourier Transform Infrared (FT-IR) and Raman Spectroscopy: The purpose of this study was to determine the presence of core bonds in monomers and polymers.

5) 주사전자현미경(SEM) : 중합물의 모폴로지를 살펴보고자 하였다.5) Scanning electron microscope (SEM): To examine the morphology of the polymer.

본 실험에서는 주요 양극 조성물용 모노머로 2,2'- 다이싸이오다이아닐린(Fluka사), 다이페닐아민(Aldrich사), 중합용 산화제로 암모늄 퍼설페이트(Aldrich사), 그리고 도핑용액으로 술폰산(Aldrich 사)을 사용하였다.In this experiment, 2,2'- dithiodianiline (Fluka), diphenylamine (Aldrich) as the monomer for the positive electrode composition, ammonium persulfate (Aldrich) as the oxidizing agent for polymerization, and sulfonic acid (Aldrich) as the doping solution G) was used.

< 실시예 1 > 화학중합 방법Example 1 Chemical Polymerization Method

유기 다이설퍼 고분자를 화학적으로 산화 중합 반응에 의해 포타슘 퍼옥시다이설페이트(PDS)를 산화제로 하여 제조하였고, 이때 사용된 모노머는 2,2'- 다이싸이오다이아닐린(DTDA)과 다이페닐아민(DPA)이었다. 두 모노머를 4M H2SO4 용액내에서 50mM DPA와 50mM DTDA 의 농도로 투입하고 온도를 273K까지 냉각하였다. The organic disulfer polymer was prepared by chemically oxidizing polymerization with potassium peroxydisulfate (PDS) as an oxidizing agent, and the monomers used were 2,2'-dithiodianiline (DTDA) and diphenylamine (DPA). Was. Both monomers were added at a concentration of 50 mM DPA and 50 mM DTDA in 4M H 2 SO 4 solution and the temperature was cooled to 273K.

그런 다음, 여기에 저온의 암모늄 퍼설페이트 용액(100mM)을 20분간 적하투입하며 교반하였다. 투입이 끝난 후에도 냉각상태를 유지하면서 1 시간 동안 추가로 교반하였고, 이로써 형성된 녹색 침전물을 여과하여 무색이 될 때까지 4M H2SO4 용액으로 계속 흘려주었다. 그리고는 상온에서 48시간 동안 진공건조하여 폴리다이싸이오다이아닐린 유도체를 얻었다.Then, a low temperature ammonium persulfate solution (100 mM) was added dropwise thereto for 20 minutes and stirred. After the addition, the mixture was further stirred for 1 hour while maintaining the cooling state, and the green precipitate thus formed was continuously filtered through the 4M H 2 SO 4 solution until it was colorless. Then, the resultant was vacuum dried at room temperature for 48 hours to obtain a polydithioaniline derivative.

< 실시예 2 > 전기중합 방법Example 2 Electropolymerization Method

4 M H2SO4 용액에 50 mM DPA 와 50 mM DTDA 를 첨가한 후, 0 ~ 900mV(SCE 전극대비) 범위에서 연속적으로 포텐셜 싸이클을 줌으로써 전기중합을 수행하였다. 이 결과, 녹색을 띤 필름이 전극 표면에 침전되었으며 4 M H2SO4 를 흘려주어 세척한 이후에 사용되었다.50 mM DPA and 50 mM DTDA were added to the 4 MH 2 SO 4 solution, followed by electropolymerization by continuously giving a potential cycle in the range of 0 to 900 mV (relative to the SCE electrode). As a result, a greenish film was deposited on the electrode surface and used after washing by flowing 4 MH 2 SO 4 .

< 비교예 1> 화학중합 방법Comparative Example 1 Chemical Polymerization Method

상기 실시예 1에서 다이페닐아민(DPA)을 사용하지 않은 것을 제외하고는 동일한 방법으로 폴리다이싸이오다이아닐린을 제조하였다.Except for not using the diphenylamine (DPA) in Example 1 polydithiodioline was prepared in the same manner.

< 비교예 2> 전기중합 방법Comparative Example 2 Electropolymerization Method

상기 실시예 2에서 다이페닐아민(DPA)을 사용하지 않은 것을 제외하고는 동일한 방법으로 폴리다이싸이오다이아닐린을 제조하였다.Except for not using diphenylamine (DPA) in Example 2, polydithio aniline was prepared in the same manner.

[표 1]TABLE 1

Figure 112005078409377-pat00004
Figure 112005078409377-pat00004

[표 2]TABLE 2

Figure 112005078409377-pat00005
Figure 112005078409377-pat00005

표 1은, 비교예 1 및 실시예 1에서 제조된 양극 조성물을 이용해 0.1M LiClO4 acetonitrile 에서 5mV의 포텐셜 스캔속도로 레독스 거동을 평가한 결과를 정리한 것이다. 비교예 1의 양극 조성물의 경우, 0.5V와 0.8V 에서 각각 애노딕 피크(Epa)가 나타났으며, 역으로 포텐셜 스캔한 경우, 0.7V와 0.3V에서 각각 캐소딕 피크(Epc)가 발생했다. 이러한 산화-환원 피크 포텐셜의 상당한 차이는 레독스 반응이 느림을 설명해준다. Table 1 summarizes the results of evaluating the redox behavior at a potential scan rate of 5 mV in 0.1 M LiClO 4 acetonitrile using the positive electrode compositions prepared in Comparative Example 1 and Example 1. In the case of the positive electrode composition of Comparative Example 1, the anodic peak (E pa ) appeared at 0.5V and 0.8V, respectively, and in the reverse potential scan, the cathodic peak (E pc ) at 0.7V and 0.3V, respectively. happened. This significant difference in redox peak potential accounts for the slow redox reaction.

이와 반대로, 실시예 1의 양극 조성물의 경우, 피크 포텐셜간 차이가 훨씬 작게 나타났으며, 0.8V 부근의 완만한 단일 애노딕 피크와 0.5V 부근의 캐소딕 피 크를 나타내었다. 이는 PDPA와 PDTDA의 상호작용을 통해 캐소딕 피크가 양으로 이동하여 레독스 반응이 효과적으로 발생할 수 있게 되고 따라서 피크 전류값의 상승하였다. 상기는 전기촉매 현상을 통해 이루어진 결과이다. In contrast, for the positive electrode composition of Example 1, the difference between the peak potentials was much smaller, showing a gentle single anodical peak near 0.8V and a cathodic peak near 0.5V. This is because the interaction of PDPA and PDTDA shifts the positive cathodic peak to enable the redox reaction to occur effectively, thus increasing the peak current value. The above results are obtained through the electrocatalyst phenomenon.

또한, 상기에서 실시예 1의 경우가 캐소딕 전기용량(Qc)과 애노딕 전기용량(Qa)값이 비교예 1보다 높음을 알 수 있으며, 이는 입자간 접촉저항의 감소와 전기화학적 활성 효율의 증가로 나타난 결과이다. 그리고, 캐소딕 전기용량과 애노딕 전기용량의 비(Qc/Qa )가 실시예 1의 경우 거의 1에 근접한 값을 보여 전기화학적으로 매우 우수한 가역성을 나타내는 데 비해, 비교예 2는 1보다 큰 값을 보이고 있으며 이는 전기화학적으로 산화된 PDTDA의 일부분만이 환원됨을 보여준다.In addition, in the case of Example 1, it can be seen that the value of the cathodic capacitance (Q c ) and the anodic capacitance (Q a ) is higher than that of Comparative Example 1, which is a decrease in inter-particle contact resistance and electrochemical activity The result is an increase in efficiency. In addition, the ratio (Q c / Q a ) of the cathodic capacitance and the anodic capacitance was close to 1 in Example 1, indicating an electrochemically excellent reversibility, whereas Comparative Example 2 was higher than 1. Large values indicate that only a fraction of the electrochemically oxidized PDTDA is reduced.

표 2는 실시예 1과 비교예 1에서 제조된 양극 조성물의 원소 분석 결과이며, 비교예 1의 설퍼함량(S) = 17.86% 와 비교해 실시예 1의 경우 10.07%를 보이며, 이로써 중합반응 이후에도 S-S 결합이 유지됨을 보여준다.Table 2 shows the results of elemental analysis of the positive electrode compositions prepared in Example 1 and Comparative Example 1, 10.07% in Example 1 compared to the sulfur content (S) = 17.86% of Comparative Example 1, thereby SS after polymerization Show that the bond is maintained.

도 1의 (a)는, 비교예 2에서 설명한 2,2'- 다이싸이오다이아닐린의 전기중합(Electropolymerization) 반응 동안의 CV 그래프이다. 포텐셜은 SCE 전극대비 0 에서 1.2 V 의 범위였으며, 이때 4M 술폰산내 50 mM의 2,2'- 다이싸이오다이아닐린이 함유된 용액을 사용하였다. 포텐셜 싸이클은 100회까지 진행하였고, 이때 애노딕 말단 전압은 1.2V 이상에 도달하였다. (A) of FIG. 1 is a CV graph during the electropolymerization reaction of 2,2'- dithio dianiline demonstrated in the comparative example 2. FIG. The potential ranged from 0 to 1.2 V relative to the SCE electrode, using a solution containing 50 mM of 2,2'- dithiodioline in 4M sulfonic acid. The potential cycle ran up to 100 times, with the anodic terminal voltage reaching 1.2V or higher.

(a)내의 삽입도는 초기 애노딕 포텐셜 스캔한 경우이며, 1.2V에서 날카로운 피크가 발생하였고 이는 다이설파이드 결합이 개환된 다이싸이오레이트 음이온으로 환원됨을 확인시켜준다. 이후의 애노딕 스캔시에는 +0.7 V가, 반대의 스캔시에는 이에 상응하는 0.45V의 환원 피크가 관찰되었다. +0.7 V의 피크는 폴리아닐린 측쇄의 레독스 반응을 나타낸다. The inset in (a) is the initial anodical potential scan, and a sharp peak occurred at 1.2 V, confirming that the disulfide bond is reduced to the ring-opened dithioate anion. Subsequent anodic scans showed a corresponding reduction peak of +0.7 V and the opposite scan of 0.45 V. A peak of +0.7 V indicates the redox reaction of the polyaniline side chain.

N 사이트에서의 폴리아닐린의 산화-환원은 S-S 결합의 환원에 의해 분할된 싸이오레이트 음이온의 자가 도핑/언도핑 공정에 의해 보완될 수 있다. 싸이클의 횟수에 따른 지속적인 피크 전류의 증가는 폴리(2,2'- 다이싸이오다이아닐린) (PDTDA)이 구동 전극에서 형성되고 있음을 나타내며, 이때 점차로 구동 전극의 표면에는 녹색 침전물이 필름으로 형성된다. 이렇게 성장한 PDTDA 필름은 1.2 x 10-4 S.cm-1 의 전기 전도도를 나타낸다.The redox-reduction of the polyaniline at the N site can be complemented by a self-doping / undoping process of the thiourate anion split by reduction of the SS bond. Sustained increase in peak current with the number of cycles indicates that poly (2,2'-diothiodianiline) (PDTDA) is being formed at the drive electrode, which gradually forms a green precipitate on the surface of the drive electrode. . The PDTDA film thus grown exhibits an electrical conductivity of 1.2 × 10 −4 S.cm −1 .

도 1의 (b)는, 실시예 2에서 설명한 2,2'- 다이싸이오다이아닐린(DTDA)과 다이페닐아민(DPA)의 1:1 혼합물의 전기 중합 반응 동안의 CV 그래프이다. 상기 혼합물 용액에서는, 초기 애노딕 포텐셜 스캔시 SCE 전극대비 0.8 V 에서 날카로운 피크가 발생하였고(삽입도), 이후의 100회까지 진행된 계속된 포텐셜 스캔에서는 0.75V 및 0.89V의 두 가지 피크가 발생하였으며, 이는 각각 다이페닐아민 모노머와 다이싸이오레이트 음이온의 산화를 나타낸다. 상기와 반대의 스캔에서는, 0.57 V 부근에서 완만한 피크가 발생하였다. FIG. 1B is a CV graph during the electropolymerization reaction of the 1,2 mixture of 2,2'-dithiodianiline (DTDA) and diphenylamine (DPA) described in Example 2. FIG. In the mixture solution, there was a sharp peak at 0.8 V relative to the SCE electrode (insertion) during the initial anodical potential scan, and two peaks of 0.75 V and 0.89 V were generated in the subsequent potential scan that proceeded up to 100 times. , Which represent oxidation of diphenylamine monomer and dithiolate anion, respectively. In the opposite scan, a gentle peak occurred near 0.57V.

또한, CV 그래프를 비교하면, 상기 (a)의 2,2'- 다이싸이오다이아닐린 용액을 전기중합할 때보다 (b)의 경우가 더 높은 레독스 피크 전류를 나타냄을 확인할 수 있다. 이러한 레독스 피크 전류의 증가는 2,2'- 다이싸이오다이아닐린과 다이 페닐아민을 함께 갖는 공중합물을 제조했을 때 형성된 폴리다이페닐아민이 다이설파이드의 레독스 반응을 촉진시키기 때문이다. 성장된 공중합물의 필름은 2.8 x 10-2 S.cm-1 의 전기 전도도를 보이며 이는 PDTDA의 경우(a)보다 훨씬 높은 수치이며 따라서 복합 양극 재료는 높은 전기화학 활동성을 나타냄을 확인할 수 있었다. Comparing the CV graphs, it can be seen that the case of (b) shows a higher redox peak current than when the 2,2′-diothiodianiline solution of (a) is electropolymerized. This increase in redox peak current is due to the polydiphenylamine formed when preparing a copolymer having 2,2'-dithiodianiline and diphenylamine together to promote the redox reaction of disulfide. The film of the grown copolymer showed an electrical conductivity of 2.8 x 10 -2 S.cm -1 , which is much higher than that of PDTDA (a), and thus the composite cathode material showed high electrochemical activity.

도 2은 실시예 1에서 중합한 양극 조성물의 GPC 그래프이며, 이동 용매로 다이메틸 포름아마이드(DMF)를 사용하고 폴리스티렌(PS)이 기준 물질로 이용되었다. 크로마토그람으로부터 PDI(Polydispersity index) = 1.3 이며, 무게평균분자량(Mw)이 118,000으로 계산되었다.2 is a GPC graph of the positive electrode composition polymerized in Example 1, using dimethyl formamide (DMF) as a moving solvent and polystyrene (PS) was used as a reference material. PDI (Polydispersity index) = 1.3 from the chromatogram, the weight average molecular weight (Mw) was calculated to 118,000.

도 3는 실시예 1-2 및 비교예 1에서 사용된 2,2'- 다이싸이오다이아닐린(a), PDTDA(b) 및 PDTDA-PDPA 공중합물(c)의 FT-IR (Fourier-Transform Infrared) 스펙트럼이다. 2,2'- 다이싸이오다이아닐린 모노머의 스펙트럼(a)에서 3416과 3326cm-1 피크로부터 NH2 작용기를 확인했으며, 이는 PDTDA와 공중합물에서는 발견되지 않았다. (b)에서는 1149 와 825cm-1 피크로부터 퀴노이드와 벤조이드 고리의 C-H 결합을 확인할 수 있었고,1502 와 1612cm-1 의 피크에서 벤조이드 고리와 퀴노이드 고리의 C=C 결합을 확인하였다. (c)에서는, 방향족 고리의 C=C 피크가 1485 와 1602 cm-1 로 이동하였고 이로써도핑시 공액길이가 증가함을 확인하였다. FIG. 3 shows Fourier-Transform Infrared of 2,2′-diothiodianiline (a), PDTDA (b) and PDTDA-PDPA copolymer (c) used in Examples 1-2 and Comparative Example 1. FIG. ) Spectrum. In spectrum (a) of the 2,2′-dithiodianiline monomer, NH 2 functional groups were identified from the peaks 3416 and 3326 cm −1 , which were not found in the copolymer with PDTDA. In (b), the CH bonds of the quinoid and benzoid rings were identified from the 1149 and 825 cm -1 peaks, and the C = C bonds of the benzoid and quinoid rings were confirmed at the peaks of 1502 and 1612 cm -1 . In (c), the C = C peak of the aromatic ring was shifted to 1485 and 1602 cm -1 , thereby confirming that the conjugate length increases when doping.

또한, 750 과 465 cm-1 의 피크가 (b)와 (c)에서 나타났고, 이는 C-S 결합과 S-S 결합을 설명한다. 또한, (c)의 경우, S=O의 흡수피크(1100 -1 )가 나타나지 않았고 이로써 중합한 후에도 S-S 결합이 유지됨을 알 수 있었다.In addition, peaks of 750 and 465 cm −1 appeared in (b) and (c), which account for CS and SS bonds. In addition, in the case of (c), the absorption peak (1100 -1) of S = O did not appear, thereby indicating that the SS bond is maintained even after polymerization.

도 4는 실시예 1-2 및 비교예 1에서 사용된 2,2'- 다이싸이오다이아닐린(a), PDTDA(b) 및 PDTDA-PDPA 공중합물(c)의 라만(Raman) 스펙트럼이다. 2,2'- 다이싸이오다이아닐린 모노머의 경우(a), 526 과 640 cm-1 에서 S-S 결합과 C-S 결합을 확인하였으며, PDTDA(b)와 공중합물(c)의 경우, 525 cm-1 피크에서 S-S 결합을 확인하였다.FIG. 4 is Raman spectra of 2,2′-dithiodianiline (a), PDTDA (b) and PDTDA-PDPA copolymer (c) used in Examples 1-2 and Comparative Example 1. FIG. In the case of 2,2'-dithiodianiline monomer (a), SS and CS bonds were identified at 526 and 640 cm -1 , and 525 cm -1 peak for PDTDA (b) and copolymer (c). SS binding was confirmed in.

도 5은 비교예 1과 실시예 1에서 제조된 PDTDA와 PDTDA-PDPA 공중합물의 모폴로지를 FESEM 으로 관찰한 것으로, 상호 유사한 모폴로지를 확인할 수 있었고, 둘다 2 m의 크기의 그래뉼 구조로 입자가 존재하였다.FIG. 5 shows the morphology of the PDTDA and PDTDA-PDPA copolymers prepared in Comparative Example 1 and Example 1 by FESEM, and the similar morphology could be confirmed, and both had particles with a granule structure of 2 m in size.

본 발명에서 개발된 리튬 이차 전지용으로 개발된 양극 조성물은 새로운 유기 다이설퍼계 고분자로 구성되며, 구체적으로 다이싸이오다이아닐린 유도체와 N-아릴 아민 유도체를 화학적 또는 전기화학적으로 공중합 또는 각각 중합 후 혼합하여 다이싸이오다이아닐린 유도체와 N-아릴 아민으로 구성된 반복단위를 갖게 되는 중합물이다. The positive electrode composition developed for the lithium secondary battery developed in the present invention is composed of a new organic disulfer-based polymer, and specifically, by copolymerizing or polymerizing a dithiodianiline derivative and an N-aryl amine derivative chemically or electrochemically, respectively, It is a polymer which has a repeating unit which consists of a dithio dianiline derivative and N-aryl amine.

상기 중합물을 도핑하여 양극용 활물질로 이용하게 되면, 기존 전도성 고분자에 비해 유기 다이설파이드 결합의 분할-재결합 반응이 가역적으로 진행되어 충 방전 횟수에 따른 용량 유지 특성이 증가하게 되며, 전기전도도와 전기화학적 성능이 현저히 향상된 거동을 보이게 된다. When the polymer is doped and used as an active material for a positive electrode, a split-recombination reaction of an organic disulfide bond proceeds reversibly as compared with a conventional conductive polymer, thereby increasing capacity retention characteristics according to the number of charge and discharge cycles. The performance is significantly improved.

Claims (7)

하기 화학식 1의 폴리다이싸이오다이아닐린 반복단위와 N-아릴 아민 유도체의 공중합물로 구성되는 설퍼-설퍼 결합을 함유한 전도성고분자 물질의 양극 조성물. A positive electrode composition of a conductive polymer material containing a sulfur-sulfur bond composed of a copolymer of a polydithioaniline repeating unit of Formula 1 and an N-aryl amine derivative. [화학식 1][Formula 1]
Figure 112005078409377-pat00006
Figure 112005078409377-pat00006
(상기 식에서, X는 H, Li, Na 또는 K이고, Z는 F, Cl, Br, I, ClO4 , PF6 , BF4 , CF3SO3 , HSO4 또는 C12H25C6H4SO3 이고, k, k1′및 k2′는 몰비로서 각각 0.01 ~ 0.5이고, m은 몰비로서 0.05 ~ 0.95 이고, n은 반복 단위로서 2 ~ 10,000 임)Wherein X is H, Li, Na or K, Z is F, Cl, Br, I, ClO 4 , PF 6 , BF 4 , CF 3 SO 3 , HSO 4 or C 12 H 25 C 6 H 4 SO 3 , k, k1 'and k2' are each 0.01 to 0.5 as molar ratios, m is 0.05 to 0.95 as molar ratios and n is 2 to 10,000 as repeating units).
제1항에 있어서, 양극 조성물은 하기 화학식 2의 폴리다이싸이오다이아닐린 반복단위와 N-아릴 아민 유도체의 공중합물로 구성되는 유기 다이설퍼계 고분자가 하기 화학식 3으로 도핑된 것을 특징으로 하는 설퍼-설퍼 결합을 함유한 전도성고분자 물질의 양극 조성물. The method of claim 1, wherein the positive electrode composition is sulfur-, characterized in that the organic disulfur-based polymer composed of a copolymer of a polydithioaniline repeating unit of the formula (2) and an N- aryl amine derivative is doped with the formula (3) Anode composition of conductive polymer material containing sulfur bonds. [화학식 2][Formula 2]
Figure 112005078409377-pat00007
Figure 112005078409377-pat00007
(상기 식에서, k, k1′및 k2′는 몰비로서 각각 0.01 ~ 0.5이고, m은 몰비로서 0.05 ~ 0.95 이고, n은 반복 단위로서 2 ~ 10,000임)(Wherein k, k1 'and k2' are each 0.01 to 0.5 as molar ratios, m is 0.05 to 0.95 as molar ratios and n is 2 to 10,000 as repeating units) [화학식 3][Formula 3] ABAB (상기 화학식 3에서 A는 H, Li, Na 또는 K 이고, B는 F, Cl, Br, I, ClO4 , PF6 , BF4 , CF3SO3 , HSO4 또는 C12H25C6H4SO3)(A in Formula 3, A is H, Li, Na or K, B is F, Cl, Br, I, ClO 4 , PF 6 , BF 4 , CF 3 SO 3 , HSO 4 or C1 2 H 25 C 6 H 4 SO 3 )
제1항 기재의 조성물이 양극 집전체에 유지되어 이루어지는 양극과, 리튬을 함유하는 음극과, 상기 양극과 음극 사이에 충진되어 있는 유기 전해질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 리튬 이차 전지.A lithium secondary battery comprising a positive electrode in which a composition according to claim 1 is held in a positive electrode current collector, a negative electrode containing lithium, and an organic electrolyte filled between the positive electrode and the negative electrode. 제3항에 있어서, 제1항 기재의 조성물이 상기 양극 집전체 상에 필름 형태로 코팅되어 있는 것을 특징으로 하는 리튬 이차 전지.The lithium secondary battery according to claim 3, wherein the composition of claim 1 is coated on the cathode current collector in the form of a film. 제3항에 있어서, 상기 유기 전해질은 상기 양극과 음극 사이에 삽입된 분리막에 함침되어 있는 것을 특징으로 하는 리튬 이차 전지.The lithium secondary battery of claim 3, wherein the organic electrolyte is impregnated in a separator inserted between the positive electrode and the negative electrode. 제3항 내지 제5항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 유기 전해질은,The organic electrolyte according to any one of claims 3 to 5, wherein (a) 에틸렌카보네이트, 프로필렌카보네이트, 디메틸카보네이트, 디에틸카보네이트, 메틸에틸카보네이트, 테트라하이드로퓨란, 2-메틸테트라하이드로퓨란, 디메톡시에탄, 메틸포르메이트, 에틸포르메이트, 감마-부티로락톤, 또는 이들의 혼합물로 이루어지는 유기 용매를 포함하는 것 또는,(a) ethylene carbonate, propylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, methyl ethyl carbonate, tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, dimethoxyethane, methyl formate, ethyl formate, gamma-butyrolactone, or Comprising organic solvents composed of mixtures thereof, or (b) 폴리에틸렌글리콜, 폴리프로필렌글리콜, 폴리메틸메타아크릴로나이트, 폴리에틸메타아크릴로나이트, 또는 이들의 혼합물로 이루어지는 고분자 극성 용매를 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬 이차 전지.(b) A lithium secondary battery comprising a polymer polar solvent comprising polyethylene glycol, polypropylene glycol, polymethyl methacrylate, polyethyl methacrylate, or a mixture thereof. 제3항 내지 제5항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 유기 전해질은, 리튬퍼클로레이트(LiClO4), 리튬트리플레이트(LiCF3SO3), 리튬헥사플루오로포스페이트 (LiPF6), 리튬테트라플루오로보레이트(LiBF4), 리튬트리플루오로메탄설포닐이미드(LiN(CF3SO2)2), 또는 이들의 혼합물로 이루어지는 리튬염을 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬 이차 전지.The organic electrolyte according to any one of claims 3 to 5, wherein the organic electrolyte is lithium perchlorate (LiClO 4 ), lithium triplate (LiCF 3 SO 3 ), lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ), or lithium tetrafluoro. A lithium secondary battery comprising a lithium salt consisting of borate (LiBF 4 ), lithium trifluoromethanesulfonylimide (LiN (CF 3 SO 2 ) 2 ), or a mixture thereof.
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