KR100722834B1 - Preparation method of solid polymer electrolytic composite and lithium polymer cell employing solid polymer electrolytic composite - Google Patents

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KR100722834B1 KR1020050086855A KR20050086855A KR100722834B1 KR 100722834 B1 KR100722834 B1 KR 100722834B1 KR 1020050086855 A KR1020050086855 A KR 1020050086855A KR 20050086855 A KR20050086855 A KR 20050086855A KR 100722834 B1 KR100722834 B1 KR 100722834B1
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이재락
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강진영
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Abstract

본 발명은 폴리에틸렌옥사이드, 리튬염을 유기용매에 용해시켜 제조된 용액을 이용하여 필름 상으로 제조된 리튬 고분자 전지용 고체 고분자 전해질 복합재료에 있어서, 상기 용액에 중형 기공성 나노실리카를 추가로 혼합하여 제조되는 고체 고분자 전해질 복합재료, 그의 제조방법 및 이를 이용한 리튬 고분자 전지에 관한 것이다.The present invention is a solid polymer electrolyte composite material for a lithium polymer battery prepared in the form of a film using a solution prepared by dissolving polyethylene oxide and lithium salt in an organic solvent, the mixture is prepared by further mixing medium-porous nanosilica The present invention relates to a solid polymer electrolyte composite material, a manufacturing method thereof, and a lithium polymer battery using the same.

본 발명의 고체 고분자 전해질 복합재료는 충전제로서 중형 기공성 나노실리카를 사용함으로써 기계적 특성이 향상되고, 상기 중형 기공성 나노실리카가 폴리에틸렌옥사이드 고분자의 결정성 영역을 감소시켜 이온전도도를 증가시키므로 전기적 특성이 향상된다. 따라서 상기 고체 고분자 전해질 복합재료는 환경 친화적이고 폭발 및 누액의 위험이 없어 리튬 고분자 전지 사업에 유용하게 활용될 수 있다.In the solid polymer electrolyte composite material of the present invention, the mechanical properties are improved by using medium porosity nanosilica as a filler, and the electrical properties are improved because the medium porosity nanosilica decreases the crystalline region of the polyethylene oxide polymer to increase the ionic conductivity. Is improved. Therefore, the solid polymer electrolyte composite material is environmentally friendly and there is no risk of explosion and leakage, which can be usefully used in the lithium polymer battery business.

이차전지, 고분자 전해질 복합재료, 폴리에틸렌옥사이드, 충전제, 리튬염 Secondary battery, polymer electrolyte composite material, polyethylene oxide, filler, lithium salt

Description

고체 고분자 전해질 복합재료의 제조방법 및 그로 제조된 고체 고분자 전해질 복합재료를 구비한 리튬 고분자 전지{PREPARATION METHOD OF SOLID POLYMER ELECTROLYTIC COMPOSITE AND LITHIUM POLYMER CELL EMPLOYING SOLID POLYMER ELECTROLYTIC COMPOSITE}TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION A method for producing a solid polymer electrolyte composite material and a lithium polymer battery having a solid polymer electrolyte composite material manufactured thereon {PREPARATION METHOD OF SOLID POLYMER ELECTROLYTIC COMPOSITE AND LITHIUM POLYMER CELL EMPLOYING SOLID POLYMER ELECTROLYTIC COMPOSITE}

도 1은 본 발명의 중형 기공성 나노실리카(MCM-41)의 구조를 나타낸 것이고, 1 shows the structure of the medium-porous nanosilica (MCM-41) of the present invention,

도 2는 본 발명의 고체 고분자 전해질 복합재료에 있어서, MCM-41 첨가량에 따른 시차주사열량계(DSC)의 측정 결과이고, 2 is a measurement result of a differential scanning calorimeter (DSC) according to the amount of MCM-41 added in the solid polymer electrolyte composite material of the present invention,

도 3은 본 발명의 고체 고분자 전해질 복합재료에 있어서, MCM-41 첨가량에 따른 X-선 회절분석(XRD) 결과이고, 3 is an X-ray diffraction analysis (XRD) according to the amount of MCM-41 added in the solid polymer electrolyte composite material of the present invention,

도 4a는 본 발명의 비교예 1에서 제조된 고체 고분자 전해질 복합재료의 표면 사진이고, Figure 4a is a surface photograph of a solid polymer electrolyte composite material prepared in Comparative Example 1 of the present invention,

도 4b는 본 발명의 비교예 2에서 제조된 고체 고분자 전해질 복합재료의 표면 사진이고, Figure 4b is a surface photograph of the solid polymer electrolyte composite material prepared in Comparative Example 2 of the present invention,

도 4c는 본 발명의 실시예 1에서 제조된 고체 고분자 전해질 복합재료의 표면 사진이고, Figure 4c is a photograph of the surface of the solid polymer electrolyte composite material prepared in Example 1 of the present invention,

도 4d는 본 발명의 실시예 2에서 제조된 고체 고분자 전해질 복합재료의 표면 사진이고, Figure 4d is a surface photograph of the solid polymer electrolyte composite material prepared in Example 2 of the present invention,

도 4e는 본 발명의 실시예 3에서 제조된 고체 고분자 전해질 복합재료의 표면 사진이고, Figure 4e is a photograph of the surface of the solid polymer electrolyte composite material prepared in Example 3 of the present invention,

도 4f는 본 발명의 실시예 4에서 제조된 고체 고분자 전해질 복합재료의 표면 사진이고, Figure 4f is a surface photograph of the solid polymer electrolyte composite material prepared in Example 4 of the present invention,

도 5는 본 발명의 고체 고분자 전해질 복합재료에 있어서, MCM-41 첨가량에 따른 이온전도도 측정 결과이다. 5 is a result of measuring ion conductivity according to the amount of MCM-41 added in the solid polymer electrolyte composite material of the present invention.

본 발명은 고체 고분자 전해질 복합재료, 그의 제조방법 및 이를 이용한 리튬 고분자 전지에 관한 것으로, 보다 상세하게는 폴리에틸렌옥사이드에 리튬염 및 중형 기공성 나노실리카를 충전제로 혼합하여 유기용매에 용해시켜 용액을 제조하고, 상기 용액을 일 표면상에 도포한 후 건조하여 필름 상으로 제조하여, 기계적 및 전기적 특성이 향상된 고체 고분자 전해질 복합재료, 그의 제조방법 및 이를 이용한 리튬 고분자 전지에 관한 것이다.The present invention relates to a solid polymer electrolyte composite material, a method for preparing the same, and a lithium polymer battery using the same. More specifically, lithium salt and medium-sized porous nanosilica are mixed with polyethylene oxide as a filler and dissolved in an organic solvent to prepare a solution. The present invention relates to a solid polymer electrolyte composite material having improved mechanical and electrical properties, a method of preparing the same, and a lithium polymer battery using the same by coating the solution on one surface and drying the film to prepare a film.

급증하는 에너지 소비에 대응하고, 환경친화적인 소비 형태로 변화시키기 위해 대체 에너지 및 대체 전력원, 즉 전기화학적인 에너지 생산법에 초점을 두고 많은 연구들이 진행되고 있다. 전기화학 에너지의 저장 및 변환법에는 이차전지, 연료전 지, 캐패시터가 있으며, 현재 가장 우수한 방전 성능을 가지는 것으로 알려져 있는 리튬 이차전지에 관한 많은 연구가 진행되고 있다. In order to cope with the rapidly increasing energy consumption and to change to an environment-friendly form of consumption, a lot of research is being conducted focusing on alternative energy and alternative power sources, namely electrochemical energy production methods. The storage and conversion of electrochemical energy includes secondary batteries, fuel cells, and capacitors, and many studies on lithium secondary batteries, which are known to have the best discharge performance, are being conducted.

이차전지는 반도체, 디스플레이와 더불어 국내 전자정보기기산업을 이끌어 나갈 3대 핵심 전략제품으로 휴대폰, 노트북, 컴퓨터, 캠코더, MP3, PDA 등 21세기 인류의 생활과 밀접한 미래형 모바일 IT 제품들의 성능을 좌우함은 물론 전기자동차의 동력원으로 그 중요성을 더하고 있다. Rechargeable batteries are the three key strategic products that will lead the domestic electronic information equipment industry along with semiconductors and displays. They determine the performance of future mobile IT products closely related to the 21st century human life such as mobile phones, laptops, computers, camcorders, MP3s, and PDAs. Of course, the importance of electric vehicles is increasing.

그 중에서 특히 리튬 고분자 전지는 높은 에너지 밀도와 방전 전압으로 인해 가장 많이 연구되고 있으며, 현재 핸드폰 및 캠코더 등에 상용화되고 있다. 이러한 리튬 고분자 전지는 일반적으로 PEO-LiX계 전해질이 주로 사용된다. 상기 PEO-LiX계 고분자 전해질은 얇은 필름형태로 제조가능하며, 우수한 기계적 물성, 및 전극과 전해질 간의 우수한 접착력, 누액의 우려가 없는 등의 여러 가지 면에서 이점을 가지고 있다. Among them, lithium polymer batteries are the most studied due to high energy density and discharge voltage, and are currently commercialized in mobile phones and camcorders. In general, the lithium polymer battery mainly uses a PEO-LiX-based electrolyte. The PEO-LiX-based polymer electrolyte may be manufactured in a thin film form, and has advantages in various aspects, such as excellent mechanical properties, excellent adhesion between the electrode and the electrolyte, and no fear of leakage.

그러나, 수용액 또는 겔 상태의 전해질에 비하여 상온에서 상대적으로 낮은 이온전도도를 가지며, 전극과의 계면특성이 떨어지기 때문에 고에너지원으로 사용하기에는 어려움이 있다.However, it has a relatively low ionic conductivity at room temperature compared to an aqueous solution or an electrolyte in a gel state, and is difficult to use as a high energy source because its interface with the electrode is inferior.

이러한 PEO-LiX계 고분자 전해질의 문제점을 해소하고자 많은 연구자들은 고분자에 TiO2, Al2O3, SiO2, 활성 실리카 및 세라믹 파우더 등의 무기 입자 및 나노 입자를 충전제로서 첨가하여 전해질의 기계적 물성을 향상시키고자 노력하고 있다. In order to solve the problems of the PEO-LiX-based polymer electrolyte, many researchers have added inorganic particles and nanoparticles such as TiO 2 , Al 2 O 3 , SiO 2 , activated silica and ceramic powder as fillers to improve the mechanical properties of the electrolyte. I'm trying to improve.

이에, 본 발명자들은 PEO-LiX계 고분자 전해질의 문제점을 해소하기 위하여 기계적 물성뿐만 아니라 전기적 특성이 향상된 고체 고분자 전해질 복합재료를 얻고자 노력한 결과, 폴리에틸렌옥사이드에 리튬염 및 중형 기공성 나노실리카를 충전제로 혼합하여 유기용매에 용해시켜 용액을 제조하고, 상기 용액을 일 표면상에 도포하고 건조하여 필름 상으로 고체 고분자 전해질 복합재료를 제조하여, 상기 고체 고분자 전해질 복합재료가 기계적 물성이 향상되고, 중형 기공성 나노실리카가 폴리에틸렌옥사이드의 결정성 영역을 감소시켜 이온전도도가 증가되므로 전기적 특성이 향상됨을 확인함으로써, 본 발명을 완성하였다.In order to solve the problems of PEO-LiX-based polymer electrolytes, the present inventors have tried to obtain a solid polymer electrolyte composite material having improved mechanical properties as well as electrical properties. As a result, lithium salt and medium-sized porosity nanosilica are used as a filler in polyethylene oxide. The mixture was dissolved in an organic solvent to prepare a solution. The solution was applied on one surface and dried to prepare a solid polymer electrolyte composite material on a film. The solid polymer electrolyte composite material had improved mechanical properties, and medium porosity. The present invention was completed by confirming that the ionic nanosilica reduced the crystalline region of polyethylene oxide, thereby increasing the electrical properties, thereby improving the electrical properties.

본 발명의 목적은 전기적 및 기계적 물성이 향상된 PEO-LiX계 전해질 복합재료를 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide a PEO-LiX-based electrolyte composite material with improved electrical and mechanical properties.

본 발명의 다른 목적은 폴리에틸렌옥사이드에 리튬염 및 중형 기공성 나노실리카를 유기용매에 용해시켜 제조된 용액을 필름 상으로 제조하는 리튬 고분자 전지용 고체 고분자 전해질 복합재료의 제조방법을 제공하는 것이다.It is another object of the present invention to provide a method for preparing a solid polymer electrolyte composite material for a lithium polymer battery, which prepares a solution prepared by dissolving lithium salt and medium-sized porous nanosilica in an organic solvent in a film form.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 고체 고분자 전해질 복합재료를 구비한 것을 특징으로 하는 리튬 고분자 전지를 제공하는 것이다.Still another object of the present invention is to provide a lithium polymer battery comprising the solid polymer electrolyte composite material.

상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은 폴리에틸렌옥사이드, 리튬염 을 유기용매에 용해시켜 제조된 용액을 이용하여 필름 상으로 제조된 리튬 고분자 전지용 고체 고분자 전해질 복합재료에 있어서, 상기 용액에 중형 기공성 나노실리카를 추가로 혼합하여 제조되는 고체 고분자 전해질 복합재료를 제공한다.In order to achieve the above object of the present invention, the present invention is a solid polymer electrolyte composite material for a lithium polymer battery prepared in a film using a solution prepared by dissolving polyethylene oxide and lithium salt in an organic solvent, the solution It provides a solid polymer electrolyte composite material prepared by further mixing the medium-sized porous nanosilica.

상기 중형 기공성 나노실리카는 2 ∼ 30 nm의 기공크기를 가지며, 50 ∼ 500 nm의 평균 직경을 가지는 것을 특징으로 한다.The medium porosity nanosilica has a pore size of 2 to 30 nm, and has an average diameter of 50 to 500 nm.

본 발명은 폴리에틸렌옥사이드 고분자 100 중량부에 대하여, 리튬염 1 ∼ 200 중량부, 중형 기공성 나노실리카 1 ∼ 30 중량부를 유기용매에 용해시켜 용액을 제조하고, 상기 용액을 일 표면상에 도포하고, 30 ∼ 60℃에서 24 ∼ 48 시간 동안 건조하여 필름 상으로 제조되는 상기 고체 고분자 전해질 복합재료의 제조방법을 제공한다.According to the present invention, a solution is prepared by dissolving 1 to 200 parts by weight of lithium salt and 1 to 30 parts by weight of medium porosity nanosilica in an organic solvent based on 100 parts by weight of polyethylene oxide polymer, and applying the solution onto one surface. It provides a method for producing the solid polymer electrolyte composite material which is dried at 30 to 60 ℃ for 24 to 48 hours to form a film.

상기에서 리튬염은 리튬퍼클로레이트(LiClO4), 리튬트리플레이트(LiCF3SO3), 리튬헥사플루오로포스페이트(LiPF6), 리튬테트라플루오로보레이트(LiBF4) 및 리튬트리플루오로메탄설포닐이미드(LiN(CF3SO2)2)로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 하나이다.In the above lithium salts are lithium perchlorate (LiClO 4 ), lithium triplate (LiCF 3 SO 3 ), lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ), lithium tetrafluoroborate (LiBF 4 ) and lithium trifluoromethanesulfonyl Mid (LiN (CF 3 SO 2 ) 2 ) It is at least one selected from the group consisting of.

유기 용매는 에탄올, 메탄올, 이소프로필 알코올, 아세토나이트릴, 아세톤, 디메틸포름아마이드, 디메틸설폭사이드 및 N-메틸피롤리돈으로 이루어진 군에서 선택되는 단독 또는 2종 이상의 혼합형태를 사용한다.The organic solvent is used alone or in combination of two or more selected from the group consisting of ethanol, methanol, isopropyl alcohol, acetonitrile, acetone, dimethylformamide, dimethylsulfoxide and N-methylpyrrolidone.

또한, 본 발명은 상기 고체 고분자 전해질 복합재료를 구비한 리튬 고분자 전지를 제공한다.In addition, the present invention provides a lithium polymer battery having the solid polymer electrolyte composite material.

이하, 본 발명을 상세히 설명하고자 한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.

본 발명은 폴리에틸렌옥사이드, 리튬염을 유기용매에 용해시켜 제조된 용액을 이용하여 필름 상으로 제조된 리튬 고분자 전지용 고체 고분자 전해질 복합재료에 있어서, 상기 용액에 중형 기공성 나노실리카를 추가로 혼합하여 제조되는 리튬 고분자 전지용 고체 고분자 전해질 복합재료를 제공한다.The present invention is a solid polymer electrolyte composite material for a lithium polymer battery prepared in the form of a film using a solution prepared by dissolving polyethylene oxide and lithium salt in an organic solvent, the mixture is prepared by further mixing medium-porous nanosilica It provides a solid polymer electrolyte composite material for a lithium polymer battery.

상기 중형 기공성 나노실리카는 수열반응을 통하여 제조되며, 메조포러스한 구조를 가진다. 보다 바람직하게는 상기 중형 기공성 나노실리카의 기공크기는 2 ∼ 30 nm이며, 그 평균 직경은 50 ∼ 500 nm이다. 이때, 상기 기공크기 및 평균 직경의 범위 미만이면, 이온이 전달될 수 있는 통로가 너무 좁아서 이온 전도 현상이 감소하고, 반면에 기공크기 및 평균 직경의 범위를 초과하면, 이온 전달 통로가 너무 커져 이온 통로를 확보하고자 하는 충전제로서의 효과가 낮아져서 이온 전도도가 감소한다.The medium porous nanosilica is prepared through hydrothermal reaction and has a mesoporous structure. More preferably, the pore size of the medium porosity nanosilica is 2 to 30 nm, and its average diameter is 50 to 500 nm. At this time, if the pore size and the average diameter is less than the range, the passage through which the ions can be transferred is too narrow to reduce the ion conduction phenomenon, while if the pore size and the average diameter are exceeded, the ion transfer passage is too large to cause the ion The effect as a filler to secure the passage is lowered so that the ionic conductivity is reduced.

특히, 본 발명에 사용되는 중형 기공성 나노실리카는 미국 모빌(mobil)사에서 개발된 물질인 M41S계 물질 중의 하나로서, 바람직하게는 모빌 결정성 물질(mobil crystalline material-41, 이하, "MCM-41"이라 한다.)을 사용한다. 도 1은 본 발명의 중형 기공성 나노실리카(MCM-41)의 구조를 나타낸 것이고, 제조된 나노실리카의 대부분의 세공크기가 39.6Å인 메조포러스한 구조를 나타낸다. 상기 M41S 물질 은 1차원 배열과 육각형 형태의 규칙적 기공을 지니는 MCM-41, 3차원 배열과 정육면체 형태의 기공을 지니는 MCM-48, 및 라멜라 구조를 지니는 MCM-51을 포함한다. In particular, the medium-porous nanosilica used in the present invention is one of the M41S-based material, which is a material developed by Mobil, USA, and is preferably a mobil crystalline material-41 (hereinafter referred to as "MCM-"). 41 "). Figure 1 shows the structure of the medium-sized porosity nanosilica (MCM-41) of the present invention, a mesoporous structure of the pore size of most of the prepared nanosilica 39.6Å. The M41S material includes MCM-41 having regular pores in one-dimensional arrangement and hexagonal shape, MCM-48 having pores in three-dimensional arrangement and cube shape, and MCM-51 having lamellar structure.

상기 중형 기공성 나노실리카는 본 발명의 리튬 고분자 전지용 고체 고분자 전해질 복합재료의 충진제로서 사용되어, 폴리에틸렌옥사이드 고분자의 결정성 영역의 감소 및 이온전도도의 증가에 기여하여 고체 고분자 전해질 복합재료의 기계적 및 전기적 물성을 향상시킬 수 있다.The medium-porous nanosilica is used as a filler of the solid polymer electrolyte composite material for a lithium polymer battery of the present invention, thereby contributing to the reduction of the crystalline region and the increase of the ionic conductivity of the polyethylene oxide polymer, thereby increasing the mechanical and electrical properties of the solid polymer electrolyte composite material. Physical properties can be improved.

도 2는 본 발명의 고체 고분자 전해질 복합재료에 있어서, MCM-41 첨가량에 따른 시차주사열량계(DSC)의 측정 결과이고, 도 3은 X-선 회절분석(XRD) 결과를 나타낸 것으로서, MCM-41의 첨가량이 증가할수록, 고체 고분자 전해질 복합재료의 용융점 온도가 낮아지는 결과를 보이므로, 이러한 용융점의 변화는 폴리에틸렌옥사이드의 결정성 영역의 감소를 의미한다. 또한, XRD 측정결과 역시 MCM-41의 첨가량이 증가할수록 결정성 영역이 감소하는 결과를 보인다. 2 is a measurement result of differential scanning calorimetry (DSC) according to the amount of MCM-41 added in the solid polymer electrolyte composite material of the present invention, and FIG. 3 shows the results of X-ray diffraction analysis (XRD), and MCM-41. As the amount of is increased, since the melting point temperature of the solid polymer electrolyte composite material is lowered, such a change in melting point means a decrease in the crystalline region of polyethylene oxide. In addition, the XRD measurement results show that the crystalline region decreases as the amount of MCM-41 added increases.

본 발명은 폴리에틸렌옥사이드 고분자 100 중량부에 대하여, 리튬염 1 ∼ 200 중량부, 중형 기공성 나노실리카 1 ∼ 30 중량부를 유기용매에 용해시켜 용액을 제조하고, 상기 용액을 일 표면상에 도포하고, 30 ∼ 60℃에서 24 ∼ 48 시간 동안 건조하여 필름 상으로 제조되는 상기 고체 고분자 전해질 복합재료의 제조방법을 제공한다.According to the present invention, a solution is prepared by dissolving 1 to 200 parts by weight of lithium salt and 1 to 30 parts by weight of medium porosity nanosilica in an organic solvent based on 100 parts by weight of polyethylene oxide polymer, and applying the solution onto one surface. It provides a method for producing the solid polymer electrolyte composite material which is dried at 30 to 60 ℃ for 24 to 48 hours to form a film.

상기 리튬염은 리튬퍼클로레이트(LiClO4), 리튬트리플레이트(LiCF3SO3), 리튬헥사플루오로포스페이트(LiPF6), 리튬테트라플루오로보레이트(LiBF4) 및 리튬트리플루오로메탄설포닐이미드(LiN(CF3SO2)2)로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 하나이다. 더욱 바람직하게는 리튬퍼클로레이트(LiClO4)를 사용한다. 이때, 폴리에틸렌옥사이드 고분자 100 중량부에 대하여, 리튬염은 1 ∼ 200 중량부를 사용하며, 더욱 바람직하게는 1 ∼ 100 중량부, 가장 바람직하게는 1 ∼ 15 중량부를 사용한다. 상기에서 리튬염 1 중량부 미만이면, 리튬이온 농도가 너무 낮아 이온 전도도가 낮아져 바람직하지 않고, 200 중량부를 초과하면, 과다한 리튬염 사용으로 점도가 상승하여 이온전도도가 감소하고 비용상승의 문제가 발생한다.The lithium salt is lithium perchlorate (LiClO 4 ), lithium triplate (LiCF 3 SO 3 ), lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ), lithium tetrafluoroborate (LiBF 4 ) and lithium trifluoromethanesulfonylimide At least one selected from the group consisting of (LiN (CF 3 SO 2 ) 2 ). More preferably, lithium perchlorate (LiClO 4 ) is used. At this time, 1 to 200 parts by weight of the lithium salt is used with respect to 100 parts by weight of the polyethylene oxide polymer, more preferably 1 to 100 parts by weight, most preferably 1 to 15 parts by weight. If the lithium salt is less than 1 part by weight, the lithium ion concentration is too low to lower the ion conductivity, which is undesirable. If the content exceeds 200 parts by weight, the viscosity increases due to the use of excessive lithium salt, resulting in a decrease in ion conductivity and a problem of cost increase. do.

상기 중형 기공성 나노실리카는 폴리에틸렌옥사이드 고분자 100 중량부에 대하여, 1 ∼ 30 중량부를 사용하는 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 2 ∼ 10 중량부를 사용한다. 이때, 상기 중형 기공성 나노실리카가 1 중량부 미만으로 사용되면, 결정화도의 감소 효과가 적고, 30 중량부를 초과하여 사용하면, 결정화도 효과가 감소하고 재료비 상승 문제로 바람직하지 않다.It is preferable to use 1-30 weight part with respect to 100 weight part of polyethylene oxide polymers, and, as for the said medium-sized porous nanosilica, More preferably, 2-10 weight part is used. In this case, when the medium-porous nanosilica is used in less than 1 part by weight, the effect of reducing the degree of crystallinity is small, when used in excess of 30 parts by weight, the crystallinity effect is reduced and is not preferable due to the problem of material cost increase.

유기 용매는 에탄올, 메탄올, 이소프로필 알코올, 아세토나이트릴, 아세톤, 디메틸포름아마이드, 디메틸설폭사이드 및 N-메틸피롤리돈으로 이루어진 군에서 선택되는 단독 또는 2종 이상의 혼합형태를 사용할 수 있다. 이때, 본 발명의 실시예에서는 아세토나이트릴을 바람직한 유기 용매로 선택하여 실시하였다.The organic solvent may be used alone or in combination of two or more selected from the group consisting of ethanol, methanol, isopropyl alcohol, acetonitrile, acetone, dimethylformamide, dimethyl sulfoxide and N-methylpyrrolidone. At this time, in the embodiment of the present invention it was carried out by selecting acetonitrile as a preferred organic solvent.

도 4a 내지 도 4f는 본 발명의 고체 고분자 전해질 복합재료에 있어서, MCM-41 첨가량에 따른 고체 고분자 전해질 복합재료의 표면을 나타낸 사진이다. 상기 표면 결과로부터, 폴리에틸렌옥사이드 고분자에 리튬염인 LiClO4 또는 상기 LiClO4 및 MCM-41을 첨가하지 않고 제조된 고체 고분자 전해질 복합재료의 경우는 폴리에틸렌옥사이드 고분자 자체의 반 결정상(semi-crystalline)으로 인하여, 표면 상에 여러 개의 판 상이 서로 연결된 것과 같은 결정영역을 나타낸다(도 4a 도 4b). 4A to 4F are photographs showing the surface of the solid polymer electrolyte composite material according to the amount of MCM-41 added in the solid polymer electrolyte composite material of the present invention. From the surface results, the solid polymer electrolyte composite material prepared without adding LiClO 4 or LiClO 4 and MCM-41, which are lithium salts, is semi-crystalline of the polyethylene oxide polymer itself. On the surface, it shows a crystal region in which several plate phases are connected to each other ( FIGS. 4A and 4B ).

반면에, 폴리에틸렌옥사이드 고분자에 LiClO4 및 MCM-41을 첨가하되, 상기 MCM-41의 첨가량이 증가할수록, 판 상의 경계가 모호해지는 결과를 보임으로써, 폴리에틸렌옥사이드 고분자의 결정성 영역이 감소한 결과를 보이고 있다(도 4c 내지 도 4f).On the other hand, LiClO 4 and MCM-41 are added to the polyethylene oxide polymer, but as the amount of the MCM-41 is increased, the boundary between the plates is blurred, resulting in a decrease in the crystalline region of the polyethylene oxide polymer. ( FIG. 4C- 4F ).

또한, 본 발명의 중형 기공성 나노실리카(MCM-41)를 첨가함에 따라, 폴리에틸렌옥사이드 고분자의 결정성 영역이 감소한다는 상기 결과는 MCM-41의 첨가량이 증가할수록 이온전도도가 증가하는 결과로부터 확인할 수 있다(도 5).In addition, the addition of the medium porosity nanosilica (MCM-41) of the present invention, the result that the crystalline region of the polyethylene oxide polymer is reduced can be confirmed from the result that the ion conductivity increases with the addition amount of MCM-41 ( FIG. 5 ).

따라서, 본 발명은 폴리에틸렌옥사이드에 리튬염을 유기용매에 용해시켜 제조된 용액을 필름 상으로 제조하는 종래의 PEO-LiX계 전해질 복합재료에 중형 기공성 나노실리카를 충전제로 추가로 혼합하여 고체 고분자 전해질 복합재료를 제조함으로써, 폴리에틸렌옥사이드의 결정성 영역을 감소하고 이온전도도를 증가시키는 효과가 부여된다. 이로부터, 충전제 사용만으로 기계적 물성의 향상을 기대할 수 있고, 이온전도도가 증가하는 전기적 특성을 향상시킬 수 있다.Accordingly, the present invention is a solid polymer electrolyte by additionally mixing medium-porous nanosilica as a filler in a conventional PEO-LiX-based electrolyte composite material prepared by dissolving lithium salt in polyethylene oxide in an organic solvent in the form of a film. By producing the composite material, the effect of reducing the crystalline region of the polyethylene oxide and increasing the ionic conductivity is given. From this, it can be expected to improve the mechanical properties only by using the filler, it is possible to improve the electrical properties of increasing the ionic conductivity.

또한, 본 발명의 고분자 전해질 복합재료는 간단하고 용이한 공정으로 제공된다.In addition, the polymer electrolyte composite material of the present invention is provided in a simple and easy process.

본 발명은 상기 고체 고분자 전해질 복합재료를 구비한 리튬 고분자 전지를 제공한다. The present invention provides a lithium polymer battery having the solid polymer electrolyte composite material.

본 발명의 고체 고분자 전해질 복합재료가 고분자막의 물성이 강화되고, 이온전도도의 증가로 인한 전기적 특성이 향상되므로, 전자기기의 소량화, 경량화, 박형화에 기대된다. 그의 일례로 캠코더, 휴대폰과 같은 휴대용 전자기기에 유용하게 사용될 수 있을 것이다.Since the solid polymer electrolyte composite material of the present invention has enhanced physical properties of the polymer membrane and improved electrical properties due to an increase in ionic conductivity, it is expected to reduce the amount, weight, and thickness of electronic devices. For example, it may be usefully used in portable electronic devices such as camcorders and mobile phones.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명하고자 한다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples.

본 실시예는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것이며, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다. This embodiment is intended to illustrate the present invention in more detail, and the scope of the present invention is not limited to these examples.

<실시예 1><Example 1>

단계 1: 충전제 MCM-41(mobil crystalline material-41)의 제조Step 1: Preparation of the filler MCM-41 (mobil crystalline material-41)

MCM-41의 제조를 위하여, 실리카의 주재료인 콜로이달 실리카, 루독스(Ludox) H40 (유니켐 사 제품) 14.3 g과 1 M NaOH 수용액 46.9 g을 80℃(353K)에서 2 시간 동안 교반하여 소듐 실리케이트 용액을 제조하였다. To prepare MCM-41, 14.3 g of colloidal silica, Ludox H40 (manufactured by Unichem), and 46.9 g of an aqueous 1 M NaOH solution were stirred at 80 ° C. (353K) for 2 hours. The solution was prepared.

계면활성제로서 사용되는 CTMACl(cetyltrimethylammonium chloride, 알드리치 사 제품) 20 g와 28 중량%의 암모니아수 0.29 g를 실온 하에서 1 시간 동안 교반한 혼합물에 상기 제조된 소듐 실리케이트 용액을 천천히 적하하고 실온에서 1 시간 추가로 교반하여 겔(gel) 혼합물을 제조하였다. 이후, 상기 겔(gel) 혼합물을 97℃(370K)에서 24 시간 동안 가열한 후, 실온에서 냉각하고 30 중량%의 초산(acetic acid)를 사용하여 pH 10.2로 조절하였다. pH 조절 후, 97℃(370K)에서 24 시간 동안 가열하는 과정을 두 번 더 반복 실행한 후, 침전된 생성물을 여과과정과 세척과정을 거쳐 97℃(370K)에서 건조하였다. 이후, 얻어진 생성물에서 유기 템플레이트를 제거하기 위해서 공기 중에서 550℃(823K)에서 5 시간 동안 소성 과정을 거쳐 MCM-41을 제조하였다.Sodium silicate solution prepared above was slowly added dropwise to a mixture of 20 g of CTMACl (cetyltrimethylammonium chloride, Aldrich) and 0.29 g of 28 wt% aqueous ammonia solution which was used as a surfactant for 1 hour at room temperature, and further 1 hour at room temperature. The gel mixture was prepared by stirring. Thereafter, the gel mixture was heated at 97 ° C. (370 K) for 24 hours, then cooled at room temperature and adjusted to pH 10.2 using 30 wt% acetic acid. After pH adjustment, the process of heating at 97 ° C. (370 K) for 24 hours was repeated two more times, and the precipitated product was dried at 97 ° C. (370 K) through filtration and washing. Thereafter, MCM-41 was prepared by baking for 5 hours at 550 ° C. (823K) in air to remove the organic template from the obtained product.

단계 2: 고체 고분자 전해질 복합재료의 제조Step 2: Preparation of Solid Polymer Electrolyte Composite

고분자로서, 분자량 2.0 × 105의 폴리에틸렌옥사이드(알드리치 사 제품)는 50℃에서 24시간 동안 건조하여 준비하고, 리튬염인 LiClO4(알드리치 사 제품) 및 상기 단계에서 제조된 MCM-41은 130℃에서 24시간 동안 건조하여 사용하였다. 상기 폴리에틸렌옥사이드 1g, 리튬염 0.15g, 아세토나이트릴 6 ㎖를 혼합한 혼합용액에 상기 단계에서 제조된 충전제, MCM-41를 폴리에틸렌옥사이드 100 중량부에 대하여 2 중량부 첨가하여 24 시간 동안 교반한 후, 이를 유리용기에 캐스팅(casting)하여 필 름 형태로 제조하고, 40℃의 진공 오븐에서 24시간 동안 건조하여 고체 고분자 전해질 복합재료(SPE)를 제조하였다. As a polymer, polyethylene oxide (manufactured by Aldrich) having a molecular weight of 2.0 × 10 5 was prepared by drying at 50 ° C. for 24 hours, and LiClO 4 (manufactured by Aldrich), which is a lithium salt, and MCM-41 prepared in the step were 130 ° C. Dried for 24 hours and used. 2 parts by weight of the filler prepared in the above step, MCM-41, based on 100 parts by weight of polyethylene oxide was added to the mixed solution of 1 g of polyethylene oxide, 0.15 g of lithium salt, and 6 ml of acetonitrile, and stirred for 24 hours. To prepare a solid polymer electrolyte composite material (SPE), it was cast in a glass container to prepare a film, and dried in a vacuum oven at 40 ° C. for 24 hours.

<실시예 2><Example 2>

실시예 1의 단계 1에서 제조된 충전제, MCM-41를 폴리에틸렌옥사이드 100 중량부에 대하여 5 중량부를 첨가한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일하게 실시하여 고체 고분자 전해질 복합재료(SPE)를 제조하였다.A solid polymer electrolyte composite material (SPE) was prepared in the same manner as in Example 1 except that 5 parts by weight of the filler prepared in Step 1 of Example 1, MCM-41, was added based on 100 parts by weight of polyethylene oxide. Prepared.

<실시예 3><Example 3>

실시예 1의 단계 1에서 제조된 충전제, MCM-41를 폴리에틸렌옥사이드 100 중량부에 대하여 8 중량부를 첨가한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일하게 실시하여 고체 고분자 전해질 복합재료(SPE)를 제조하였다.A solid polymer electrolyte composite material (SPE) was prepared in the same manner as in Example 1 except that 8 parts by weight of the filler prepared in Step 1 of Example 1, MCM-41, was added to 100 parts by weight of polyethylene oxide. Prepared.

<실시예 4><Example 4>

실시예 1의 단계 1에서 제조된 충전제, MCM-41를 폴리에틸렌옥사이드 100 중량부에 대하여 10 중량부를 첨가한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일하게 실시하여 고체 고분자 전해질 복합재료(SPE)를 제조하였다.A solid polymer electrolyte composite material (SPE) was prepared in the same manner as in Example 1, except that 10 parts by weight of the filler prepared in Step 1 of Example 1, MCM-41, was added based on 100 parts by weight of polyethylene oxide. Prepared.

<비교예 1>Comparative Example 1

실시예 1의 단계 2의 고분자 전해질 복합재료의 제조에서, 50℃에서 24시간 동안 건조한 후 사용된 폴리에틸렌옥사이드 1 g, 아세토니트릴 6 ㎖를 혼합한 후 24시간 동안 교반한 후 이를 유리용기에 캐스팅 (casting)하여 필름 형태로 제조하여 40℃의 진공 오븐에서 24시간 동안 건조하여 고체 고분자 전해질 복합재료(SPE)를 제조하였다.In the preparation of the polymer electrolyte composite material of Step 2 of Example 1, after drying at 50 ° C. for 24 hours, 1 g of polyethylene oxide and 6 ml of acetonitrile were mixed, stirred for 24 hours, and then cast into a glass container ( casting to prepare a film form and dried for 24 hours in a vacuum oven at 40 ℃ to prepare a solid polymer electrolyte composite material (SPE).

<비교예 2>Comparative Example 2

상기 비교예 1에서 리튬염인 LiClO4 0.15 g를 130℃에서 24시간 건조한 후, 폴리에틸렌옥사이드 1 g을 아세토니트릴 6 ㎖에 첨가한 것을 제외하고는, 동일하게 실시하였다.0.15 g of LiClO 4 , which is a lithium salt in Comparative Example 1, was dried at 130 ° C. for 24 hours, except that 1 g of polyethylene oxide was added to 6 ml of acetonitrile.

<실험예 1> MCM-41의 구조 확인Experimental Example 1 Confirmation of Structure of MCM-41

상기 실시예 1의 단계 1에서 제조된 MCM-41의 구조를 살펴보기 위하여, X선 회절 분석을 수행하였다. 그 결과를 도 1에 나타내었다. In order to examine the structure of the MCM-41 prepared in Step 1 of Example 1, X-ray diffraction analysis was performed. The results are shown in FIG.

도 1에서 보는바와 같이, MCM-41의 구조는 대부분의 세공크기가 39.6Å이고, 결정면의 밀러지수(hkl)가 [100]인 메조포러스한 구조를 확인하였다. As shown in Figure 1, the structure of the MCM-41 has a mesoporous structure of the most pore size of 39.6Å, Miller index (hkl) of the crystal plane [100].

<실험예 2> 결정화도 변화 측정Experimental Example 2 Measurement of Change in Crystallinity

실시예 1 ∼ 4 및 비교예 1 ∼ 2에서 제조된 고체 고분자 전해질 복합재료(SPE)에 대하여 결정화도 변화를 관찰하였다.The change in crystallinity was observed for the solid polymer electrolyte composite materials (SPE) prepared in Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 and 2.

1. DSC 측정결과1. DSC measurement results

실시예 1 ∼ 4 및 비교예 1 ∼ 2에서 제조된 고체 고분자 전해질 복합재료(SPE)에 대하여, 상온에서 125℃까지 N2 분위기 하에서 5℃/min의 승온 속도로 설정된 시차주사열량계(DSC, Perkin Elmer DSC6)를 이용하여 고체 고분자 전해질의 용융점 변화를 측정하였다. 그 결과를 표 1 및 도 2에 기재하였다.Differential scanning calorimetry (DSC, Perkin) set at a temperature increase rate of 5 ° C./min under N 2 atmosphere from room temperature to 125 ° C. for the solid polymer electrolyte composite materials (SPE) prepared in Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 2. The melting point change of the solid polymer electrolyte was measured using Elmer DSC6). The results are shown in Table 1 and FIG.

DSC 측정결과, MCM-41의 첨가량이 증가할수록, 고체 고분자 전해질 복합재료의 용융점 온도가 낮아지는 결과를 확인하였다. 이러한 용융점의 변화는 폴리에틸렌옥사이드의 결정성 영역의 감소를 의미하는 것으로서, 상기 폴리에틸렌옥사이의 결정성 영역의 감소는 하기 수학식 1의 결정화도(χ)를 통해 확인할 수 있다.As a result of DSC measurement, as the amount of MCM-41 increased, the melting point temperature of the solid polymer electrolyte composite material was confirmed to be low. The change in the melting point means a decrease in the crystalline region of the polyethylene oxide, the decrease in the crystalline region between the polyethylene jade can be confirmed through the crystallinity (χ) of the following equation (1).

Figure 112005052003098-pat00001
Figure 112005052003098-pat00001

상기에서, 폴리에틸렌옥사이드의 △H f o와 용융점(Tm)은 각각 189 J/g 및 65℃이며, LiClO4 및 MCM-41의 첨가에 따른 △H f 는 DSC 측정을 통해 구할 수 있다. In the above, ΔH f o and melting point (T m ) of the polyethylene oxide is 189 J / g and 65 ℃, respectively, ΔH f according to the addition of LiClO 4 and MCM-41 can be obtained through DSC measurement.

2. XRD 측정결과2. XRD measurement result

실시예 1 ∼ 4 및 비교예 1 ∼ 2에서 제조된 고체 고분자 전해질 복합재료(SPE)에 대하여, X-선 회절분석(XRD)을 통해 MCM-41의 첨가에 따른 폴리에틸렌옥사이드(PEO)의 결정화도에 미치는 영향을 살펴보았다. 그 결과를 하기 표 1 및 도 3에 기재하였다.For the solid polymer electrolyte composite materials (SPE) prepared in Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 2, the degree of crystallinity of polyethylene oxide (PEO) according to the addition of MCM-41 was determined through X-ray diffraction analysis (XRD). We looked at the impact. The results are shown in Table 1 and FIG. 3.

제조된 고체 고분자 전해질 복합재료의 용융점(Tm) 및 결정화도(χ) 결과Melting Point (Tm) and Crystallinity (χ) Results of the Prepared Solid Polymer Electrolyte Composites 구 분division Si/LiSi / Li 용융점, T m (℃)Melting Point, T m (℃) 결정화도, χ(%)Crystallinity, χ (%) 비교예 2Comparative Example 2 -- 59.8259.82 43.443.4 실시예 1Example 1 0.160.16 59.32 59.32 32.932.9 실시예 2Example 2 0.400.40 58.2458.24 32.132.1 실시예 3Example 3 0.660.66 56.8256.82 26.326.3 실시예 4Example 4 0.850.85 56.9856.98 28.328.3

상기 표 1 및 도 3의 XRD 측정결과로부터, MCM-41의 첨가량이 증가할수록, 폴리에틸렌옥사이드(PEO) 고분자의 결정화도(χ) 변화는 감소함을 확인하였다. 이러한 결정화도(χ)의 변화는 MCM-41을 첨가함에 따라 세기(intensity)의 감소, 즉 결정화도의 감소를 의미한다. 이러한 결과는 메조포러스한 구조를 가진 MCM-41의 첨가가 폴리에틸렌옥사이드의 결정화도 성장에 영향을 미치는 것으로 즉, 폴리에틸렌옥사이드 고분자에 MCM-41를 첨가함에 따라 본래 MCM-41이 가지고 있던 구조의 변화는 거의 일어나지 않으나, MCM-41의 잘 배열된 SiO2 채널들 사이로 전해질이 삽입되기 때문이다. 이러한 현상은 표면 모폴로지 변화를 통해서도 관찰할 수 있었다.From the XRD measurement results of Table 1 and FIG. 3, it was confirmed that the change in crystallinity (χ) of the polyethylene oxide (PEO) polymer decreased as the amount of MCM-41 increased. This change in crystallinity (χ) means a decrease in intensity, that is, a decrease in crystallinity, as MCM-41 is added. These results suggest that the addition of MCM-41 with mesoporous structure affects the crystallinity growth of polyethylene oxide. This does not happen, because the electrolyte is inserted between the well-ordered SiO 2 channels of the MCM-41. This phenomenon could also be observed through surface morphology changes.

<실험예 3> 모폴로지 변화 측정Experimental Example 3 Measurement of Morphology Change

실시예 1 ∼ 4 및 비교예 1 ∼ 2에서 제조된 고체 고분자 전해질 복합재료(SPE)에 대하여 모폴로지의 변화를 관찰하였다.Changes in morphology were observed for the solid polymer electrolyte composite materials (SPE) prepared in Examples 1-4 and Comparative Examples 1-2.

즉, 폴리에틸렌옥사이드 고분자에 LiClO4 및 MCM-41 첨가에 따른 고분자 전해질의 표면 변화를 주사전자 현미경(SEM, Hitachi S-2400)을 이용하여 모폴로지의 변화를 관찰하였다. 그 결과를 도 4a 내지 도 4f에 나타내었다.In other words, the surface change of the polymer electrolyte according to the addition of LiClO 4 and MCM-41 to the polyethylene oxide polymer was observed by using a scanning electron microscope (SEM, Hitachi S-2400). The results are shown in Figures 4a to 4f.

도 4a는 비교예 1로서, 폴리에틸렌옥사이드 고분자에 LiClO4 및 MCM-41을 첨가하지 않고 제조된 고체 고분자 전해질 복합재료의 표면을 나타낸 것이다.Figure 4a is a comparative example 1, showing the surface of the solid polymer electrolyte composite material prepared without adding LiClO 4 and MCM-41 to the polyethylene oxide polymer.

도 4b는 비교예 2로서, 폴리에틸렌옥사이드 고분자에 LiClO4을 첨가하고, MCM-41을 첨가하지 않고, 제조된 고체 고분자 전해질 복합재료의 표면을 나타낸 것이다. 상기 도 4a 및 도 4b의 결과로부터, 반 결정상 (semi-crystalline) 고분자인 폴리에틸렌옥사이드는 결정영역의 존재로 인하여 거친 표면을 보였으며, 즉 여러 개의 판 상이 서로 연결된 것과 같은 형태가 관찰되었다.4B is a comparative example 2 showing the surface of the prepared solid polymer electrolyte composite material without adding LiClO 4 to the polyethylene oxide polymer and without adding MCM-41. From the results of FIGS. 4A and 4B, the semi-crystalline polymer polyethylene oxide showed a rough surface due to the presence of crystal regions, that is, a shape in which several plate phases were connected to each other.

반면에, 도 4c 내지 도 4f는 폴리에틸렌옥사이드 고분자에 LiClO4 및 MCM-41을 첨가하여 고체 고분자 전해질 복합재료를 제조하되, MCM-41의 첨가량 증가에 따른 고체 고분자 전해질 복합재료의 표면 변화를 나타낸 것이다.On the other hand, FIGS. 4C to 4F illustrate the change of the surface of the solid polymer electrolyte composite material by adding LiClO 4 and MCM-41 to the polyethylene oxide polymer, but increasing the amount of MCM-41. .

상기 도 4c 내지 도 4f의 주사전자 현미경의 결과로부터, 리튬염(LiClO4) 및 MCM-41을 첨가함에 따라 판 상의 경계가 모호해지는 결과를 확인하였다. 이러한 결과는 폴리에틸렌옥사이드 고분자 매트릭스에 MCM-41이 분산됨에 따라, 에틸렌옥사이드의 결정성 영역이 감소하기 때문이다. From the results of the scanning electron microscope of FIGS. 4C to 4F, it was confirmed that the boundary on the plate became ambiguous as lithium salt (LiClO 4 ) and MCM-41 were added. This result is due to the decrease in crystalline region of ethylene oxide as MCM-41 is dispersed in the polyethylene oxide polymer matrix.

<실험예 4> 전기화학적 특성 측정 Experimental Example 4 Measurement of Electrochemical Properties

실시예 1 ∼ 4 및 비교예 1 ∼ 2에서 제조된 고체 고분자 전해질 복합재료(SPE)에 대하여 전기화학적 특성를 측정하였다.Electrochemical properties of the solid polymer electrolyte composite materials (SPE) prepared in Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 and 2 were measured.

상기 실시예 1 ∼ 4 및 비교예 1 ∼ 2에서 제조된 고체 고분자 전해질 복합재료(SPE)의 이온전도도를 측정하기 위하여 교류 임피던스를 측정하였다. 임피던스 측정은 두 개의 비활성전극인 스테인레스 스틸 전극(SS)에 상기 제조된 고체 고분자 전해질 복합재료(SPE)를 샌드위치 형태로 제조하여, 10 Hz ∼ 10 kHz의 주파수 범위에서 주파수반응분석기(frequency response analyzer, FRA)가 연결된 오토랩(AUTOLAB) 30(potentiostat/galvanostat)(Eco Chemie, Netherlands)를 이용하여 측정하였다. 이때, 벌크 상의 저항(R b )은 FRA 소프트웨어를 이용하여 등가회로 분석(equivalent circuit analysis)를 통해 측정하였으며, 전도도(σ)는 하기 수학식 2에 근거하여 산출하였다.In order to measure the ionic conductivity of the solid polymer electrolyte composite materials (SPE) prepared in Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 2, AC impedance was measured. Impedance measurement is produced by sandwiching the prepared solid polymer electrolyte composite material (SPE) on two inactive electrodes, stainless steel electrodes (SS), in the frequency range of 10 Hz to 10 kHz (frequency response analyzer, FRA) was measured using AUTOLAB 30 (potentiostat / galvanostat) (Eco Chemie, Netherlands). In this case, the resistance R b of the bulk phase was measured by equivalent circuit analysis using FRA software, and the conductivity σ was calculated based on Equation 2 below.

Figure 112005052003098-pat00002
Figure 112005052003098-pat00002

상기에서, t는 고체 고분자 전해질 복합재료의 두께이고, A는 고체 고분자 전해질 복합재료의 면적이다.In the above, t is the thickness of the solid polymer electrolyte composite material, and A is the area of the solid polymer electrolyte composite material.

도 5의 결과로부터, 상기 이온전도도 측정결과를 나타낸 것으로서, MCM-41의 첨가량이 증가할수록 이온전도도가 증가한 결과를 보였다. 이러한 이온전도도의 변화는 충전제인 MCM-41가 폴리에틸렌옥사이드 세그먼트와의 결합으로 인하여, 고분자 사슬간의 결합을 감소시켜, 전반적인 고분자의 구조에 영향을 미쳐 고분자 전해질 복합재료의 결정화도가 감소하기 때문이다.From the results of FIG. 5, the ion conductivity measurement results were shown. As the amount of MCM-41 added increased, the ion conductivity increased. This change in ion conductivity is due to the fact that the filler MCM-41 is bonded to the polyethylene oxide segment, thereby reducing the bond between the polymer chains, affecting the overall structure of the polymer, thereby reducing the crystallinity of the polymer electrolyte composite material.

상기에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 As described above, the present invention

첫째, 폴리에틸렌옥사이드에 리튬염을 유기용매에 용해시켜 제조된 용액을 필름 상으로 제조하는 종래의 PEO-LiX계 전해질 복합재료에 중형 기공성 나노실리카를 충전제로 추가로 혼합하여 제조된 고체 고분자 전해질 복합재료 및 그의 제조방법을 제공하였고, First, a solid polymer electrolyte composite prepared by additionally mixing medium-porous nanosilica as a filler in a conventional PEO-LiX electrolyte composite material prepared by dissolving lithium salt in polyethylene oxide in an organic solvent in a film form. Materials and methods for their preparation,

둘째, 상기 제조방법은 간단하고 용이한 공정으로 수행되어 고체 고분자 전해질 복합재료를 제공하였고,Second, the manufacturing method was performed in a simple and easy process to provide a solid polymer electrolyte composite material,

셋째, 상기 고체 고분자 전해질 복합재료는 폴리에틸렌옥사이드의 결정성 영역을 감소하고 이온전도도를 증가시켜, 기계적 및 전기적 특성을 향상되어 종래의 PEO-LiX계 전해질 복합재료의 문제점을 해소함으로써, 환경 친화적이고 폭발 및 누액의 위험이 없어 리튬 고분자 전지 사업에 매우 유용하다.Third, the solid polymer electrolyte composite material reduces the crystalline region of polyethylene oxide and increases the ionic conductivity, thereby improving mechanical and electrical properties to solve the problems of the conventional PEO-LiX-based electrolyte composite material, environmentally friendly and explosion And there is no risk of leakage is very useful for lithium polymer battery business.

이상에서 본 발명은 기재된 실시예에 대해서만 상세히 기술되었지만, 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다. Although the present invention has been described in detail only with respect to the embodiments described, it will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations are possible within the technical spirit of the present invention, and such modifications and variations belong to the appended claims. .

Claims (7)

삭제delete 삭제delete 삭제delete 폴리에틸렌옥사이드 고분자 100 중량부에 대하여, 리튬염 1 ∼ 200 중량부, 2 ∼ 30 nm의 기공크기 및 50 ∼ 500 nm의 평균 직경을 가지는 중형 기공성 나노실리카 2 ∼ 6 중량부를 유기용매에 용해시켜 용액을 제조하고, 상기 용액을 일 표면상에 도포하고, 30 ∼ 60℃에서 24 ∼ 48 시간 동안 건조하여 필름 상으로 제조되는 것을 특징으로 하는 리튬 고분자 전지용 고체 고분자 전해질 복합재료의 제조방법.To 100 parts by weight of polyethylene oxide polymer, 1 to 200 parts by weight of lithium salt, 2 to 6 parts by weight of medium-sized porous nanosilica having a pore size of 2 to 30 nm and an average diameter of 50 to 500 nm were dissolved in an organic solvent. To prepare, and apply the solution on one surface, it is dried for 24 to 48 hours at 30 to 60 ℃ to produce a solid polymer electrolyte composite material for a lithium polymer battery, characterized in that it is produced in a film form. 제4항에 있어서, 상기 리튬염이 리튬퍼클로레이트(LiClO4), 리튬트리플레이트 (LiCF3SO3), 리튬헥사플루오로포스페이트(LiPF6), 리튬테트라플루오로보레이트 (LiBF4) 및 리튬트리플루오로메탄설포닐이미드(LiN(CF3SO2)2)로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 하나인 것을 특징으로 하는, 상기 고체 고분자 전해질 복합재료의 제조방법.The lithium salt of claim 4, wherein the lithium salt is lithium perchlorate (LiClO 4 ), lithium triflate (LiCF 3 SO 3 ), lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ), lithium tetrafluoroborate (LiBF 4 ), and lithium trifluoro A method for producing the solid polymer electrolyte composite material, characterized in that at least one selected from the group consisting of romethanesulfonylimide (LiN (CF 3 SO 2 ) 2 ). 제4항에 있어서, 상기 유기 용매가 에탄올, 메탄올, 이소프로필 알코올, 아세토나이트릴, 아세톤, 디메틸포름아마이드, 디메틸설폭사이드 및 N-메틸피롤리돈으로 이루어진 군에서 선택되는 단독 또는 2종 이상의 혼합형태인 것을 특징으로 하는, 상기 고체 고분자 전해질 복합재료의 제조방법.The method of claim 4, wherein the organic solvent is selected from the group consisting of ethanol, methanol, isopropyl alcohol, acetonitrile, acetone, dimethylformamide, dimethyl sulfoxide and N-methylpyrrolidone, or a mixture of two or more thereof. The method of producing a solid polymer electrolyte composite material, characterized in that the form. 제4항의 고체 고분자 전해질 복합재료의 제조방법에 의해 제조된 고체 고분자 전해질 복합재료를 구비한 것을 특징으로 하는 리튬 고분자 전지.A lithium polymer battery comprising a solid polymer electrolyte composite material prepared by the method for producing a solid polymer electrolyte composite material of claim 4.
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