KR101292835B1 - Cyclotriphophazene based cross linker and polymer electrolyte composition containing the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 고분자 전해질용 시클로트리포스파젠계 가교제 및 이를 함유하는 고체 고분자 전해질 조성물에 관한 것으로, 본 발명에 따른 시클로트리포스파젠계 가교제를 함유한 고체 고분자 전해질 조성물은, 낮은 온도에서도 가교제 측쇄의 에틸렌옥사이드 유닛의 결정화를 저하시킴으로써 이온전도도가 크게 향상될 뿐만 아니라, 전기화학적 및 열적 안정성이 우수하므로, 소형 리튬-폴리머 이차전지, 전력평준화용 전력저장장치 및 대용량 리튬-폴리머 이차전지의 고분자 전해질로 유용하게 사용될 수 있다.The present invention relates to a cyclotriphosphazene crosslinking agent for a polymer electrolyte and a solid polymer electrolyte composition containing the same, wherein the solid polymer electrolyte composition containing the cyclotriphosphazene crosslinking agent according to the present invention is ethylene of a crosslinker side chain even at a low temperature. By lowering the crystallization of the oxide unit, not only the ion conductivity is greatly improved, but also the electrochemical and thermal stability is excellent, so it is useful as a polymer electrolyte of a small lithium-polymer secondary battery, a power storage device for power leveling, and a large-capacity lithium-polymer secondary battery. Can be used.

Description

시클로트리포스파젠계 가교제 및 이를 함유하는 고분자 전해질 조성물{Cyclotriphophazene based cross linker and polymer electrolyte composition containing the same} Cyclotriphosphazene crosslinking agent and polymer electrolyte composition containing same {Cyclotriphophazene based cross linker and polymer electrolyte composition containing the same}

본 발명은 고분자 전해질용 시클로트리포스파젠계 가교제 및 이를 함유하는 고분자 전해질 조성물에 관한 것이다.
The present invention relates to a cyclotriphosphazene crosslinking agent for a polymer electrolyte and a polymer electrolyte composition containing the same.

종래 액체 전해질을 사용하는 전기 화학 소자는 누액 가능성과 폭발 가능성 등 안정성의 문제를 발생시키므로, 이러한 문제 해소를 위하여 고분자 전해질을 사용하는 전기 화학 소자가 개발되었다. 고분자 전해질을 이용한 전기 화학 소자로는 예컨대, 리튬-고분자 전지가 있는데, 이는 종래에 비해 안전성이 뛰어날 뿐만 아니라, 충·방전 효율이 높아서 경제적이었고, 다양한 디자인이 가능하였으며, 전해질을 박막 형태로 제조할 수 있어서 전지를 소형화시킬 수 있는 장점이 있었다.Since electrochemical devices using liquid electrolytes have problems of stability such as leakage and explosion potential, electrochemical devices using polymer electrolytes have been developed to solve such problems. Electrochemical devices using polymer electrolytes include, for example, lithium-polymer batteries, which are not only excellent in safety but also have high charging and discharging efficiency, which are economical, and various designs are possible. There was an advantage in that the battery can be miniaturized.

특히, 고분자 전해질로 가장 널리 이용되는 폴리알킬렌옥사이드(PAO)계 고체 고분자를 사용하는 경우와 고분자 내에 유기 액체전해질을 함유하는 겔형 고분자 전해질이 리튬이차 전지의 고분자 전해질로서 관심의 대상이었다. 일반적으로 고분자 전해질의 전도도를 향상시키기 위하여 저분자량의 폴리알킬렌옥사이드나 유기 용매를 가소제로 첨가하여 고분자 전해질의 전도도를 향상하려는 노력들이 진행되어 왔다. 그러나, 가소제의 함량이 증가할 경우 고분자 전해질의 물성이 크게 감소하거나 안정된 겔을 형성할 수 없는 단점을 가지고 있다.
In particular, the case of using the polyalkylene oxide (PAO) -based solid polymer which is most widely used as the polymer electrolyte and the gel polymer electrolyte containing the organic liquid electrolyte in the polymer was of interest as the polymer electrolyte of the lithium secondary battery. In general, efforts have been made to improve the conductivity of a polymer electrolyte by adding a low molecular weight polyalkylene oxide or an organic solvent as a plasticizer in order to improve the conductivity of the polymer electrolyte. However, when the content of the plasticizer is increased, the physical properties of the polymer electrolyte are greatly reduced, and stable gel can not be formed.

미국 등록특허 제4,830,939호에서는 이러한 문제점을 극복하기 위하여 화학적으로 가교가 가능한 작용기를 가지는 폴리알킬렌글리콜 화합물을 포함하고 이온전도성 액체 및 전해질 염이 혼합된 조성물로부터 UV 또는 전자빔 방사선으로 경화시켜 가교형 고분자 전해질을 제조하는 방법을 개시하고 있다.
In order to overcome this problem, U.S. Patent No. 4,830,939 includes a polyalkylene glycol compound having a chemically crosslinkable functional group and is cured by UV or electron beam radiation from a mixture of an ion conductive liquid and an electrolyte salt to form a crosslinked polymer. A method of preparing an electrolyte is disclosed.

미국 등록 특허 제 5,830,600호에서는 리튬이차전지의 열 안전성을 향상시키기 위하여 비수계 전해질 용매에 포스페이트계 난연 첨가제를 사용하는 방법이 개시되어 있다.
U.S. Patent No. 5,830,600 discloses a method of using a phosphate flame retardant additive in a non-aqueous electrolyte solvent to improve the thermal safety of a lithium secondary battery.

폴리에틸렌옥사이드(Poly(ethylene oxide), PEO)계 고체 고분자 전해질(solid polymer electrolyte, SPE)의 이온전도도가 보고된 이후로(D.E. Fenton, J.M. Parker, P.V. Wright, Polymer, 14 (1973) 589.), 고체 고분자 전해질에 관한 최근의 연구 동향은 리튬염을 위한 매트릭스로서 PEO계 고체 고분자 전해질의 사용에 관한 것이다. PEO계 고체 고분자 전해질은 고에너지 농도의 2차 리튬전지용 고체 전해질의 후보 물질로 고려되고 있다. 그러나, 아직까지 상업용 제품으로 사용되고 있지 않다. 고체 고분자 전해질의 이슈 중 하나는 상온에서 이온전도도의 향상에 관한 것이다. 그러나, PEO계 고분자의 높은 결정도는 상온에서 강직된 구조를 유도하여 이온의 이동을 억제하는 문제가 있다.
(Fenton, JM Parker, PV Wright, Polymer, 14 (1973) 589.) has been reported since the reported ion conductivity of polyethylene oxide (PEO) solid polymer electrolytes (SPE) Recent research trends on solid polymer electrolytes have involved the use of PEO-based solid polymer electrolytes as a matrix for lithium salts. The PEO-based solid polymer electrolyte is considered as a candidate for a solid electrolyte for a secondary lithium battery with a high energy concentration. However, it is not yet used as a commercial product. One of the issues with solid polymer electrolytes is the improvement of ionic conductivity at room temperature. However, the high crystallinity of PEO-based polymers has a problem of inhibiting the movement of ions by inducing a rigid structure at room temperature.

고체 고분자 전해질의 결정도를 감소시키고 이온전도도를 향상시키기 위해 다른 처리방법들이 연구되었다(K. Xu, Chem. Rev., 2004, 104, 4303). PEO의 결정도를 감소시키기 위한 한 효율적인 방법은, 폴리포스파젠, 폴리아크릴레이트 및 폴리실록산과 같은 다른 고분자 골격을 사용하여 올리고(에틸렌옥사이드) 측쇄와 그래프트된 빗살무늬 또는 망 형태의 고체 고분자 전해질을 제조하는 것이다. Other treatments have been studied to reduce the crystallinity and improve the ionic conductivity of solid polymer electrolytes (K. Xu, Chem. Rev., 2004, 104, 4303). One efficient way to reduce the crystallinity of PEO is to prepare solid polymer electrolytes in the form of oligo (ethyleneoxide) side chains and grafted comb or net using other polymer backbones such as polyphosphazenes, polyacrylates and polysiloxanes. will be.

예를 들어, 강직된 포스파젠 고리 중심부와 다분지형 올리고(에틸렌 옥사이드) 그룹은 효과적인 가소제로서 이온전도도를 향상시킨다(H.R. Allcock, R. Ravikiran, S.J.M. O'Connor, Macromolecules 30 (1997) 3184). 종래의 연구에서 알려진 바와 같이, semi-IPN(semi-inter penetrating networks) 타입으로 가교된 고체 고분자 전해질에, 가소제로서 별모양의 다분지형 올리고(에틸렌 옥사이드)를 사용함으로써 이온전도도가 현저히 향상된다(Y. Kang, J. Lee, J.-I. Lee, C. Lee, J. Power Sources 165 (2007) 92; J.-I. Lee, Y. Kang, D. Kim, C. Lee, J. Power Sources 195 (2010) 6138).
For example, rigid phosphazene ring centers and multi-branched oligo (ethylene oxide) groups enhance ionic conductivity as an effective plasticizer (HR Allcock, R. Ravikiran, SJM O'Connor, Macromolecules 30 (1997) 3184). As is known from previous studies, the ionic conductivity is significantly improved by using a star-shaped multi-branched oligo (ethylene oxide) as a plasticizer in a solid polymer electrolyte crosslinked in semi-inter penetrating networks (YIP) type (Y Kang, J. Lee, J.-I. Lee, C. Lee, J. Power Sources 165 (2007) 92; J.-I. Lee, Y. Kang, D. Kim, C. Lee, J. Power Sources 195 (2010) 6138).

이에 본 발명자들은 폴리알킬렌옥사이드계 화합물을 함유하는 고체 고분자 전해질 조성물의 결정도를 감소시켜 이온전도도를 향상시킬 수 있는 방법을 연구하던 중, 신규한 시클로트리포스파젠계 가교제 및 가소제를 포함하는 고체 고분자 전해질 조성물이 낮은 온도에서도 결정도가 낮아 이온전도도가 우수하다는 것을 발견하고 본 발명을 완성하였다.
Accordingly, while the present inventors are studying a method of improving the ionic conductivity by reducing the crystallinity of a solid polymer electrolyte composition containing a polyalkylene oxide compound, a solid polymer comprising a novel cyclotriphosphazene crosslinking agent and a plasticizer The present invention has been found to be excellent in ionic conductivity due to low crystallinity even at low temperatures.

본 발명의 목적은 신규한 시클로트리포스파젠계 가교제를 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide a novel cyclotriphosphazene crosslinking agent.

본 발명의 다른 목적은 상기 가교제를 포함하는 고체 고분자 전해질 조성물을 제공하는 것이다.
Another object of the present invention to provide a solid polymer electrolyte composition comprising the crosslinking agent.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 하기 화학식 1로 표시되는 시클로트리포스파젠계 가교제를 제공한다:In order to achieve the above object, the present invention provides a cyclotriphosphazene crosslinking agent represented by the following formula (1):

[화학식 1][Formula 1]

Figure 112011031017626-pat00001
Figure 112011031017626-pat00001

(상기 화학식 1에서,(In the formula 1,

R1

Figure 112011031017626-pat00002
이고,R 1 is
Figure 112011031017626-pat00002
ego,

n은 0~20의 정수이다).n is an integer of 0 to 20).

또한, 본 발명은 하기 반응식 1에 나타낸 바와 같이, 출발 물질인 헥사클로로시클로트리포스파젠에 R3 치환기를 알콕시화 반응시켜 화합물 4를 제조하는 단계(단계 1);In addition, the present invention provides a compound (4) by alkoxylation of the R 3 substituent on the starting material hexachlorocyclotriphosphazene as shown in Scheme 1 (step 1);

상기 단계 1에서 얻은 화합물 4를 피리디늄 p-톨루엔설포네이트로 처리하여 화합물 5를 제조하는 단계(단계 2); 및Preparing compound 5 by treating compound 4 obtained in step 1 with pyridinium p-toluenesulfonate (step 2); And

상기 단계 2에서 얻은 화합물 5를 트리에틸아민 및 메타크릴로일 클로라이드와 반응시켜 화합물 1을 제조하는 단계(단계 3)를 포함하는 상기 시클로트리포스파젠계 가교제의 제조방법을 제공한다:Compound 5 obtained in step 2 is reacted with triethylamine and methacryloyl chloride to provide compound 1 (step 3) to provide a method for preparing the cyclotriphosphazene crosslinking agent:

[반응식 1][Reaction Scheme 1]

Figure 112011031017626-pat00003
Figure 112011031017626-pat00003

(상기 반응식 1에서,(In the above Reaction Scheme 1,

R3

Figure 112011031017626-pat00004
이고,R 3 is
Figure 112011031017626-pat00004
ego,

y는 0~20의 정수이고,y is an integer from 0 to 20,

R4

Figure 112011031017626-pat00005
이고,R 4 is
Figure 112011031017626-pat00005
ego,

z는 0~20의 정수이고,z is an integer from 0 to 20,

R1은 상기 화학식 1에서 정의한 바와 같다).R 1 is as defined in Formula 1).

나아가, 본 발명은 본 발명은 상기 화학식 1로 표시되는 시클로트리포스파젠계 가교제 0.1~95 중량%;Furthermore, the present invention is 0.1 to 95% by weight of the cyclotriphosphazene crosslinking agent represented by the formula (1);

하기 화학식 2로 표시되는 가소제 및 비수용액계 극성용매 중에서 선택되는 1종 이상의 가소제 0.1~96.8 중량%;0.1 to 96.8% by weight of at least one plasticizer selected from a plasticizer and a non-aqueous polar solvent represented by Formula 2 below;

리튬염 3~40 중량%; 및3-40% by weight of lithium salt; And

경화형 개시제 0.1~5 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 고체 고분자 전해질 조성물을 제공한다:It provides a solid polymer electrolyte composition comprising 0.1 to 5% by weight of a curable initiator:

[화학식 2][Formula 2]

Figure 112011031017626-pat00006
Figure 112011031017626-pat00006

(상기 화학식 2에서,(In the formula (2)

R2

Figure 112011031017626-pat00007
이고,R 2 is
Figure 112011031017626-pat00007
ego,

m은 0~9의 정수이다).m is an integer of 0-9).

또한, 본 발명은 상기 고체 고분자 전해질 조성물이 코팅된 고체 고분자 전해질 박막을 제공한다.The present invention also provides a solid polymer electrolyte thin film coated with the solid polymer electrolyte composition.

나아가, 본 발명은 상기 고체 고분자 전해질 조성물을 포함하는 리튬-폴리머 이차전지를 제공한다.
Furthermore, the present invention provides a lithium-polymer secondary battery comprising the solid polymer electrolyte composition.

본 발명에 따른 시클로트리포스파젠계 가교제를 함유한 고체 고분자 전해질 조성물은, 낮은 온도에서도 가교제 측쇄의 에틸렌옥사이드 유닛의 결정화를 저하시킴으로써 이온전도도가 크게 향상될 뿐만 아니라, 전기화학적 및 열적 안정성이 우수하므로, 소형 리튬-폴리머 이차전지, 전력평준화용 전력저장장치 및 대용량 리튬-폴리머 이차전지의 고분자 전해질로 유용하게 사용될 수 있다.
The solid polymer electrolyte composition containing the cyclotriphosphazene crosslinking agent according to the present invention not only greatly improves the ionic conductivity by lowering the crystallization of the ethylene oxide unit of the crosslinking agent side chain even at low temperature, but also has excellent electrochemical and thermal stability. It can be usefully used as a polymer electrolyte of a small lithium-polymer secondary battery, a power storage device for power leveling, and a large capacity lithium-polymer secondary battery.

도 1은 가소제의 에틸렌옥사이드 유닛의 길이에 따른 전해질의 이온전도도를 온도 변화에 따라 나타낸 그래프이다.
도 2는 리튬염 함량에 따른 전해질의 이온전도도 변화를 나타낸 그래프이다.
1 is a graph showing the ionic conductivity of an electrolyte according to the temperature according to the length of the ethylene oxide unit of the plasticizer.
2 is a graph showing the change in ion conductivity of an electrolyte according to the lithium salt content.

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

본 발명은 하기 화학식 1로 표시되는 시클로트리포스파젠계 가교제를 제공한다.The present invention provides a cyclotriphosphazene crosslinking agent represented by the following formula (1).

Figure 112011031017626-pat00008
Figure 112011031017626-pat00008

상기 화학식 1에서,In Formula 1,

R1

Figure 112011031017626-pat00009
이고,R 1 is
Figure 112011031017626-pat00009
ego,

n은 0~20의 정수이다.
n is an integer of 0-20.

본 발명에 따른 화학식 1로 표시되는 시클로트리포스파젠계 가교제는 유기용매 사용에 의한 발화나 폭발의 열적 안정성을 개선하기 위한 경우나 화학적 및 전기화학적으로 안정성이 요구되는 경우 등의 다양한 분야에서 가교제 등으로 적용될 수 있다. 특히, 포스파젠계 화합물은 난연제로서 유용하여 휘발성 유기용매를 사용하는 겔형 전해질에 적용할 경우 리튬 전지의 안정성에 도움이 될 수 있다.
The cyclotriphosphazene crosslinking agent represented by the formula (1) according to the present invention crosslinking agents in various fields, such as to improve the thermal stability of the ignition or explosion due to the use of an organic solvent or when chemical and electrochemical stability is required Can be applied as In particular, the phosphazene-based compound may be useful as a flame retardant, which may help stability of a lithium battery when applied to a gel electrolyte using a volatile organic solvent.

또한, 본 발명은 상기 화학식 1의 시클로트리포스파젠계 가교제의 제조방법을 제공한다.In addition, the present invention provides a method for preparing a cyclotriphosphazene crosslinking agent of the formula (1).

상기 화학식 1의 가교제는 하기 반응식 1에 나타낸 바와 같이, 출발 물질인 헥사클로로시클로트리포스파젠에 R3 치환기를 알콕시화 반응시켜 화합물 4를 제조하는 단계(단계 1);As shown in Scheme 1, a crosslinking agent of Chemical Formula 1, alkoxylating an R 3 substituent to hexachlorocyclotriphosphazene, which is a starting material, is used to prepare Compound 4 (Step 1);

상기 단계 1에서 얻은 화합물 4를 피리디늄 p-톨루엔설포네이트로 처리하여 화합물 5를 제조하는 단계(단계 2); 및Preparing compound 5 by treating compound 4 obtained in step 1 with pyridinium p-toluenesulfonate (step 2); And

상기 단계 2에서 얻은 화합물 5를 트리에틸아민 및 메타크릴로일 클로라이드와 반응시켜 화합물 1을 제조하는 단계(단계 3)를 포함하는 제조방법에 의해 제조될 수 있다. Compound 5 obtained in step 2 may be prepared by a method comprising the step (step 3) of preparing compound 1 by reacting with triethylamine and methacryloyl chloride.

[반응식 1][Reaction Scheme 1]

Figure 112011031017626-pat00010
Figure 112011031017626-pat00010

상기 반응식 1에서,In the above Reaction Scheme 1,

R3

Figure 112011031017626-pat00011
이고,R 3 is
Figure 112011031017626-pat00011
ego,

y는 0~20의 정수이고,y is an integer from 0 to 20,

R4

Figure 112011031017626-pat00012
이고,R 4 is
Figure 112011031017626-pat00012
ego,

z는 0~20의 정수이고,z is an integer from 0 to 20,

R1은 상기 화학식 1에서 정의한 바와 같다.
R 1 is the same as defined in Chemical Formula 1.

나아가, 본 발명은 상기 화학식 1의 화합물을 가교제로 함유한 고체 고분자 전해질 조성물을 제공한다.Furthermore, the present invention provides a solid polymer electrolyte composition containing the compound of Formula 1 as a crosslinking agent.

본 발명에 따른 고체 고분자 전해질 조성물은 상기 화학식 1로 표시되는 시클로트리포스파젠계 가교제 0.1∼95 중량%; 하기 화학식 2로 표시되는 가소제 및 비수용액계 극성용매 중에서 선택된 1종 이상의 가소제 0.1∼96.8 중량%; 리튬염 3∼40 중량%; 및 경화형 개시제 0.1∼5 중량%를 함유하여 이루어진다.Solid polymer electrolyte composition according to the present invention is 0.1 to 95% by weight of a cyclotriphosphazene crosslinking agent represented by the formula (1); 0.1 to 96.8% by weight of at least one plasticizer selected from a plasticizer and a non-aqueous polar solvent represented by Formula 2 below; 3-40% by weight of lithium salt; And 0.1 to 5% by weight of a curing initiator.

Figure 112011031017626-pat00013
Figure 112011031017626-pat00013

상기 화학식 2에서,In Formula 2,

R2

Figure 112011031017626-pat00014
이고,R 2 is
Figure 112011031017626-pat00014
ego,

m은 0~9의 정수이다.
m is an integer of 0-9.

본 발명에 따른 고체 고분자 전해질 조성물에 있어서, 상기 화학식 1로 표시되는 시클로트리포스파젠계 가교제는 폴리알킬렌옥사이드기가 도입되어 있어서 전해질의 이온전도도 향상을 위해 도입되는 가소제와의 상용성을 향상시키며, 아크릴기가 추가로 도입되어 있어서 고분자 전해질이 3차원 망상구조를 이루게 하는 역할을 한다. In the solid polymer electrolyte composition according to the present invention, the cyclotriphosphazene crosslinking agent represented by Chemical Formula 1 improves compatibility with a plasticizer introduced to improve ion conductivity of the electrolyte because a polyalkylene oxide group is introduced. Since the acrylic group is further introduced, the polymer electrolyte plays a role of forming a three-dimensional network.

이때, 상기 가교제는 총 고분자 전해질 조성물 중에 0.1 ∼ 95 중량%, 바람직하기로는 1 ∼ 80 중량%, 더욱 바람직하기로는 3 ∼ 60 중량% 범위로 함유된다. 상기 함유량이 0.1 중량% 미만일 경우에는 그 양이 너무 미미하여 가교제로서의 효과를 얻을 수 없을 뿐만 아니라 기계적 물성이 저하되는 문제가 있으며, 95 중량%를 초과할 경우에는 이온전도도가 감소하는 문제가 있다.
At this time, the crosslinking agent is contained in the range of 0.1 to 95% by weight, preferably 1 to 80% by weight, more preferably 3 to 60% by weight in the total polymer electrolyte composition. When the content is less than 0.1% by weight, the amount is too small to obtain an effect as a crosslinking agent, and there is a problem that the mechanical properties are lowered. When the content is more than 95% by weight, the ion conductivity is reduced.

본 발명에 따른 고체 고분자 전해질 조성물에 있어서, 상기 화학식 2로 표시되는 가소제는 단독 또는 비수용액계 극성용매와 혼합하여 사용할 수 있는데, 리튬염 해리와 리튬이온 전도성을 양호하게 하여 이온전도도를 향상시키는데 도움을 주는 역할을 한다.In the solid polymer electrolyte composition according to the present invention, the plasticizer represented by Chemical Formula 2 may be used alone or in admixture with a non-aqueous polar solvent, and may help to improve ion conductivity by improving lithium salt dissociation and lithium ion conductivity. To serve.

이때, 상기 화학식 2로 표시되는 가소제는 하기의 예들과 같이 모핵으로부터 폴리에틸렌옥사이드 사슬이 가지 형태로 뻗어나가는 것을 사용할 수 있다:In this case, the plasticizer represented by Chemical Formula 2 may be one in which the polyethylene oxide chain extends in the form of a branch from the mother core as in the following examples:

Figure 112011031017626-pat00015
,
Figure 112011031017626-pat00016
,
Figure 112011031017626-pat00017
.
Figure 112011031017626-pat00015
,
Figure 112011031017626-pat00016
,
Figure 112011031017626-pat00017
.

또한, 상기 비수용액계 극성용매로는 알킬렌 카보네이트계, 알킬테트라하이드로퓨란계, 디옥시란계, 락톤계 및 아세토니트릴계 중에서 선택되는 1종 이상을 사용할 수 있다. 구체적인 예로는, 에틸렌카보네이트, 프로필렌카보네이트, 부틸렌카보네이트, 디메틸카보네이트, 테트라하이드로퓨란, 2-메틸테트라하이드로퓨란, 1,3-디옥시란, 4,4-디메틸-1,3-디옥시란, γ-부티로락톤, 아세토니트릴 등을 사용할 수 있다.As the non-aqueous polar solvent, at least one selected from alkylene carbonate, alkyl tetrahydrofuran, dioxirane, lactone and acetonitrile may be used. Specific examples thereof include ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, dimethyl carbonate, tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, 1,3-dioxirane, 4,4-dimethyl- ? -butyrolactone, acetonitrile, and the like can be used.

나아가, 상기 가소제는 총 고분자 전해질 조성물 중에 0.1∼96.8 중량%, 바람직하게는 0.1∼90 중량% 범위로 함유되는 것이 좋다. 통상적으로 고분자 전해질에 포함되는 가소제의 양은 고분자 전해질의 이온전도도와 정비례하지만, 상기 함유량이 0.1 중량% 미만일 경우에는 이온전도도 향상의 효과가 미약한 문제가 있고, 96.8 중량%를 초과할 경우에는 기계적 물성이 감소하여 박막으로 만들 수 없어서 전지 제조에 적용되기 어려운 문제가 있다. 따라서, 상기 범위를 유지할 경우 두께가 100 ㎛ 이하의 얇은 필름의 제조가 가능하다.
Furthermore, the plasticizer may be contained in the total polymer electrolyte composition in the range of 0.1 to 96.8% by weight, preferably 0.1 to 90% by weight. In general, the amount of plasticizer included in the polymer electrolyte is directly proportional to the ion conductivity of the polymer electrolyte, but when the content is less than 0.1 wt%, the effect of improving the ion conductivity is insignificant. When the content exceeds 96.8 wt%, the mechanical properties There is a problem that can not be reduced to make a thin film is difficult to apply to battery manufacturing. Therefore, when the above range is maintained, it is possible to produce a thin film having a thickness of 100 mu m or less.

본 발명에 다른 고체 고분자 전해질 조성물에 있어서, 상기 리튬염은 당 분야에서 고분자 전해질 제조에 통상적으로 사용되는 것으로 특별히 한정하지는 않는다. 종래부터 일반적으로 사용된 리튬염으로는 구체적으로, LiClO4, LiCF3SO3, LiBF4, LiPF6, LiAsF6 및 Li(CF3SO2)2N 등이 사용될 수 있다.In the solid polymer electrolyte composition according to the present invention, the lithium salt is not particularly limited to those commonly used in the art for preparing a polymer electrolyte. LiClO 4 , LiCF 3 SO 3 , LiBF 4 , LiPF 6 , LiAsF 6 , Li (CF 3 SO 2 ) 2 N and the like can be specifically used as the lithium salt generally used conventionally.

이때, 상기 리튬염은 총 고분자 전해질 조성물 중에 3∼40 중량%, 바람직하게는 5∼25 중량% 범위로 함유하나, 필요에 따라 적절한 혼합비율에 의해 그 양을 조절할 수도 있다. 상기 함유량이 3 중량% 미만이면 리튬이온의 농도가 너무 낮아 전해질로서 적합하지 않으며, 40 중량%를 초과하는 경우에는 리튬염의 용해도 문제 및 이온전도도 감소 문제가 있다.
In this case, the lithium salt is contained in the range of 3 to 40% by weight, preferably 5 to 25% by weight in the total polymer electrolyte composition, the amount may be adjusted by an appropriate mixing ratio as necessary. If the content is less than 3% by weight, the concentration of lithium ions is too low to be suitable as an electrolyte. If the content is more than 40% by weight, there is a problem of solubility of lithium salts and a decrease in ion conductivity.

본 발명에 다른 고체 고분자 전해질 조성물에 있어서, 상기 경화형 개시제는 당 분야에서 일반적으로 사용되는 광경화형, 열경화형 등의 모든 개시제가 사용될 수 있다. In the solid polymer electrolyte composition according to the present invention, the curable initiator may be any initiator such as photocurable and thermosetting which are generally used in the art.

상기 광경화형 개시제는 에틸벤조인 에테르, 이소프로필벤조인 에테르, α-메틸벤조인 에틸에테르, 벤조인페닐에테르, α-아실옥심 에스테르, α,α-디에톡시 아세토페논, 1,1-디클로로아세토페논, 2-하이드록시-2-메틸-1-페닐프로판-1-온[시바 가이기(Ciba Geigy)사의 다로큐어(Darocur) 1173], 1-하이드록시시클로헥실 페닐 케톤[시바 가이기(Ciba Geigy)사의 이가큐어(Irgacure) 184, 다로큐어 1116, 이가큐어 907], 안트라퀴논, 2-에틸 안트라퀴논, 2-클로로안트라퀴논, 티옥산톤, 이소프로필 티옥산톤, 클로로티옥산톤, 벤조페논, p-클로로벤조페논, 벤질 벤조에이트, 벤조일 벤조에이트 및 미클러 케톤 등이 사용될 수 있다. The photo-curable initiator may be selected from the group consisting of ethyl benzoin ether, isopropyl benzoin ether,? -Methyl benzoin ethyl ether, benzoin phenyl ether,? -Acyl oxime ester,?,? -Diethoxy acetophenone, Phenone, 2-hydroxy-2-methyl-1-phenylpropan-1-one [Darocur 1173 from Ciba Geigy], 1-hydroxycyclohexyl phenyl ketone [Ciba Irgacure 184, Daurocure 1116, Igacure 907 from Geigy), anthraquinone, 2-ethyl anthraquinone, 2-chloro anthraquinone, thioxanthone, isopropyl thioxanthone, chlorothioxanthone, benzo Phenone, p-chlorobenzophenone, benzyl benzoate, benzoyl benzoate, and microclerketone.

또한, 상기 열경화형 개시제는 벤조일 퍼옥시드, 디-tert-부틸 퍼옥시드, 디-tert-아밀 퍼옥시드, a-큐밀 퍼옥시네오데카노에이트, a-큐밀 퍼옥시네오펩타노에이트, t-아밀 퍼옥시네오데카노에이트, 디-(2-에틸헥시) 퍼옥시-디카보네이트, t-아밀 퍼옥시피발레이트, t-부틸 퍼옥시피발레이트, 2,5-디메틸-2,5 비스(2-에틸-헥사노일퍼옥시) 헥산, 디벤조일 퍼옥시드, t-아밀 퍼옥시-2-에틸헥사노에이트, t-부틸 퍼옥시-2-에틸헥사노에이트, 1,1-디-(t-아밀퍼옥시) 시클로헥산, 1,1-디-(t-부틸퍼옥시) 3,3,5-트리메틸 시클로헥산, 1,1-디-(t-부틸퍼옥시) 시클로헥산, t-부틸 퍼옥시아세테이트, t-부틸 퍼옥시벤조에이트, t-아밀 퍼옥시벤조에이트, t-부틸 퍼옥시벤조에이트, 에틸 3,3-디-(t-아밀퍼옥시) 부티레이트, 에틸 3,3-디-(t-부틸퍼옥시) 부티레이트, 디큐밀 퍼옥시드 등의 퍼옥시드계 개시제 또는 1,1'-아조비스(시클로헥산카보니트릴), 2,2'-아조비스(2-메틸프로피온아미딘) 디히드로클로라이드, 4,4'-아조비스(4-시아노발레르산) 등의 화합물이 사용될 수 있다.The thermosetting initiator may be at least one selected from the group consisting of benzoyl peroxide, di-tert-butyl peroxide, di-tert-amyl peroxide, a-cumyl peroxyneodecanoate, a-cumyl peroxyneopeptanoate, (2-ethylhexyl) peroxy-dicarbonate, t-amyl peroxypivalate, t-butyl peroxypivalate, 2,5-dimethyl-2,5 bis Ethyl-hexanoyl peroxy) hexane, dibenzoyl peroxide, t-amyl peroxy-2-ethylhexanoate, t-butyl peroxy-2-ethylhexanoate, 1,1- Amyl peroxy) cyclohexane, 1,1-di- (t-butylperoxy) 3,3,5-trimethylcyclohexane, 1,1-di- (t- butylperoxy) cyclohexane, Butyl peroxybenzoate, t-butyl peroxybenzoate, ethyl 3,3-di- (t-amylperoxy) butyrate, ethyl 3,3-di- (t-butylperoxy) butyrate, dicumylperoxide and the like Azo-bis (4-cyanovaleric acid), 4,4'-azobis (4-cyanovaleric acid) ) Can be used.

이때, 상기 경화형 개시제는 총 고분자 전해질 조성물 중에 0.1 ∼ 5 중량% 범위로 함유되는 바, 상기 함량이 0.1 중량% 미만일 경우에는 개시제의 효과를 얻을 수 없는 문제가 있고, 5 중량%를 초과할 경우에는 경화 후에 미반응한 경화 개시제가 전지의 성능을 저하시키는 문제가 있다. In this case, the curable initiator is contained in the total polymer electrolyte composition in the range of 0.1 to 5% by weight, and when the content is less than 0.1% by weight, there is a problem in that the effect of the initiator cannot be obtained. There is a problem that the unreacted curing initiator after curing reduces the performance of the battery.

한편, 상기 경화형 개시제는 고체 고분자 전해질 조성물에서 동시에 사용되는 다른 성분의 혼합비에 따라 적절히 조절될 수 있다.
On the other hand, the curing initiator may be appropriately adjusted according to the mixing ratio of the other components used simultaneously in the solid polymer electrolyte composition.

본 발명에 따른 상기 고체 고분자 전해질 조성물은 전해질 박막, 리튬-폴리머 이차전지의 고분자 전해질로 사용될 수 있으며, 이에 한정되지 않는다.
The solid polymer electrolyte composition according to the present invention may be used as a polymer electrolyte of an electrolyte thin film and a lithium-polymer secondary battery, but is not limited thereto.

상기 고체 고분자 전해질 조성물을 적용한 전해질 박막을 제조하는 일례의 과정을 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같으며, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.An exemplary process for preparing an electrolyte thin film using the solid polymer electrolyte composition will be described in more detail below, but the present invention is not limited thereto.

우선, 본 발명에 따른 가소제 및 리튬염을 적당한 비율로 용기에 넣고 교반기로 교반하여 용액을 제조한 후, 본 발명에 따른 시클로트리포스파젠계 가교제를 첨가하여 서로 혼합한다. 이 혼합액에 경화용 개시제를 첨가하고 교반하면 고체 고분자 전해질 제조용 조성물 혼합액이 만들어진다. 상기에서 제조된 용액을 적절한 두께로 유리판, 폴리에틸렌계 비닐 또는 상업용 마일라(Mylar) 필름 또는 전지용 전극 등의 지지체상에 코팅하여 전자선, 자외선, 감마선 등의 조사기 또는 가열조건에서 경화반응을 한다. First, the plasticizer and the lithium salt according to the present invention are placed in a container at an appropriate ratio, and stirred with a stirrer to prepare a solution, followed by addition of the cyclotriphosphazene crosslinking agent according to the present invention and mixed with each other. When a curing initiator is added to this mixed solution and stirred, a mixed solution for preparing a solid polymer electrolyte is prepared. The solution prepared above is coated on a support such as a glass plate, a polyethylene-based vinyl or a commercial Mylar film or a battery electrode to an appropriate thickness and irradiated with an electron beam, ultraviolet ray, gamma ray or the like or under a heating condition.

일정한 두께의 필름을 얻기 위한 또 다른 제조 방법으로는, 상기 지지체 상에 조성물 혼합액을 도포하고, 지지체 양 끝에 두께 조절용 스페이서(spacer)를 고정시킨 후 그 위에 다른 지지체를 덮은 후, 상기의 경화용 조사기 또는 열원을 이용하여 경화 반응시켜 고체 고분자 전해질 박막을 제조한다.
As another manufacturing method for obtaining a film having a constant thickness, a composition mixture is applied on the support, a spacer for thickness control is fixed on both ends of the support, another support is covered thereon, Or a heat source to produce a solid polymer electrolyte thin film.

또한, 본 발명에 따른 상기 고체 고분자 전해질 조성물의 또 다른 적용 예인 리튬-폴리머 이차전지의 고분자 전해질을 제조하는 일례의 과정을 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같으며 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.In addition, an example process for preparing a polymer electrolyte of a lithium-polymer secondary battery, which is another application example of the solid polymer electrolyte composition according to the present invention, will be described in more detail as follows, but the present invention is not limited thereto.

리튬-폴리머 이차전지는 양극, 전해질 및 음극으로 이루어지는데, 양극으로는 LiCoO2, LiNiO2 등의 리튬 금속 산화물이 많이 사용되며, 음극으로는 MCMB, MPCF 등의 흑연 또는 코크스 등과 같은 탄소 계열이나 리튬 금속 등을 재료로 사용하여 제조한다. 본 발명의 가교제, 가소제, 리튬염 및 경화형 개시제가 혼합된 전해질 용액을 만든 후, 이를 기재에 부어서 일정한 두께를 가지는 막을 만든다. 이 막을 일정 시간 건조하여 고분자 전해질 막을 얻을 수 있다.
Lithium-polymer secondary battery is composed of a positive electrode, an electrolyte and a negative electrode, a lithium metal oxide such as LiCoO 2 , LiNiO 2 is used as a positive electrode, carbon-based or lithium such as graphite or coke such as MCMB, MPCF It manufactures using a metal etc. as a material. The electrolytic solution containing the crosslinking agent, the plasticizer, the lithium salt and the curing initiator of the present invention is prepared, and then the electrolyte solution is poured into the substrate to form a film having a certain thickness. This film is dried for a predetermined time to obtain a polymer electrolyte membrane.

리튬-폴리머 이차전지의 제조방법은 상기 설명한 방법 이외에도 본 발명이 속하는 분야에서 통상적으로 사용되는 모든 방법으로 제조할 수 있다.
The method of manufacturing a lithium-polymer secondary battery may be prepared by any method commonly used in the field to which the present invention pertains, in addition to the method described above.

본 발명에 따른 시클로트리포스파젠계 가교제를 함유한 고체 고분자 전해질 조성물은, 낮은 온도에서도 가교제 측쇄의 에틸렌옥사이드 유닛의 결정화를 저하시킴으로써 이온전도도가 크게 향상될 뿐만 아니라, 전기화학적 및 열적 안정성이 우수하므로, 소형 리튬-폴리머 이차전지, 전력평준화용 전력저장장치 및 대용량 리튬-폴리머 이차전지의 고분자 전해질로 유용하게 사용될 수 있다.
The solid polymer electrolyte composition containing the cyclotriphosphazene crosslinking agent according to the present invention not only greatly improves the ionic conductivity by lowering the crystallization of the ethylene oxide unit of the crosslinking agent side chain even at low temperature, but also has excellent electrochemical and thermal stability. It can be usefully used as a polymer electrolyte of a small lithium-polymer secondary battery, a power storage device for power leveling, and a large capacity lithium-polymer secondary battery.

이하, 본 발명을 실시예에 의하여 상세하게 설명한다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기의 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to examples. However, the following examples are merely to illustrate the invention, but the content of the present invention is not limited by the following examples.

<< 제조예Manufacturing example 1>  1> 헥사Hexa (에틸렌글리콜)(Ethylene glycol) 모노메틸에테르Monomethyl ether (( hexahexa (ethylene (ethylene glycolglycol )) monomethylmonomethyl ether)의 제조 ether)

[반응식 3]Scheme 3

Figure 112011031017626-pat00018
Figure 112011031017626-pat00018

단계 1: 2-(2-Step 1: 2- (2- 메톡시에톡시Methoxyethoxy )에틸 톨루엔-p-설포네이트(2-(2-methoxy ethoxy)ethyl Ethyl toluene-p-sulfonate (2- (2-methoxy ethoxy) ethyl toluenetoluene -p--p- sulfonatesulfonate ) (7)의 제조Manufacture of 7

디에틸렌글리콜 모노메틸에테르(10.0 g, 0.0832 mol)를 27.5 ml의 THF에 녹인 용액을 250 ml의 3목 플라스크에 넣었다. 상기 용액을 0 ℃로 냉각한 후 교반하면서, 27.5 ml의 물에 6.75 g의 NaOH(0.169 mole)를 녹인 용액을 천천히 적하하고, 이 혼합물에 27.7 ml의 무수 THF에 20.35 g의 토실 클로라이드(0.169 mole)를 용해한 용액을 15분 동안 천천히 적하하였다. 적하가 완료된 후 혼합 용액을 상온까지 천천히 온도를 올린 후 질소 분위기에서 1시간 동안 교반하였다. 상기 용액에 375 ml의 디에틸에테르를 첨가하여 유기층을 분리한 후 분액 깔때기를 이용하여 1M NaOH 수용액으로 3번, 증류수로 2번 세척하였다. 분리된 유기층을 MgSO4로 건조한 후 진공으로 감압 건조하여 화합물 7을 무색 오일형태의 액체로 얻었다(21.82g, 95.6%).Diethylene glycol monomethyl ether (10.0 g, 0.0832 mol) in 27.5 ml of THF was dissolved in a 250 ml three-neck flask. Put in. After cooling the solution to 0 ° C. and stirring, a solution of 6.75 g of NaOH (0.169 mole) dissolved in 27.5 ml of water was slowly added dropwise and 20.35 g of tosyl chloride (0.169 mole) in 27.7 ml of anhydrous THF was added to the mixture. ) Was slowly added dropwise for 15 minutes. After the dropping was completed, the mixed solution was slowly heated to room temperature and stirred for 1 hour in a nitrogen atmosphere. 375 ml of diethyl ether was added to the solution to separate the organic layer, and then washed three times with an aqueous 1 M NaOH solution and twice with distilled water using a separatory funnel. The separated organic layer was dried over MgSO 4 and dried under reduced pressure in vacuo to give compound 7 as a colorless oil (21.82 g, 95.6%).

1H NMR (CDCl3), δ (ppm): 7.82 (d, 2H), 7.33 (d, 2H), 4.16 (t, 2H), 3.70 (t, 2H), 3.56 (t, 2H), 3.49 (t, 2H), 3.34 (s, 3H), 2.44 (s, 3H) 1 H NMR (CDCl 3 ), δ (ppm): 7.82 (d, 2H), 7.33 (d, 2H), 4.16 (t, 2H), 3.70 (t, 2H), 3.56 (t, 2H), 3.49 ( t, 2H), 3.34 (s, 3H), 2.44 (s, 3H)

13C NMR (CDCl3), δ (ppm): 144.74, 132.88, 129.75, 127.91, 71.73, 70.60, 69.16, 68.62, 58.97, 21.56
13 C NMR (CDCl 3 ), δ (ppm): 144.74, 132.88, 129.75, 127.91, 71.73, 70.60, 69.16, 68.62, 58.97, 21.56

단계 2: 2-(2-{2-[2-(Step 2: 2- (2- {2- [2- ( 테트라히드로피란Tetrahydropyran -2--2- 일옥시Sake )) 에톡시Ethoxy ]] 에톡시Ethoxy }} 에톡시Ethoxy )에탄올(2-(2-{2-[2-() Ethanol (2- (2- {2- [2- ( tetrahydropyrantetrahydropyran -2--2- yloxyyloxy )) ethoxyethoxy ]] ethoxyethoxy }} ethoxyethoxy )) ethanolethanol ) (8)의 제조Manufacture of 8

3,4-디히드로-2H-피란(12.0 g, 0.143 mol)을 100 ml의 건조된 디클로로메탄에 녹인 용액을 0 ℃로 냉각한 후 교반하면서 테트라에틸렌글리콜(41.57 g, 0.214 mol)과 p-톨루엔설폰산 모노하이드레이트(0.5488 g, 0.00286 mol)을 건조된 디클로로메탄에 녹인 용액을 천천히 적하하였다. 적하가 끝난 후 혼합 용액을 상온으로 온도를 올린 후 12시간 교반하였다. 상기 혼합 용액을 진공으로 감압 건조한 후 에틸아세테이트/헥산을 전개 용매로 사용한 컬럼 크로마토그래피로 정제하여 화합물 8을 무색 액체로 얻었다(28.0g, 70.4 %).A solution of 3,4-dihydro-2H-pyran (12.0 g, 0.143 mol) in 100 ml of dried dichloromethane was cooled to 0 ° C. and then stirred with tetraethylene glycol (41.57 g, 0.214 mol) and p- A solution of toluenesulfonic acid monohydrate (0.5488 g, 0.00286 mol) in dried dichloromethane was slowly added dropwise. After the dropwise addition, the mixed solution was raised to room temperature and stirred for 12 hours. The mixed solution was dried under reduced pressure in vacuo and purified by column chromatography using ethyl acetate / hexane as a developing solvent, to obtain compound 8 as a colorless liquid (28.0 g, 70.4%).

1H NMR (CDCl3), δ (ppm): 4.64 (t, 1H), 3.88-3.47 (m, 18H), 2.77 (b, 1H), 1.82-1.53 (m, 6H) 1 H NMR (CDCl 3 ), δ (ppm): 4.64 (t, 1H), 3.88-3.47 (m, 18H), 2.77 (b, 1H), 1.82-1.53 (m, 6H)

13C NMR(CDCl3), δ (ppm): 98.80, 72.45, 70.53, 70.49, 70.47, 70.42, 70.26, 66.52, 62.07, 61.58, 30.42, 25.31, 19.33
13 C NMR (CDCl 3 ), δ (ppm): 98.80, 72.45, 70.53, 70.49, 70.47, 70.42, 70.26, 66.52, 62.07, 61.58, 30.42, 25.31, 19.33

단계 3: 2-(Step 3: 2- ( 테트라히드로피란Tetrahydropyran -2--2- 일옥시Sake )) 헥사Hexa (에틸렌글리콜)(Ethylene glycol) 모노메틸에테Monomethyl ether 르(2-(Le (2- ( tetrahydropyrantetrahydropyran -2--2- yloxyyloxy ) ) hexahexa (( ethyleneethylene glycolglycol ) ) monomethylmonomethyl etherether ) (9)의 제조Manufacture of 9

250 ml 플라스크에 상기 단계 1에서 합성한 화합물 7(7.885 g, 0.0287 mol)과 상기 단계 2에서 합성한 화합물 8(8.35 g, 0.03 mol)을 100 ml의 THF에 녹인 후 NaOH(11.5 g, 0.287 mol)를 첨가하였다. 다음으로, 상기 혼합 용액을 100 ℃에서 24시간 동안 교반하여 주면서 환류하여 반응시켰다. 상기 혼합 용액에 50 ml의 물을 참가한 후 메틸렌클로라이드(3×250 ml)로 추출하였다. 분리된 유기층을 MgSO4로 건조한 후 진공으로 감압 건조하여 화합물 9를 무색 오일형태의 액체로 얻었다(7.93g, 72.6%).In a 250 ml flask, Compound 7 (7.885 g, 0.0287 mol) synthesized in Step 1 and Compound 8 (8.35 g, 0.03 mol) synthesized in Step 2 were dissolved in 100 ml of THF, followed by NaOH (11.5 g, 0.287 mol). ) Was added. Next, the mixed solution was reacted by refluxing with stirring at 100 ° C. for 24 hours. 50 ml of water was added to the mixed solution, followed by extraction with methylene chloride (3 × 250 ml). The separated organic layer was dried over MgSO 4 and dried under reduced pressure in vacuo to obtain compound 9 as a colorless oil (7.93 g, 72.6%).

1H NMR (CDCl3), δ (ppm): 4.64 (t, 1H), 3.88-3.47 (m, 26H), 3.38 (s, 3H), 1.82-1.53 (m, 6H) 1 H NMR (CDCl 3 ), δ (ppm): 4.64 (t, 1H), 3.88-3.47 (m, 26H), 3.38 (s, 3H), 1.82-1.53 (m, 6H)

13C NMR (CDCl3), δ (ppm): 98.80, 71.84, 70.53, 66.52, 62.07, 58.91, 30.42, 25.31, 19.33
13 C NMR (CDCl 3), δ (ppm): 98.80, 71.84, 70.53, 66.52, 62.07, 58.91, 30.42, 25.31, 19.33

단계 4: Step 4: 헥사Hexa (에틸렌글리콜)(Ethylene glycol) 모노메틸에테르Monomethyl ether (( hexahexa (ethylene (ethylene glycolglycol ) monomethyl monomethyl etherether ) (10)의 제조Manufacture of 10

상기 단계 3에서 합성한 화합물 9(7.93g,0.208mol)를 무수 에탄올 100 ml에 녹인 용액에, 피리디늄 p-톨루엔설포네이트(5.24 g, 0.0208 mol)을 무수 에탄올에 녹인 용액을 천천히 적하하였다. 상기 용액을 질소 분위기에서 3시간 동안 환류하여 반응한 후 감압 건조시켰다. 다음으로, 에틸아세테이트/메탄올을 전개 용매로 사용한 컬럼 크로마토그래피로 정제하여 화합물 10을 무색 액체로 얻었다(5.6g, 88.7%).To a solution of compound 9 (7.93 g, 0.208 mol) synthesized in step 3 in 100 ml of anhydrous ethanol, a solution of pyridinium p-toluenesulfonate (5.24 g, 0.0208 mol) in anhydrous ethanol was slowly added dropwise. The solution was reacted by refluxing under nitrogen atmosphere for 3 hours and then dried under reduced pressure. Next, ethyl acetate / methanol was purified by column chromatography using a developing solvent, to obtain compound 10 as a colorless liquid (5.6 g, 88.7%).

1H NMR(CDCl3), δ (ppm): 3.73-3.57 (m, 24H), 3.38 (s, 3H), 2.62 (b, 1H) 1 H NMR (CDCl 3 ), δ (ppm): 3.73-3.57 (m, 24H), 3.38 (s, 3H), 2.62 (b, 1H)

13C NMR(CDCl3), δ (ppm):72.32, 71.75, 70.34, 70.31, 61.49, 58.89
13 C NMR (CDCl 3 ), δ (ppm): 72.32, 71.75, 70.34, 70.31, 61.49, 58.89

<< 제조예Manufacturing example 2>  2> 옥타(에틸렌글리콜)모노메틸Octa (ethylene glycol) monomethyl 에테르( ether( octaocta (( ethyleneethylene glycolglycol ) monomethyl monomethyl etherether )의 제조Manufacturing

[반응식 4][Reaction Scheme 4]

Figure 112011031017626-pat00019
Figure 112011031017626-pat00019

단계 1: Step 1: 테트라(에틸렌글리콜)모노메틸에테르Tetra (ethylene glycol) monomethyl ether 토실레이트(tetra( Tosylate (tetra ( ethyleneethylene glycol)  glycol) monomethylmonomethyl etherether tosylatetosylate ) (12)의 제조Manufacture of 12

상기 제조예 1의 단계 1과 유사한 방법으로 테트라(에틸렌글리콜)모노메틸에테르(10.0 g, 0.048 mol)을 사용하여 화합물 12를 제조하였다(15.96 g, 91.8%).Compound 12 was prepared (15.96 g, 91.8%) using tetra (ethylene glycol) monomethyl ether (10.0 g, 0.048 mol) in a similar manner to Step 1 of Preparation Example 1.

1H NMR (CDCl3), δ (ppm): 7.79 (d, 2H), 7.33 (d, 2H), 4.16 (t, 2H), 3.70-3.56 (m, 14H), 3.38 (s, 3H), 2.45 (s, 3H) 1 H NMR (CDCl 3 ), δ (ppm): 7.79 (d, 2H), 7.33 (d, 2H), 4.16 (t, 2H), 3.70-3.56 (m, 14H), 3.38 (s, 3H), 2.45 (s, 3 H)

13C NMR (CDCl3), δ (ppm): 144.86, 132.99, 129.88, 128.01, 71.96, 70.76, 70.56, 69.32, 68.69, 59.08, 21.69
13 C NMR (CDCl 3 ), δ (ppm): 144.86, 132.99, 129.88, 128.01, 71.96, 70.76, 70.56, 69.32, 68.69, 59.08, 21.69

단계 2: 2-(Step 2: 2- ( 테트라히드로피란Tetrahydropyran -2--2- 일옥시Sake )) 옥타Octa (에틸렌글리콜)(Ethylene glycol) 모노메틸에테Monomethyl ether 르(2-(Le (2- ( tetrahydropyrantetrahydropyran -2--2- yloxyyloxy ) ) octaocta (( ethyleneethylene glycolglycol ) ) monomethylmonomethyl etherether ) (13)의 제조Manufacture of 13

상기 제조예 1의 단계 3과 유사한 방법으로, 상기 단계 1에서 제조한 화합물 12(8.0 g, 0.023 mol)와 제조예 1의 단계 2에서 제조한 화합물 8(6.0 g, 0.02 mol)을 사용하여 화합물 13을 제조하였다(7.26 g, 71.9%).In a similar manner to Step 3 of Preparation Example 1, using Compound 12 (8.0 g, 0.023 mol) prepared in Step 1 and Compound 8 (6.0 g, 0.02 mol) prepared in Step 2 of Preparation Example 1 13 was prepared (7.26 g, 71.9%).

1H NMR (CDCl3), δ (ppm): 4.64 (t, 1H), 3.88-3.51 (m, 32H), 3.38 (s, 3H), 1.82-1.53 (m, 6H) 1 H NMR (CDCl 3 ), δ (ppm): 4.64 (t, 1H), 3.88-3.51 (m, 32H), 3.38 (s, 3H), 1.82-1.53 (m, 6H)

13C NMR (CDCl3), δ (ppm): 98.88, 71.90, 70.55, 70.50, 66.61, 62.15, 58.99, 30.54, 25.41, 19.45
13 C NMR (CDCl 3 ), δ (ppm): 98.88, 71.90, 70.55, 70.50, 66.61, 62.15, 58.99, 30.54, 25.41, 19.45

단계 3: Step 3: 옥타(에틸렌글리콜)모노메틸Octa (ethylene glycol) monomethyl 에테르( ether( octaocta (( ethyleneethylene glycolglycol ) monomethyl monomethyl etherether ) (14)의 제조Manufacture of 14

상기 제조예 1의 단계 4와 유사한 방법으로, 상기 단계 2에서 얻은 화합물 13(7.0 g, 0.015 mol)을 사용하여 화합물 14를 제조하였다(5.5 g, 95.7%).In a similar manner to Step 4 of Preparation Example 1, Compound 14 was prepared using compound 13 (7.0 g, 0.015 mol) obtained in step 2 (5.5 g, 95.7%).

1H NMR (CDCl3), δ (ppm): 3.73-3.55 (m, 32H), 3.38 (s, 3H), 2.36 (b, 1H) 1 H NMR (CDCl 3 ), δ (ppm): 3.73-3.55 (m, 32H), 3.38 (s, 3H), 2.36 (b, 1H)

13CNMR (CDCl3), δ (ppm): 72.45, 71.90, 70.46, 70.17, 61.55, 59.01
13 CNMR (CDCl 3 ), δ (ppm): 72.45, 71.90, 70.46, 70.17, 61.55, 59.01

<제조예 3> 가소제 화합물(2a)의 제조(m=1, 3, 5, 7) Preparation Example 3 Preparation of Plasticizer Compound (2a) (m = 1, 3, 5, 7)

Figure 112011031017626-pat00020
Figure 112011031017626-pat00020

가소제로서 시클로트리포스파젠 유도체(2a)를 제조하기 위해서 하기의 반응식 2를 이용하였다.
Scheme 2 below was used to prepare the cyclotriphosphazene derivative (2a) as a plasticizer.

[반응식 2][Reaction Scheme 2]

Figure 112011031017626-pat00021
Figure 112011031017626-pat00021

출발물질은 Aldrich Chemical사에서 구입한 헥사클로로시클로트리포스파젠(헥산에 용해한 뒤 40 ℃, 0.05 Torr 조건에서 승화시키는 재결정법으로 정제하여 사용)을 사용하였다.As a starting material, hexachlorocyclotriphosphazene (purified by recrystallization method dissolved in hexane and sublimed at 40 ° C. and 0.05 Torr) was used.

상기 반응식 2에서, R2O-Na+

Figure 112011031017626-pat00022
로서,In Scheme 2, R 2 O - Na + is
Figure 112011031017626-pat00022
as,

m=1일 때는 디(에틸렌글리콜) 0.05 mol; 0.05 mol of di (ethylene glycol) when m = 1;

m=3일 때는 테트라(에틸렌글리콜) 0.05 mol; when m = 3, 0.05 mol of tetra (ethylene glycol);

m=5일 때는 hexa(에틸렌글리콜) 0.05 mol;0.05 m of hexa (ethylene glycol) when m = 5;

m=7일 때는 옥타(에틸렌글리콜) 0.05 mol을 NaH(1.656 g, 0.0414 mol)가 들어있는 500 ml 삼목플라스크에 각각 첨가하고 THF(70 ml)로 증류하여 얻은 용액을 NaH가 완전히 소진될 때까지 환류시킨 다음 상온으로 식혀 R2O-Na+를 제조하였다.
At m = 7, add 0.05 mol of octa (ethylene glycol) to a 500 ml cedar flask containing NaH (1.656 g, 0.0414 mol) and distill with THF (70 ml) until the NaH is completely depleted. It was refluxed and cooled to room temperature to prepare R 2 O - Na + .

다음으로, THF(70 ml)에 상기 출발물질 헥사클로로시클로트리포스파젠(2.0 g, 0.06 mol)을 용해시키고, 상기에서 얻은 R2O-Na+를 각각 첨가한 다음, 상온에서 2시간 동안 교반하였다. 그 후, 미정제된 각각의 생성물을 여과하여 분리하고 감압하에 용매를 제거한 다음 디클로로메탄에 다시 용해시키고 소량의 물로 세척하였다. 다음으로, 유기층을 무수 마그네슘 설페이트로 건조시키고, 용매를 증발시켜 각각의 미정제 생성물을 분리하였다. 마지막으로, 상기 각각의 생성물을 에틸아세테이트-메탄올(10:1)를 용리액으로 사용하는 실리카겔 컬럼을 통과시켜 정제하여 가소제 화합물 2a를 제조하였다.Next, the starting material hexachlorocyclotriphosphazene (2.0 g, 0.06 mol) was dissolved in THF (70 ml), and each of R 2 O - Na + obtained above was added thereto, followed by stirring at room temperature for 2 hours. It was. Thereafter, each of the crude products were separated by filtration, the solvent was removed under reduced pressure, dissolved in dichloromethane again and washed with a small amount of water. The organic layer was then dried over anhydrous magnesium sulfate and the solvent was evaporated to separate each crude product. Finally, each of the above products was purified by passing through a silica gel column using ethyl acetate-methanol (10: 1) as eluent to prepare plasticizer compound 2a.

m=1m = 1

1H NMR (CDCl3), δ (ppm): 4.07 (br, 2H), 3.69 (t, 2H), 3.64 (m, 2H), 3.5 (m, 2H), 3.33 (s, 3H) 1 H NMR (CDCl 3 ), δ (ppm): 4.07 (br, 2H), 3.69 (t, 2H), 3.64 (m, 2H), 3.5 (m, 2H), 3.33 (s, 3H)

13C NMR (CDCl3), δ (ppm): 71.91, 70.53, 70.11, 64.98, 59.01 13 C NMR (CDCl 3 ), δ (ppm): 71.91, 70.53, 70.11, 64.98, 59.01

31P NMR (CDCl3), δ (ppm): 18.245 (s) 31 P NMR (CDCl 3 ), δ (ppm): 18.245 (s)

m=3m = 3

1H NMR (CDCl3), δ (ppm): 4.04 (br, 2H), 3.65 (t, 12H), 3.56 (m, 2H), 3.38 (s, 3H) 1 H NMR (CDCl 3 ), δ (ppm): 4.04 (br, 2H), 3.65 (t, 12H), 3.56 (m, 2H), 3.38 (s, 3H)

13C NMR (CDCl3), δ (ppm): 71.91, 70.59, 70.08, 64.97, 59.03 13 C NMR (CDCl 3 ), δ (ppm): 71.91, 70.59, 70.08, 64.97, 59.03

31P NMR (CDCl3), δ (ppm): 18.197 (s) 31 P NMR (CDCl 3 ), δ (ppm): 18.197 (s)

m=5m = 5

1H NMR (CDCl3), δ (ppm): 3.73-3.55 (m, 24H), 3.38 (s, 3H) 1 H NMR (CDCl 3 ), δ (ppm): 3.73-3.55 (m, 24H), 3.38 (s, 3H)

13C NMR (CDCl3), δ (ppm): 72.47, 71.90, 70.49, 70.47, 61.66, 59.04 13 C NMR (CDCl 3 ), δ (ppm): 72.47, 71.90, 70.49, 70.47, 61.66, 59.04

31P NMR (CDCl3), δ (ppm): 21.965 (s) 31 P NMR (CDCl 3 ), δ (ppm): 21.965 (s)

m=7m = 7

1H NMR (CDCl3), δ (ppm): 3.73-3.55 (m, 24H), 3.38 (s, 3H) 1 H NMR (CDCl 3 ), δ (ppm): 3.73-3.55 (m, 24H), 3.38 (s, 3H)

13C NMR (CDCl3), δ (ppm): 72.47, 71.90, 70.49, 70.47, 61.66, 59.04 13 C NMR (CDCl 3 ), δ (ppm): 72.47, 71.90, 70.49, 70.47, 61.66, 59.04

31P NMR (CDCl3), δ (ppm): 21.965 (s)
31 P NMR (CDCl 3 ), δ (ppm): 21.965 (s)

<< 실시예Example 1>  1> 가교제로서As a crosslinking agent 시클로트리포스파젠Cyclotriphosphazene (( CyclotriphosphazeneCyclotriphosphazene ) 유도체(1 a, n=1)의 제조) Preparation of Derivatives (1 a, n = 1)

Figure 112011031017626-pat00023
Figure 112011031017626-pat00023

가교제로서 시클로트리포스파젠 유도체(1a, n=1)를 제조하기 위해서 하기의 반응식 1을 이용하였다.Scheme 1 below was used to prepare a cyclotriphosphazene derivative (1a, n = 1) as a crosslinking agent.

[반응식 1][Reaction Scheme 1]

Figure 112011031017626-pat00024
Figure 112011031017626-pat00024

준비 단계: Preparation step: RR 33 OO -- NaNa ++ 의 제조Manufacturing

상기 반응식 1에서, R3O-Na+는 본 발명의 일실시예로서

Figure 112011031017626-pat00025
이다. 이를 제조하기 위해서, 먼저 하기의 2-[2-(테트라히드로피란-2-일옥시)에톡시]에탄올을 제조하였다.In Scheme 1, R 3 O - Na + is an embodiment of the present invention
Figure 112011031017626-pat00025
to be. In order to prepare this, the following 2- [2- (tetrahydropyran-2-yloxy) ethoxy] ethanol was prepared.

Figure 112011031017626-pat00026
Figure 112011031017626-pat00026

구체적으로, 3,4-디히드로-2H-피란(8.41 g, 0.1 mol)을 100 ml의 건조된 디클로로메탄에 녹인 용액을 0 ℃로 냉각한 후 교반하면서 디(에틸렌글리콜)(15.92 g, 0.15 mol)과 p-톨루엔설폰산 모노하이드레이트(2.51 g, 0.01 mol)를 건조된 디클로로메탄에 녹인 용액을 천천히 적하하였다. 적하가 끝난 후 혼합 용액을 상온으로 온도를 올린 후 12시간 교반한 다음, 진공으로 감압 건조한 후 에틸아세테이트/헥산을 전개 용매로 사용한 컬럼 크로마토그래피로 정제하여 2-[2-(테트라히드로피란-2-일옥시)에톡시]에탄올을 무색 액체로 얻었다(10.0 g, 55 %).Specifically, a solution of 3,4-dihydro-2H-pyran (8.41 g, 0.1 mol) in 100 ml of dried dichloromethane was cooled to 0 ° C. and then stirred with di (ethylene glycol) (15.92 g, 0.15 mol) and p-toluenesulfonic acid monohydrate (2.51 g, 0.01 mol) dissolved in dried dichloromethane were slowly added dropwise. After dropping, the mixed solution was heated to room temperature, stirred for 12 hours, dried under reduced pressure in vacuo, and purified by column chromatography using ethyl acetate / hexane as a developing solvent, 2- [2- (tetrahydropyran-2). -Yloxy) ethoxy] ethanol was obtained as a colorless liquid (10.0 g, 55%).

1H NMR (CDCl3), δ (ppm): 4.64 (t, 1H), 3.88-3.62 (m, 10H), 2.74 (b, 1H), 1.85-1.53 (m, 6H) 1 H NMR (CDCl 3 ), δ (ppm): 4.64 (t, 1H), 3.88-3.62 (m, 10H), 2.74 (b, 1H), 1.85-1.53 (m, 6H)

13CNMR (CDCl3), δ (ppm): 98.80, 72.33, 70.36, 66.68, 62.16, 61.53, 30.36, 25.19, 19.31
13 CNMR (CDCl 3 ), δ (ppm): 98.80, 72.33, 70.36, 66.68, 62.16, 61.53, 30.36, 25.19, 19.31

다음으로, 상기에서 제조한 2-[2-(테트라히드로피란-2-일옥시)에톡시]에탄올(5.91 g, 0.031 mol)을 NaH(1.036 g, 0.0259 mol)가 분산된 미네랄 오일에 첨가한 것을 제외하고는 제조예 3과 동일한 방법으로 수행하여, R3O-Na+를 제조하였다.
Next, 2- [2- (tetrahydropyran-2-yloxy) ethoxy] ethanol (5.91 g, 0.031 mol) prepared above was added to the mineral oil in which NaH (1.036 g, 0.0259 mol) was dispersed. Except that was carried out in the same manner as in Preparation Example 3, to prepare a R 3 O - Na + .

단계 1: 헥사키스(Step 1: Hexakeys ( 테트라히드로피란Tetrahydropyran -2--2- 일옥시Sake )에톡시에톡시 시클로트리포스파젠(hexakis(Ethoxyethoxy cyclotriphosphazene (hexakis ( tetrahydropyrantetrahydropyran -2--2- yloxyyloxy )ethoxyethoxy ethoxyethoxy cyclotriphosphazenecyclotriphosphazene ) (4)의 제조Manufacture of (4)

상기 준비 단계에서 얻은 R3O-Na+ 및 헥사클로로시클로트리포스파젠(1.0 g, 0.00288 mol)을 사용한 것을 제외하고는 제조예 3과 동일한 방법으로 수행하여, 화합물 4를 얻었다(2.12 g, 58.1%).Compound 4 was obtained by the same method as Preparation Example 3, except that R 3 O - Na + and hexachlorocyclotriphosphazene (1.0 g, 0.00288 mol) obtained in the preparation step were used (2.12 g, 58.1 %).

1H NMR (CDCl3), δ (ppm): 4.62 (t, 1H), 4.07 (t, 2H), 3.86-3.67 (m, 8H), 1.85-1.53 (m, 6H) 1 H NMR (CDCl 3 ), δ (ppm): 4.62 (t, 1H), 4.07 (t, 2H), 3.86-3.67 (m, 8H), 1.85-1.53 (m, 6H)

13C NMR (CDCl3), δ (ppm): 98.80, 70.36, 69.57, 66.68, 64.57, 61.53, 30.36, 25.19, 19.31 13 C NMR (CDCl 3 ), δ (ppm): 98.80, 70.36, 69.57, 66.68, 64.57, 61.53, 30.36, 25.19, 19.31

31PNMR (CDCl3), δ (ppm): 18.324 (s)
31 PNMR (CDCl 3 ), δ (ppm): 18.324 (s)

단계 2: Step 2: 헥사키스Hexakis (( 에톡시에탄올Ethoxyethanol )) 시클로트리포스파젠Cyclotriphosphazene (( hexakishexakis (ethoxy ethanol)cyclotriphosphazene) (5)의 제조(ethoxy ethanol) cyclotriphosphazene) (5)

상기 단계 1에서 얻은 화합물 4(7.93 g, 0.208 mol)를 무수 에탄올 100 ml에 녹인 용액에, 피리디늄 p-톨루엔설포네이트(5.24 g, 0.0208 mol)를 무수 에탄올에 녹인 용액을 천천히 적하하였다. 상기 혼합 용액을 질소 분위기에서 3시간 동안 환류하여 반응한 후 감압 건조시켰다. 다음으로, 에틸아세테이트/메탄올을 전개 용매로 사용한 실리카 컬럼 크로마토그래피로 정제하여 무색 액체로 화합물 5를 얻었다(5.6g, 88.7%).To a solution of compound 4 (7.93 g, 0.208 mol) obtained in step 1 in 100 ml of anhydrous ethanol, a solution of pyridinium p-toluenesulfonate (5.24 g, 0.0208 mol) in anhydrous ethanol was slowly added dropwise. The mixed solution was reacted under reflux for 3 hours in a nitrogen atmosphere, and then dried under reduced pressure. Next, the result was purified by silica column chromatography using ethyl acetate / methanol as the developing solvent, to obtain compound 5 as a colorless liquid (5.6 g, 88.7%).

1H NMR (CDCl3), δ (ppm): 1HNMR: 4.13 (t, 2H), 3.71 (t, 4H), 3.60 (d, 2H), 2.89 (b, 1H) 1 H NMR (CDCl 3 ), δ (ppm): 1 HNMR: 4.13 (t, 2H), 3.71 (t, 4H), 3.60 (d, 2H), 2.89 (b, 1H)

13C NMR (CDCl3), δ (ppm): 72.32, 71.75, 70.34, 61.49 13 C NMR (CDCl 3 ), δ (ppm): 72.32, 71.75, 70.34, 61.49

31P NMR (CDCl3), δ (ppm): 18.251 (s)
31 P NMR (CDCl 3 ), δ (ppm): 18.251 (s)

단계 3: 가소제로서 Step 3: As a plasticizer 시클로트리포스파젠Cyclotriphosphazene 유도체(1a, n=1)의 제조 Preparation of Derivatives (1a, n = 1)

250 ml 플라스크에 상기 단계 2에서 얻은 화합물 5(0.9 g, 0.00118 mol)를 100 ml의 THF에 녹인 용액과 트리에틸아민(3 ml)을 혼합한 후, 메타크릴로일 클로라이드(2.22 g, 0.0212 mol)를 천천히 적하하였다. 상기 혼합물을 30 ℃, 질소 분위기하에서 48시간 동안 교반한 후 침전물을 분리해 내고 유기층을 진공 감압하여 건조시켰다. 상기에서 얻어진 반응 혼합물을 디클로로메탄/메탄올을 전개 용매로 사용한 실리카 컬럼 크로마토그래피로 정제하여 화합물 1a(n=1)를 무색 액체로 얻었다(0.97g, 70.3%).In a 250 ml flask, a solution of compound 5 (0.9 g, 0.00118 mol) obtained in step 2 was dissolved in 100 ml of THF and triethylamine (3 ml), followed by methacryloyl chloride (2.22 g, 0.0212 mol). ) Was slowly added dropwise. The mixture was stirred at 30 ° C. under a nitrogen atmosphere for 48 hours, after which the precipitate was separated and the organic layer was dried under reduced pressure in vacuo. The reaction mixture obtained above was purified by silica column chromatography using dichloromethane / methanol as the developing solvent, to obtain compound 1a (n = 1) as a colorless liquid (0.97 g, 70.3%).

1H NMR (CDCl3), δ (ppm): 6.12 (s, 1H), 5.57 (s, 1H), 4.27 (t, 2H), 4.07 (t, 2H), 3.73 (t, 4H), 1.94 (s, 3H) 1 H NMR (CDCl 3 ), δ (ppm): 6.12 (s, 1H), 5.57 (s, 1H), 4.27 (t, 2H), 4.07 (t, 2H), 3.73 (t, 4H), 1.94 ( s, 3 H)

13C NMR (CDCl3), δ (ppm): 167.10, 135.92, 125.65, 69.84, 68.95, 64.88, 63.66, 18.14 13 C NMR (CDCl 3 ), δ (ppm): 167.10, 135.92, 125.65, 69.84, 68.95, 64.88, 63.66, 18.14

31P NMR (CDCl3), δ (ppm): 18.26 (s)
31 P NMR (CDCl 3 ), δ (ppm): 18.26 (s)

<< 실시예Example 2> 고체 고분자 전해질 조성물의 제조 2> Preparation of Solid Polymer Electrolyte Composition

가교제: 실시예 1에서 제조한 화합물 1a(n=1);Crosslinking agent: compound 1a prepared in Example 1 (n = 1);

가소제: 제조예 3에서 제조한 화합물 2a(m=1,3,5,7);Plasticizer: compound 2a prepared in Preparation Example 3 (m = 1,3,5,7);

경화형 개시제: t-아밀 퍼옥시벤조에이트(APO); 및Curable initiators: t-amyl peroxybenzoate (APO); And

리튬염: LiCF3SO3를 실험예 1의 표 1, 표 2 및 표 3에 나타낸 함량으로 혼합하여 균일한 혼합물이 될 때까지 상온에서 1시간 동안 교반하여 고체 고분자 전해질 조성물을 제조하였다.
Lithium salt: LiCF 3 SO 3 was mixed to the content shown in Table 1, Table 2 and Table 3 of Experimental Example 1 was stirred for 1 hour at room temperature until a uniform mixture to prepare a solid polymer electrolyte composition.

<< 실험예Experimental Example 1> 이온전도도 평가 1> Ion Conductivity Evaluation

실시예 2에서 제조한 고체 고분자 전해질 조성물에서, 가소제의 에틸렌옥사이드 유닛의 길이에 따른 전해질의 이온전도도, 리튬염 함량에 따른 전해질의 이온전도도 및 가소제 함량에 따른 전해질의 이온전도도를 측정하였다.In the solid polymer electrolyte composition prepared in Example 2, the ion conductivity of the electrolyte according to the length of the ethylene oxide unit of the plasticizer, the ion conductivity of the electrolyte according to the lithium salt content and the ion conductivity of the electrolyte according to the plasticizer content were measured.

구체적으로, 상기 고분자 전해질 조성물을 밴드형 전도성 유리 기판 또는 리튬-구리 호일에 주입한 후, 열경화하여 중합시키고, 충분히 건조시킨 뒤, 아르곤 분위기 하에서 밴드형 또는 샌드위치형의 전극간의 AC 임피던스를 측정하고, 측정치를 주파수 응답 분석기로 분석하여 복소 임피던스를 해석하는 방법으로 구하였다. 밴드형의 전극은 폭 약 1 mm의 마스킹 테이프를 2 ㎝ 정도의 간격으로 전도성유리(ITO) 중앙에 부착하고 에칭 용액에 넣어 에칭시킨 다음 세척, 건조하여 사용하였다.
Specifically, the polymer electrolyte composition is injected into a band-shaped conductive glass substrate or a lithium-copper foil, thermally cured, polymerized, sufficiently dried, and then measured AC impedance between the band-type or sandwich-type electrodes under an argon atmosphere. , The measured values were analyzed by the frequency response analyzer to obtain the complex impedance analysis method. The band-type electrode was used by attaching a masking tape having a width of about 1 mm to the center of the conductive glass (ITO) at intervals of about 2 cm, placing it in an etching solution, and then etching and washing.

가소제의 에틸렌옥사이드 유닛의 길이에 따른 전해질의 이온전도도 측정 결과를 하기 표 1 및 도 1에 나타내었고,The ion conductivity measurement results of the electrolyte according to the length of the ethylene oxide unit of the plasticizer are shown in Table 1 and FIG. 1,

리튬염 함량에 따른 전해질의 이온전도도 측정 결과를 하기 표 2 및 도 2에 나타내었고,The ion conductivity measurement results of the electrolyte according to the lithium salt content are shown in Table 2 and FIG. 2.

가소제 함량에 따른 전해질의 이온전도도 측정 결과를 하기 표 3에 나타내었다.
The ion conductivity measurement results of the electrolyte according to the plasticizer content are shown in Table 3 below.

가교제(g)
Crosslinking agent (g)
가소제(g)Plasticizer (g) 리튬염
LiCF3SO3(g)
Lithium salt
LiCF 3 SO 3 (g)
경화형 개시제
APO(g)
Curable initiator
APO (g)
이온전도도
(S/㎝, σ×10-4)
Ion conductivity
(S / cm,? 10 -4 )
실시예1Example 1 0.30.3 제조예3
(m=1)
Preparation Example 3
(m = 1)
0.70.7 0.1350.135 0.0230.023 0.2340.234
실시예1Example 1 0.30.3 제조예3
(m=3)
Preparation Example 3
(m = 3)
0.70.7 0.1350.135 0.0230.023 0.5830.583
실시예1
Example 1
0.30.3 제조예3
(m=5)
Preparation Example 3
(m = 5)
0.70.7 0.1350.135 0.0230.023 1.051.05
실시예1~Example 1 0.30.3 제조예3
(m=7)
Preparation Example 3
(m = 7)
0.70.7 0.1350.135 0.0230.023 1.841.84

가교제(g)
Crosslinking agent (g)
가소제(g)Plasticizer (g) 리튬염
LiCF3SO3(g)
Lithium salt
LiCF 3 SO 3 (g)
경화형 개시제
APO(g)
Curable initiator
APO (g)
이온전도도
(S/㎝, σ×10-4)
Ion conductivity
(S / cm,? 10 -4 )
실시예1Example 1 0.30.3 제조예3
(m=5)
Preparation Example 3
(m = 5)
0.70.7 0.2540.254 0.0230.023 0.8860.886
실시예1Example 1 0.30.3 제조예3
(m=5)
Preparation Example 3
(m = 5)
0.70.7 0.1700.170 0.0230.023 1.051.05
실시예1
Example 1
0.30.3 제조예3
(m=5)
Preparation Example 3
(m = 5)
0.70.7 0.1270.127 0.0230.023 3.153.15
실시예1~Example 1 0.30.3 제조예3
(m=5)
Preparation Example 3
(m = 5)
0.70.7 0.1020.102 0.0230.023 2.112.11

가교제(g)
Crosslinking agent (g)
가소제(g)Plasticizer (g) 리튬염
LiCF3SO3(g)
Lithium salt
LiCF 3 SO 3 (g)
경화형 개시제
APO(g)
Curable initiator
APO (g)
이온전도도
(S/㎝, σ×10-4)
Ion conductivity
(S / cm,? 10 -4 )
실시예1Example 1 0.40.4 제조예3
(m=5)
Preparation Example 3
(m = 5)
0.60.6 0.1610.161 0.0230.023 0.7250.725
실시예1Example 1 0.30.3 제조예3
(m=5)
Preparation Example 3
(m = 5)
0.70.7 0.1610.161 0.0230.023 1.051.05
실시예1
Example 1
0.20.2 제조예3
(m=5)
Preparation Example 3
(m = 5)
0.80.8 0.1610.161 0.0230.023 2.552.55

도 1은 가소제의 에틸렌옥사이드 유닛의 길이에 따른 전해질의 이온전도도를 온도 변화에 따라 나타낸 그래프이다.1 is a graph showing the ionic conductivity of an electrolyte according to the temperature according to the length of the ethylene oxide unit of the plasticizer.

도 2는 리튬염 함량에 따른 전해질의 이온전도도 변화를 나타낸 그래프이다. 이때, 도 2의 X축에 나타낸 [EO]/[Li+]에서, [EO]는 전해질 내에 존재하는 에틸렌옥사이드 유닛 수이고, [Li+]는 리튬이온 수이다. 즉, [EO]/[Li+] 값이 증가할수록 리튬염의 함량이 감소하는 것을 의미한다.
2 is a graph showing the change in ion conductivity of an electrolyte according to the lithium salt content. At this time, in [EO] / [Li + ] shown on the X-axis of FIG. 2, [EO] is the number of ethylene oxide units present in the electrolyte, and [Li + ] is lithium-ion water. That is, as the value of [EO] / [Li + ] increases, the content of lithium salt decreases.

상기 표 1 및 도 1에 나타낸 바와 같이, 가소제의 에틸렌옥사이드 유닛 길이가 길어질수록 이온전도도가 증가하는 것을 확인할 수 있었다. 가소제의 에틸렌옥사이드 유닛 길이가 가장 긴 제조예 3(m=7)의 화합물을 사용했을 경우 이온전도도가 1.84 S/㎝, σ×10-4로 가장 높게 나타나는 것을 확인할 수 있었다.
As shown in Table 1 and Figure 1, the longer the ethylene oxide unit length of the plasticizer was confirmed that the ion conductivity increases. When the compound of the manufacture example 3 (m = 7) with the longest ethylene oxide unit length of a plasticizer was used, it was confirmed that ionic conductivity is the highest as 1.84 S / cm and (sigma) x10 <-4> .

또한, 상기 표 2 및 도 2에 나타낸 바와 같이, 리튬염의 함량 변화에 따라 이온전도도가 변화하는 것을 확인할 수 있었고, 리튬염 0.127 g을 사용하였을 때 가장 높은 이온전도도를 나타내는 것을 알 수 있었다.
In addition, as shown in Table 2 and Figure 2, it was confirmed that the ionic conductivity is changed according to the change in the content of the lithium salt, it can be seen that the highest ionic conductivity when using the lithium salt 0.127 g.

나아가, 상기 표 3에 나타낸 바와 같이, 가소제의 함량이 증가할수록 이온전도도가 증가하는 것을 확인할 수 있었다.
Further, as shown in Table 3, it was confirmed that the ion conductivity increases as the content of the plasticizer increases.

따라서, 본 발명에 따른 고분자 전해질 조성물은 가소제의 에틸렌옥사이드 유닛의 길이, 리튬염 함량 및 가소제 함량을 조절하여 이온전도도를 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 낮은 온도에서도 이온전도도가 우수하므로, 리튬-폴리머 이차전지의 고분자 전해질로 유용하게 사용할 수 있다.
Therefore, the polymer electrolyte composition according to the present invention can not only improve the ion conductivity by adjusting the length, the lithium salt content and the plasticizer content of the ethylene oxide unit of the plasticizer, but also have excellent ion conductivity even at low temperature, and thus, lithium-polymer secondary It can be usefully used as a polymer electrolyte of a battery.

Claims (10)

하기 화학식 1로 표시되는 고체 고분자 전해질 박막용 시클로트리포스파젠계 가교제:
[화학식 1]
Figure 112013021120789-pat00027

(상기 화학식 1에서,
R1
Figure 112013021120789-pat00028
이고,
n은 0-2의 정수이다).
Cyclotriphosphazene crosslinking agent for a solid polymer electrolyte thin film represented by Formula 1 below:
[Formula 1]
Figure 112013021120789-pat00027

(In Formula 1,
R 1 is
Figure 112013021120789-pat00028
ego,
n is an integer of 0-2).
하기 반응식 1에 나타낸 바와 같이, 출발 물질인 헥사클로로시클로트리포스파젠에 R3 치환기를 알콕시화 반응시켜 화합물 4를 제조하는 단계(단계 1);
상기 단계 1에서 얻은 화합물 4를 피리디늄 p-톨루엔설포네이트로 처리하여 화합물 5를 제조하는 단계(단계 2); 및
상기 단계 2에서 얻은 화합물 5를 트리에틸아민 및 메타크릴로일 클로라이드와 반응시켜 화합물 1을 제조하는 단계(단계 3)를 포함하는 제1항의 고체 고분자 전해질 박막용 시클로트리포스파젠계 가교제의 제조방법:
[반응식 1]
Figure 112013021120789-pat00029

(상기 반응식 1에서,
R3
Figure 112013021120789-pat00030
이고,
y는 0-2의 정수이고,
R4
Figure 112013021120789-pat00031
이고,
z는 0-2의 정수이고,
R1은 제1항의 화학식 1에서 정의한 바와 같다).
As shown in Scheme 1 below, a compound 4 is prepared by alkoxylation of an R 3 substituent to hexachlorocyclotriphosphazene, which is a starting material (step 1);
Preparing compound 5 by treating compound 4 obtained in step 1 with pyridinium p-toluenesulfonate (step 2); And
A method for preparing a cyclotriphosphazene crosslinking agent for a solid polymer electrolyte thin film according to claim 1, comprising the step of preparing compound 1 by reacting compound 5 obtained in step 2 with triethylamine and methacryloyl chloride (step 3). :
[Reaction Scheme 1]
Figure 112013021120789-pat00029

(In the above Reaction Scheme 1,
R 3 is
Figure 112013021120789-pat00030
ego,
y is an integer from 0-2,
R 4 is
Figure 112013021120789-pat00031
ego,
z is an integer from 0-2,
R 1 is as defined in formula (I) of claim 1).
하기 화학식 1로 표시되는 시클로트리포스파젠계 가교제 0.1~95 중량%;
하기 화학식 2로 표시되는 가소제 0.1~96.8 중량%;
리튬염 3~40 중량%; 및
경화형 개시제 0.1~5 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 고체 고분자 전해질 조성물:
[화학식 1]
Figure 112013021120789-pat00032

(상기 화학식 1에서, R1은 제1항의 화학식 1에서 정의한 바와 같다);
[화학식 2]
Figure 112013021120789-pat00033

(상기 화학식 2에서,
R2
Figure 112013021120789-pat00034
이고,
m은 3-9의 정수이다).
0.1 to 95% by weight of a cyclotriphosphazene crosslinking agent represented by Formula 1;
0.1 to 96.8% by weight of a plasticizer represented by Chemical Formula 2;
3-40% by weight of lithium salt; And
A solid polymer electrolyte composition comprising 0.1 to 5 wt% of a curing initiator:
[Formula 1]
Figure 112013021120789-pat00032

(In Formula 1, R 1 is as defined in Formula 1 of claim 1);
(2)
Figure 112013021120789-pat00033

(In the formula (2)
R 2 is
Figure 112013021120789-pat00034
ego,
m is an integer of 3-9).
제3항에 있어서, 상기 가소제는 비수용액계 극성용매를 더 포함할 수 있고, 여기서 상기 비수용액계 극성용매는 에틸렌카보네이트, 프로필렌카보네이트, 부틸렌카보네이트, 디메틸카보네이트, 테트라하이드로퓨란, 2-메틸테트라하이드로퓨란, 1,3-디옥시란, 4,4-디메틸-1,3-디옥시란, γ-부티로락톤 및 아세토니트릴으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 고체 고분자 전해질 조성물.
The method of claim 3, wherein the plasticizer may further comprise a non-aqueous polar solvent, wherein the non-aqueous polar solvent is ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, dimethyl carbonate, tetrahydrofuran, 2-methyltetra Solid polymer electrolyte composition, characterized in that at least one selected from the group consisting of hydrofuran, 1,3-dioxirane, 4,4-dimethyl-1,3-dioxirane, γ-butyrolactone and acetonitrile .
제3항에 있어서, 상기 리튬염은 LiClO4, LiCF3SO3, LiBF4, LiPF6, LiAsF6 및 Li(CF3SO2)2N으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 고체 고분자 전해질 조성물.
The solid according to claim 3, wherein the lithium salt is at least one selected from the group consisting of LiClO 4 , LiCF 3 SO 3 , LiBF 4 , LiPF 6 , LiAsF 6, and Li (CF 3 SO 2 ) 2 N. Polymer electrolyte composition.
제3항에 있어서,
상기 화학식 1로 표시되는 시클로트리포스파젠계 가교제 14.4-20.4 중량%;
상기 화학식 2로 표시되는 가소제 66.5-72.5 중량%;
리튬염 9.7-13.0 중량%; 및
경화형 개시제 1.0-3.0 중량%;를 포함하는 것을 특징으로 하는 고체 고분자 전해질 조성물.
The method of claim 3,
14.4-20.4% by weight of a cyclotriphosphazene crosslinking agent represented by Chemical Formula 1;
66.5-72.5 wt% of a plasticizer represented by Chemical Formula 2;
Lithium salt 9.7-13.0 wt%; And
Solid polymer electrolyte composition comprising; 1.0-3.0% by weight of a curing initiator.
제3항에 있어서, 상기 경화형 개시제는 에틸벤조인 에테르, 이소프로필벤조인 에테르, α-메틸벤조인 에틸에테르, 벤조인페닐에테르, α-아실옥심 에스테르, α,α-디에톡시 아세토페논, 1,1-디클로로아세토페논, 2-하이드록시-2-메틸-1-페닐프로판-1-온, 1-하이드록시시클로헥실 페닐 케톤, 안트라퀴논, 2-에틸 안트라퀴논, 2-클로로안트라퀴논, 티옥산톤, 이소프로필 티옥산톤, 클로로티옥산톤, 벤조페논, p-클로로벤조페논, 벤질벤조에이트, 벤조일벤조에이트 및 미클러 케톤으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 광경화형 개시제인 것을 특징으로 하는 고체 고분자 전해질 조성물.
The method of claim 3, wherein the curing initiator is ethylbenzoin ether, isopropylbenzoin ether, α-methylbenzoin ethyl ether, benzoin phenyl ether, α-acyl oxime ester, α, α-diethoxy acetophenone, 1 , 1-dichloroacetophenone, 2-hydroxy-2-methyl-1-phenylpropan-1-one, 1-hydroxycyclohexyl phenyl ketone, anthraquinone, 2-ethyl anthraquinone, 2-chloroanthraquinone, thi At least one photocurable initiator selected from the group consisting of oxanthone, isopropyl thioxanthone, chlorothioxanthone, benzophenone, p-chlorobenzophenone, benzyl benzoate, benzoyl benzoate and mickle ketone Solid polymer electrolyte composition.
제3항에 있어서, 상기 경화형 개시제는 벤조일 퍼옥시드, 디-tert-부틸 퍼옥시드, 디-tert-아밀 퍼옥시드, a-큐밀 퍼옥시네오데카노에이트, a-큐밀 퍼옥시네오펩타노에이트, t-아밀 퍼옥시네오데카노에이트, 디-(2-에틸헥시) 퍼옥시-디카보네이트, t-아밀 퍼옥시피발레이트, t-부틸 퍼옥시피발레이트, 2,5-디메틸-2,5 비스(2-에틸-헥사노일퍼옥시) 헥산, 디벤조일 퍼옥시드, t-아밀 퍼옥시-2-에틸헥사노에이트, t-부틸 퍼옥시-2-에틸헥사노에이트, 1,1-디-(t-아밀퍼옥시) 시클로헥산, 1,1-디-(t-부틸퍼옥시) 3,3,5-트리메틸 시클로헥산, 1,1-디-(t-부틸퍼옥시) 시클로헥산, t-부틸 퍼옥시아세테이트, t-부틸 퍼옥시벤조에이트, t-아밀 퍼옥시벤조에이트, t-부틸 퍼옥시벤조에이트, 에틸 3,3-디-(t-아밀퍼옥시) 부티레이트, 에틸 3,3-디-(t-부틸퍼옥시) 부티레이트, 디큐밀 퍼옥시드, 1,1'-아조비스(시클로헥산카보니트릴), 2,2'-아조비스(2-메틸프로피온아미딘) 디히드로클로라이드 및 4,4'-아조비스(4-시아노발레르산)으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 열경화형 개시제인 것을 특징으로 하는 고체 고분자 전해질 조성물.
The method of claim 3, wherein the curing initiator is benzoyl peroxide, di-tert-butyl peroxide, di-tert-amyl peroxide, a- cumyl peroxy neodecanoate, a- cumyl peroxy neopeptanoate, t-amyl peroxyneodecanoate, di- (2-ethylhexyl) peroxy-dicarbonate, t-amyl peroxypivalate, t-butyl peroxypivalate, 2,5-dimethyl-2,5 Bis (2-ethyl-hexanoylperoxy) hexane, dibenzoyl peroxide, t-amyl peroxy-2-ethylhexanoate, t-butyl peroxy-2-ethylhexanoate, 1,1-di- (t-amylperoxy) cyclohexane, 1,1-di- (t-butylperoxy) 3,3,5-trimethyl cyclohexane, 1,1-di- (t-butylperoxy) cyclohexane, t -Butyl peroxyacetate, t-butyl peroxybenzoate, t-amyl peroxybenzoate, t-butyl peroxybenzoate, ethyl 3,3-di- (t-amylperoxy) butyrate, ethyl 3,3 -Di- (t-butylperoxy) butyrate, dicumyl peroxide, 1,1 Selected from the group consisting of '-azobis (cyclohexanecarbonitrile), 2,2'-azobis (2-methylpropionamidine) dihydrochloride and 4,4'-azobis (4-cyanovaleric acid) Solid polymer electrolyte composition, characterized in that at least one thermosetting initiator.
제3항 내지 제8항 중 어느 한 항의 고체 고분자 전해질 조성물이 코팅된 고체 고분자 전해질 박막.
A solid polymer electrolyte thin film coated with the solid polymer electrolyte composition of any one of claims 3 to 8.
제3항 내지 제8항 중 어느 한 항의 고체 고분자 전해질 조성물을 포함하는 리튬-폴리머 이차전지.A lithium-polymer secondary battery comprising the solid polymer electrolyte composition of any one of claims 3 to 8.
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