KR101729121B1 - 고체 고분자 전해질, 이의 제조방법, 및 이를 포함하는 캐패시터 - Google Patents

고체 고분자 전해질, 이의 제조방법, 및 이를 포함하는 캐패시터 Download PDF

Info

Publication number
KR101729121B1
KR101729121B1 KR1020150151952A KR20150151952A KR101729121B1 KR 101729121 B1 KR101729121 B1 KR 101729121B1 KR 1020150151952 A KR1020150151952 A KR 1020150151952A KR 20150151952 A KR20150151952 A KR 20150151952A KR 101729121 B1 KR101729121 B1 KR 101729121B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
solid polymer
polymer electrolyte
electrolyte
capacitor
solid
Prior art date
Application number
KR1020150151952A
Other languages
English (en)
Inventor
김기영
조봉상
김태형
최준
임대영
Original Assignee
한국생산기술연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국생산기술연구원 filed Critical 한국생산기술연구원
Priority to KR1020150151952A priority Critical patent/KR101729121B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101729121B1 publication Critical patent/KR101729121B1/ko

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01GCAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G9/00Electrolytic capacitors, rectifiers, detectors, switching devices, light-sensitive or temperature-sensitive devices; Processes of their manufacture
    • H01G9/004Details
    • H01G9/022Electrolytes; Absorbents
    • H01G9/025Solid electrolytes
    • H01G9/032Inorganic semiconducting electrolytes, e.g. MnO2
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08FMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
    • C08F20/00Homopolymers and copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and only one being terminated by only one carboxyl radical or a salt, anhydride, ester, amide, imide or nitrile thereof
    • C08F20/02Monocarboxylic acids having less than ten carbon atoms, Derivatives thereof
    • C08F20/10Esters
    • C08F20/26Esters containing oxygen in addition to the carboxy oxygen
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01GCAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G9/00Electrolytic capacitors, rectifiers, detectors, switching devices, light-sensitive or temperature-sensitive devices; Processes of their manufacture
    • H01G9/004Details
    • H01G9/04Electrodes or formation of dielectric layers thereon
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/056Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes
    • H01M10/0564Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes the electrolyte being constituted of organic materials only
    • H01M10/0565Polymeric materials, e.g. gel-type or solid-type
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Conductive Materials (AREA)
  • Electric Double-Layer Capacitors Or The Like (AREA)

Abstract

본 발명은 고체 고분자 전해질, 이의 제조방법, 및 이를 포함하는 캐패시터에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 하기 화학식 1의 올리고머가 가교된 고분자 및 전해질염을 포함하는 고체 고분자 전해질, 이의 제조방법, 및 이를 포함하는 캐패시터에 관한 것이다.
[화학식1]
Figure 112015105726887-pat00010

(상기 화학식 1에서, n은 1 내지 10의 정수이다.)
상기 고체 고분자 전해질은 전기 전도도 및 인장강도와 같은 기계적 강도가 우수하면서도 유연성을 가져 다양한 형태로 성형 가능하다. 또한, 본 발명에 따른 고체 고분자 전해질을 적용하여 제조되는 캐패시터는 우수한 전기 전도도 및 전기용량 특성이 향상되는 효과를 가진다.

Description

고체 고분자 전해질, 이의 제조방법, 및 이를 포함하는 캐패시터{SOLID POLYMER ELECTROLYTE, ITS PREPARATION METHOD AND CAPACITOR COMPRISING THE SAME}
본 발명은 전기 전도도 및 기계적 강도가 우수하면서도 유연성을 가져 다양한 형태로 성형 가능한 고체 고분자 전해질, 이의 제조방법, 및 이를 포함하는 캐패시터에 관한 것이다.
최근 휴대용 전자정보 기기와 더불어 이동전화, GPS 등의 무선통신기기의 보급 및 상용화가 활발해짐에 따라 더욱 큰 용량 및 높은 전력을 요구하고 있다. 이러한 이동기기의 사용을 위해 배터리의 사용이 점차 늘어나고 있으며, 효율성 및 환경적 차원에서 한번 사용 후 버리는 일차 배터리에 비해 여러 번 충·방전이 가능한 배터리의 사용이 점차 증가하고 있는 추세이다.
상기 충·방전이 가능한 전기화학 소자로는 2차 전지 또는 캐패시터 등이 있다. 그 중 캐패시터는 저항, 코일 등과 함께 전자 회로를 구성하는 기본적인 회로 소자로서 전기 자동차, 전원공급장치, 기억장치 및 의료용 등의 다양한 분야에 적용될 수 있으며, 두 개의 금속 전극판이 대향되며 형성된다. 두 개의 금속판 사이에는 기체, 액체, 또는 고체상의 절연성을 가지는 유전체층을 삽입시켜 제조되며, 유전체층으로 분리된 두 전극판 사이에 전하를 축적하는 기능을 한다. 캐패시터의 정전 용량은 같은 전압을 걸었을 때 얼마나 많은 전하가 대전되는 가를 나타낸다. 이때 전극의 면적이 클수록 대전되는 전하량이 증가하며, 전극 사이의 간격이 좁을수록, 대전이 더 잘되는 특성을 갖는다. 따라서, 대전되는 전하량을 증가시키기 위해 전극판을 요철 형태로 가공하여 표면적을 넓히고, 요철 형태의 전극판에 전기·화학적 또는 화학적으로 유전체층을 형성하여 커패시터의 정전 용량을 증가시키는 방법이 통상적으로 사용되고 있다.
상기와 같이 전극판에 유전체층을 형성한 경우에는 유전체층과 다른 전극판과의 전기적 접촉 면적을 증가시키기 위해 유전체층과 전극판 사이에 전해질층을 충진하는 것을 특징으로 한다. 이때, 커패시터에 사용되는 전해질의 종류로는 액체 전해질, 겔 타입 고분자 전해질 및 고체 전해질이 있다.
대한민국 등록특허 제10-0918387호에서는 액체 전해질을 사용하는 것을 제시하고 있으나, 액체 전해질의 경우 휘발성, 전극에서의 분해, 전해액의 누액, 낮은 충격저항, 낮은 화학적 및 기계적 안정성 등의 문제로 캐패시터에 적용이 제한적이라는 문제점이 있다.
이러한 문제점을 개선하기 위해 겔 형태의 전해질이 연구 개발되어 캐패시터에 적용되었다. 일 예로 대한민국 등록특허 제10-0724009호에서는 비수성 용매에 용해된 리튬 함유 전해질염을 함유한 비수성 전해액을 매트릭스 중합체에 의해 겔상으로 만든 전해질을 포함하는 겔상 전해질 전지를 제시하였으나, 겔상의 전해질의 경우 유연성은 우수하지만 전기 전도도가 낮아 전지에 실질적으로 적용하기 어려운 실정이다.
이와 같이, 전해질의 누출 염려가 없고, 전기 전도도가 우수한 특성을 갖는 전해질을 개발하기 위한 연구 결과, 고체상으로 전해질을 제조하여 캐패시터에 적용하였다. 이렇게 고체상의 전해질을 캐패시터에 적용함에 따라, 전기 전도도가 향상되는 효과뿐만 아니라 분리막을 따로 사용하지 않아도 되는 장점을 가져왔다.
일 예로 대한민국 등록특허 10-1499289호 및 대한민국 공개특허 제 2010-0033827호에 제시된 바와 같이 종래의 문제점을 개선하는 효과를 갖는 고체 전해질을 제조하였으나, 고체 전해질의 경우 유연성이 없어 일정한 형태로만 제조 가능하여 캐패시터에 적용 시 제한적이라는 문제점이 있다.
대한민국 등록특허 제10-0918387호 대한민국 등록특허 제10-0724009호 대한민국 등록특허 제10-1499289호 대한민국 공개특허 제 2010-0033827호
이에 본 발명자들은 전기 전도도 및 기계적 강도가 우수하면서도 유연성을 갖는 고체 고분자 전해질 개발을 위해 다각적으로 노력한 결과, 화학식 1의 아크릴레이트 올리고머가 가교된 고분자 및 전해질염을 포함하는 경우 전기 전도도 및 기계적 강도가 좋으면서도 유연성을 갖는 것을 확인하여 본 발명을 완성하였다.
따라서, 본 발명의 과제는 전기전도도 및 기계적 강도가 좋으면서도 유연성을 가져 다양한 형태로 성형 가능한 고체 고분자 전해질 및 이의 제조방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 과제는 상기 고체 고분자 전해질을 포함하여 제조함에 따라 전기 전도도가 우수하며, 전기용량 특성이 향상되는 캐패시터를 제공하는 것이다.
상기한 과제를 달성하기 위해 본 발명은
하기 화학식 1의 올리고머가 가교된 고분자; 및
전해질염을 포함하는 고체 고분자 전해질을 제공한다:
[화학식1]
Figure 112015105726887-pat00001
(상기 화학식 1에서, n은 1 내지 10의 정수이다.)
또한, 본 발명은
(1) 하기 화학식 1의 올리고머에 전해질염 및 경화제를 첨가 후 가교시키는 단계; 및
(2) 상기 (1) 단계에서 얻어진 결과물을 열처리하는 단계를 포함하는 고체 고분자 전해질 제조방법을 제공한다:
[화학식 1]
Figure 112015105726887-pat00002
(상기 화학식 1에서, n은 1 내지 10의 정수이다.)
또한, 본 발명은 양극과 음극; 및 상기 양극과 상기 음극 사이에 고체 전해질층을 포함하고, 상기 고체 전해질층은 본 발명에 따른 고체 고분자 전해질을 포함하는 캐패시터를 제공한다.
본 발명에 따른 고체 고분자 전해질은 전기 전도도 및 기계적 강도가 우수하면서도 유연성을 가져 다양한 형태로 성형 가능하다.
또한, 본 발명에 따른 고체 고분자 전해질을 포함하여 제조되는 캐패시터의 경우 우수한 전기 전도도와 전기용량 특성이 향상된다. 이와 더불어, 본 발명의 고체 고분자 전해질은 누액 및 가스 발생이 일어나지 않아 전자 기기 및 자동차용 에너지 저장장치에 적용될 수 있다.
이하 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.
본 발명은 전기 전도도 및 기계적 강도가 우수하면서도 유연성을 갖는 고체 고분자 전해질을 제시한다.
본 발명에 따른 고체 고분자 전해질은, 하기 화학식 1의 아크릴레이트 올리고머가 가교된 고분자 및 전해질염을 포함한다.
[화학식 1]
Figure 112015105726887-pat00003
이때, 상기 화학식 1의 n은 1 내지 10의 정수이다.
본 발명에서는 상기 화학식 1의 아크릴레이트 올리고머와 경화제를 반응시켜 얻어지는 가교된 아크릴레이트 고분자를 사용함에 따라 강도가 향상되는 효과를 가진다.
상기 전해질염은 전하에 의해 캐리하고자 하는 이온을 포함하기만 하면 어느 하나로 한정되지 않으며, 캐패시터에 사용되는 통상의 전해질염을 사용할 수 있다. 바람직하게는 암모늄, 이미다졸륨, 피리디늄, 피페리듐, 피페리디늄, 포스포늄 및 피롤리디늄으로 이루어진 군에서 선택되는 1종의 양이온과 테트라플루오로보레이트, 헥사플루오로포스페이트, 퍼클로레이트, 헥사플루오로아르센네이트, 트리플루오로메탄설포네이트 및 비스(트리플루오로메탄설포닐)이미드로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종의 음이온이 결합된 전해질염을 사용할 수 있다.
구체적인 양이온으로는 1-에틸-3-메틸이미다졸륨, 1-부틸-3-메틸이미다졸륨, 1-메틸-1-프로필피페리디늄, 부틸피리디늄, N,N-디에틸-N-디에틸-N-메틸-N-(2-메톡시에틸) 암모늄, N-에틸-N-메틸피롤리디늄, N-메틸-N-프로필피롤리디늄, N-부틸-N-메틸피롤리디늄, 1-에틸-2,3-디메틸이미다졸륨, 2,3-디메틸-1-프로필이미다졸륨, 1-부틸-2,3-디메틸이미다졸륨, N-메틸-N-프로필 피페리디늄, N-부틸-N-메틸피페리디늄, 트리에틸펜틸포스포늄, 트리에틸옥틸포스포늄, 테트라에틸암모늄, 트리에틸메틸암모늄, 스피로비피롤리디늄 등을 예시할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 따른 고체 고분자 전해질의 형태는 한정되지 않으나, 본 발명의 일 실시예에 따른 고체 고분자 전해질은 시트(sheet), 막(membrane), 또는 필름 형태로 성형된다.
또한, 상기와 같은 형태의 고체 고분자 전해질은 사용하고자 하는 조건에 따라 용이하게 변경 가능하나, 0.1 내지 1.5mm의 두께 범위를 갖는 것이 바람직하다.
이는 상기 고체 고분자 전해질이 상기 범위 미만의 두께로 형성될 경우에는 상기 캐패시터의 양 전극끼리 합선될 수 있으며, 상기 두께를 초과하여 형성될 경우에는 이온에 이동에 방해를 초래하기 때문이다.
이와 같이, 상기의 두께 범위로 형성되는 본 발명의 고체 고분자 전해질은 종래의 고체 고분자 전해질에 비해 유연성이 향상되어 시트, 막 또는 필름 형상 등의 다양한 형태로 성형 가능해 여러 에너지 저장장치 분야에 적용 가능하다.
또한, 본 발명의 고체 고분자 전해질은
(1) 하기 화학식 1의 올리고머에 전해질염 및 경화제를 첨가 후 가교시키는 단계; 및
(2) 상기 (1) 단계에서 얻어진 결과물을 열처리하는 단계
를 거쳐 제조된다:
[화학식 1]
Figure 112015105726887-pat00004
(상기 화학식 1에서, n은 1 내지 10의 정수이다)
이하 각 단계별로 상세히 설명한다.
먼저, (1) 상기 화학식 1의 올리고머에 전해질염 및 경화제를 첨가 후 가교시킨다.
이때 상기 경화제는 상기 아크릴레이트 올리고머와 반응하여 가교시킬 수 있는 것이며 제한되지 않으나, 폴리(에틸렌옥사이드)디메타크릴레이트, 폴리에틸렌글리콜 디아크릴산 에스테르, 폴리에틸렌 글리콜 디메타크릴산 에스테르, 폴리에틸렌 글리콜 디메타크릴레이트 및 쿠멘 하이드로퍼옥사이드로 이루어진 군에서 선택되는 1종을 사용하는 것이 좋다.
상기 경화제를 아크릴레이트 올리고머와 반응시킴에 따라 상기 아크릴레이트 올리고머 말단에 있는 C=C 이중결합이 파괴, 새로운 활성 라디칼을 만들어 가교된 아크릴레이트 고분자가 형성된다.
상기 사용되는 경화제의 사용량은 한정되지 않지만, 상기 아크릴레이트 올리고머 중량 대비 1 내지 3 중량%의 범위 내에서 사용하는 것이 바람직하다. 이는 상기 범위 내에서 사용했을 경우 높은 강도, 열적 특성이 얻어지고, 충분한 도전율을 갖는 가교된 고분자를 얻을 수 있기 때문이다.
상기 전해질염은 상기 언급한 바를 따르며, 상기 아크릴레이트 올리고머 중량 대비 10 내지 170 중량%의 범위 내에서 사용하는 것이 바람직하다. 이는 첨가되는 전해질염의 양이 상기 범위 미만이면 전도도가 낮아져 캐패시터의 저항이 증가될 수 있고, 상기 범위를 초과하면 전도도가 오히려 감소될 수 있기 때문이다.
경우에 따라서 중합 개시제를 더 사용할 수 있다. 상기 중합 개시제로는 2-하이드록시-2-메틸-1-페닐프로판, 1-하이드록시사이클로헥실페닐케톤, 1-(4-이소프로필페닐)-2-하이드록시-2-메틸프로판-1-온, 벤질디메틸케탈, 벤조인 또는 벤조인이텔에티르 등과 같은 광중합 개시제 또는 아조비스이소부티로니트릴 또는 과산화벤조 등과 같은 열중합 개시제를 사용할 수 있다.
상기 중합 개시제가 더 첨가될 경우에는 첨가되는 양이 형성되는 고분자의 특성에 영향을 미치므로 적절한 범위 내에서 조절하여 첨가하는 것이 좋다. 이는 중합 개시제를 과량 사용하면 반응하지 못하고 남은 미반응 잔류 개시제가 불순물로 존재하게 되어 고체 고분자 전해질의 전기 화학적 특성이 저하되며, 반대로 소량을 사용하게 되면 가교 반응이 불충분하게 되어 가교도가 낮은 고분자가 형성되어 고분자의 기계적 특성이 저하되는 문제가 발생되기 때문이다.
(2) 다음으로, 상기 (1) 단계에서 얻어진 결과물을 열처리한다.
상기 열처리 조건은 경우에 따라 조절 가능하며, 50 내지 100 ℃에서 1 내지 200시간 동안 열처리 공정을 수행하는 것이 바람직하다.
상기와 같은 조건으로 상기 혼합물에 열처리 공정을 수행함에 따라 상기 (1) 단계에서 얻어진 결과물은 경화 및 성형된다.
상기 고체 고분자 전해질은 열처리 공정 시 다양한 형태로 제조 가능하나, 본 발명에서는 가공면의 자유도가 넓어져 다양한 형태로 응용 가능한 시트(sheet), 막(membrane), 또는 필름의 형태로 제조하는 것이 좋다. 이때 바코팅, 스핀 코팅, 롤 코팅, 커튼 코팅, 압출 등과 같은 다양한 성형 방법에 의해 제조될 수 있으며, 이에 한정되지 않는다. 좀 더 구체적으로, 본 발명의 일 실시예에서는 가교된 아크릴레이트 고분자 및 전해질염을 포함하는 혼합물을 기재(substrate) 상에 도포 후 건조시킴에 따라 필름 형상으로 성형할 수 있다.
상기와 같은 성형 방법으로 제조되는 고체 고분자 전해질은 0.1 내지 1.5mm의 두께로 형성되는 것이 좋다. 이는 상기 범위 두께 범위 미만일 경우에는 캐패시터에 적용 시 전극끼리 합성되는 문제가 발생될 수 있으며, 상기 두께 범위를 초과하여 형성될 경우에는 이온의 이동에 방해가 초래되기 때문이다.
이와 같이, 전기 전도도 및 강도가 우수하면서도 유연하여 다양한 형태로 성형 가능한 고체 고분자 전해질은 캐패시터에 적용될 수 있다.
상기 캐패시터의 음극과 양극 사이에 위치되는 본 발명의 고체 고분자 전해질은 본 발명의 고체 고분자 전해질을 미리 필름 형상으로 성형하여 전극 사이에 위치시키거나, 롤 코팅법, 스핀 코팅법, 캐스트법 등의 다양한 방법을 수행하여 전극 상에 본 발명의 고체 고분자 전해질을 성막 후 다른 일방의 전극을 배치하는 방법으로 제조할 수 있다.
이때, 상기 전극의 재질은 탄소 섬유 프리프레그 또는 유리섬유 프리프레그 재질을 채택하여 사용할 수 있으며, 통상적인 캐패시터의 전극 재질로 사용되는 재질은 모두 사용 가능하다.
이와 같이, 본 발명의 상기 고체 고분자 전해질을 적용하여 제조되는 캐패시터의 경우 우수한 전도도와 전기 용량 특성이 향상되는 효과를 가진다. 또한, 상기 효과 이외에 전해질을 고체상으로 제조함에 따라 전해액의 누액 및 가스가 발생되지 않아 전자기기 및 자동차용 에너지 저장장치 등에 다양하게 응용 가능하다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시한다. 그러나, 하기의 실시예는 본 발명을 더욱 쉽게 이해하기 위하여 제공되는 것일 뿐, 실시예에 의해 본 발명의 내용이 한정되는 것은 아니다.
실시예 1 내지 7: 본 발명의 고체 고분자 전해질을 적용한 캐패시터 제조
하기 표 1에 제시된 함량에 따라 고체 고분자 전해질을 제조하고, 이를 적용한 캐패시터를 제조하였다.
1A9OMe TEABF4 [EMlm][OTF] [EMlm][TFSl]
실시예 1 9g 1g - -
실시예 2 9g - 1g -
실시예 3 7g - 3g -
실시예 4 3g - 5g -
실시예 5 9g - - 1g
실시예 6 7g - - 3g
실시예 7 3g - - 5g
주)[1A9OMe]은 화학식1의 아크릴레이트 올리고머 중에서 n의 값이 9인 물질
[TEABF4]는 테트라에틸암모늄 테트라플루오로보레이트(tetraethylammonium tetrafluoroborate}
[EMlm]은 1-에틸-3-메틸이미다졸리움(1-ethyl-3-methylimidazolium)
[OTF]은 트리플루오르메탄설포네이트(trifluoromethanesulfonate)
[TFSL]은 비스(트리플루오로메탄 설포닐)이미드(bis(trifluoromethane sulfonyl) imide)
상기 표 1에 기재된 함량대로 아크릴레이트 올리고머에 전해질염을 첨가하고, 아크릴레이트 올리고머 중량 대비 1.5 wt%의 큐멘 하이드로퍼옥사이드(cumene hydroperoxide)를 첨가한 다음 혼합물을 30분간 마그네틱바를 이용하여 혼합한 후 테프론 필름으로 코팅된 샬레에 부어 80℃에서 16시간, 100℃에서 1시간 경화하여 1mm 두께의 고체 고분자 전해질 필름을 제조하였다.
그 후, 고체 고분자 전해질 필름 위/아래에 전극의 재질로 탄소 섬유 프리프레그를 부착 후 성형(vacuum bag 몰딩, 80℃, 20시간)하여 캐패시터를 제조하였다.
실험예 1: 이온전도도 측정
상기 실시예 1 내지 7에서 제조된 고체 고분자 전해질 필름의 전기화학적 분석을 위해 이온전도도를 측정하여 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
이온전도도를 측정하기 위한 장치로는 ZAHNER elektrik사의 IM6 model을 사용하였으며, 측정 시 주파수 영역대는 1 x 106 ~ 1Hz의 범위, 진폭은 20mV로 하여 측정하였다. 이온전도도 측정장치를 이용하여 이온전도도(σ)를 아래 식에 의해 구하였다.
Figure 112015105726887-pat00005
R : 소자 자체저항(Bulk resistance) (Ω)
A : 면적(Area) (cm2)
l: 두께(Thickness) (cm)
구분 Ionic conductivity(S/cm)
실시예 1 7.3 x 10-7
실시예 2 1.31 x 10-4
실시예 3 4.90 x 10-4
실시예 4 2.27 x 10-4
실시예 5 2.09 x 10-4
실시예 6 4.5 x 10-4
실시예 7 8.37 x 10-5
실험예 2: 순환전압 전류법 ( Cyclic voltammetry ) 측정
상기 실시예 1 내지 7의 순환전압 전류를 측정하였다.
순환전압 전류법은 전지를 특정한 전압 영역에 대해 단위 시간당 일정 전압으로 주사하는 방법으로 지정된 전압 영역에서 한계까지 도달할 경우 주사 방향을 반대 방향으로 바꿔 주사하여 전압의 변화에 따라 전류를 측정하는 분석방법이다.
이때 순환전압 전류(cyclic voltammetry, CV) 측정장치는 ZAHNER elektrik사의 IM6 model을 사용하였다. 순환전압 전류를 측정하기 위한 측정 전압은 0 ~ 3V, 주사속도(scan rate)는 10mV/sec로 하여 측정하였다. 순환전압 전류 측정장치를 이용하여 전기용량(C)를 아래 식에 의해 구하여 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.
Figure 112015105726887-pat00006
C : 전기용량 [F/g]
v : 주사 속도(Scan rate) [mV/s]
V : 전압 범위 [V]
m : 전극 활물질의 양 [g]
l : 전류 밀도 [A/cm2]
Specific capacitance(F/g)
실시예 1 1.4
실시예 2 10
실시예 3 13
실시예 4 13
실시예 5 12
실시예 6 9
실시예 7 5
실험예 3: 정전류 충·방전( Galvanostatic charge - discharge ) 측정
상기 본 발명의 고체 고분자 전해질을 적용한 캐패시터 실시예 3 내지 4 및 실시예 6 내지 7의 정전류 충·방전(Galvanostatic charge-discharge)을 측정하여 그 결과를 하기 표 4에 나타내었다. 측정장치는 WonA tech사의 WBCS3000 battery teater를 사용하였다. 측정 시 다양한 전류 밀도(75㎂/㎠, 0.25㎂/㎠, 0.5㎂/㎠) 하에서 0 ~ 3V 범위에서 측정하였으며, 방전전기용량은 아래 식에 의해 구하였다.
Figure 112015105726887-pat00007
C : 비정전용량(Specific capacitance)
Δt : 방전 시간(Discharge time)
ΔV : 전압 범위(Voltage range)
m : 전극활물질의 총질량(total mass of active material for electrode)
I : 방전전류(discharge current) [A]

Specific capacitance(F/g)
75㎂/㎠ 0.25㎂/㎠ 0.5㎂/㎠
실시예 3 43 38 17
실시예 4 37 32 15
실시예 6 38 20 7
실시예 7 35 21 15
상기 표 4에 제시된 바와 같이, 본 발명에 따른 고체 고분자 전해질을 적용하여 제조한 캐패시터 실시예 3 내지 4 및 실시예 6 내지 7의 정전류 충·방전 값은 전류 밀도가 증가함에 따라 증가하는 것을 알 수 있었으며 이 중 캐패시터 실시예 3의 경우 그 수치가 가장 높은 것을 알 수 있었다.

Claims (13)

  1. 하기 화학식 1의 올리고머가 가교된 고분자; 및
    전해질염을 포함하고,
    상기 전해질염은 이미다졸륨의 양이온과 트리플루오로메탄설포네이트 및 비스(트리플루오로메탄설포닐)이미드로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종의 음이온이 결합된 것인 고체 고분자 전해질:
    [화학식1]
    Figure 112017027366556-pat00008

    (상기 화학식 1에서, n은 1 내지 10의 정수이다.)
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어서, 시트(sheet), 막(membrane) 또는 필름 형태인 것을 특징으로 하는 고체 고분자 전해질.
  5. 제 4항에 있어서, 0.1 내지 1.5mm의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 고체 고분자 전해질.
  6. (1) 하기 화학식 1의 올리고머에, 이미다졸륨의 양이온과 트리플루오로메탄설포네이트 및 비스(트리플루오로메탄설포닐)이미드로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종의 음이온이 결합된 전해질염 및 경화제를 첨가 후 가교시키는 단계; 및
    (2) 상기 (1) 단계에서 얻어진 결과물을 열처리하는 단계를 포함하고,
    상기 경화제는 폴리(에틸렌옥사이드)디메타크릴레이트, 폴리에틸렌글리콜 디아크릴산 에스테르 또는 폴리에틸렌 글리콜 디메타크릴산 에스테르, 폴리에틸렌 글리콜 디메타크릴레이트 및 쿠멘 하이드로퍼옥사이드로 이루어진 군에서 선택되는 1종인 것인 제1항의 고체 고분자 전해질 제조방법:
    [화학식 1]
    Figure 112017027366556-pat00009

    (상기 화학식 1에서, n은 1 내지 10의 정수이다.)
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 제6항에 있어서, 상기 열처리시 시트(sheet), 막(membrane) 또는 필름 형태로 성형하는 것을 특징으로 하는 고체 고분자 전해질 제조방법.
  11. 제6항에 있어서, 상기 고체 고분자 전해질은 0.1 내지 1.5mm의 두께로 형성되는 것을 특징으로 하는 고체 고분자 전해질 제조방법.
  12. 제6항에 있어서, 상기 열처리는 50 내지 100℃에서 1 내지 20시간 동안 열처리되는 것을 특징으로 하는 고체 고분자 전해질 제조방법.
  13. 양극과 음극; 및
    상기 양극과 상기 음극 사이에 고체 전해질층을 포함하고,
    상기 고체 전해질층은 제1항에 따른 고체 고분자 전해질을 포함하는 캐패시터.
KR1020150151952A 2015-10-30 2015-10-30 고체 고분자 전해질, 이의 제조방법, 및 이를 포함하는 캐패시터 KR101729121B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020150151952A KR101729121B1 (ko) 2015-10-30 2015-10-30 고체 고분자 전해질, 이의 제조방법, 및 이를 포함하는 캐패시터

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020150151952A KR101729121B1 (ko) 2015-10-30 2015-10-30 고체 고분자 전해질, 이의 제조방법, 및 이를 포함하는 캐패시터

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR101729121B1 true KR101729121B1 (ko) 2017-05-02

Family

ID=58742606

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020150151952A KR101729121B1 (ko) 2015-10-30 2015-10-30 고체 고분자 전해질, 이의 제조방법, 및 이를 포함하는 캐패시터

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101729121B1 (ko)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110959221A (zh) * 2017-06-16 2020-04-03 加拿大国家研究委员会 用于电池组的固体聚合物电解质
CN117855384A (zh) * 2024-02-27 2024-04-09 荣耀终端有限公司 负极及其制备方法、二次电池、用电设备和储能系统

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003324037A (ja) 2002-04-26 2003-11-14 Toyo Tire & Rubber Co Ltd ゲル状電解液形成組成物及びゲル状電解液
US20040029016A1 (en) * 2002-08-07 2004-02-12 Hwang Duck-Chul Polymer electrolyte for lithium-sulfur battery and lithium-sulfur battery comprising same
JP2007280912A (ja) 2006-03-15 2007-10-25 Institute Of National Colleges Of Technology Japan ポリマー電解質、及びその製造方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003324037A (ja) 2002-04-26 2003-11-14 Toyo Tire & Rubber Co Ltd ゲル状電解液形成組成物及びゲル状電解液
US20040029016A1 (en) * 2002-08-07 2004-02-12 Hwang Duck-Chul Polymer electrolyte for lithium-sulfur battery and lithium-sulfur battery comprising same
JP2007280912A (ja) 2006-03-15 2007-10-25 Institute Of National Colleges Of Technology Japan ポリマー電解質、及びその製造方法

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110959221A (zh) * 2017-06-16 2020-04-03 加拿大国家研究委员会 用于电池组的固体聚合物电解质
JP2020523763A (ja) * 2017-06-16 2020-08-06 ナショナル リサーチ カウンシル オブ カナダ バッテリー用固体高分子電解質
EP3639318A4 (en) * 2017-06-16 2021-02-24 National Research Council of Canada SOLID POLYMER ELECTROLYTE FOR BATTERIES
JP7152429B2 (ja) 2017-06-16 2022-10-12 ナショナル リサーチ カウンシル オブ カナダ バッテリー用固体高分子電解質
CN110959221B (zh) * 2017-06-16 2023-10-31 加拿大国家研究委员会 用于电池组的固体聚合物电解质
CN117855384A (zh) * 2024-02-27 2024-04-09 荣耀终端有限公司 负极及其制备方法、二次电池、用电设备和储能系统

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6562513B1 (en) Thermopolymerizable composition for battery use
KR101647170B1 (ko) 불소계 중합체의 제조 방법
US6316563B2 (en) Thermopolymerizable composition and use thereof
JP5247692B2 (ja) 高分子電解質用リン酸塩系アクリレート架橋剤及びこれを含有する組成物
KR101055144B1 (ko) 아미드 화합물을 포함하는 전해질 및 이를 구비한 전기화학소자
US7517615B2 (en) Gel electrolyte, process for producing the same, and use thereof
JP2002100405A (ja) ゲル状高分子固体電解質用樹脂組成物およびゲル状高分子固体電解質
JP2003017128A (ja) ゲル状高分子電解質およびこれを用いたリチウム電池
US6677084B1 (en) Solid crosslinked-polymer electrolyte and use thereof
JP2013175701A (ja) 電気化学キャパシタ
JP6933979B2 (ja) 電気化学キャパシタ
KR101190145B1 (ko) 아민 아크릴레이트 화합물을 가교제로 함유하는 겔 고분자 전해질용 조성물 및 이를 이용한 리튬-고분자 이차 전지
KR101729121B1 (ko) 고체 고분자 전해질, 이의 제조방법, 및 이를 포함하는 캐패시터
JP2001229730A (ja) 電解質材料及びその用途
KR101604442B1 (ko) 온도 특성 개선을 위한 전해액, 전해액의 제조방법 및 이를 포함하는 에너지 저장 디바이스
KR100325876B1 (ko) 아크릴레이트계 모노머가 중합된 고분자 전해질 조성물 및이를 포함하는 리튬 2차 전지
JPH11171910A (ja) 電気化学的重合性組成物及びその用途
JP2001210373A (ja) 電気化学素子及びその製造方法
JP4678122B2 (ja) 非水電解質及び電気化学デバイス
WO2005086266A1 (ja) 燃料電池用電解質および燃料電池
JP6971844B2 (ja) 電気化学キャパシタ
JP3235157B2 (ja) イオン伝導性高分子電解質
US11942598B2 (en) Ionic liquid softened polymer electrolyte for zinc ion batteries
JP4156495B2 (ja) ゲル電解質とその製造方法とその利用
JP2002260440A (ja) イオン伝導性組成物およびそれを用いた電池、電気化学素子

Legal Events

Date Code Title Description
AMND Amendment
X091 Application refused [patent]
AMND Amendment
X701 Decision to grant (after re-examination)
GRNT Written decision to grant