KR101993462B1 - Polymer-magnesium ion conductive material, method for preparing the same, magnesium ion conductive polymer film comprising the same, and magnesium battery comprising the magnesium ion conductive polymer film - Google Patents

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Abstract

본 발명은 고분자-마그네슘 이온 전도체, 이의 제조방법, 이를 포함하는 마그네슘 이온 전도성 고분자 막, 및 상기 마그네슘 이온 전도성 고분자막을 포함하는 마그네슘 전지에 관한 것으로서, 상기 고분자-마그네슘 이온 전도체는 고분자 및 마그네슘염을 포함한다.
상기 고분자-마그네슘 이온 전도체는 우수한 마그네슘 이온 전도성을 나타내어, 이를 전지, 특히 마그네슘 전지의 전해질로서 적용시 전지 특성을 향상시킬 수 있다.
The present invention relates to a polymer-magnesium ion conductor, a method for producing the same, a magnesium ion conductive polymer membrane including the same, and a magnesium battery including the magnesium ion conductive polymer membrane, wherein the polymer-magnesium ion conductor includes a polymer and a magnesium salt do.
The polymer-magnesium ion conductor exhibits excellent magnesium ion conductivity and can be improved in battery characteristics when it is applied as an electrolyte of a battery, particularly a magnesium battery.

Description

고분자-마그네슘 이온 전도체, 이의 제조 방법, 이를 포함하는 마그네슘 이온 전도성 고분자 막, 및 상기 마그네슘 이온 전도성 고분자 막을 포함하는 마그네슘 전지{POLYMER-MAGNESIUM ION CONDUCTIVE MATERIAL, METHOD FOR PREPARING THE SAME, MAGNESIUM ION CONDUCTIVE POLYMER FILM COMPRISING THE SAME, AND MAGNESIUM BATTERY COMPRISING THE MAGNESIUM ION CONDUCTIVE POLYMER FILM}TECHNICAL FIELD The present invention relates to a polymer-magnesium ion conductor, a method for producing the same, a magnesium ion conductive polymer membrane including the same, and a magnesium battery including the magnesium ion conductive polymer membrane. BACKGROUND ART [0002] THE SAME, AND MAGNESIUM BATTERY COMPRISING THE MAGNESIUM ION CONDUCTIVE POLYMER FILM}

본 발명은 우수한 마그네슘 이온 전도성을 갖는 고분자-마그네슘 이온 전도체, 이의 제조 방법, 이를 포함하는 마그네슘 이온 전도성 고분자 막, 및 상기 마그네슘 이온 전도성 고분자 막을 포함하는 마그네슘 전지에 관한 것이다.The present invention relates to a polymer-magnesium ion conductor having excellent magnesium ion conductivity, a method for producing the same, a magnesium ion conductive polymer membrane including the same, and a magnesium battery including the magnesium ion conductive polymer membrane.

미래 대체 에너지로서 주목을 받고 있는 신재생 에너지(renewable energy)는 전력 품질 및 효율을 향상시키기 위해 전력 그리드에 전기를 효율적으로 저장 및 공급할 수 있는 전력 저장 시스템(Energy Strorage System, EES)을 필요로 한다.Renewable energy, which is attracting attention as a future alternative energy source, requires an energy storage system (EES) capable of efficiently storing and supplying electricity to the power grid to improve power quality and efficiency .

이러한 전력 저장 시스템용 에너지의 저장을 위한 장치로는 리튬 전지, 예를 들어 리튬 이온 이차 전지가 주목을 받고 있다. 그러나 리튬 이온 전지는 리튬의 자원 편재성, 높은 가격, 및 공기에 노출될 경우 폭발 위험과 같은 안정성의 측면에서 대용량 전력 저장 시스템용 에너지의 저장을 위한 장치로서 한계가 있다.As a device for storing energy for such an electric power storage system, a lithium battery, for example, a lithium ion secondary battery, has been attracting attention. However, lithium ion batteries have limitations in terms of the resource uniformity of lithium, high cost, and stability for storage of energy for large capacity power storage systems in terms of stability such as explosion risk when exposed to air.

또한 대안으로 사용되고 있는 납축전지는 단위 에너지 밀도당 단가가 리튬 이온 이차 전지 대비 25% 수준이나, 심 충/방전(deep charge/discharge)시 수명 열화 및 5년 이내의 낮은 수명 연한으로 인해 이를 보완하거나 유지 및 보수하는데 드는 비용이 발생하며, 유해 물질 제한 지침(Restriction of the use of Hazardous Substances in EEE; RoHS)에 의해 납 사용의 제한 및 리사이클링 의무가 적용되어 납축전지를 적용한 시스템의 발전 단가가 더욱 높아지게 되었다.In addition, lead acid batteries used as alternatives are 25% of the unit cost per unit energy density compared to lithium ion secondary batteries, but they are compensated for by the deterioration of lifetime during deep charge / discharge and the low lifetime within 5 years The cost of maintaining and repairing is incurred. Restriction of lead use and recycling obligation are applied by the Restriction of Hazardous Substances (EEE) (RoHS) Restriction of Hazardous Substances in EEE .

그러나 마그네슘 전지에 사용되는 마그네슘은 리튬과 달리 염수와 광물로부터 다량 얻을 수 있으므로 가격이 저렴하고 친환경적이면서 핸들링 하기가 편하다. 또한 리튬의 단위 부피당 용량 2,061mAh/㎤에 비해 마그네슘의 단위 부피당 용량이 3,833 mAh/㎤로 매우 크며 리튬에 비해 안정성에서 뛰어나 대용량 전력 저장 시스템용 에너지의 저장을 위한 장치로서 마그네슘 전지에 대한 개발 가능성이 매우 크다.However, unlike lithium, magnesium used in magnesium batteries can be obtained from a large amount of brine and minerals, which is inexpensive, eco-friendly and easy to handle. In addition, the capacity per unit volume of magnesium is very high as 3,833 mAh / ㎤ compared to 2,061 mAh / ㎤ per unit volume of lithium, and it is superior in stability compared to lithium. Therefore, development potential for magnesium battery as a device for storing energy for large- very big.

그런데 마그네슘 이온은 리튬 이온과 달리 전하가 두 개인 고 전하량의 특성을 가지고 있어 전극 활물질, 예를 들어 양극 활물질로 삽입시 양극 활물질을 구성하고 있는 요소들과의 강한 쿨롱 상호작용(column interaction)이 발생함으로써 마그네슘 이온의 확산 속도가 느려지게 된다. 이로 인해 실질적인 용량이 낮아지게 되며 가역성, 초기 효율, 및 방전 전압이 낮아지게 된다.However, unlike lithium ion, magnesium ion has a high electric charge characteristic with two charges, and strong Coulomb interaction occurs with the electrode active material, for example, the elements constituting the cathode active material when inserted into the cathode active material The diffusion rate of magnesium ions is slowed down. As a result, the actual capacity is lowered and the reversibility, initial efficiency, and discharge voltage are lowered.

따라서, 대용량 전력 저장 시스템용 에너지의 저장을 위한 장치로서 고전압 하에서도 우수한 마그네슘 이온 전도성을 나타낼 수 있는 마그네슘 전지용 소재, 특히 마그네슘 이온 전도체 개발에 대한 요구가 있다.Accordingly, there is a demand for development of materials for magnesium batteries, particularly magnesium ion conductors, which can exhibit excellent magnesium ion conductivity even under a high voltage, as an apparatus for storing energy for a large-capacity power storage system.

본 발명의 목적은 종래기술의 상기와 같은 문제를 해결하기 위한 것으로서, 우수한 마그네슘 이온 전도성을 갖는 고분자-마그네슘 이온 전도체를 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide a polymer-magnesium ion conductor having excellent magnesium ion conductivity for solving the above-mentioned problems of the prior art.

본 발명의 다른 목적은 상기 고분자-마그네슘 이온 전도체의 제조 방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a method for producing the polymer-magnesium ion conductor.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 고분자-마그네슘 이온 전도체를 포함하는 마그네슘 이온 전도성 고분자 막을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a magnesium ion conductive polymer membrane including the polymer-magnesium ion conductor.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 고분자-마그네슘 이온 전도체를 포함하는 전기화학 소자, 및 마그네슘 전지를 제공하는 것이다.Still another object of the present invention is to provide an electrochemical device including the polymer-magnesium ion conductor, and a magnesium battery.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 고분자 및 마그네슘염을 포함하는 고분자-마그네슘 이온 전도체를 제공한다.According to an embodiment of the present invention, there is provided a polymer-magnesium ion conductor including a polymer and a magnesium salt.

상기 고분자는 폴리알킬(메타)아크릴레이트, 폴리아크릴로니트릴(PAN), 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF), 폴리비닐리덴 플루오라이드-헥사플루오로에틸렌(HFP) 공중합체 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있다.The polymer may be selected from the group consisting of polyalkyl (meth) acrylates, polyacrylonitrile (PAN), polyvinylidene fluoride (PVDF), polyvinylidene fluoride-hexafluoroethylene (HFP) Lt; / RTI >

상기 고분자는 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA)일 수 있다. The polymer may be polymethylmethacrylate (PMMA).

상기 마그네슘염은 상기 고분자-마그네슘 이온 전도체 총 중량에 대하여 5 내지 50중량%로 포함될 수 있다.The magnesium salt may be included in an amount of 5 to 50% by weight based on the total weight of the polymer-magnesium ion conductor.

상기 마그네슘염은 Mg(ClO4)2, MgCF2SO2, Mg(CF3SO3)2, Mg(BF4)2, Mg(PF6)2, Mg(AsF6)2 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있다.The magnesium salts are the Mg (ClO 4) 2, MgCF 2 SO 2, Mg (CF 3 SO 3) 2, Mg (BF 4) 2, Mg (PF 6) 2, Mg (AsF 6) 2 , and combinations thereof And the like.

본 발명의 다른 일 실시예에 따르면, 고분자를 유기용매에 용해시켜 고분자 함유 용액을 제조하는 단계, 및 마그네슘염을 유기용매에 용해시켜 제조한 염 용액을 상기 고분자 함유 용액과 혼합하는 단계를 포함하는, 고분자-마그네슘 이온 전도체의 제조방법을 제공한다.According to another embodiment of the present invention, there is provided a process for preparing a polymer-containing solution, comprising the steps of preparing a polymer-containing solution by dissolving the polymer in an organic solvent, and mixing the salt solution prepared by dissolving the magnesium salt in an organic solvent with the polymer- , And a method for producing a polymer-magnesium ion conductor.

본 발명의 또 다른 일 실시예에 따르면, 서로 대향 하여 위치하는 제1 및 제2 고분자 매트릭스; 및 상기 제1 및 제2 고분자 매트릭스 사이에 위치하는 마그네슘 이온 전도성 고분자층을 포함하며, 상기 마그네슘 이온 전도성 고분자층은 상기 고분자-마그네슘 이온 전도체를 포함하는 것인 마그네슘 이온 전도성 고분자 막을 제공한다.According to another embodiment of the present invention, there is provided a liquid crystal display comprising: first and second polymer matrices facing each other; And a magnesium ion conductive polymer layer positioned between the first and second polymer matrices, wherein the magnesium ion conductive polymer layer comprises the polymer-magnesium ion conductor.

상기 제1 및 제2 고분자 매트릭스는 각각 독립적으로 폴리올레핀계 고분자를 포함할 수 있다.The first and second polymer matrices may each independently include a polyolefin-based polymer.

상기 고분자-마그네슘 이온 전도체는 상기 마그네슘 이온 전도성 고분자 막 총 중량에 대하여 0.1 내지 10중량%로 포함될 수 있다.The polymer-magnesium ion conductor may be included in an amount of 0.1 to 10% by weight based on the total weight of the magnesium ion conductive polymer film.

본 발명의 또 다른 일 실시예에 따르면, 상기 마그네슘 이온 전도성 고분자 막을 포함하는 전기화학 소자를 제공한다.According to another embodiment of the present invention, there is provided an electrochemical device including the magnesium ion conductive polymer membrane.

본 발명의 또 다른 일 실시예에 따르면, 상기 마그네슘 이온 전도성 고분자 막을 포함하는 마그네슘 전지를 제공한다.According to another embodiment of the present invention, there is provided a magnesium battery including the magnesium ion conductive polymer membrane.

본 발명에 따른 고분자-마그네슘 이온 전도체는 폴리알킬(메타)아크릴레이트계 고분자에 결합된 마그네슘염이 우수한 마그네슘 이온 전도성을 나타낸다. 이에 따라 상기 고분자-마그네슘 이온 전도체를 전기화학 소자, 특히 마그네슘 전지에 적용시 충방전 효율 및 용량 특성을 향상시킬 수 있다.The polymer-magnesium ion conductor according to the present invention exhibits excellent magnesium ion conductivity by the magnesium salt bonded to the polyalkyl (meth) acrylate-based polymer. Accordingly, when the polymer-magnesium ion conductor is applied to an electrochemical device, particularly a magnesium battery, the charging / discharging efficiency and the capacity characteristics can be improved.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고분자-마그네슘 이온 전도체에 전기장이 가해졌을 때 나타나는 변화를 모식적으로 보여주는 그림이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 고분자-마그네슘 이온 전도체를 포함하는 마그네슘 이온 전도성 고분자 막의 구조를 개략적으로 나타낸 모식도이다.
도 3은 실험예 1에서의 마그네슘 이온 전도성을 평가하기 위한 셀 구성을 개략적으로 나타낸 모식도이다.
FIG. 1 is a schematic view illustrating a change in an electric field applied to a polymer-magnesium ion conductor according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG.
2 is a schematic view schematically illustrating a structure of a magnesium ion conductive polymer membrane including a polymer-magnesium ion conductor according to an embodiment of the present invention.
3 is a schematic diagram schematically showing a cell configuration for evaluating the magnesium ion conductivity in Experimental Example 1. FIG.

이하, 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail.

본 발명의 일 실시예에 따른 고분자-마그네슘 이온 전도체는 고분자 및 마그네슘염을 포함한다.The polymer-magnesium ion conductor according to an embodiment of the present invention includes a polymer and a magnesium salt.

상기 고분자는 폴리알킬(메타)아크릴레이트, 폴리아크릴로니트릴(PAN), 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF) 및 폴리비닐리덴 플루오라이드-헥사플루오로에틸렌(HFP) 공중합체로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물을 포함하는 것일 수 있다. 보다 구체적으로, 상기한 마그네슘염과의 조합 사용에 따른 마그네슘 이온 전도성 개선 효과 및 사이클 특성 개선 효과의 현저함을 고려할 때, 상기 폴리알킬(메타)아크릴레이트는 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA)일 수 있다.Wherein the polymer is selected from the group consisting of polyalkyl (meth) acrylates, polyacrylonitrile (PAN), polyvinylidene fluoride (PVDF), and polyvinylidene fluoride-hexafluoroethylene (HFP) One or a mixture of two or more. More specifically, considering the remarkable effect of improving the magnesium ion conductivity and cycle characteristics by the combination with the magnesium salt, the polyalkyl (meth) acrylate may be polymethyl methacrylate (PMMA) have.

도 1은 상기 고분자-마그네슘 이온 전도체에 전기장이 가해졌을 때 나타나는 변화를 모식적으로 보여주는 그림이다. 상기 도 1을 참고하면, 상기 고분자는 상기 고분자 내에 이온배위능을 지녀 인접 사슬과 이온이 협동배위를 할 수 있다. 마그네슘 이온과 고분자 사슬과의 배위 교환 과정에 의해 결합되어 마그네슘 이온에 대한 전도성을 나타낼 수 있다.FIG. 1 is a diagram schematically showing a change in the polymer-magnesium ion conductor when an electric field is applied thereto. Referring to FIG. 1, the polymer has an ion coordinating function in the polymer, so that adjacent chains and ions can cooperatively coordinate. It can be bonded by the coordination exchange process between the magnesium ion and the polymer chain to exhibit the conductivity to the magnesium ion.

보다 구체적으로, 상기 마그네슘염은 Mg(ClO4)2, MgCF2SO2, Mg(CF3SO3)2, Mg(BF4)2, Mg(PF6)2 또는 Mg(AsF6)2 등일 수 있으며, 이들 중 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물이 사용될 수 있다.More specifically, the magnesium salt is Mg (ClO 4) 2, MgCF 2 SO 2, Mg (CF 3 SO 3) 2, Mg (BF 4) 2, Mg (PF 6) 2 or Mg (AsF 6) 2 or the like And any one or a mixture of two or more thereof may be used.

또, 상기와 같은 마그네슘염은 고분자-마그네슘 이온 전도체 총 중량에 대하여 5 내지 50중량%로 포함될 수 있다. 마그네슘염의 함량이 5중량% 미만이면 충분한 마그네슘 이온 전도도를 나타내기 어렵다.The magnesium salt may be contained in an amount of 5 to 50% by weight based on the total weight of the polymer-magnesium ion conductor. When the content of the magnesium salt is less than 5% by weight, it is difficult to exhibit sufficient magnesium ion conductivity.

상기와 같은 고분자-마그네슘 이온 전도체는 고분자를 유기용매에 용해시켜 고분자 함유 용액을 제조하는 단계(단계 1), 및 마그네슘염을 유기용매에 용해시켜 제조한 염 용액을 상기 고분자 함유 용액과 혼합하는 단계(단계 2)를 포함하는 제조방법의 의해 제조될 수 있다.The polymer-magnesium ion conductor may include a step of dissolving the polymer in an organic solvent to prepare a polymer-containing solution (step 1), and a step of mixing the salt solution prepared by dissolving the magnesium salt in an organic solvent with the polymer-containing solution (Step 2). ≪ / RTI >

상기 제조방법에 있어서, 고분자 함유 용액 및 염 용액의 제조에 사용가능한 고분자 및 마그네슘염의 종류 및 함량은 앞서 설명한 바와 동일하다. In the above production method, the kind and content of the polymer and the magnesium salt usable in the production of the polymer-containing solution and the salt solution are the same as those described above.

또, 상기 고분자 함유 용액 및 염 용액의 제조에 사용가능한 유기용매로는 구체적으로 메탄올, 에탄올, 프로판올, 이소프로판올, 부탄올 또는 이소부탄올 등의 알코올계 용매; 디에틸에테르, 디프로필에테르, 디부틸에테르, 부틸에틸에테르, 또는 테트라하이드로퓨란 등의 에테르계 용매; 에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜, 에틸렌글리콜모노메틸에테르, 에틸렌글리콜모노에틸에테르, 또는 에틸렌글리콜모노부틸에테르 등의 알코올 에테르계 용매; 아세톤, 메틸에틸케톤, 메틸이소부틸케톤 또는 시클로헥사논 등의 케톤계 용매; N-메틸-2-피릴리디논, 2-피릴리디논, N-메틸포름아미드 또는 N,N-디메틸포름아미드 등의 아미드계 용매; 디메틸술폭사이드 또는 디에틸술폭사이드 등의 술폭사이드계 용매; 디에틸술폰, 또는 테트라메틸렌술폰 등의 술폰계 용매; 아세토니트릴 또는 벤조니트릴 등의 니트릴계 용매; 알킬아민, 시클릭아민 또는 아로마틱 아민 등의 아민계 용매; 메틸 부틸레이트, 에틸부틸레이트 또는 프로필프로피오네이트 등의 에스테르계 용매; 에틸 아세테이트, 또는 부틸아세테이트 등의 카르복실산 에스테르계 용매; 벤젠, 에틸벤젠, 클로로벤젠, 톨루엔 또는 자일렌 등의 방향족 탄화수소계 용매; 헥산, 헵탄 또는 시클로헥산 등의 지방족 탄화수소계 용매; 클로로포름, 테트라클로로에틸렌, 카본테트라클로라이드, 디클로로메탄 또는 디클로로에탄 등의 할로겐화 탄화수소계 용매; 프로필렌 카보네이트, 에틸렌 카보네이트, 디메틸카보네이트, 디부틸카보네이트, 에틸메틸카보네이트 또는 디부틸카보네이트 등의 카보네이트계 용매; 니트로메탄 또는 니트로벤젠 등의 니트로계 용매 등을 들 수 있으며, 이들 중 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물이 사용될 수 있다. 상기 유기용매는 고분자 함유 용액 및 염 용액의 농도 및 공정성을 고려하여 적절한 함량으로 사용될 수 있다.Examples of the organic solvent usable in the preparation of the polymer-containing solution and the salt solution include an alcohol-based solvent such as methanol, ethanol, propanol, isopropanol, butanol or isobutanol; Ether solvents such as diethyl ether, dipropyl ether, dibutyl ether, butyl ethyl ether, or tetrahydrofuran; Alcohol ether solvents such as ethylene glycol, propylene glycol, ethylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monoethyl ether, and ethylene glycol monobutyl ether; Ketone solvents such as acetone, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone or cyclohexanone; Amide solvents such as N-methyl-2-pyrrolidinone, 2-pyrrolidinone, N-methylformamide or N, N-dimethylformamide; A sulfoxide-based solvent such as dimethylsulfoxide or diethylsulfoxide; Diethylsulfone, or tetramethylene sulfone; Nitrile solvents such as acetonitrile or benzonitrile; Amine-based solvents such as alkylamines, cyclic amines or aromatic amines; Ester solvents such as methyl butyrate, ethyl butyrate and propyl propionate; Carboxylic acid ester solvents such as ethyl acetate and butyl acetate; Aromatic hydrocarbon solvents such as benzene, ethylbenzene, chlorobenzene, toluene or xylene; Aliphatic hydrocarbon solvents such as hexane, heptane or cyclohexane; Halogenated hydrocarbon solvents such as chloroform, tetrachlorethylene, carbon tetrachloride, dichloromethane or dichloroethane; A carbonate-based solvent such as propylene carbonate, ethylene carbonate, dimethyl carbonate, dibutyl carbonate, ethyl methyl carbonate or dibutyl carbonate; And nitro-based solvents such as nitromethane and nitrobenzene. Any one or a mixture of two or more of them may be used. The organic solvent may be used in an appropriate amount in consideration of the concentration and fairness of the polymer-containing solution and the salt solution.

상기한 제조방법에 따라 고분자에 마그네슘염이 결합된 고분자-마그네슘 이온 전도체를 용이하게 제조할 수 있다. 또 상기한 제조방법에 따라 제조된 고분자-마그네슘 이온 전도체는 고분자에 마그네슘염이 균일하고 안정적으로 결합됨으로써 보다 우수한 마그네슘 이온 전도성을 나타낼 수 있다.According to the above-described production method, a polymer-magnesium ion conductor in which a magnesium salt is bonded to a polymer can be easily produced. Also, the polymer-magnesium ion conductor produced according to the above-described production method can exhibit more excellent magnesium ion conductivity by uniformly and stably bonding the magnesium salt to the polymer.

상기 고분자-마그네슘 이온 전도체는 그 자체로 마그네슘 이온 전도성이 요구되는 전기화학 소자에 적용될 수도 있고, 또는 요구되는 기능 등에 따라 복합 구조체의 형태로 적용될 수도 있다.The polymer-magnesium ion conductor itself may be applied to an electrochemical device requiring magnesium ion conductivity, or may be applied in the form of a complex structure depending on required functions and the like.

이에 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따르면, 상기한 고분자-마그네슘 이온 전도체를 포함하는 마그네슘 이온 전도성 고분자 막이 제공된다.According to another embodiment of the present invention, there is provided a magnesium ion conductive polymer membrane including the polymer-magnesium ion conductor.

구체적으로, 상기 마그네슘 이온 전도성 고분자 막은, 서로 대향하여 위치하는 제1 및 제2 고분자 매트릭스; 및 상기 제1 및 제2 고분자 매트릭스 사이에 위치하는 마그네슘 이온 전도성 고분자층을 포함하며, 상기 마그네슘 이온 전도성 고분자 층은 상기한 고분자-마그네슘 이온 전도체를 포함한다. Specifically, the magnesium ion conductive polymer membrane may include first and second polymer matrices positioned opposite to each other; And a magnesium ion conductive polymer layer positioned between the first and second polymer matrices, wherein the magnesium ion conductive polymer layer includes the polymer-magnesium ion conductor.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 마그네슘 이온 전도성 고분자 막의 구조를 개략적으로 나타낸 단면 구조도이다. 도 2는 본 발명을 설명하기 위한 일 예일 뿐 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.2 is a schematic cross-sectional view illustrating the structure of a magnesium ion conductive polymer membrane according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is an illustration for illustrating the present invention, but the present invention is not limited thereto.

이하 도 2를 참조하여 설명하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 마그네슘 이온 전도성 고분자 막(100)은, 서로 대향하여 위치하는 제1 및 제2고분자 매트릭스(10, 20)를 포함하며, 또 상기 제1 및 제2고분자 매트릭스 사이에는 상기한 고분자-마그네슘 이온 전도체(미도시)를 포함하는 마그네슘 이온 전도성 고분자층(30)이 위치하는 다층 구조체이다. 2, the magnesium ion conductive polymer membrane 100 according to an embodiment of the present invention includes first and second polymer matrices 10 and 20 positioned opposite to each other, Layer structure in which the magnesium-ion conductive polymer layer 30 including the polymer-magnesium ion conductor (not shown) is located between the first and second polymer matrices.

상기 마그네슘 이온 전도성 고분자 막에 있어서, 상기 제1 및 제2 고분자 매트릭스는, 마그네슘 이온 전도성 고분자층(30)의 양측에 위치하며, 지지체의 역할을 한다. 상기 제1 및 제2 고분자 매트릭스는 마그네슘의 이온 이동에 대하여 저저항인 것이 사용될 수 있다 구체적으로는 상기 제1 및 제2 고분자 매트릭스는 각각 독립적으로 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌 등과 같은 폴리올레핀계 고분자; 유리 섬유; 폴리에스테르; 폴리아크릴로니트릴; 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 비닐리덴플루오라이드/헥사플루오로프로필렌 코폴리머, 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF) 등의 불소계 고분자 등을 들 수 있으며, 이중에서도 보다 구체적으로는 폴리올레핀계 고분자 일 수 있고, 보다 더 구체적으로는 폴리에틸렌일 수 있다. In the magnesium ion conductive polymer membrane, the first and second polymer matrices are located on both sides of the magnesium ion conductive polymer layer 30 and serve as a support. The first and second polymer matrices may have a low resistance to ion migration of magnesium. Specifically, the first and second polymer matrices may each independently comprise a polyolefin-based polymer such as polyethylene or polypropylene; glass fiber; Polyester; Polyacrylonitrile; And fluorine-based polymers such as polytetrafluoroethylene (PTFE), vinylidene fluoride / hexafluoropropylene copolymer and polyvinylidene fluoride (PVDF). Among these, more specifically, polyolefin- And more particularly polyethylene.

또, 상기 제1 및 제2 고분자 매트릭스 중 적어도 하나는 다공성일 수 있으며, 이때 마그네슘 이온 전도성 고분자 막의 제조방법에 따라, 제1 또는 제2 고분자 매트릭스의 기공 내에 상기 고분자-마그네슘 이온 전도체가 포함될 수도 있다. At least one of the first and second polymer matrices may be porous, and the polymer-magnesium ion conductor may be included in the pores of the first or second polymer matrix depending on the method of manufacturing the magnesium ion conductive polymer membrane .

한편, 상기 마그네슘 이온 전도성 고분자 층은 고분자-마그네슘 이온 전도체를 포함하며, 이는 앞서 설명한 바와 동일하다. Meanwhile, the magnesium ion conductive polymer layer includes a polymer-magnesium ion conductor, which is the same as described above.

또, 상기 고분자-마그네슘 이온 전도체 외에 상기 마그네슘 이온 전도성 고분자 층은 통상의 첨가제를 더 포함할 수도 있다.In addition to the polymer-magnesium ion conductor, the magnesium ion conductive polymer layer may further include conventional additives.

또, 상기 마그네슘 이온 전도성 고분자 층은 그 두께가 특별히 한정되는 것은 아니며, 마그네슘 이온 전도성 고분자 막의 적용 분야에 따라, 요구되는 물성적 요건에 맞추어 적절히 조절될 수 있다. In addition, the thickness of the magnesium ion conductive polymer layer is not particularly limited, and may be suitably adjusted in accordance with required physical properties according to application fields of the magnesium ion conductive polymer membrane.

상기 마그네슘 이온 전도성 고분자 막에 있어서, 상기 고분자-마그네슘 이온 전도체는 마그네슘 이온 전도성 고분자 막 총 중량에 대하여 0.1 내지 10중량%로 포함될 수 있다. 마그네슘 이온 전도성 고분자 막내 고분자-마그네슘 이온 전도체의 함량이 0.1중량% 미만이면 마그네슘 이온 전도성 고분자 막의 마그네슘 이온 전도성이 미미할 수 있다.In the magnesium ion conductive polymer membrane, the polymer-magnesium ion conductor may be included in an amount of 0.1 to 10% by weight based on the total weight of the magnesium ion conductive polymer membrane. If the content of the polymer-magnesium ion conductor in the magnesium ion conductive polymer membrane is less than 0.1 wt%, the magnesium ion conductivity of the magnesium ion conductive polymer membrane may be insignificant.

상기와 같은 구조를 갖는 마그네슘 이온 전도성 고분자 막은, 제1 및 제2 고분자 매트릭스 중 어느 하나의 고분자 매트릭스 상에 고분자-마그네슘 이온 전도체를 포함하는 마그네슘 이온 전도성 고분자 층을 위치시킨 후, 나머지 고분자 매트릭스를 적층함으로써 제조될 수 있다.The magnesium ion conductive polymer membrane having the above structure is obtained by disposing a magnesium ion conductive polymer layer containing a polymer-magnesium ion conductor on a polymer matrix of any one of the first and second polymer matrices, ≪ / RTI >

이때, 상기 마그네슘 이온 전도성 고분자 층은 고분자-마그네슘 이온 전도체를 포함하는 조성물을 도포한 후 건조하거나, 또는 별도의 지지체상에 상기 조성물을 도포 건조하여 제조한 마그네슘 이온 전도성 고분자 층을 제1 또는 제2 고분자 매트릭스로 전사함으로써 형성될 수 있다. Here, the magnesium ion conductive polymer layer may be formed by applying a composition containing a polymer-magnesium ion conductor, drying the composition, applying the composition on a separate support, and drying the magnesium ion conductive polymer layer to form a first or second And then transferred to a polymer matrix.

상기 고분자-마그네슘 이온 전도체를 포함하는 조성물은, 폴리알킬(메타)아크릴레이트계 고분자를 유기용매에 용해시켜 고분자 함유 용액과, 마그네슘염을 유기용매에 용해시켜 제조한 염 용액을 혼합함으로써 제조될 수 있으며, 이때 각각의 용액의 제조는 앞서 고분자-마그네슘 이온 전도체의 제조방법에서 설명한 바와 동일하다.The composition comprising the polymer-magnesium ion conductor may be prepared by dissolving a polyalkyl (meth) acrylate-based polymer in an organic solvent to prepare a solution containing a polymer and a salt solution prepared by dissolving a magnesium salt in an organic solvent Wherein the preparation of each solution is the same as described above for the preparation of the polymer-magnesium ion conductor.

또, 상기 고분자-마그네슘 이온 전도체를 포함하는 조성물의 도포 공정은 특별히 한정되지 않으며, 바 코팅, 닥터 블레이드 코팅 등 통상의 슬러리 코팅법을 이용하여 수행될 수 있다.The step of applying the composition containing the polymer-magnesium ion conductor is not particularly limited, and may be carried out using a conventional slurry coating method such as bar coating or doctor blade coating.

상기와 같은 마그네슘 이온 전도성 고분자 막은 마그네슘 이온 전도성이 요구되는 다양한 전기화학 소자에 적용될 수 있으며, 특히 마그네슘 전지에 적용시 전지의 수명특성 및 용량특성을 향상시킬 수 있다.The magnesium ion conductive polymer membrane as described above can be applied to various electrochemical devices requiring magnesium ion conductivity. In particular, when applied to a magnesium battery, life characteristics and capacity characteristics of the battery can be improved.

이에 따라 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따르면, 상기 마그네슘 이온 전도성 고분자 막을 포함하는 마그네슘 전지를 제공한다. 이때 상기 마그네슘 전지는 일차 전지 또는 이차 전지일 수 있다. 이하에서는 상기 마그네슘 전지가 이차 전지인 경우에 대하여 주로 설명하나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.According to another aspect of the present invention, there is provided a magnesium battery including the magnesium ion conductive polymer membrane. The magnesium battery may be a primary battery or a secondary battery. Hereinafter, the case where the magnesium battery is a secondary battery will be mainly described, but the present invention is not limited thereto.

구체적으로, 상기 마그네슘 전지는 서로 대향 배치되는 양극 활물질을 포함하는 양극과 음극 활물질을 포함하는 음극, 그리고 상기 양극과 음극 사이에 개재되는 마그네슘 이온 전도성 고분자 막을 포함한다. 이때, 상기 마그네슘 이온 전도성 고분자 막에 있어서, 제1 및 제2 고분자 매트릭스는 세퍼레이터의 역할을, 그리고 마그네슘 이온 전도성 고분자층은 고체 전해질의 역할을 할 수 있다. Specifically, the magnesium battery includes a cathode including a cathode active material disposed opposite to each other, a cathode including the anode active material, and a magnesium ion conductive polymer film interposed between the cathode and the anode. Here, in the magnesium ion conductive polymer membrane, the first and second polymer matrices may serve as a separator, and the magnesium ion conductive polymer layer may serve as a solid electrolyte.

상기 음극 및 양극에는 전지 작용시 발생하는 전류를 집전하기 위한 도전성 리드 부재가 각기 부착될 수 있고, 상기 리드 부재는 각각 양극 및 음극에서 발생한 전류를 양극 단자 및 음극 단자로 유도할 수 있다.The cathode and the anode may each have a conductive lead member for collecting a current generated during the operation of the battery, and the lead member may guide current generated in the anode and the cathode to the cathode terminal and the cathode terminal, respectively.

먼저, 상기 양극은 예를 들어 다음과 같이 준비될 수 있다.First, the anode can be prepared, for example, as follows.

예를 들어 양극 활물질, 도전재, 바인더 및 용매가 혼합된 양극 활물질 조성물이 준비된다. 상기 양극 활물질 조성물이 금속 집전체 위에 직접 코팅되어 양극판이 제조된다. 다르게는, 상기 양극 활물질 조성물이 별도의 지지체 상에 캐스팅된 다음, 상기 지지체로부터 박리된 필름이 금속 집전체상에 라미네이션되어 양극판이 제조될 수 있다. 상기 양극은 상기에서 열거한 형태에 한정되는 것은 아니고 상기 형태 이외의 형태일 수 있다.For example, a cathode active material composition in which a cathode active material, a conductive material, a binder, and a solvent are mixed is prepared. The positive electrode active material composition is directly coated on the metal current collector to produce a positive electrode plate. Alternatively, the cathode active material composition may be cast on a separate support, and then the film peeled from the support may be laminated on the metal current collector to produce a cathode plate. The anode is not limited to those described above, but may be in a form other than the above.

상기 양극 활물질은 마그네슘을 인터칼레이션/디인터칼레이션할 수 있는 물질이면 제한 없이 사용 가능하고, 구체적으로 스칸듐, 루테늄, 티타늄, 바나듐, 몰리브덴, 크롬, 망간, 철, 코발트, 니켈, 구리, 납, 텅스텐, 지르코늄 및 아연으로 이루어진 군에서 선택되는 금속의 산화물, 황화물 또는 할로겐화물; 및 마그네슘 복합금속 산화물로부터 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다.The cathode active material may be any material capable of intercalating / deintercalating magnesium, and may be selected from the group consisting of scandium, ruthenium, titanium, vanadium, molybdenum, chromium, manganese, iron, cobalt, nickel, Oxides, sulfides or halides of metals selected from the group consisting of tungsten, zirconium and zinc; And a magnesium complex metal oxide.

예를 들어, Co3O4, Mn2O3, Mn3O4, MoO3, PbO2, Pb3O4, RuO2, V2O5, WO3, TiS2, VS2, ZrS2, Mo3O4, Mo6S8, MoB2, TiB2, 또는 ZrB2 등이 사용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한 마그네슘 복합금속 산화물의 예로는 Mg(M1 - xAx)O4(0≤x≤0.5, M은 Ni, Co, Mn, Cr, V, Fe, Cu 또는 Ti이며, A는 Al, B, Si, Cr, V, C, Na, K 또는 Mg)로 표시되는 마그네슘계 화합물이 사용될 수 있다.For example, at least one of Co 3 O 4 , Mn 2 O 3 , Mn 3 O 4 , MoO 3 , PbO 2 , Pb 3 O 4 , RuO 2 , V 2 O 5 , WO 3 , TiS 2 , VS 2 , ZrS 2 , Mo 3 O 4 , Mo 6 S 8 , MoB 2 , TiB 2 , or ZrB 2 may be used, but the present invention is not limited thereto. In addition, examples of the magnesium composite metal oxide include Mg (M 1 - x A x ) O 4 (0? X ? 0.5, M is Ni, Co, Mn, Cr, V, Fe, , Si, Cr, V, C, Na, K, or Mg) may be used.

상기 도전재로는 고비표면적의 탄소재료, 예를 들면 카본블랙, 활성탄, 아세틸렌블랙, 흑연 미립자의 1종 또는 2종 이상을 혼합물을 사용할 수 있다. 또한, 기상성장 탄소, 또는 피치(석유, 석탄, 콜타르 등의 부생성물)를 고온에서 탄화시켜 제조한 섬유, 아크릴 섬유(Polyacrylonitrile)로부터 제조한 탄소섬유 등의 전기전도성 섬유도 도전재로서 사용할 수 있다. 탄소섬유와 고비표면적의 탄소재료를 동시에 사용할 수 있다. 탄소섬유와 고비표면적의 탄소재료를 동시에 사용함에 의하여 전기 전도성이 더욱 향상될 수 있다. 또한, 양극의 충방전 범위에서 산화되어 용해하지 않는 재료이며, 양극 활물질에 비하여 전기저항의 낮은 금속계 도전재를 사용할 수 있다. 예를 들어 티탄, 금 등의 내식성 금속, SiC나 WC등의 카바이드, Si3N4, BN 등의 질화물을 사용할 수 있으나 반드시 이들로 한정되지 않으며 당해 기술분야에서 도전재로 사용할 수 있는 것이라면 모두 가능하다.As the conductive material, a carbon material having a high specific surface area such as carbon black, activated carbon, acetylene black, or a mixture of two or more of graphite fine particles may be used. Further, electroconductive fibers such as fibers produced by carbonizing vapor-grown carbon or pitch (by-products such as petroleum, coal, coal tar and the like) at high temperature and carbon fibers prepared from acrylic fibers (polyacrylonitrile) . Carbon fiber and a carbon material having a high specific surface area can be used simultaneously. The use of the carbon fiber and the carbon material having a high specific surface area simultaneously can further improve the electric conductivity. Further, a metal-based conductive material having a lower electrical resistance than that of the cathode active material can be used as a material which does not dissolve in the charge and discharge range of the anode. For example, a corrosion-resistant metal such as titanium or gold, a carbide such as SiC or WC, or a nitride such as Si 3 N 4 or BN can be used, but not limited thereto, and any material that can be used as a conductive material in the related art Do.

상기 바인더로는 비닐리덴 플루오라이드/헥사플루오로프로필렌 코폴리머, 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF), 폴리아크릴로니트릴, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리테트라플루오로에틸렌 및 그 혼합물 또는 스티렌 부타디엔 고무계 폴리머 등이 사용될 수 있으나, 이들로 한정되지 않으며 당해 기술분야에서 바인더로 사용될 수 있는 것이 라면 모두 사용될 수 있다.Examples of the binder include vinylidene fluoride / hexafluoropropylene copolymer, polyvinylidene fluoride (PVDF), polyacrylonitrile, polymethyl methacrylate, polytetrafluoroethylene and mixtures thereof, and styrene butadiene rubber-based polymers May be used, but the present invention is not limited thereto, and any material that can be used as a binder in the art can be used.

상기 용매로는 N-메틸피롤리돈, 아세톤 또는 물 등이 사용될 수 있으나, 이들로 한정되지 않으며 당해 기술분야 에서 사용될 수 있는 것이라면 모두 사용될 수 있다.As the solvent, N-methylpyrrolidone, acetone, water or the like may be used, but not limited thereto, and any solvent which can be used in the technical field can be used.

상기 금속 집전체로는 재질, 형상, 제조방법 등에 제한됨이 없이, 전기화학적으로 안정물질을 이용할 수 있다.The metal current collector is not limited to a material, a shape, a manufacturing method, and the like, and a stable material can be used electrochemically.

상기 금속 집전체는, 두께 10 내지 100㎛의 알루미늄박, 두께 10 내지 100㎛, 구멍 지름 0.1 내지 10 mm의 알루미늄 천공박, 확장 메탈, 발포 금속판 등이 사용될 수 있다. 금속 집전체의 재질은, 알루미늄 외에 스테인리스, 티탄 등도 사용될 수 있다.The metal current collector may be an aluminum foil having a thickness of 10 to 100 탆, an aluminum punched foil having a thickness of 10 to 100 탆, a hole diameter of 0.1 to 10 mm, an expanded metal, a foamed metal plate and the like. The material of the metal current collector may be stainless steel, titanium, etc. in addition to aluminum.

상기 양극에서 양극 활물질, 도전재, 바인더 및 용매의 함량은 마그네슘 전지에서 통상적으로 사용되는 수준이다. 마그네슘 전지의 용도 및 구성에 따라 상기 도전재, 바인더 및 용매 중 하나 이상이 생략될 수 있다.The content of the positive electrode active material, the conductive material, the binder and the solvent in the positive electrode is a level commonly used in a magnesium battery. One or more of the conductive material, the binder and the solvent may be omitted depending on the use and configuration of the magnesium battery.

다음으로 음극이 준비된다.Next, the cathode is prepared.

상기 마그네슘 전지에서 음극은 음극 활물질로서 마그네슘 금속, 마그네슘 금속 기반의 합금, 마그네슘 삽입 화합물(magnesium intercalating compound) 또는 탄소계 재료를 포함할 수 있으나 반드시 이들로 한정되지 않으며 당해 기술 분야에서 음극 활물질로 사용될 수 있는 것으로서 마그네슘을 포함하거나 마그네슘을 인터칼레이션/디인터칼레이션할 수 있는 것이라면 모두 사용 가능하다.In the magnesium battery, the negative electrode may include, but is not necessarily limited to, a magnesium metal, a magnesium metal-based alloy, a magnesium intercalating compound, or a carbon-based material as an anode active material and may be used as an anode active material As long as it can contain magnesium or can intercalate / deintercalate magnesium, it can be used.

상기 음극이 마그네슘 전지의 용량을 결정하므로 상기 음극은 예를 들어 마그네슘 금속일 수 있다. 상기 마그네슘 금속 기반의 합금으로서는 예를 들어 알루미늄, 주석, 인듐, 칼슘, 티타늄, 바나듐 등과 마그네슘의 합금을 들 수 있다.Since the negative electrode determines the capacity of the magnesium battery, the negative electrode may be, for example, magnesium metal. Examples of the magnesium-based alloy include alloys of aluminum, tin, indium, calcium, titanium, vanadium, and the like and magnesium.

예를 들어, 상기 음극은 일반적으로 3 ㎛ 내지 500 ㎛의 두께의 금속 상태의 마그네슘이 사용될 수 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태로 사용될 수 있다.For example, the negative electrode may be formed of magnesium in the form of a metal having a thickness of 3 to 500 μm, and may be used in various forms such as a film, a sheet, a foil, a net, a porous body, a foam, and a nonwoven fabric.

상기 마그네슘 전지가 상기 음극 활물질로 마그네슘 금속, 마그네슘 합금을 채용하는 경우, 상기 음극과 케이스의 일체화, 즉, 케이스의 적어도 일부분이 음극 활물질인 마그네슘 금속 혹은 마그네슘 합금으로 형성되어 케이스의 일 부분이 음극을 겸비할 수도 있다. 상기 마그네슘 금속 등으로 케이스를 구성하는 경우에도, 마그네슘 금속 등은 공기 중에서 대부분 비활성이기 때문에, 취급성이나 안전성이 우수하다. 따라서, 상기 케이스가 음극을 겸비하는 형태의 마그네슘 전지는 리튬 이차 전지에 비하여, 전지의 중량이 경감되어 에너지밀도, 출력밀도 등이 우수한 마그네슘 전지가 얻어질 수 있다.When the magnesium battery uses magnesium metal or magnesium alloy as the negative electrode active material, integration of the negative electrode and the case, that is, at least a part of the case is formed of magnesium metal or magnesium alloy as the negative electrode active material, You can combine them. Even when the case is constituted by the magnesium metal or the like, magnesium metal and the like are mostly inert in the air, and therefore handling and safety are excellent. Therefore, the magnesium battery in which the case has the negative electrode can reduce the weight of the battery compared to the lithium secondary battery, and thus a magnesium battery having excellent energy density, output density, and the like can be obtained.

상기 마그네슘 금속 또는 마그네슘 합금 이외의 음극 활물질을 이용하는 경우, 그래핀 구조를 가지는 탄소계 재료 등을 이용할 수 있다. 흑연, 흑연화탄소 등의 재료의 혼합 음극이나, 탄소계 재료와 금속 또는 합금과의 혼합음극, 복합음극을 사용할 수도 있다. 탄소계 재료로서는, 마그네슘 이온을 전기화학적으로 인터칼레이션/디인터칼레이션할 수 있는 천연흑연, 인조흑연, 메소페이즈탄소, 팽창흑연, 탄소섬유, 기상성장법 탄소섬유, 피치계 탄소질재료, 니들코크스, 석유코크스, 폴리아크릴로나이트릴 계 탄소섬유, 카본블랙 등의 탄소질재료, 또는 5원환 또는 6원환의 환식 탄화수소 또는 환식 함산소 유기화합물을 열분해에 의해서 합성한 비정질계 탄소재료, 등이 사용될 수 있다.When an anode active material other than the magnesium metal or the magnesium alloy is used, a carbon-based material having a graphene structure or the like can be used. A mixed cathode of a material such as graphite or graphitic carbon, a mixed cathode of a carbon-based material and a metal or an alloy, or a composite cathode may be used. Examples of the carbon-based material include natural graphite, artificial graphite, mesophase carbon, expanded graphite, carbon fiber, vapor growth carbon fiber, pitch-based carbonaceous material, and the like, which can electrochemically intercalate / deintercalate magnesium ions, Carbonaceous materials such as needle coke, petroleum coke, polyacrylonitrile-based carbon fibers and carbon black, amorphous carbon materials synthesized by thermal decomposition of cyclic hydrocarbons or cyclic oxygen-containing organic compounds of 5-membered rings or 6-membered rings, etc. Can be used.

상기 음극 활물질이 분말 형태인 경우에 상기 음극은 다음과 같이 제조될 수 있다. 상기 음극은 상기 양극 활물질 대신에 음극 활물질을 사용하는 것을 제외하고는 양극과 동일한 방법으로 제조될 수 있다. 또한, 상기 음극 활물질 조성물에서 도전재, 결합제 및 용매는 양극의 경우와 동일한 것을 사용할 수 있다.When the negative electrode active material is in powder form, the negative electrode may be prepared as follows. The negative electrode may be manufactured in the same manner as the positive electrode except that the negative electrode active material is used instead of the positive electrode active material. In the negative electrode active material composition, the conductive material, binder, and solvent may be the same as those used for the positive electrode.

예를 들어, 음극 활물질, 도전재, 결합제 및 용매를 혼합하여 음극 활물질 조성물을 제조하며, 이를 구리 집전체에 직접 코팅하여 음극 극판을 제조할 수 있다. 다르게는, 상기 음극 활물질 조성물을 별도의 지지체 상에 캐스팅하고 이 지지체로부터 박리시킨 음극 활물질 필름을 구리 집전체에 라미네이션하여 음극 극판을 제조할 수 있다.For example, a negative electrode active material composition is prepared by mixing a negative electrode active material, a conductive material, a binder, and a solvent, and then directly coated on the copper current collector to produce a negative electrode plate. Alternatively, the negative electrode active material composition may be cast on a separate support, and the negative electrode active material film peeled from the support may be laminated on a copper current collector to produce a negative electrode plate.

상기 음극 집전체로서 재질, 형상, 제조 방법 등에 제한되는 일 없이, 임의의 집전체를 사용할 수 있다. 예를 들어, 두께 10 내지 100㎛의 동박, 두께 10 내지 100㎛, 구멍 지름 0.1 내지 10 mm의 동제 천공박, 확장 메탈, 발포 금속판 등이 사용될 수 있다. 상기 음극 집전체의 재질은 구리 외에, 스테인리스, 티탄, 니켈 등이 사용될 수 있다.As the negative electrode current collector, any current collector can be used without being limited to the material, the shape, the manufacturing method, and the like. For example, a copper foil having a thickness of 10 to 100 占 퐉, a copper perforated foil having a thickness of 10 to 100 占 퐉, a hole diameter of 0.1 to 10 mm, an expanded metal, a foamed metal plate and the like can be used. The anode current collector may be made of stainless steel, titanium, nickel or the like in addition to copper.

상기 음극에서 음극 활물질, 도전재, 결합제 및 용매의 함량은 마그네슘 전지에서 통상적으로 사용하는 수준이다.
The content of the negative electrode active material, the conductive material, the binder and the solvent in the negative electrode is a level commonly used in a magnesium battery.

이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail so that those skilled in the art can easily carry out the present invention. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein.

제조예Manufacturing example 1 One

폴리메틸메타크릴레이트를 아세토니트릴에 1M 농도로 용해시켜 고분자 함유 용액을 제조하였다. 별도로 아세토니트릴에 Mg(ClO4)2를 1M 농도로 용해시켜 염 용액을 제조하였다. 제조한 고분자 함유 용액과 염 용액을 혼합하여 PMMA고분자-Mg 이온 전도체를 합성하였다.
Polymethyl methacrylate was dissolved in acetonitrile to a concentration of 1 M to prepare a polymer-containing solution. Separately by dissolving Mg (ClO 4) 2 in acetonitrile in a concentration of 1M to prepare a salt solution. The PMMA polymer-Mg ion conductor was synthesized by mixing the prepared polymer-containing solution and the salt solution.

실시예Example 1 One

폴리에틸렌 필름 위에 상기 제조예 1에서 제조한 고분자 이온 전도체 함유 용액을 닥터 블레이드를 사용하여 균일하게 코팅하였다. 그 위에 폴리에틸렌 필름을 덮고 80℃에서 밤새 굳혀 마그네슘 이온 전도성 고분자 막을 제조하였다.
The solution containing the polymer ion conductor prepared in Preparation Example 1 was uniformly coated on a polyethylene film using a doctor blade. A polyethylene film was coated thereon and the magnesium ion conductive polymer membrane was hardened overnight at 80 캜.

실험예Experimental Example 1 One

상기 실시예 1에서 제조한 마그네슘 이온 전도성 고분자 막의 마그네슘 이온 전도도를 평가하였다. The magnesium ion conductivity of the magnesium ion conductive polymer membrane prepared in Example 1 was evaluated.

상세하게는, 도 2에 제시된 바와 같이, 셀의 한쪽(A)은 구리 금속 전극을 1M Cu(NO3)2 및 1M Mg(ClO4)2를 물에 용해시켜 제조한 전해액 중에 담그고, 셀의 다른 한쪽(B)은 아연 금속 전극을 1M Zn(NO3)2 및 1M Mg(ClO4)2를 물 중에 용해시켜 제조한 전해액 중에 담궜다, 셀의 가운데 분리막으로서 상기 실시예 1에서 제조한 마그네슘 이온 전도성 고분자막을 위치시킨 후, Zn 전극은 산화, Cu 전극은 환원이 되도록 정전류(galvanostatic current) 3mA를 20시간 동안 흘려주었다. Specifically, as shown in Fig. 2, one of the cells (A) is immersed in an electrolytic solution prepared by dissolving a copper metal electrode in 1 M Cu (NO 3 ) 2 and 1 M Mg (ClO 4 ) 2 in water, The other electrode (B) was immersed in an electrolytic solution prepared by dissolving a zinc metal electrode in 1 M Zn (NO 3 ) 2 and 1 M Mg (ClO 4 ) 2 in water. The magnesium ion produced in Example 1 After the conductive polymer membrane was positioned, a galvanostatic current of 3 mA was applied for 20 hours so that the Zn electrode was oxidized and the Cu electrode was reduced.

실험 완료 후, 두 전해질 용액을 ICP로 원소 분석하였다. 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다. 이때 실험 신뢰성을 확인하기 위해 Ba 이온에 대해서도 측정하였다. After completion of the experiment, the two electrolyte solutions were subjected to elemental analysis by ICP. The results are shown in Table 1 below. At this time, Ba ion was also measured to confirm the reliability of the experiment.

(단위: 중량%)(Unit: wt%) MgMg CuCu ZnZn BaBa (Zn, Mg) 용액(Zn, Mg) solution 0.310.31 0.0030.003 1.81.8 <0.0001<0.0001 (Cu, Mg) 용액(Cu, Mg) solution 0.460.46 3.73.7 0.0550.055 <0.0001<0.0001

실험 결과, Cu와 Zn 이온이 섞이지 않았음을 확인할 수 있다. 이로부터 본 발명에 따라 제조된 마그네슘 이온 전도성 막을 통해 Mg 이온만이 이동했음을 알 수 있다.
As a result, it can be confirmed that Cu and Zn ions are not mixed. From this, it can be seen that only the Mg ions migrated through the magnesium ion conductive membrane manufactured according to the present invention.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, Of the right.

Claims (11)

삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 서로 대향 하여 위치하는 제1 및 제2 고분자 매트릭스; 및
상기 제1 및 제2 고분자 매트릭스 사이에 위치하는 마그네슘 이온 전도성 고분자층을 포함하며,
상기 마그네슘 이온 전도성 고분자층은 고분자 및 마그네슘염을 포함하는 고분자-마그네슘 이온 전도체를 포함하고,
상기 고분자는 폴리알킬(메타)아크릴레이트, 폴리아크릴로니트릴(PAN), 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF), 폴리비닐리덴 플루오라이드-헥사플루오로에틸렌(HFP) 공중합체 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나이고,
상기 고분자-마그네슘 이온 전도체는 마그네슘 이온 전도성 고분자 막 총 중량에 대하여 0.1 내지 10중량%로 포함되는 것인 전기화학 소자용 마그네슘 이온 전도성 고분자 막.
First and second polymer matrices facing each other; And
And a magnesium ion conductive polymer layer positioned between the first and second polymer matrices,
Wherein the magnesium ion conductive polymer layer comprises a polymer-magnesium ion conductor including a polymer and a magnesium salt,
The polymer may be selected from the group consisting of polyalkyl (meth) acrylates, polyacrylonitrile (PAN), polyvinylidene fluoride (PVDF), polyvinylidene fluoride-hexafluoroethylene (HFP) , &Lt; / RTI &gt;
Wherein the polymer-magnesium ion conductor is contained in an amount of 0.1 to 10 wt% based on the total weight of the magnesium ion conductive polymer membrane.
제7항에 있어서,
상기 제1 및 제2 고분자 매트릭스는 각각 독립적으로 폴리올레핀계 고분자를 포함하는 것인 전기화학 소자용 마그네슘 이온 전도성 고분자 막.
8. The method of claim 7,
Wherein the first and second polymer matrices each independently comprise a polyolefin-based polymer.
삭제delete 제7항에 따른 마그네슘 이온 전도성 고분자 막을 포함하는 전기화학 소자.An electrochemical device comprising the magnesium ion conductive polymer membrane according to claim 7. 제7항에 따른 마그네슘 이온 전도성 고분자 막을 포함하는 마그네슘 전지.A magnesium battery comprising the magnesium ion conductive polymer membrane according to claim 7.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2009123483A (en) * 2007-11-14 2009-06-04 Sony Corp Separator and battery
JP2014167871A (en) * 2013-02-28 2014-09-11 Nagoya Institute Of Technology Electrolyte for magnesium battery use, and magnesium battery including the same

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