KR102027421B1 - Radiation gel-type electrolyte precursor composition, secondary battery and manufacturing method of the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 이온성 염 및 유기용매가 함유된 유기전해액과, 비닐계 단량체 및 다관능성 비닐계 가교제를 포함하는 방사선 겔형 전해질 전구체 조성물; 이를 적용한 이차전지 및 이의 제조방법에 관한 것이다. The present invention relates to a radiation gel electrolyte precursor composition comprising an organic electrolyte solution containing an ionic salt and an organic solvent, and a vinyl monomer and a polyfunctional vinyl crosslinking agent; The present invention relates to a secondary battery and a method of manufacturing the same.

Description

방사선 겔형 전해질 전구체 조성물, 이차전지 및 이의 제조방법{RADIATION GEL-TYPE ELECTROLYTE PRECURSOR COMPOSITION, SECONDARY BATTERY AND MANUFACTURING METHOD OF THE SAME}Radiation Gel Electrolyte Precursor Composition, Secondary Battery and Manufacturing Method Thereof {RADIATION GEL-TYPE ELECTROLYTE PRECURSOR COMPOSITION, SECONDARY BATTERY AND MANUFACTURING METHOD OF THE SAME}

본 발명은 방사선 겔형 전해질 전구체 조성물, 이차전지 및 이의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a radiation gel electrolyte precursor composition, a secondary battery and a method of manufacturing the same.

이차전지는 전기화학적 산화·환원 반응에 의해 전기에너지를 화학에너지로(충전), 화학에너지를 전기에너지로(방전) 변환하면서 반복사용이 가능한 에너지 저장장치를 의미한다. 이차전지는 전극, 분리막 및 전해질로 구성되어 있으며 특히 전해질은 전지 안전성의 핵심적인 요소이다. Secondary battery refers to an energy storage device that can be repeatedly used while converting electrical energy into chemical energy (charging) and chemical energy into electrical energy (discharging) by electrochemical oxidation / reduction reaction. The secondary battery is composed of an electrode, a separator and an electrolyte, and in particular, the electrolyte is a key element of battery safety.

현재 액상 전해질을 적용한 이차전지의 가장 큰 문제점으로는 충격과 열에 의한 폭발 위험성이다. 이러한 문제점을 해결하기 위한 방안으로 겔형 전해질을 적용한 이차전지 개발이 시도되고 있다.  At present, the biggest problem of the secondary battery using the liquid electrolyte is the risk of explosion due to impact and heat. In order to solve this problem, development of a secondary battery using a gel electrolyte has been attempted.

현재까지 개발된 겔형 전해질을 적용한 이차전지 제조 방법에는 1) 열 및 광(UV) 이용하여 겔형 전해질을 제조한 후 이차전지를 조립하여 제조하는 방법과 2) 겔형 전해질 전구체 조성물을 이용하여 이차전지를 조립한 후 열 및 광(UV)을 통해 겔형 전해질을 적용한 이차전지를 제조하는 방법이 있다. In the secondary battery manufacturing method using the gel electrolyte developed to date, a method of manufacturing a gel electrolyte using heat and light (UV) and then assembling the secondary battery and 2) using a gel electrolyte precursor composition After assembly, there is a method of manufacturing a secondary battery to which a gel electrolyte is applied through heat and light (UV).

전자 방법의 경우 전극과 전해질 간의 계면저항 증가에 따른 낮은 성능과 산업 적용을 위해서는 신규 제조공정 설계 및 개발이 요구되어 상용 제조공정 적용에 어려움이 있다. 한편, 후자 방법의 경우 전자와는 달리 현재 적용되고 있는 이차전지 제조공정에 직접 적용이 가능하다는 장점이 있지만, 열 및 광(UV) 기반 겔 형성 방식은 다음과 같은 문제점을 안고 있어 실제 산업적 적용에 한계가 있다. In the case of the electronic method, the design and development of a new manufacturing process are required for low performance and industrial application due to the increase in interfacial resistance between the electrode and the electrolyte, which makes it difficult to apply a commercial manufacturing process. On the other hand, the latter method has the advantage that it can be directly applied to the secondary battery manufacturing process that is currently applied, unlike the former, thermal and light (UV) -based gel formation method has the following problems in actual industrial applications There is a limit.

열 기반 겔 형성 방식은 개시제가 요구되고 고온(≥ 70℃)에서 장시간(≥ 30분)으로 생산성이 낮으며 전해액의 휘발에 의한 전지의 부피 팽창 문제점을 안고 있고 광(UV) 기반 겔형성 방식의 경우 급속으로 겔형성을 위해서는 광개시제가 요구되고 광개시제가 없을 시는 장시간이 소요되며 근본적으로는 UV 광원의 낮은 투과력으로 인해 밀리미터 (≤ mm) 이하 두께의 전지에서만 적용되는 한계가 있다.  The heat-based gel formation method requires an initiator, has low productivity at high temperatures (≥ 70 ° C.) for a long time (≥ 30 minutes), has a problem of volume expansion of the battery due to volatilization of the electrolyte, and In this case, a photoinitiator is required for rapid gel formation, and a long time is required when there is no photoinitiator, and there is a limit that is applied only to a cell having a thickness of less than millimeter (≤ mm) due to the low permeability of the UV light source.

따라서, 이러한 문제점 극복을 위해서는, 기존 액상 전해질을 적용한 이차전지와 동일한 수준의 성능을 가지면서 상용 제조공정 변경 없이 안전성이 높은 겔형 전해질을 적용한 이차전지를 제조할 수 있는 창의적이고 새로운 기술적 접근 방법이 필요한 실정이다. Therefore, in order to overcome this problem, a creative and new technical approach is needed to manufacture secondary batteries using gel electrolyte having high performance and high safety without changing the commercial manufacturing process. It is true.

한국등록특허공보 제10-0131460호(1997년 12월 1일)Korean Patent Publication No. 10-0131460 (December 1, 1997)

본 발명은 높은 투과력 및 에너지를 가지는 방사선을 활용하고, 상용 제조공정의 변경과 별도의 개시제의 이용 없이, 높은 겔화도 및 이온전도도를 동시에 가지는 방사선 겔형 전해질을 적용한 이차전지를 상온에서 단시간(≤ 수초) 동안 in-situ로 제조하기 위해서, 이온성 염 및 유기용매가 함유된 유기전해액과, 비닐계 단량체 및 다관능성 비닐계 가교제를 포함하는 방사선 겔형 전해질 전구체 조성물 등을 제공하고자 한다. The present invention utilizes radiation having high permeability and energy, and uses a radiation gel electrolyte having both high gelation and ion conductivity at the same time for a short time at a room temperature (≤ seconds) without changing a commercial manufacturing process and using a separate initiator. In order to be prepared in-situ, to provide an organic electrolyte solution containing an ionic salt and an organic solvent, and a radiation gel electrolyte precursor composition comprising a vinyl monomer and a polyfunctional vinyl crosslinking agent.

그러나, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.However, the technical problem to be achieved by the present invention is not limited to the above-mentioned problem, another task that is not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

본 발명은 이온성 염 및 유기용매가 함유된 유기전해액과, 비닐계 단량체 및 다관능성 비닐계 가교제를 포함하는 방사선 겔형 전해질 전구체 조성물을 제공한다. The present invention provides a radiation gel electrolyte precursor composition comprising an organic electrolyte solution containing an ionic salt and an organic solvent, and a vinyl monomer and a polyfunctional vinyl crosslinking agent.

본 발명의 일 구현예로, 양극, 음극 및 분리막을 포함하는 전극 조립체; 및 이온성 염 및 유기용매가 함유된 유기전해액과, 비닐계 단량체 및 다관능성 비닐계 가교제를 포함하는 방사선 겔형 전해질 전구체 조성물로부터 형성된 방사선 겔형 전해질을 포함하는 이차전지를 제공한다. In one embodiment of the present invention, an electrode assembly including a positive electrode, a negative electrode and a separator; And a radiation gel electrolyte formed from an organic electrolyte solution containing an ionic salt and an organic solvent, and a radiation gel electrolyte precursor composition comprising a vinyl monomer and a polyfunctional vinyl crosslinking agent.

본 발명의 다른 구현예로, (a) 이온성 염 및 유기용매가 함유된 유기전해액과, 비닐계 단량체 및 다관능성 비닐계 가교제를 포함하는 방사선 겔형 전해질 전구체 조성물을 제조하는 단계; (b) 양극; 음극 및 분리막을 포함하는 전극 조립체를 전지 케이스에 투입하는 단계; (c) 상기 (b) 단계의 전지 케이스에 상기 (a) 단계의 방사선 겔형 전해질 전구체 조성물을 주입한 다음, 밀봉하여 이차전지 전구체를 조립하는 단계; 및 (d) 상기 (c) 단계의 이차전지 전구체에 방사선을 조사하는 단계를 포함하는 이차전지의 제조방법을 제공한다. In another embodiment, (a) preparing a radiation gel electrolyte precursor composition comprising an organic electrolyte containing an ionic salt and an organic solvent, and a vinyl monomer and a polyfunctional vinyl crosslinking agent; (b) an anode; Injecting an electrode assembly including a negative electrode and a separator into a battery case; (c) injecting the radiation gel electrolyte precursor composition of step (a) into the battery case of step (b), and then sealing and assembling a secondary battery precursor; And (d) provides a method for manufacturing a secondary battery comprising the step of irradiating the secondary battery precursor of step (c).

본 발명에 따른 겔형 전해질을 적용한 이차전지는 이온성 염 및 유기용매가 함유된 유기전해액과, 비닐계 단량체 및 다관능성 비닐계 가교제를 포함하는 방사선 겔형 전해질 전구체 조성물로부터 형성된 방사선 겔형 전해질을 포함하는 것을 특징으로 하는바, 높은 투과력 및 에너지를 가지는 방사선을 활용하고, 상용 제조공정의 변경과 별도의 개시제의 이용 없이, 높은 겔화도 및 이온전도도를 동시에 가지는 방사선 겔형 전해질을 적용한 이차전지를 상온에서 단시간(≤ 수초) 동안 in-situ로 제조할 수 있다. 따라서, 상기 이차전지는 기존 액상 전해질을 적용한 이차전지와 동등한 수준의 성능을 유지하면서도, 안전성이 높은 것을 특징으로 한다. The secondary battery to which the gel electrolyte according to the present invention is applied comprises an organic electrolyte containing an ionic salt and an organic solvent, and a radiation gel electrolyte formed from a radiation gel electrolyte precursor composition comprising a vinyl monomer and a polyfunctional vinyl crosslinking agent. A secondary battery using a radiation gel type electrolyte having both high gelation and ion conductivity at the same time can be used for a short time at room temperature by utilizing radiation having high permeability and energy, and without changing a commercial manufacturing process and using a separate initiator. <Several seconds) in-situ. Therefore, the secondary battery is characterized by high safety while maintaining the same level of performance as the secondary battery to which the conventional liquid electrolyte is applied.

더욱이, 상기 이차전지를 제조함에 있어서, 상용 제조공정으로 조립된 이차전지 전구체에 방사선 연속공정 설비(처리능력: 3초당 1 M × 1 M 면적)를 채용하여 방사선을 조사하여 생산성을 실증한 결과, 원통형 이차전지 및 휴대형 이차전지를 각각 시간당 480,000개 및 360,000개씩 제조할 수 있음을 확인하였는바, 방사선 조사 기술 적용에도 불구하고 상용 제조공정의 생산성에 영향이 없을 것으로 기대된다. Furthermore, in the manufacture of the secondary battery, as a result of proving productivity by irradiating radiation by employing a radiation continuous process facility (processing capacity: 1 M x 1 M area per 3 seconds) to a secondary battery precursor assembled in a commercial manufacturing process, It was confirmed that 480,000 and 360,000 cylindrical secondary batteries and portable secondary batteries could be produced per hour, respectively, and thus, despite the application of irradiation technology, it is expected that there will be no effect on the productivity of commercial manufacturing processes.

향후, 본 발명은 현재 상용화되었으나 낮은 안전성을 가지는 리튬-흑연 이차전지뿐만 아니라, 충방전시 황 용해로 인해 낮은 수명을 가져 상용화가 더딘 리튬-황, 리튬-공기 등의 연구개발 단계에 있는 이차전지에 이르기까지 적용 가능하므로, 기술적 파급력은 매우 클 것으로 기대된다. In the future, the present invention is not only commercially available lithium-graphite secondary battery having low safety, but also has a low life due to dissolution of sulfur during charging and discharging secondary battery in the research and development stage of lithium-sulfur, lithium-air, etc., which is slow commercialization As it can be applied up to, the technical impact is expected to be very large.

도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 방사선 겔형 전해질을 적용한 이차전지의 제조방법을 개략적으로 나타낸 그림이다.
도 2는 실시예 1(vs 비교예 3) 및 실시예 6(vs 비교예 4)에서 제조된 전해질의 겔 형성 여부를 나타낸 사진이다.
도 3은 실시예 1 및 2에서 제조된 리튬 이차전지의 방전용량을 나타낸 그래프이다.
1 is a view schematically showing a method of manufacturing a secondary battery to which a radiation gel electrolyte according to an embodiment of the present invention is applied.
Figure 2 is a photograph showing the gel formation of the electrolyte prepared in Example 1 (vs Comparative Example 3) and Example 6 (vs Comparative Example 4).
3 is a graph showing the discharge capacity of the lithium secondary battery prepared in Examples 1 and 2.

본 발명자들은 높은 투과력 및 에너지를 가지는 방사선을 활용하여 겔형 전해질을 적용한 이차전지를 제조하는 방법에 대해 연구하던 중, 이온성 염 및 유기용매가 함유된 유기전해액과, 비닐계 단량체 및 다관능성 비닐계 가교제를 포함하는 방사선 겔형 전해질 전구체 조성물을 이용하는 경우, 상용 제조공정의 변경과 별도의 개시제의 이용 없이, 높은 겔화도 및 이온전도도를 동시에 가지는 방사선 겔형 전해질을 적용한 이차전지를 상온에서 단시간(≤ 수초) 동안 in-situ로 제조할 수 있음을 확인하고, 본 발명을 완성하였다. The present inventors are studying a method for manufacturing a secondary battery using a gel electrolyte by utilizing radiation having high permeability and energy, and an organic electrolyte solution containing an ionic salt and an organic solvent, a vinyl monomer, and a polyfunctional vinyl system. When using a radiation gel electrolyte precursor composition containing a crosslinking agent, a secondary battery to which a radiation gel electrolyte having high gelation and ion conductivity at the same time is applied for a short time (≤ several seconds) without having to change a commercial manufacturing process and use a separate initiator. While confirming that it can be prepared in-situ, the present invention was completed.

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

방사선 radiation 겔형Gel type 전해질 전구체 조성물 Electrolyte Precursor Composition

본 발명은 이온성 염 및 유기용매가 함유된 유기전해액과, 비닐계 단량체 및 다관능성 비닐계 가교제를 포함하는 방사선 겔형 전해질 전구체 조성물을 제공한다.The present invention provides a radiation gel electrolyte precursor composition comprising an organic electrolyte solution containing an ionic salt and an organic solvent, and a vinyl monomer and a polyfunctional vinyl crosslinking agent.

본 명세서 내 "방사선 겔형 전해질 전구체 조성물"이라 함은 콜로이드 용액(졸)이 일정한 농도 이상으로 진해져서 튼튼한 그물조직이 형성되어 굳어진 상태를 의미하는 겔형 전해질이 되기 전구체(전단계) 물질로서, 겔형 전해질이 되기 위해서는 방사선 조사가 요구되는 상태를 의미한다. As used herein, the term "radiation gel electrolyte precursor composition" refers to a precursor (previous step) material in which a colloidal solution (sol) is thickened to a predetermined concentration or more, thereby forming a solid electrolyte and forming a solid electrolyte. In order to do so, it means a state in which irradiation is required.

먼저, 본 발명에 따른 방사선 겔형 전해질 전구체 조성물은 이온성 염 및 유기용매가 함유된 유기전해액을 포함한다. First, the radiation gel electrolyte precursor composition according to the present invention includes an organic electrolyte containing an ionic salt and an organic solvent.

상기 이온성 염은 Li+, Na+, K+ 및 NH4 +로 이루어진 군으로부터 선택된 양이온과 ClO4 -, PF6 -, Cl-, I-, Br-, SCN-, CF3SO3 -, BF4 -, CF3CCl3 -, C4F9SO3 -, AlO2 -, AlCl4 -, N(CxF2x+1SO2)(CyF2y+1SO2)(x 및 y는 자연수)-, B(C2O4)2 -로 이루어진 군으로부터 선택된 음이온을 포함할 수 있다. 예컨대, 상기 이온성 염은 LiClO4, LiPF6, LiBF4, LiSbF6, LiAsF6, LiC4F9SO3, LiAlO2, LiAlCl4, LiN(CxF2x + 1SO2)(CyF2y + 1SO2)(x 및 y는 자연수), LiCl, LiI 및 LiB(C2O4)2로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. The ionic salts are Li +, Na +, ClO 4 and the selected cation from the group consisting of K + and NH 4 + -, PF 6 - , Cl -, I -, Br -, SCN -, CF 3 SO 3 -, BF 4 -, CF 3 CCl 3 -, C 4 F 9 SO 3 -, AlO 2 -, AlCl 4 -, N (C x F 2x + 1 SO 2) (C y F 2y + 1 SO 2) (x and y is a natural number) -, 2 B (C 2 O 4) - it may comprise a negative ion selected from the group consisting of. For example, the ionic salt is LiClO 4 , LiPF 6 , LiBF 4 , LiSbF 6 , LiAsF 6 , LiC 4 F 9 SO 3 , LiAlO 2 , LiAlCl 4 , LiN (C x F 2x + 1 SO 2 ) (C y F 2y + 1 SO 2 ) (x and y is a natural number), LiCl, LiI and LiB (C 2 O 4 ) 2 One or more selected from the group consisting of, but is not limited to these.

상기 유기용매는 에틸렌카보네이트 (EC), 프로필렌카보네이트 (PC), 부틸렌카보네이트 (BC), 비닐렌카보네이트 (VC), 디에틸카보네이트 (DEC), 디메틸카보네이트 (DMC), 에틸메틸카보네이트 (EMC), 메틸포르메이트 (MF), 감마-부티로락톤 (?-BL; butyrolactone), 설포레인 (sulfolane), 메틸아세테이트 (MA; methylacetate), 및 메틸프로피오네이트 (MP; methylpropionate)로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. The organic solvent is ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), butylene carbonate (BC), vinylene carbonate (VC), diethyl carbonate (DEC), dimethyl carbonate (DMC), ethyl methyl carbonate (EMC), Methylformate (MF), gamma-butyrolactone (? -BL; butyrolactone), sulfolane (sulfolane), methylacetate (MA; methylacetate), and methylpropionate (MP; methylpropionate) It may be one or more, but is not limited thereto.

한편, 상기 유기전해액 내 상기 이온성 염의 농도는 0.1 M 내지 5.0 M일 수 있는데, 이러한 농도 범위의 유기전해액을 사용함으로써, 적절한 점도를 가지는 방사선 겔형 전해질을 제조할 수 있으면서도, 상기 유기전해액 내 상기 이온성 염을 충분히 용해 및 해리시킬 수 있어, 양이온의 효과적인 이동을 가능하게 할 수 있어, 방사선 겔형 절해질의 이온전도도를 최적화시킬 수 있다. 이때, 유기전해액 내 이온성 염의 농도가 0.1 M 미만인 경우, 유기전해액 내 용해 및 해리되는 이온성 염이 충분하지 못한 문제점이 있고, 유기전해액 내 이온성 염의 농도가 5.0 M을 초과하는 경우, 유기전해액 내 이온성 염을 모두 용해 및 해리시키지 못하는 문제점이 있다. 결과적으로, 방사선 겔형 절해질의 이온전도도를 저하시키는 문제점을 가진다. On the other hand, the concentration of the ionic salt in the organic electrolyte may be 0.1 M to 5.0 M, by using an organic electrolyte in this concentration range, while producing a radiation gel electrolyte having an appropriate viscosity, the ion in the organic electrolyte It is possible to sufficiently dissolve and dissociate the salt, to enable the effective movement of the cation, and to optimize the ionic conductivity of the radiation gel type saline. At this time, when the concentration of the ionic salt in the organic electrolyte solution is less than 0.1 M, there is a problem that the ionic salt dissolved and dissociated in the organic electrolyte solution is not sufficient, when the concentration of the ionic salt in the organic electrolyte solution exceeds 5.0 M, the organic electrolyte solution There is a problem that does not dissolve and dissociate all the ionic salts. As a result, there is a problem of lowering the ion conductivity of the radiation gel-type electrolyte.

상기 비닐계 단량체는 상기 유기전해액 내 이온성 염과 상호작용을 함과 동시에, 방사선 조사시 상기 다관능성 비닐계 가교제를 통해 가교 결합하기 위한 전구체(전단계) 물질로 볼 수 있다. The vinyl monomer may be viewed as a precursor (previous step) material for interacting with the ionic salt in the organic electrolyte solution and for crosslinking through the multifunctional vinyl-based crosslinking agent upon irradiation.

구체적으로, 상기 비닐계 단량체는 N-비닐피롤리돈 (N-vinylpyrrolidone), N,N'-디메틸아크릴아마이드 (N,N'-dimethylacrylamide), 아크릴로나이트릴 (acrylonitrile), 메틸 메타크릴레이트 (methyl methacrylate), 비닐 아세테이트 (vinyl acetate), 아크릴산 (acrylic acid), 부틸 아크릴레이트 (butyl acrylate), 디메틸아미노 에틸 아크릴레이트 (2-(dimethylamino) ethyl acrylate) 및 글리시딜 메타크릴레이트 (glycidyl methacrylate)로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상일 수 있다. Specifically, the vinyl monomer is N-vinylpyrrolidone (N-vinylpyrrolidone), N, N'-dimethylacrylamide (N, N'-dimethylacrylamide), acrylonitrile (acrylonitrile), methyl methacrylate ( methyl methacrylate, vinyl acetate, acrylic acid, butyl acrylate, dimethylamino ethyl acrylate (2- (dimethylamino) ethyl acrylate) and glycidyl methacrylate It may be one or more selected from the group consisting of.

더욱이, 상기 비닐계 단량체는 상기 이온성 염과 상호작용하기 위한 극성 작용기를 포함할 수 있고, 상기 극성 작용기는 아마이드기 또는 사이아노기를 포함하는 질소 포함 작용기인 것이 바람직하나, 이에 한정되지 않는다. 이때, 아마이드기 또는 사이아노기는 전기음성도가 높은 질소로 인하여 극성이 높은 작용기로 볼 수 있는데, 상기 이온성 염과 상호작용을 보다 강하게 함으로써, 방사선 겔형 절해질의 이온전도도를 최적화시킬 수 있다. Moreover, the vinyl monomer may include a polar functional group for interacting with the ionic salt, and the polar functional group is preferably a nitrogen-containing functional group including an amide group or a cyano group, but is not limited thereto. At this time, the amide group or cyano group may be regarded as a highly polar functional group due to nitrogen having a high electronegativity, and by intensively interacting with the ionic salt, the ion conductivity of the radiation gel-type electrolyte may be optimized.

구체적으로, 상기 비닐계 단량체는 N-비닐피롤리돈 (N-vinylpyrrolidone), N,N'-디메틸아크릴아마이드 (N,N'-dimethylacrylamide) 및 아크릴로나이트릴 (acrylonitrile)로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상인 것이 바람직하나, 이에 한정되지 않는다. Specifically, the vinyl monomer is one selected from the group consisting of N-vinylpyrrolidone, N, N'-dimethylacrylamide and acrylonitrile. It is preferable that it is above, but it is not limited to this.

상기 다관능성 비닐계 가교제는 방사선 조사시 3차원 망상 구조를 가지는 겔을 형성하기 위한 가교 역할을 하는 물질로서, 한편, 상기 다관능성 비닐계 가교제 대신, 단관능성 비닐계 가교제를 사용하는 경우, 방사선 조사시 단일 기능기가 충분한 가교 역할을 하지 못하는바, 3차원 망상 구조를 가지는 겔을 제대로 형성하지 못하는 문제점이 있다.The polyfunctional vinyl-based crosslinking agent is a material that acts as a crosslinking agent for forming a gel having a three-dimensional network structure when irradiated with radiation, and when a monofunctional vinyl-based crosslinking agent is used instead of the polyfunctional vinylic crosslinking agent, irradiation When a single functional group does not have a sufficient crosslinking role, there is a problem in that it does not properly form a gel having a three-dimensional network structure.

구체적으로, 상기 다관능성 비닐계 가교제로 폴리 에틸렌 글리콜 디아크릴레이트 (Poly ethylene glycol diacrylate), 폴리 프로필렌 글리콜 디아크릴레이트 (Poly propylene glycol diacrylate), 테트라에틸렌 글리콜 디아크릴레이트 (tetraethylene glycol diacrylate), 1,4-부탄디올 디아크릴레이트 (1,4-butanediol diacrylate), 1,6-헥산디올 디아크릴레이트 (1,6-hexandiol diacrylate), 트리메틸올프로판 트리아크릴레이트 (trimethylolpropane triacrylate), 트리메틸올 프로판 에톡시레이트 트리아크릴레이트 (trimethylolpropane ethoxylate triacrylate), 트리메틸올 프로판 프로폭시레이트 트리아크릴레이트 (trimethylolpropane propoxylate triacrylate), 디트리메틸올프로판 테트라아크릴레이트 (ditrimethylolpropane tetraacrylate), 펜타에리트리톨 테트라아크릴레이트 (pentaerythritol tetraacrylate), 펜타에리트리톨 에톡시레이트 테트라아크릴레이트 (pentaerythritol ethoxylate tetraacrylate), 디펜타에리트리톨 펜타아크릴레이트 (dipentaerythritol pentaacrylate), 디펜타에리트리톨 헥사아크릴레이트 (dipentaerythritol hexaacrylate) 및 트리알릴 아이소시아누레이트 (triallyl Isocyanurate, TAIC)로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 사용할 수 있다. Specifically, as the multifunctional vinyl-based crosslinking agent, polyethylene glycol diacrylate, poly propylene glycol diacrylate, tetraethylene glycol diacrylate, 1, 4-butanediol diacrylate (1,4-butanediol diacrylate), 1,6-hexanediol diacrylate (1,6-hexandiol diacrylate), trimethylolpropane triacrylate, trimethylol propane ethoxylate Triacrylate, trimethylolpropane ethoxylate triacrylate, trimethylolpropane propoxylate triacrylate, ditrimethylolpropane tetraacrylate, pentaerythritol tetraacrylate, pentaerythritol Ethoxylate tetra One selected from the group consisting of pentaerythritol ethoxylate tetraacrylate, dipentaerythritol pentaacrylate, dipentaerythritol hexaacrylate and triallyl isocyanurate (TAIC) The above can be used.

보다 구체적으로, 상기 다관능성 비닐계 가교제는 2개 이상의 아크릴레이트기를 포함할 수 있고, 상기 다관능성 비닐계 가교제는 하기 화학식 1로 표시되는 화합물인 것이 바람직하나, 이에 한정되지 않는다:More specifically, the multifunctional vinyl-based crosslinking agent may include two or more acrylate groups, and the multifunctional vinyl-based crosslinking agent is preferably a compound represented by Chemical Formula 1, but is not limited thereto.

[화학식 1][Formula 1]

Figure 112017130678715-pat00001
Figure 112017130678715-pat00001

상기 식에서 R은 에틸렌기 또는 프로필렌기이고, n은 10~1,000의 정수이다. 이때, n이 10 미만인 경우에는 겔의 이온 전도도가 낮아 이차전지의 성능 저하의 문제점이 있고, n이 1,000을 초과하는 경우에는 점성이 너무 높아 이차전지 실제 공정에 적용에 제한되는 문제점이 있다. R is an ethylene group or a propylene group, and n is an integer of 10-1,000. In this case, when n is less than 10, there is a problem of low performance of the secondary battery due to low ion conductivity of the gel, and when n is more than 1,000, there is a problem that the viscosity is too high and is limited to application to the actual process of the secondary battery.

한편, 상기 유기전해액과, 상기 비닐계 단량체 및 다관능성 비닐계 가교제의 중량비는 70:30 내지 95:5인 것이 바람직하나, 85:15 내지 95:5인 것이 바람직하나, 이에 한정되지 않는다. 이때, 유기전해액의 상대적인 함량이 너무 낮은 경우에는 과도한 가교 결합으로 인해 이온전도도가 저하되어 이차전지의 성능 저하를 초래하게 되는 문제점이 있고, 유기전해액의 상대적인 함량이 너무 높은 경우에는 겔이 제대로 형성되지 않는 문제점이 있다. Meanwhile, the weight ratio of the organic electrolyte and the vinyl monomer and the polyfunctional vinyl crosslinking agent is preferably 70:30 to 95: 5, but preferably 85:15 to 95: 5, but is not limited thereto. In this case, when the relative content of the organic electrolyte is too low, there is a problem that the ion conductivity is lowered due to excessive crosslinking, leading to a decrease in the performance of the secondary battery, and gel is not formed properly when the relative content of the organic electrolyte is too high. There is a problem.

또한, 상기 비닐계 단량체 및 상기 다관능성 비닐계 가교제의 중량비는 10:90 내지 85:15일 수 있고, 55:45 내지 85:15인 것이 바람직하나, 이에 한정되지 않는다. 이때, 다관능성 비닐계 가교제의 상대적인 함량이 너무 높은 경우에는 과도한 가교 결합으로 인해 이온전도도가 저하되어 이차전지의 성능 저하를 초래하게 되는 문제점이 있고, 다관능성 비닐계 가교제의 상대적인 함량이 너무 낮은 경우에는 겔이 제대로 형성되지 않는 문제점이 있다. In addition, the weight ratio of the vinyl monomer and the polyfunctional vinyl-based crosslinking agent may be 10:90 to 85:15, preferably 55:45 to 85:15, but is not limited thereto. In this case, when the relative content of the polyfunctional vinyl-based crosslinking agent is too high, there is a problem in that the ion conductivity is lowered due to excessive crosslinking, resulting in a decrease in the performance of the secondary battery, and when the relative content of the polyfunctional vinyl-based crosslinking agent is too low. There is a problem that the gel is not formed properly.

이차전지Secondary battery

본 발명은 양극, 음극 및 분리막을 포함하는 전극 조립체; 및 이온성 염 및 유기용매가 함유된 유기전해액과, 비닐계 단량체 및 다관능성 비닐계 가교제를 포함하는 방사선 겔형 전해질 전구체 조성물로부터 형성된 방사선 겔형 전해질을 포함하는 이차전지를 제공한다. The present invention includes an electrode assembly including a positive electrode, a negative electrode and a separator; And a radiation gel electrolyte formed from an organic electrolyte solution containing an ionic salt and an organic solvent, and a radiation gel electrolyte precursor composition comprising a vinyl monomer and a polyfunctional vinyl crosslinking agent.

상기 이차전지는 리튬 이차전지일 수 있고, 구체적으로, 상기 리튬 이차전지는 리튬 금속 이차전지, 리튬 이온 이차전지, 리튬 폴리머 이차전지, 리튬 이온 폴리머 이차전지, 리튬 공기 이차전지 및 리튬 황 이차전지인 것이 바람직하나, 이에 한정되지 않는다. The secondary battery may be a lithium secondary battery, and specifically, the lithium secondary battery may be a lithium metal secondary battery, a lithium ion secondary battery, a lithium polymer secondary battery, a lithium ion polymer secondary battery, a lithium air secondary battery, and a lithium sulfur secondary battery. Preferably, but not limited to.

또한, 상기 이차 전지 다수를 전기적으로 연결하여 포함하는 중대형전지모듈 또는 전지팩을 제공할 수 있다. 상기 중대형전지모듈 또는 전지팩은 파워툴(Power Tool); 전기차(Electric Vehicle, EV), 하이브리드 전기차(Hybrid Electric Vehicle, HEV), 및 플러그인 하이브리드 전기차(Plug-in Hybrid Electric Vehicle,PHEV)를 포함하는 전기차; 전기트럭; 전기상용차; 또는 전력저장용 시스템중 어느 하나 이상의 중대형 디바이스 전원으로 이용될 수 있다.In addition, it is possible to provide a medium-large battery module or a battery pack including a plurality of the secondary battery electrically connected. The medium-large battery module or battery pack includes a power tool; Electric vehicles including electric vehicles (EVs), hybrid electric vehicles (HEVs), and plug-in hybrid electric vehicles (PHEVs); Electric trucks; Electric commercial vehicles; Or it can be used as a power source for any one or more of the system for power storage.

먼저, 본 발명에 따른 이차전지는 양극, 음극 및 분리막을 포함하는 전극 조립체를 포함한다. First, the secondary battery according to the present invention includes an electrode assembly including a positive electrode, a negative electrode, and a separator.

상기 전극 조립체는 양극, 음극 및 분리막을 포함하는 것으로, 상기 양극은 양극 집전체 및 양극 활물질을 포함하여 구성된다. 구체적으로, 상기 양극 활물질로는 리튬 함유 전이금속 산화물이 바람직하게 사용될 수 있으며, 예를 들면, LiCoO2, LiNiO2, LiMnO2, LiMn2O4, Li(NiaCobMnc)O2(0<a<1, 0<b<1, 0<c<1, a+b+c=1), LiNi1 -yCoyO2, LiCo1 - yMnyO2, LiNi1 - yMnyO2 (O<y<1), Li(NiaCobMnc)O4(0<a<2, 0<b<2, 0<c<2, a+b+c=2), LiMn2 - zNizO4, LiMn2 - zCozO4(0<z<2), LiCoPO4 및 LiFePO4로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 사용할 수 있다. 이러한 리튬 함유 전이금속 산화물(oxide) 외에, 황화물(sulfide), 셀렌화물(selenide) 및 할로겐화물(halide) 등을 사용할 수도 있다.The electrode assembly includes a positive electrode, a negative electrode, and a separator, and the positive electrode includes a positive electrode current collector and a positive electrode active material. Specifically, a lithium-containing transition metal oxide may be preferably used as the cathode active material, for example, LiCoO 2 , LiNiO 2 , LiMnO 2 , LiMn 2 O 4 , Li (Ni a Co b Mn c ) O 2 ( 0 <a <1, 0 <b <1, 0 <c <1, a + b + c = 1), LiNi 1 -y Co y O 2 , LiCo 1 - y Mn y O 2 , LiNi 1 - y Mn y O 2 (O <y <1), Li (Ni a Co b Mn c ) O 4 (0 <a <2, 0 <b <2, 0 <c <2, a + b + c = 2), LiMn 2 z Ni z O4, LiMn 2 - z CozO 4 can be used (0 <z <2), LiCoPO 4 , and at least one selected from the group consisting of LiFePO 4. In addition to such lithium-containing transition metal oxides, sulfides, selenides, and halides may be used.

상기 음극은 음극 집전체 및 음극 활물질을 포함하여 구성된다. 구체적으로, 상기 양극 활물질로는 통상적으로 리튬 이온이 흡장 및 방출될 수 있는 탄소재, 리튬 함유 티타늄 복합 산화물(LTO); Si, Sn, Li, Zn, Mg, Cd, Ce, Ni, Fe인 금속류(Me); 상기 금속류(Me)로 구성된 합금류; 상기 금속류(Me)의 산화물(MeOx); 및 상기 금속류(Me)와 탄소와의 복합체 등을 사용할 수 있고, 저결정 탄소 및 고결정성 탄소 등 탄소재를 사용하는 것이 바람직하나, 이에 한정되지 않는다. 예를 들면, 저결정성 탄소로는 연화탄소(soft carbon) 및 경화탄소(hard carbon)가 대표적이며, 고결정성 탄소로는 천연 흑연, 키시흑연(Kish graphite), 열분해 탄소(pyrolyticcarbon), 액정 피치계 탄소섬유(mesophase pitch based carbon fiber), 탄소 미소구체(meso-carbonmicrobeads), 액정피치(Mesophase pitches) 및 석유와 석탄계 코크스(petroleum or coal tar pitch derivedcokes) 등의 고온 소성탄소가 대표적이다. 한편, 상기 음극은 결착제(binder)를 포함할 수 있으며, 결착제로는 폴리비닐리덴플루오라이드, 폴리아크릴로니트릴, 비닐리덴플루오라이드-헥사플루오로프로필렌 코폴리머(PVDF-co-HFP), 폴리메틸메타크릴레이트 등 다양한 종류의 바인더 고분자가 사용될 수 있다.The negative electrode includes a negative electrode current collector and a negative electrode active material. Specifically, the cathode active material is typically a carbon material, lithium-containing titanium composite oxide (LTO) that can store and release lithium ions; Metals (Me) which are Si, Sn, Li, Zn, Mg, Cd, Ce, Ni, Fe; Alloys composed of the metals (Me); Oxides of the metals (Me) (MeOx); And a composite of the metals (Me) and carbon, and the like, and it is preferable to use a carbon material such as low crystalline carbon and high crystalline carbon, but is not limited thereto. For example, soft crystalline carbon and hard carbon are typical low crystalline carbon, and high crystalline carbon is natural graphite, Kish graphite, pyrolytic carbon, liquid crystal pitch. High-temperature calcined carbon such as mesophase pitch based carbon fiber, meso-carbon microbeads, mesophase pitches, and petroleum or coal tar pitch derived cokes are typical. Meanwhile, the negative electrode may include a binder, and the binder may include polyvinylidene fluoride, polyacrylonitrile, vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer (PVDF-co-HFP), poly Various kinds of binder polymers such as methyl methacrylate may be used.

상기 분리막은 폴리 에틸렌, 폴리 프로필렌, 폴리비닐리덴 플루오라이드 등 폴리올레핀계 재질의 부직포와 같은 섬유를 사용하여 제조될 수 있고, 이의 제조를 위해서는 케미컬 본딩, 써멀 본딩, 에어레이, 습식, 니들펀칭, 스펀레스, 스펀 본드, 멜트 블로운, 스티치, 전기 방사 등 공지의 방법을 사용할 수 있다. 한편, 상기 분리막은 단층막이거나, 2층 이상의 다층막일 수 있다. The separator may be manufactured using fibers such as nonwoven fabric made of polyolefin, such as polyethylene, polypropylene, polyvinylidene fluoride, and the like for chemical preparation, thermal bonding, airlay, wet, needle punching, and spun. A well-known method, such as a threadless, spun bond, melt blown, stitch, electrospinning, can be used. Meanwhile, the separator may be a single layer film or a multilayer film of two or more layers.

다음으로, 본 발명에 따른 이차전지는 이온성 염 및 유기용매가 함유된 유기전해액과, 비닐계 단량체 및 다관능성 비닐계 가교제를 포함하는 방사선 겔형 전해질 전구체 조성물로부터 형성된 방사선 겔형 전해질을 포함한다.Next, the secondary battery according to the present invention includes an organic electrolyte containing an ionic salt and an organic solvent, and a radiation gel electrolyte formed from a radiation gel electrolyte precursor composition comprising a vinyl monomer and a polyfunctional vinyl crosslinking agent.

상기 방사선 겔형 전해질은 상기 방사선 겔형 전해질 전구체 조성물로부터 방사선 조사를 통해 형성되는 것으로, 상기 방사선 겔형 전해질 전구체 조성물에 대해서는 전술한 바 있으므로, 중복 설명을 생략하기로 한다. The radiation gel electrolyte is formed by radiation from the radiation gel electrolyte precursor composition. Since the radiation gel electrolyte precursor composition has been described above, duplicate descriptions will be omitted.

상기 방사선 겔형 전해질은 하기 수학식 1로 표시되는 겔화율이 90% 이상일 수 있다:The radiation gel electrolyte may have a gelation rate of 90% or more represented by Equation 1 below:

[수학식 1][Equation 1]

Figure 112017130678715-pat00002
Figure 112017130678715-pat00002

상기 식에서 Wdry는 상기 방사선 겔형 전해질의 초기 건조 중량이고, Wdissolved는 상기 방사선 겔형 겔 전해질을 50℃에서 1주일 동안 유기용매로 추출시킨 후 건조 중량이다.Where W dry is the initial dry weight of the radiation gel electrolyte and W dissolved is the dry weight after extraction of the radiation gel gel electrolyte with an organic solvent at 50 ° C. for 1 week.

상기 방사선 겔형 전해질의 겔화율이 90% 이상인 경우에는, 기존 액상 전해질을 적용한 이차전지와 달리, 충격과 열에 의한 폭발 위험성을 해결함으로써, 안전성이 높은 이차전지를 제조할 수 있는 이점을 가진다. When the gelation rate of the radiation gel electrolyte is 90% or more, unlike the secondary battery to which the existing liquid electrolyte is applied, by solving the risk of explosion due to impact and heat, it has the advantage of manufacturing a secondary battery with high safety.

또한, 상기 방사선 겔형 전해질은 하기 수학식 2로 표시되는 이온전도도(σ)가 10-4 mS/cm 내지 10-2 mS/cm일 수 있고, 10-3 mS/cm 내지 10-2 mS/cm인 것이 바람직하나, 이에 한정되지 않는다:In addition, the radiation gel electrolyte may have an ion conductivity σ of 10 −4 mS / cm to 10 −2 mS / cm, and 10 −3 mS / cm to 10 −2 mS / cm Is preferably, but is not limited to:

[수학식 2][Equation 2]

Figure 112017130678715-pat00003
Figure 112017130678715-pat00003

상기 식에서 R는 EIS로 측정된 벌크저항이고, A는 상기 방사선 겔형 전해질과 접촉하는 SUS의 면적이며, l은 상기 방사선 겔형 전해질의 두께이다.Where R is the bulk resistance measured by EIS, A is the area of SUS in contact with the radiation gel electrolyte, and l is the thickness of the radiation gel electrolyte.

상기 방사선 겔형 전해질이 10-4 mS/cm 내지 10-2 mS/cm 범위 내의 우수한 이온전도도(특히, 10-3 mS/cm 내지 10-2 mS/cm 범위 내의 매우 우수한 이온전도도)를 가짐으로써, 실제 상용 제조공정을 통해 제조되고, 기존 액상 전해질을 적용한 이차전지와 동등한 수준의 성능을 가지는 이차전지를 제조할 수 있는 이점을 가진다.The radiation gel electrolyte has good ion conductivity in the range of 10 −4 mS / cm to 10 −2 mS / cm (particularly very good ion conductivity in the range of 10 −3 mS / cm to 10 −2 mS / cm), It is manufactured through an actual commercial manufacturing process, and has the advantage of manufacturing a secondary battery having the same level of performance as a secondary battery to which a conventional liquid electrolyte is applied.

이차전지의 제조방법Manufacturing method of secondary battery

본 발명은 (a) 이온성 염 및 유기용매가 함유된 유기전해액과, 비닐계 단량체 및 다관능성 비닐계 가교제를 포함하는 방사선 겔형 전해질 전구체 조성물을 제조하는 단계; (b) 양극; 음극 및 분리막을 포함하는 전극 조립체를 전지 케이스에 투입하는 단계; (c) 상기 (b) 단계의 전지 케이스에 상기 (a) 단계의 방사선 겔형 전해질 전구체 조성물을 주입한 다음, 밀봉하여 이차전지 전구체를 조립하는 단계; 및 (d) 상기 (c) 단계의 이차전지 전구체에 방사선을 조사하는 단계를 포함하는 이차전지의 제조방법을 제공한다. The present invention comprises the steps of preparing a radiation gel electrolyte precursor composition comprising (a) an organic electrolyte solution containing an ionic salt and an organic solvent, and a vinyl monomer and a polyfunctional vinyl crosslinking agent; (b) an anode; Injecting an electrode assembly including a negative electrode and a separator into a battery case; (c) injecting the radiation gel electrolyte precursor composition of step (a) into the battery case of step (b), and then sealing and assembling a secondary battery precursor; And (d) provides a method for manufacturing a secondary battery comprising the step of irradiating the secondary battery precursor of step (c).

도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 방사선 겔형 전해질을 적용한 이차전지의 제조방법을 개략적으로 나타낸 그림이다.1 is a view schematically showing a method of manufacturing a secondary battery to which a radiation gel electrolyte according to an embodiment of the present invention is applied.

도 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 일 구현예에 따른 방사선 겔형 전해질을 적용한 이차전지는 상기 방사선 겔형 전해질 전구체 조성물을 제조한 다음; 양극, 음극 및 분리막을 포함하는 전극 조립체가 투입된 전지 케이스에 상기 방사선 겔형 전해질 전구체 조성물을 주입한 후, 밀봉하여 이차전지 전구체를 조립한 다음; 이차전지 전구체에 방사선을 조사함으로써 제조된다. As shown in FIG. 1, a secondary battery to which a radiation gel electrolyte according to an embodiment of the present invention is applied may be prepared by preparing the radiation gel electrolyte precursor composition; Injecting the radiation gel electrolyte precursor composition into a battery case into which an electrode assembly including a positive electrode, a negative electrode, and a separator is injected, and then sealing and assembling a secondary battery precursor; It is produced by irradiating a secondary battery precursor with radiation.

먼저, 본 발명에 따른 이차전지의 제조방법은 이온성 염 및 유기용매가 함유된 유기전해액과, 비닐계 단량체 및 다관능성 비닐계 가교제를 포함하는 방사선 겔형 전해질 전구체 조성물을 제조하는 단계[(a) 단계]를 포함한다. First, a method of manufacturing a secondary battery according to the present invention comprises the steps of preparing a radiation gel electrolyte precursor composition comprising an organic electrolyte containing an ionic salt and an organic solvent, and a vinyl monomer and a polyfunctional vinyl crosslinking agent [(a) Step].

상기 방사선 겔형 전해질 전구체 조성물에 대해서 전술한바 있으므로, 중복 설명을 생략하기로 한다. Since the radiation gel electrolyte precursor composition has been described above, redundant description will be omitted.

다음으로, 본 발명에 따른 이차전지의 제조방법은 양극; 음극 및 분리막을 포함하는 전극 조립체를 전지 케이스에 투입하는 단계[(b) 단계] 및 상기 전지 케이스에 상기 방사선 겔형 전해질 전구체 조성물을 주입한 다음, 밀봉하여 이차전지 전구체를 조립하는 단계[(c) 단계]를 포함한다.Next, a method of manufacturing a secondary battery according to the present invention is a positive electrode; Injecting an electrode assembly including a negative electrode and a separator into a battery case [step (b)] and injecting the radiation gel electrolyte precursor composition into the battery case and then sealing and assembling a secondary battery precursor [(c) Step].

상기 전극조립체에 대해서 전술한바 있으므로, 중복 설명을 생략하기로 한다. Since the electrode assembly has been described above, duplicate descriptions will be omitted.

또한, 상기 전지 케이스는 원통형, 각형 또는 코인형 등 다양한 형태일 수 있고, 상기 이차전지 전구체는 방사선 겔형 전해질 전구체 조성물이 주입 및 밀봉된 상태로, 방사선 조사가 이루어지기 전의 상태인 바, 상기 이차전지 전구체의 조립은 상용 제조공정으로 조립될 수 있는 이점을 가진다. The battery case may have various shapes such as a cylindrical shape, a square shape, or a coin shape, and the secondary battery precursor is in a state in which the radiation gel electrolyte precursor composition is injected and sealed, and before the irradiation is performed. Assembly of the precursor has the advantage that it can be assembled in a commercial manufacturing process.

다음으로, 본 발명에 따른 이차전지의 제조방법은 상기 이차전지 전구체에 방사선을 조사하는 단계[(d) 단계]를 포함한다. Next, the method of manufacturing a secondary battery according to the present invention includes the step of (i) irradiating the secondary battery precursor with radiation.

상기 방사선은 높은 투과력 및 에너지를 가지는 것으로, 상기 방사선을 활용함으로써, 상용 제조공정의 변경과 별도의 개시제의 이용 없이, 높은 겔화도 및 이온전도도를 동시에 가지는 방사선 겔형 전해질을 적용한 이차전지를 상온에서 단시간(≤ 수초) 동안 in-situ로 제조할 수 있다.The radiation has a high permeability and energy, and by utilizing the radiation, a secondary battery using a radiation gel-type electrolyte having a high gelation degree and ion conductivity at the same time for a short time at room temperature without changing the commercial manufacturing process and using a separate initiator (≤ several seconds) can be prepared in-situ.

구체적으로, 상기 방사선은 전자선, 감마선 및 X선으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 포함할 수 이고, 단시간 조사 측면에서 전자선인 것이 바람직하나, 이에 한정되지 않는다. 이때, 상기 방사선의 총 조사량은 0.1 kGy 내지 20 kGy일 수 있다.Specifically, the radiation may include one or more selected from the group consisting of electron beams, gamma rays and X-rays, preferably in the short term irradiation electron beam, but is not limited thereto. In this case, the total radiation dose may be 0.1 kGy to 20 kGy.

보다 구체적으로, 상기 방사선으로 전자선을 사용하는 경우, 이차전지의 투과 깊이에 따라 300 keV 내지 10 MeV의 전자선을 사용할 수 있다. 이때, 300 keV 미만에서는 투과 깊이 제한으로 겔의 형성이 어려운 문제점이 있고, 10 MeV 초과에서는 유기 소재가 전혀 다른 물질로 변하게 되는 문제점이 발생할 수 있다. More specifically, when using an electron beam as the radiation, an electron beam of 300 keV to 10 MeV may be used depending on the penetration depth of the secondary battery. At this time, less than 300 keV, there is a problem in that the formation of the gel is difficult due to the limited depth of penetration, and more than 10 MeV may cause a problem that the organic material is changed to a completely different material.

또한, 상기 전자선은 0.1 ~ 30 kGy/초의 선량률(dose rate)로 조사하여, 상기 전자선의 총 조사량이 1 kGy 내지 20 kGy이 되도록 하는 것이 바람직하나, 이에 한정되지 않는다. 이때, 1 kGy 미만에서는 충분한 겔 형성이 이루어지지 않는 문제점이 있고, 20 kGy 초과에서는 과도한 겔 형성으로 인하여 급격한 이온전도도의 감소에 따른 문제점이 있다. In addition, the electron beam is preferably irradiated at a dose rate of 0.1 to 30 kGy / sec so that the total irradiation amount of the electron beam is 1 kGy to 20 kGy, but is not limited thereto. At this time, less than 1 kGy has a problem that a sufficient gel is not formed, and more than 20 kGy has a problem due to the rapid decrease in ion conductivity due to excessive gel formation.

한편, 상기 방사선으로 감마선을 사용하는 경우, 상기 감마선은 0.1 ~ 10 kGy/초의 선량률(dose rate)로 조사하여, 상기 감마선의 총 조사량이 0.1 kGy 내지 10 kGy 이 되도록 하는 것이 바람직하나, 이에 한정되지 않는다. 이때, 0.1 kGy 미만에서는 충분한 겔 형성이 이루어지지 않는 문제점이 있고, 10 kGy 초과에서는 과도한 겔 형성으로 인하여 급격한 이온전도도의 감소에 따른 문제점이 있다.On the other hand, when gamma rays are used as the radiation, the gamma rays are irradiated at a dose rate of 0.1 to 10 kGy / sec, so that the total irradiation amount of the gamma rays is 0.1 kGy to 10 kGy, but is not limited thereto. Do not. At this time, less than 0.1 kGy has a problem that a sufficient gel is not formed, and more than 10 kGy has a problem due to the rapid decrease in ion conductivity due to excessive gel formation.

한편, 상기 방사선으로 X선을 사용하는 경우, 상기 X선은 0.1 ~ 10 kGy/초의 선량률(dose rate)로 조사하여, 상기 X선의 총 조사량이 0.1 kGy 내지 10 kGy 이 되도록 하는 것이 바람직하나, 이에 한정되지 않는다. 이때, 0.1 kGy 미만에서는 충분한 겔 형성이 이루어지지 않는 문제점이 있고, 10 kGy 초과에서는 과도한 겔 형성으로 인하여 급격한 이온전도도의 감소에 따른 문제점이 있다.On the other hand, when X-rays are used as the radiation, the X-rays are irradiated at a dose rate of 0.1 to 10 kGy / sec, so that the total dose of X-rays is 0.1 kGy to 10 kGy, but It is not limited. At this time, less than 0.1 kGy has a problem that a sufficient gel is not formed, and more than 10 kGy has a problem due to the rapid decrease in ion conductivity due to excessive gel formation.

따라서, 본 발명에 따른 겔형 전해질을 적용한 이차전지는 이온성 염 및 유기용매가 함유된 유기전해액과, 비닐계 단량체 및 다관능성 비닐계 가교제를 포함하는 방사선 겔형 전해질 전구체 조성물로부터 형성된 방사선 겔형 전해질을 포함하는 것을 특징으로 하는바, 높은 투과력 및 에너지를 가지는 방사선을 활용하고, 상용 제조공정의 변경과 별도의 개시제의 이용 없이, 높은 겔화도 및 이온전도도를 동시에 가지는 방사선 겔형 전해질을 적용한 이차전지를 상온에서 단시간(≤ 수초) 동안 in-situ로 제조할 수 있다. 따라서, 상기 이차전지는 기존 액상 전해질을 적용한 이차전지와 동등한 수준의 성능을 유지하면서도, 안전성이 높은 것을 특징으로 한다. Therefore, the secondary battery to which the gel electrolyte according to the present invention is applied includes an organic electrolyte containing an ionic salt and an organic solvent, and a radiation gel electrolyte formed from a radiation gel electrolyte precursor composition comprising a vinyl monomer and a polyfunctional vinyl crosslinking agent. A secondary battery using a radiation gel type electrolyte having both high gelation and ionic conductivity at room temperature may be utilized by utilizing radiation having high permeability and energy, and without changing a commercial manufacturing process and using a separate initiator. It can be prepared in-situ for a short time (≦ several seconds). Therefore, the secondary battery is characterized by high safety while maintaining the same level of performance as the secondary battery to which the conventional liquid electrolyte is applied.

더욱이, 상기 이차전지를 제조함에 있어서, 상용 제조공정으로 조립된 이차전지 전구체에 방사선 연속공정 설비(처리능력: 3초당 1 M × 1 M 면적)를 채용하여 방사선을 조사하여 생산성을 실증한 결과, 원통형 이차전지 및 휴대형 이차전지를 각각 시간당 480,000개 및 360,000개씩 제조할 수 있음을 확인하였는바, 방사선 조사 기술 적용에도 불구하고 상용 제조공정의 생산성에 영향이 없을 것으로 기대된다. Furthermore, in the manufacture of the secondary battery, as a result of proving productivity by irradiating radiation by employing a radiation continuous process facility (processing capacity: 1 M x 1 M area per 3 seconds) to a secondary battery precursor assembled in a commercial manufacturing process, It was confirmed that 480,000 and 360,000 cylindrical secondary batteries and portable secondary batteries could be produced per hour, respectively, and thus, despite the application of irradiation technology, it is expected that there will be no effect on the productivity of commercial manufacturing processes.

향후, 본 발명은 현재 상용화되었으나 낮은 안전성을 가지는 리튬-흑연 이차전지뿐만 아니라, 충방전시 황 용해로 인해 낮은 수명을 가져 상용화가 더딘 리튬-황, 리튬-공기 등의 연구개발 단계에 있는 이차전지에 이르기까지 적용 가능하므로, 기술적 파급력은 매우 클 것으로 기대된다.In the future, the present invention is not only commercially available lithium-graphite secondary battery having low safety, but also has a low life due to dissolution of sulfur during charging and discharging secondary battery in the research and development stage of lithium-sulfur, lithium-air, etc., which is slow commercialization As it can be applied up to, the technical impact is expected to be very large.

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시한다. 그러나 하기의 실시예는 본 발명을 보다 쉽게 이해하기 위하여 제공되는 것일 뿐, 하기 실시예에 의해 본 발명의 내용이 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, preferred examples are provided to aid in understanding the present invention. However, the following examples are merely provided to more easily understand the present invention, and the contents of the present invention are not limited by the following examples.

[[ 실시예Example ]]

실시예Example 1 One

(1) 전자선 (1) electron beam 겔형Gel type 전해액 전구체 조성물의 제조  Preparation of Electrolyte Precursor Composition

유기용매로서, 1:1의 부피비를 가지는 에틸렌 카보네이트(EC): 디에틸카보네이트(DEC)에, 이온성 염으로서, LiClO4가 1M 농도가 되도록 용해시켜 유기전해액을 준비하였다. 준비된 유기전해액: 비닐계 단량체로서, N-비닐피롤리돈(N-vinylpyrrolidone): 다관능성 비닐계 가교제로서, 폴리에틸렌글리콜 디아크릴레이트(poly(glycol) diacrylate; PEGDA)를 90:8:2의 중량비로 혼합하여 전자선 겔형 전해액 전구체 조성물을 제조하였다. An organic electrolyte was prepared by dissolving LiClO 4 in an ethylene carbonate (EC): diethyl carbonate (DEC) having a volume ratio of 1: 1 as an organic solvent so as to have a concentration of 1M as an ionic salt. Prepared organic electrolyte: vinyl monomer, N-vinylpyrrolidone: polyfunctional vinyl-based crosslinking agent, polyethylene glycol diacrylate (poly (glycol) diacrylate; PEGDA) in a weight ratio of 90: 8: 2 To prepare an electron beam gel electrolyte precursor composition.

(2) 리튬 이차전지 전구체의 제조(2) Preparation of Lithium Secondary Battery Precursor

(1)에서 제조된 전자선 겔형 전해액 전구체 조성물을 사용하여, 리튬 이차전지 전구체를 코인셀 형태로 제조하였다.Using the electron beam gel electrolyte precursor composition prepared in (1), a lithium secondary battery precursor was prepared in the form of a coin cell.

구체적으로, 양극 활물질(LiCoO2): 도전재(Denka black): 바인더(PVDF)를 92.5:3.5:4.0의 중량비로 N-메틸-2-피롤리돈 용매 내 균일하게 혼합한 다음, 알루미늄 호일에 고르게 도포하고 롤프레스에서 압착한 후, 100의 진공오븐에서 12시간 진공 건조하여 양극을 제조하였다. 다음으로, 음극 활물질(탄소분말, 흑연): 도전재(carbon black): 바인더(PVDF)를 92.5:3.5:4.0의 중량비로 N-메틸-2-피롤리돈 용매에서 균일하게 혼합한 다음, 구리 호일에 고르게 도포하고 롤프레스에서 압착한 후, 100의 진공오븐에서 12시간 진공 건조하여 음극을 제조하였다.Specifically, the positive electrode active material (LiCoO 2 ): conductive material (Denka black): binder (PVDF) is uniformly mixed in a solvent of N-methyl-2-pyrrolidone in a weight ratio of 92.5: 3.5: 4.0, and then in aluminum foil After applying evenly and compressing in a roll press, vacuum was dried for 12 hours in a vacuum oven of 100 to prepare a positive electrode. Next, a negative electrode active material (carbon powder, graphite): conductive material (carbon black): binder (PVDF) was uniformly mixed in an N-methyl-2-pyrrolidone solvent at a weight ratio of 92.5: 3.5: 4.0, and then copper Evenly applied to the foil and pressed in a roll press, and vacuum dried for 12 hours in a vacuum oven of 100 to prepare a negative electrode.

제조된 양극, 제조된 음극 및 분리막으로서, 폴리에틸렌 폴리프로필렌 재질의 부직포(남양부직포, OCP22, 두께 50 um)를 각각 사용하였으며, (1)에서 제조된 전자선 겔형 전해액 전구체 조성물을 주입하여. 통상적인 제조 방법에 따라 코인셀(coin cell) 형태로 제조하였다.As the prepared anode, the prepared cathode and the separator, a nonwoven fabric (namyang nonwoven fabric, OCP22, thickness of 50 um) made of polyethylene polypropylene was used, respectively, and the electron beam gel electrolyte precursor composition prepared in (1) was injected. It was prepared in the form of a coin cell (coin cell) according to a conventional manufacturing method.

한편, 이온 전도도를 측정하기 위해, 제조된 양극 및 제조된 음극을 SUS 재질로 대체한 것을 제외하고는, 동일한 방법으로 코인셀 형태로 추가 제조하였다. On the other hand, in order to measure the ionic conductivity, except that the prepared positive electrode and the prepared negative electrode was replaced with a SUS material, it was additionally manufactured in the coin cell form in the same manner.

(3) 전자선 조사를 통한 리튬 이차전지의 제조 (3) Fabrication of lithium secondary battery by electron beam irradiation

(2)에서 제조된 리튬 이차전지 전구체에 2.5 MeV 전자선을 이용하여 2.5 mA, 20 m/min 및 1 kGy/3초의 선량률(dose rate)로 조사하여 리튬 이차전지를 제조하였다. 이때, 전자선의 총 조사량은 1 kGy였다. The lithium secondary battery precursor prepared in (2) was irradiated with a dose rate of 2.5 mA, 20 m / min, and 1 kGy / 3 sec using a 2.5 MeV electron beam to prepare a lithium secondary battery. At this time, the total irradiation amount of the electron beam was 1 kGy.

실시예Example 2~20 2 ~ 20

이온성 염의 종류, 비닐계 단량체의 종류 및 전자선의 총 조사량은 하기 표 1과 같이 각각 변경한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 리튬 이차전지를 제조하였다.A lithium secondary battery was manufactured in the same manner as in Example 1, except that the type of the ionic salt, the type of the vinyl monomer, and the total irradiation amount of the electron beam were changed as shown in Table 1 below.

비교예Comparative example 1 One

전자선 겔형 전해액 전구체 조성물에서 비닐계 단량체 및 다관능성 비닐계 가교제를 생략하고, 분리막을 폴리에틸렌 재질의 부직포(NR420, 20 um)로 변경하고, 전자선 조사를 생략한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 리튬 이차전지를 제조하였다. Same as in Example 1, except that the vinyl monomer and the polyfunctional vinyl crosslinking agent were omitted from the electron beam gel electrolyte precursor composition, the separator was changed to a polyethylene nonwoven fabric (NR420, 20 um), and the electron beam irradiation was omitted. A lithium secondary battery was manufactured by the method.

비교예Comparative example 2 2

유기전해액을 1:1의 부피비를 가지는 에틸렌 카보네이트(EC): 디에틸카보네이트(DEC)에, 이온성 염으로서, LiPF6가 1M 농도가 되도록 용해시킨 유기전해액으로 변경한 것을 제외하고는, 비교예 1과 동일한 방법으로 리튬 이차전지를 제조하였다. Comparative example except that the organic electrolyte solution was changed to ethylene carbonate (EC): diethyl carbonate (DEC) having a volume ratio of 1: 1 by using an organic electrolyte solution in which LiPF 6 was dissolved at a concentration of 1 M as an ionic salt. A lithium secondary battery was manufactured in the same manner as in 1.

비교예Comparative example 3 3

전자선 조사를 생략한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 리튬 이차전지를 제조하였다. A lithium secondary battery was manufactured in the same manner as in Example 1, except that electron beam irradiation was omitted.

비교예Comparative example 4 4

전자선 조사를 생략한 것을 제외하고는, 실시예 6과 동일한 방법으로 리튬 이차전지를 제조하였다.A lithium secondary battery was manufactured in the same manner as in Example 6 except that the electron beam irradiation was omitted.

비교예Comparative example 5 5

전자선 조사를 생략한 것을 제외하고는, 실시예 11과 동일한 방법으로 리튬 이차전지를 제조하였다.A lithium secondary battery was manufactured in the same manner as in Example 11 except that the electron beam irradiation was omitted.

비교예Comparative example 6 6

전자선 조사를 생략한 것을 제외하고는, 실시예 16과 동일한 방법으로 리튬 이차전지를 제조하였다.A lithium secondary battery was manufactured in the same manner as in Example 16, except that electron beam irradiation was omitted.

비교예Comparative example 7 7

제조된 유기전해액: 비닐계 단량체: 다관능성 비닐계 가교제의 중량비를 80:16:4로 변경한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 리튬 이차전지를 제조하였다. A lithium secondary battery was manufactured in the same manner as in Example 1, except that the weight ratio of the prepared organic electrolyte solution: vinyl monomer: polyfunctional vinyl crosslinking agent was changed to 80: 16: 4.

비교예Comparative example 8 8

제조된 유기전해액: 비닐계 단량체: 다관능성 비닐계 가교제의 중량비를 90:90:1로 변경한 것을 제외하고는, 실시예 5와 동일한 방법으로 리튬 이차전지를 제조하였다. A lithium secondary battery was manufactured in the same manner as in Example 5, except that the weight ratio of the prepared organic electrolyte solution: vinyl monomer: polyfunctional vinyl crosslinking agent was changed to 90: 90: 1.

비교예Comparative example 9 9

제조된 유기전해액: 비닐계 단량체: 다관능성 비닐계 가교제의 중량비를 90:5:5로 변경한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 리튬 이차전지를 제조하였다. A lithium secondary battery was manufactured in the same manner as in Example 1, except that the weight ratio of the prepared organic electrolyte solution: vinyl monomer: polyfunctional vinyl crosslinking agent was changed to 90: 5: 5.

전해액 전구체 조성Electrolyte Precursor Composition 양극anode 음극cathode 분리막Separator 전자선의 총 조사량
(kGy)
Total dose of electron beam
(kGy)
유기 전해액 Organic electrolyte 비닐계 단량체Vinyl monomers 다관능성 비닐계 가교제
(PEGDA)
Multifunctional vinyl type crosslinking agent
(PEGDA)
종류Kinds 함량
(wt%)
content
(wt%)
종류Kinds 함량
(wt%)
content
(wt%)
함량
(wt%)
content
(wt%)
실시예1Example 1 1 M LiClO4 in EC/DEC (1/1, v/v)1 M LiClO 4 in EC / DEC (1/1, v / v) 9090 N-vinylpyrrolidone N-vinylpyrrolidone 88 22 LiCoO2 LiCoO 2 GraphiteGraphite 부직포
(0CP22, 50 um)
Non-woven
(0CP22, 50 um)
1One
실시예2Example 2 9090 88 22 22 실시예3Example 3 9090 88 22 44 실시예4Example 4 9090 88 22 88 실시예5Example 5 9090 88 22 1616 실시예6Example 6 1 M LiPF6 in EC/DEC
(1/1, v/v)
1 M LiPF 6 in EC / DEC
(1/1, v / v)
9090 N,N‘-dimethylacrylamideN, N’-dimethylacrylamide 88 22 LiCoO2 LiCoO 2 GraphiteGraphite 부직포
(0CP22, 50 um)
Non-woven
(0CP22, 50 um)
1One
실시예7Example 7 9090 88 22 22 실시예8Example 8 9090 88 22 44 실시예9Example 9 9090 88 22 88 실시예10Example 10 9090 88 22 1616 실시예11Example 11 1 M LiPF6 in EC/DEC
(1/1, v/v)
1 M LiPF 6 in EC / DEC
(1/1, v / v)
9090 acrylonitrileacrylonitrile 88 22 LiCoO2 LiCoO 2 GraphiteGraphite 부직포
(0CP22, 50 um)
Non-woven
(0CP22, 50 um)
1One
실시예12Example 12 9090 88 22 22 실시예13Example 13 9090 88 22 44 실시예14Example 14 9090 88 22 88 실시예15Example 15 9090 88 22 1616 실시예16Example 16 1 M LiPF6 in EC/DEC
(1/1, v/v)
1 M LiPF 6 in EC / DEC
(1/1, v / v)
9090 methylacrylatemethylacrylate 88 22 LiCoO2 LiCoO 2 GraphiteGraphite 부직포
(0CP22, 50 um)
Non-woven
(0CP22, 50 um)
1One
실시예17Example 17 9090 88 22 22 실시예18Example 18 9090 88 22 44 실시예19Example 19 9090 88 22 88 실시예20Example 20 9090 88 22 1616 비교예 1Comparative Example 1 1 M LiClO4 in EC/DEC (1/1, v/v)1 M LiClO 4 in EC / DEC (1/1, v / v) 100100 -- -- -- LiCoO2 LiCoO 2 GraphiteGraphite 분리막
(NR420, 20 um)
Separator
(NR420, 20 um)
--
비교예 2Comparative Example 2 1 M LiPF6 in EC/DEC
(1/1, v/v)
1 M LiPF 6 in EC / DEC
(1/1, v / v)
100100 -- -- -- LiCoO2 LiCoO 2 GraphiteGraphite 분리막
(NR420, 20 um)
Separator
(NR420, 20 um)
--
비교예 3Comparative Example 3 1 M LiClO4 in EC/DEC (1/1, v/v)1 M LiClO 4 in EC / DEC (1/1, v / v) 9090 N-vinylpyrrolidon N-vinylpyrrolidon 88 22 LiCoO2 LiCoO 2 GraphiteGraphite 부직포
(0CP22, 50 um)
Non-woven
(0CP22, 50 um)
--
비교예 4Comparative Example 4 1 M LiPF6 in EC/DEC
(1/1, v/v)
1 M LiPF 6 in EC / DEC
(1/1, v / v)
9090 N,N‘-dimethylacrylamideN, N’-dimethylacrylamide 88 22 LiCoO2 LiCoO 2 GraphiteGraphite 부직포
(0CP22, 50 um)
Non-woven
(0CP22, 50 um)
--
비교예 5Comparative Example 5 1 M LiPF6 in EC/DEC
(1/1, v/v)
1 M LiPF 6 in EC / DEC
(1/1, v / v)
9090 acrylonitrileacrylonitrile 88 22 LiCoO2 LiCoO 2 GraphiteGraphite 부직포
(0CP22, 50 um)
Non-woven
(0CP22, 50 um)
--
비교예 6Comparative Example 6 1 M LiPF6 in EC/DEC
(1/1, v/v)
1 M LiPF 6 in EC / DEC
(1/1, v / v)
9090 methylacrylaten methylacrylaten 88 22 LiCoO2 LiCoO 2 GraphiteGraphite 부직포
(0CP22, 50 um)
Non-woven
(0CP22, 50 um)
--
비교예 7Comparative Example 7 1 M LiClO4 in EC/DEC (1/1, v/v)1 M LiClO 4 in EC / DEC (1/1, v / v) 8080 N-vinylpyrrolidon N-vinylpyrrolidon 1616 44 LiCoO2 LiCoO 2 GraphiteGraphite 부직포
(0CP22, 50 um)
Non-woven
(0CP22, 50 um)
1 One
비교예 8Comparative Example 8 1 M LiClO4 in EC/DEC (1/1, v/v)1 M LiClO 4 in EC / DEC (1/1, v / v) 9090 N-vinylpyrrolidon N-vinylpyrrolidon 99 1One LiCoO2 LiCoO 2 GraphiteGraphite 부직포
(0CP22, 50 um)
Non-woven
(0CP22, 50 um)
1616
비교예 9Comparative Example 9 1 M LiClO4 in EC/DEC (1/1, v/v)1 M LiClO 4 in EC / DEC (1/1, v / v) 9090 N-vinylpyrrolidon N-vinylpyrrolidon 55 55 LiCoO2 LiCoO 2 GraphiteGraphite 부직포
(0CP22, 50 um)
Non-woven
(0CP22, 50 um)
1One

* 이때, 표 1에서 사용된 유기 전해액, 비닐계 단량체 및 다관능성 비닐계 가교제는 모두 Aldrich 사에서 구매한 것이고, 양극 및 음극은 모두 MTI Korea 사에 구매한 것임* At this time, the organic electrolyte, vinyl monomer and polyfunctional vinyl crosslinking agent used in Table 1 were all purchased from Aldrich, and both positive and negative electrodes were purchased from MTI Korea.

실험예Experimental Example 1: 전자선  1: electron beam 겔형Gel type 전해질의  Electrolyte 겔화율Gelation rate 및 이온전도도 측정 And ion conductivity measurement

(1) 전자선 (1) electron beam 겔형Gel type 전해질의  Electrolyte 겔화율Gelation rate 측정 Measure

실시예 1~20 및 비교예 1~9에서 제조된 전해질의 겔화율을 측정하기 위해서, 실시예 1~20 및 비교예 1~9에서 제조된 전해질을 50℃에서 1주일 동안 1:1의 부피비를 가지는 에틸렌 카보네이트(EC): 디에틸카보네이트(DEC)에 침지시켜 미반응물을 추출한 다음, 겔 형성 여부를 관찰하였고, 건조 중량 변화를 통해 하기 수학식 1로 표시되는 겔화율을 측정하였며, 그 결과는 하기 표 2 및 도 2에 나타내었다:In order to measure the gelation rate of the electrolytes prepared in Examples 1 to 20 and Comparative Examples 1 to 9, the electrolytes prepared in Examples 1 to 20 and Comparative Examples 1 to 9 were used in a volume ratio of 1: 1 for 1 week at 50 ° C. Ethylene carbonate (EC) having a: diethyl carbonate (DEC) to extract the unreacted material was extracted, and then observed the formation of the gel, the gelation rate represented by the following equation 1 through the dry weight change was measured, The results are shown in Table 2 and FIG. 2 below:

[수학식 1][Equation 1]

Figure 112017130678715-pat00004
Figure 112017130678715-pat00004

상기 식에서 Wdry는 상기 방사선 겔형 전해질의 초기 건조 중량이고, Wdissolved는 상기 방사선 겔형 겔 전해질을 50℃에서 1주일 동안 유기용매로 추출시킨 후 건조 중량이다.Where W dry is the initial dry weight of the radiation gel electrolyte and W dissolved is the dry weight after extraction of the radiation gel gel electrolyte with an organic solvent at 50 ° C. for 1 week.

겔 형성 여부Gel Formation 겔화도Gelation degree
(( wt%wt% ))
실시예Example 1 One 9595 실시예Example 2 2 9797 실시예Example 3 3 100100 실시예Example 4 4 100100 실시예Example 5 5 100100 실시예Example 6 6 9797 실시예Example 7 7 100100 실시예Example 8 8 100100 실시예Example 9 9 100100 실시예Example 10 10 100100 실시예Example 11 11 9090 실시예Example 12 12 9393 실시예Example 13 13 9898 실시예Example 14 14 100100 실시예Example 15 15 100100 실시예Example 16 16 9090 실시예Example 17 17 9595 실시예Example 18 18 9797 실시예Example 19 19 100100 실시예Example 20 20 100100 비교예Comparative example 1 One ×× 00 비교예Comparative example 2 2 ×× 00 비교예Comparative example 3 3 ×× 00 비교예Comparative example 4 4 ×× 00 비교예Comparative example 5 5 ×× 00 비교예Comparative example 6 6 ×× 00 비교예Comparative example 7 7 100100 비교예Comparative example 8 8 ×× 00 비교예Comparative example 9 9 100100

표 2에 나타낸 바와 같이, 비교예 1~6 및 8과 달리, 실시예 1~20에서 제조된 전해질은 전자선 총 조사량이 최소 1 kGy에서 별도의 개시제 없이도 겔화율이 90% 이상인 것으로 확인된다. As shown in Table 2, unlike Comparative Examples 1 to 6 and 8, the electrolyte prepared in Examples 1 to 20 was found to have a gelation rate of 90% or more even without a separate initiator at a total electron beam irradiation of at least 1 kGy.

한편, 비교예 1~6에서 제조된 전해질은 전자선 미조사로 인하여 겔이 형성되지 않은 것으로 확인된다. 또한, 비교예 8에서 제조된 전해질은 유기전해액, 비닐계 단량체 및 다관능성 비닐계 가교제의 중량비를 90:9:1로 하여 제조된 것으로서, 다관능성 비닐계 제의 상대적인 함량이 너무 적기 때문에, 겔이 형성되지 않는 것으로 확인된다. On the other hand, the electrolyte prepared in Comparative Examples 1 to 6 is confirmed that no gel was formed due to the electron beam non-irradiation. In addition, the electrolyte prepared in Comparative Example 8 was prepared with a weight ratio of the organic electrolyte solution, the vinyl monomer, and the polyfunctional vinyl crosslinking agent at 90: 9: 1, and the gel was relatively low because the relative content of the polyfunctional vinyl agent was too small. It is confirmed that this is not formed.

또한, 도 2에 나타낸 바와 같이, 비교예 3 및 4와 달리, 실시예 1 및 6에서 제조된 전해질은 흐르지 않는 완전한 겔이 형성된 것으로 명확하게 확인된다.In addition, as shown in FIG. 2, unlike Comparative Examples 3 and 4, the electrolytes prepared in Examples 1 and 6 clearly confirm that a complete gel did not flow.

(2) 전자선 (2) electron beam 겔형Gel type 전해질의 이온전도도 측정 Ionic Conductivity Measurement of Electrolyte

실시예 1~20 및 비교예 1~9에서 제조된 전해질의 이온전도도를 측정하기 위해서, 실시예 1~20 및 비교예 1~9에서 제조된 리튬 이차전지를 대상으로, 전기화학적 임피던스 분광법(EIS)을 이용하여 벌크 저항을 측정한 후 수학식 2를 통해 이온전도도를 계산하였다. In order to measure the ionic conductivity of the electrolytes prepared in Examples 1-20 and Comparative Examples 1-9, electrochemical impedance spectroscopy (EIS) was performed on the lithium secondary batteries prepared in Examples 1-20 and Comparative Examples 1-9. After the bulk resistance was measured using), the ion conductivity was calculated through Equation 2.

[수학식 2][Equation 2]

Figure 112017130678715-pat00005
Figure 112017130678715-pat00005

상기 식에서 R는 EIS로 측정된 벌크저항이고, A는 상기 방사선 겔형 전해질과 접촉하는 SUS의 면적이며, l은 상기 방사선 겔형 전해질의 두께이다.Where R is the bulk resistance measured by EIS, A is the area of SUS in contact with the radiation gel electrolyte, and l is the thickness of the radiation gel electrolyte.

이온전도도Ion conductivity
(( mSmS /cm)/ cm)
실시예Example 1 One 1.65 1.65 실시예Example 2 2 1.50 1.50 실시예Example 3 3 1.39 1.39 실시예Example 4 4 1.17 1.17 실시예Example 5 5 1.11 1.11 실시예Example 6 6 1.58 1.58 실시예Example 7 7 1.43 1.43 실시예Example 8 8 1.25 1.25 실시예Example 9 9 1.10 1.10 실시예Example 10 10 1.06 1.06 실시예Example 11 11 1.55 1.55 실시예Example 12 12 1.42 1.42 실시예Example 13 13 1.24 1.24 실시예Example 14 14 1.09 1.09 실시예Example 15 15 1.03 1.03 실시예Example 16 16 0.160 0.160 실시예Example 17 17 0.147 0.147 실시예Example 18 18 0.121 0.121 실시예Example 19 19 0.109 0.109 실시예Example 20 20 0.103 0.103 비교예Comparative example 1 One 0.110.11 비교예Comparative example 2 2 0.14 0.14 비교예Comparative example 3 3 1.81 1.81 비교예Comparative example 4 4 1.69 1.69 비교예Comparative example 5 5 1.711.71 비교예Comparative example 6 6 1.731.73 비교예Comparative example 7 7 0.120.12 비교예Comparative example 8 8 1.111.11 비교예Comparative example 9 9 0.320.32

표 3에 나타낸 바와 같이, 실시예 1~20에서 제조된 전해질은 겔화율이 90% 이상이면서도, 10-4 mS/cm 내지 10-2 mS/cm 범위 내의 우수한 이온전도도를 가지는 것으로 확인된다. 특히, 실시예 1~15에서 제조된 전해질은 유기전해액, 이온성 염과 상호작용하기 위한 극성 작용기(아마이드기 또는 사이아노기)를 포함하는 비닐계 단량체 및 다관능성 비닐계 가교제를 이용하여 제조된 것을 특징으로 하는바, 10-3 mS/cm 내지 10-2 mS/cm 범위 내의 매우 우수한 이온전도도를 가지는 것으로 확인된다. As shown in Table 3, the electrolytes prepared in Examples 1 to 20 were found to have excellent ion conductivity within the range of 10 −4 mS / cm to 10 −2 mS / cm while having a gelation rate of 90% or more. In particular, the electrolyte prepared in Examples 1 to 15 was prepared using a vinyl monomer containing a polar functional group (amide group or cyano group) for interacting with an organic electrolyte solution, an ionic salt, and a polyfunctional vinyl based crosslinking agent. It is characterized by having a very good ion conductivity in the range of 10 −3 mS / cm to 10 −2 mS / cm.

한편, 비교예 7에서 제조된 전해질은 유기전해액, 비닐계 단량체 및 다관능성 비닐계 가교제의 중량비를 80:16:4로 하여 제조된 것으로서, 유기전해액의 상대적인 함량이 너무 낮기 때문에, 이온전도도가 저하되는 것으로 확인된다. 또한, 비교예 9에서 제조된 전해질은 유기전해액, 비닐계 단량체 및 다관능성 비닐계 가교제의 중량비를 90:5:5로 하여 제조된 것으로서, 다관능성 비닐계 가교제의 상대적인 함량이 너무 높기 때문에, 이온전도도가 저하되는 것으로 확인된다. 따라서, 비교예 7 및 9에서 제조된 전해질은 겔화율이 90% 이상이나, 너무 낮은 이온전도도로 인하여 리튬 이차전지로 적용이 어려울 것으로 사료된다. On the other hand, the electrolyte prepared in Comparative Example 7 was prepared using a weight ratio of the organic electrolyte solution, the vinyl monomer and the polyfunctional vinyl crosslinking agent as 80: 16: 4. Since the relative content of the organic electrolyte solution is too low, the ion conductivity is lowered. It is confirmed. In addition, the electrolyte prepared in Comparative Example 9 was prepared using a weight ratio of the organic electrolyte solution, the vinyl monomer, and the polyfunctional vinyl crosslinking agent at 90: 5: 5, and since the relative content of the polyfunctional vinyl crosslinking agent was too high, It is confirmed that the conductivity is lowered. Therefore, the electrolytes prepared in Comparative Examples 7 and 9 have a gelation rate of 90% or more, but are difficult to be applied to lithium secondary batteries due to too low ionic conductivity.

실험예Experimental Example 2: 리튬 이차전지의 방전용량 평가 2: Evaluation of discharge capacity of lithium secondary battery

실시예 1 및 2에서 제조된 리튬 이차전지의 방전용량을 평가하고자, 충방전시험기(wonAtech사)를 이용하여 상온에서 0.1 C의 충전 및 방전 전류 속도 하에서 방전용량 평가를 진행하였고, 그 결과를 도 3에 나타내었다. In order to evaluate the discharge capacity of the lithium secondary batteries prepared in Examples 1 and 2, the discharge capacity was evaluated under a charge and discharge current rate of 0.1 C at room temperature using a charge and discharge tester (wonAtech), and the results 3 is shown.

도 3에 나타낸 바와 같이, 실시예 1 및 2는 실제 상용 제조공정을 통해 제조된 코인셀 형태의 리튬 이차전지(액상 전해질 적용)와 동등한 수준의 방전용량(143 mAh/g)을 나타내는 것으로 확인된다. 즉, 실시예 1 및 2에서 제조된 리튬 이차전지는 겔형 전해질을 적용했음에도 불구하고, 개시제 없이도, 상온에서 수초 이내에 매우 신속한 성능을 가짐을 알 수 있다. 도면에는 도시하지 않았으나, 실시예 3~20(특히, 실시예 3~15)에서 제조된 리튬 이차 전지 역시 방전용량이 우수한 것으로 확인된다. As shown in FIG. 3, Examples 1 and 2 exhibited a discharge capacity (143 mAh / g) equivalent to that of a lithium secondary battery (liquid electrolyte applied) in the form of a coin cell manufactured through an actual commercial manufacturing process. . That is, the lithium secondary batteries prepared in Examples 1 and 2 can be seen that very fast performance in a few seconds at room temperature even without the initiator, even if the gel electrolyte is applied. Although not shown, the lithium secondary batteries prepared in Examples 3 to 20 (particularly, Examples 3 to 15) were also confirmed to have excellent discharge capacity.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. The foregoing description of the present invention is intended for illustration, and it will be understood by those skilled in the art that the present invention may be easily modified in other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present invention. will be. Therefore, it should be understood that the embodiments described above are exemplary in all respects and not restrictive.

Claims (16)

삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete (a) 이온성 염 및 유기용매가 함유된 유기전해액과, 상기 이온성 염과 상호작용하기 위한 아마이드기 또는 사이아노기를 가지는 비닐계 단량체 및 다관능성 비닐계 가교제를 포함하는 방사선 겔형 전해질 전구체 조성물을 제조하는 단계;
(b) 양극; 음극 및 분리막을 포함하는 전극 조립체를 전지 케이스에 투입하는 단계;
(c) 상기 (b) 단계의 전지 케이스에 상기 (a) 단계의 방사선 겔형 전해질 전구체 조성물을 주입한 다음, 밀봉하여 이차전지 전구체를 조립하는 단계; 및
(d) 상기 (c) 단계의 이차전지 전구체에 방사선을 조사하는 단계를 포함하고,
상기 유기전해액과, 상기 비닐계 단량체 및 다관능성 비닐계 가교제의 중량비는 85:15 내지 95:5이고, 상기 비닐계 단량체 및 상기 다관능성 비닐계 가교제의 중량비는 55:45 내지 85:15이며, 상기 방사선 겔형 전해질 전구체 조성물은 별도의 개시제를 포함하지 않는 것을 특징으로 하는
이차전지의 제조방법.
(a) a radiation gel electrolyte precursor composition comprising an organic electrolyte solution containing an ionic salt and an organic solvent, a vinyl monomer having an amide group or a cyano group for interacting with the ionic salt, and a polyfunctional vinyl crosslinking agent; Manufacturing;
(b) an anode; Injecting an electrode assembly including a negative electrode and a separator into a battery case;
(c) injecting the radiation gel electrolyte precursor composition of step (a) into the battery case of step (b), and then sealing and assembling a secondary battery precursor; And
(d) irradiating the secondary battery precursor of step (c) with radiation;
The weight ratio of the organic electrolyte and the vinyl monomer and the polyfunctional vinyl crosslinking agent is from 85:15 to 95: 5, and the weight ratio of the vinyl monomer and the polyfunctional vinyl crosslinking agent is from 55:45 to 85:15. The radiation gel electrolyte precursor composition does not include a separate initiator
Method of manufacturing a secondary battery.
제14항에 있어서,
상기 (d) 단계에서 방사선은 전자선, 감마선 및 X선으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 포함하는
이차전지의 제조방법.
The method of claim 14,
In the step (d) the radiation comprises one or more selected from the group consisting of electron beam, gamma ray and X-ray
Method of manufacturing a secondary battery.
제14항에 있어서,
상기 (d) 단계에서 방사선의 총 조사량은 0.1 kGy 내지 20 kGy인
이차전지의 제조방법.
The method of claim 14,
Total radiation dose in step (d) is 0.1 kGy to 20 kGy
Method of manufacturing a secondary battery.
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