KR102298292B1 - Composition for gel polymer electrolyte, gel polymer electrolyte prepared therefrom, and lithium secondary battery comprising the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 겔 폴리머 전해질 조성물, 이를 중합하여 제조된 겔 폴리머 전해질, 및 이를 포함하는 이차전지에 관한 것으로, 구체적으로 고온 안정성이 향상된 겔 폴리머 전해질 조성물, 이를 비활성 분위기하에서 중합시켜 형성된 겔 폴리머 전해질, 및 이를 포함하는 리튬 이차전지에 관한 것이다.The present invention relates to a gel polymer electrolyte composition, a gel polymer electrolyte prepared by polymerizing the same, and a secondary battery comprising the same, and more particularly, to a gel polymer electrolyte composition with improved high temperature stability, a gel polymer electrolyte formed by polymerizing the same in an inert atmosphere, and It relates to a lithium secondary battery including the same.

Description

겔 폴리머 전해질 조성물, 이에 의해 제조된 겔 폴리머 전해질, 및 이를 포함하는 리튬 이차전지{COMPOSITION FOR GEL POLYMER ELECTROLYTE, GEL POLYMER ELECTROLYTE PREPARED THEREFROM, AND LITHIUM SECONDARY BATTERY COMPRISING THE SAME}A gel polymer electrolyte composition, a gel polymer electrolyte prepared thereby, and a lithium secondary battery comprising the same

본 발명은 겔 폴리머 전해질 조성물, 이에 의해 제조된 겔 폴리머 전해질, 및 이를 포함하는 리튬 이차전지에 관한 것이다.The present invention relates to a gel polymer electrolyte composition, a gel polymer electrolyte prepared thereby, and a lithium secondary battery comprising the same.

최근 전기, 전자, 통신 및 컴퓨터 산업이 급속히 발전함에 따라 고성능, 고안정성의 이차전지에 대한 수요가 점차 증가되고 있다. 특히, 이들 전자(통신)기기의 소형화, 경량화 추세에 따라 이 분야의 핵심부품인 리튬 이차전지의 박막화 및 소형화가 요구되고 있다.Recently, with the rapid development of electric, electronic, communication and computer industries, the demand for high-performance and high-stability secondary batteries is gradually increasing. In particular, in accordance with the trend of miniaturization and weight reduction of these electronic (communication) devices, thin film and miniaturization of lithium secondary batteries, which are core components in this field, are required.

종래 전기 화학 반응을 이용한 전지, 전기 이중층 캐패시터 등의 전기 화학 소자용 전해질로는 액체 상태의 전해질, 특히 비수계 유기 용매에 염을 용해한 이온 전도성 유기 액체 전해질이 주로 사용되어 왔다.As an electrolyte for an electrochemical device such as a battery using an electrochemical reaction and an electric double layer capacitor, a liquid electrolyte, particularly an ion conductive organic liquid electrolyte obtained by dissolving a salt in a non-aqueous organic solvent, has been mainly used.

그러나 이러한 액체 상태의 전해질은 유기 용매가 휘발될 가능성이 클 뿐만 아니라, 주변 온도 및 전지 자체의 온도 상승에 의한 연소 등으로 안정성이 낮은 단점이 있다. However, such a liquid electrolyte has a disadvantage in that the organic solvent is highly likely to be volatilized, and stability is low due to combustion due to an increase in ambient temperature and the temperature of the battery itself.

이에, 최근 액체 상태의 전해질 대신 겔 폴리머 전해질과 같은 고분자 전해질을 상용화하려는 연구가 대두되고 있다. Accordingly, research to commercialize polymer electrolytes such as gel polymer electrolytes instead of liquid electrolytes has recently been on the rise.

상기 겔 폴리머 전해질은 액체 전해질과 비교해 전기화학적 안정성이 우수하여 전지의 두께를 일정하게 유지할 수 있을 뿐 아니라, 겔상 고유의 접착력으로 인해 안정성이 우수한 박막형 전지를 제조할 수 있다. The gel polymer electrolyte has excellent electrochemical stability compared to the liquid electrolyte, so that it is possible to maintain a constant thickness of the battery, and a thin film battery having excellent stability due to the inherent adhesive force of the gel can be manufactured.

이러한 겔 폴리머 전해질을 적용한 전지는 비수계 유기 용매에 염을 용해한 액체 전해액에 중합 가능한 단량체나 올리고머 및 중합 개시제를 혼합하여 조성물을 제조한 다음, 양극, 음극, 및 세퍼레이터가 권취 또는 적층된 전극 조립체가 들어 있는 전지에 주액하고, 적절한 온도와 시간 조건에서 겔화(가교) 시켜 제조된다. A battery to which such a gel polymer electrolyte is applied is prepared by mixing a polymerizable monomer or oligomer and a polymerization initiator in a liquid electrolyte in which a salt is dissolved in a non-aqueous organic solvent, and then a positive electrode, a negative electrode, and an electrode assembly in which a separator is wound or laminated. It is prepared by injecting into the battery and gelling (crosslinking) it under appropriate temperature and time conditions.

한편, 리튬 이차전지는 내부에 수분이 포함될 경우, 전지의 성능을 저하시키는 원인이 될 수 있다. 예컨대 전해질 조성물 중에 존재하는 수분은 충전 과정에서 제공되는 전위 에너지에 의해 유기용매와 반응하여, 가스를 발생시켜 전지 두께를 팽창시키는 문제점이 있으며, 고온 저장시에는 이러한 반응이 가속화되어 전지의 신뢰성을 저하시킬 수 있다. On the other hand, when moisture is included in the lithium secondary battery, it may cause deterioration of the battery performance. For example, moisture present in the electrolyte composition reacts with the organic solvent by the potential energy provided during the charging process to generate gas to expand the thickness of the battery. can

더욱이, LiPF6와 같은 리튬염은 물과 반응하면 강산인 HF를 형성하게 되는데, 형성된 HF는 약염기성을 나타내는 전극 활물질과 자발적으로 반응하여 전극 활물질 성분을 용출시키고, 그 결과 전지의 퇴화를 초래한다. 또한, 양극 표면에 불화 리튬(LiF)을 형성하여 전극 내 전기저항을 증가시키고 가스를 발생시켜 전지의 수명 저하를 초래한다. 특히, 상기 HF는 겔 폴리머 전해질 제조 시에 폴리머 네트워크를 형성하는 올리고머의 주사슬을 공격하여 가교 결합을 저지하기 때문에, 겔화가 억제되어 겔 폴리머 전해질의 기계적 강도가 저하되는 문제가 있다.Furthermore, when lithium salts such as LiPF 6 react with water, they form strong acid HF, which spontaneously reacts with the electrode active material exhibiting weak basicity to elute the electrode active material component, resulting in battery degradation. . In addition, lithium fluoride (LiF) is formed on the surface of the positive electrode to increase electrical resistance in the electrode and generate gas, thereby reducing the lifespan of the battery. In particular, since the HF attacks the main chain of the oligomer forming the polymer network during the preparation of the gel polymer electrolyte and prevents cross-linking, gelation is suppressed and the mechanical strength of the gel polymer electrolyte is reduced.

이에, 전해액 중에서의 HF의 형성을 최대한 억제할 수 있는 조성물의 개발이 필요한 실정이다.Accordingly, there is a need to develop a composition capable of maximally suppressing the formation of HF in the electrolyte solution.

일본 공개특허공보 제2001-313073호Japanese Laid-Open Patent Publication No. 2001-313073

본 발명은 이와 같은 문제를 해결하기 위하여 안출된 것이다.The present invention has been devised to solve such a problem.

본 발명의 제1 기술적 과제는 불산 생성을 억제할 수 있는 첨가제를 포함함으로써 장기 보관 안정성이 향상된 겔 폴리머 전해질 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.A first object of the present invention is to provide a gel polymer electrolyte composition having improved long-term storage stability by including an additive capable of suppressing hydrofluoric acid production.

또한, 본 발명의 제2 기술적 과제는 상기 겔 폴리머 전해질 조성물을 중합하여 제조된 기계적 강도가 향상된 겔 폴리머 전해질을 제공하는 것을 목적으로 한다.Another object of the present invention is to provide a gel polymer electrolyte with improved mechanical strength prepared by polymerizing the gel polymer electrolyte composition.

또한, 본 발명의 제3 기술적 과제는 상기 겔 폴리머 전해질을 포함함으로써, 초기 용량이 향상된 리튬 이차전지를 제공하는 것을 목적으로 한다. In addition, a third technical object of the present invention is to provide a lithium secondary battery having an improved initial capacity by including the gel polymer electrolyte.

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에서는In order to solve the above problems, in one embodiment of the present invention

리튬염,lithium salt,

유기용매;organic solvents;

중합개시제;polymerization initiator;

하기 화학식 1로 표시되는 디카보이미드계 화합물; 및a dicarboimide-based compound represented by the following formula (1); and

하기 화학식 2로 표시되는 올리고머;를 포함하는 겔 폴리머 전해질 조성물을 제공한다.It provides a gel polymer electrolyte composition comprising; an oligomer represented by the following formula (2).

[화학식 1][Formula 1]

Figure 112017088679448-pat00001
Figure 112017088679448-pat00001

상기 화학식 1에서,In Formula 1,

R1 및 R2는 각각 독립적으로 지환족 탄화수소기이며, 상기 R1 및 R2는 서로 동일하거나 상이할 수 있다.R 1 and R 2 are each independently an alicyclic hydrocarbon group, and R 1 and R 2 may be the same as or different from each other.

[화학식 2][Formula 2]

Figure 112017088679448-pat00002
Figure 112017088679448-pat00002

상기 화학식 1에서,In Formula 1,

R3는 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 5의 알킬렌기이고, R 3 is a substituted or unsubstituted C 1 to C 5 alkylene group,

R4, R5, R6 및 R7은 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 3의 알킬기이고,R 4 , R 5 , R 6 and R 7 are each independently a substituted or unsubstituted C1-C3 alkyl group,

R’ 및 R"는 각각 독립적으로 수소 또는 탄소수 1 내지 3의 알킬기이며,R' and R" are each independently hydrogen or an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms,

R은 지방족, 지환족 또는 방향족 탄화수소기이고,R is an aliphatic, alicyclic or aromatic hydrocarbon group,

a는 1 내지 3 중 어느 하나의 정수이며,a is an integer of any one of 1 to 3,

b는 0 내지 2 중 어느 하나의 정수이고,b is an integer of any one of 0 to 2,

n, m 및 x 는 반복단위 수이며,n, m and x are the number of repeating units,

n은 1 내지 10 중 어느 하나의 정수이고,n is an integer of any one of 1 to 10,

m은 1 내지 5 중 어느 하나의 정수이며,m is an integer of any one of 1 to 5,

x는 1 내지 15 중 어느 하나의 정수이다.x is an integer of any one of 1 to 15.

이때, 상기 화학식 1로 표시되는 디카보이미드계 화합물에서, 상기 지환족 탄화수소기는 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 8의 사이클로알킬렌기이다.In this case, in the dicarboimide-based compound represented by Formula 1, the alicyclic hydrocarbon group is a substituted or unsubstituted cycloalkylene group having 3 to 8 carbon atoms.

또한, 상기 화학식 2로 표시되는 올리고머의 R에서, 상기 지방족 탄화수소기는 탄소수 1 내지 20의 알킬렌기; 이소시아네이트기(NCO)를 함유하는 탄소수 1 내지 20의 알킬렌기; 탄소수 1 내지 20의 알콕실렌기; 탄소수 2 내지 20의 알케닐렌기; 또는 탄소수 2 내지 20의 알키닐렌기;이고, 상기 지환족 탄화수소기는 치환 또는 비치환된 탄소수 4 내지 20의 사이클로알킬렌기; 이소시아네이트기(NCO)를 함유하는 치환 또는 비치환된 탄소수 4 내지 20의 사이클로알킬렌기; 탄소수 4 내지 20의 사이클로알케닐렌기; 또는 탄소수 2 내지 20의 헤테로사이클로알킬렌기;이며, 상기 방향족 탄화수소기는 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 20의 아릴렌기; 또는 탄소수 2 내지 20의 헤테로아릴렌기일 수 있다.In addition, in R of the oligomer represented by Formula 2, the aliphatic hydrocarbon group may include an alkylene group having 1 to 20 carbon atoms; an alkylene group having 1 to 20 carbon atoms containing an isocyanate group (NCO); an alkoxyylene group having 1 to 20 carbon atoms; an alkenylene group having 2 to 20 carbon atoms; Or an alkynylene group having 2 to 20 carbon atoms; wherein the alicyclic hydrocarbon group is a substituted or unsubstituted cycloalkylene group having 4 to 20 carbon atoms; a substituted or unsubstituted C4-C20 cycloalkylene group containing an isocyanate group (NCO); a cycloalkenylene group having 4 to 20 carbon atoms; Or a heterocycloalkylene group having 2 to 20 carbon atoms; wherein the aromatic hydrocarbon group is a substituted or unsubstituted arylene group having 6 to 20 carbon atoms; Or it may be a heteroarylene group having 2 to 20 carbon atoms.

본 발명의 겔 폴리머 전해질 조성물에서, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 하기 화학식 1a 내지 1f로 표시되는 화합물들로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나 이상일 수 있다.In the gel polymer electrolyte composition of the present invention, the compound represented by Chemical Formula 1 may be at least one selected from the group consisting of compounds represented by the following Chemical Formulas 1a to 1f.

[화학식 1a][Formula 1a]

Figure 112017088679448-pat00003
Figure 112017088679448-pat00003

[화학식 1b][Formula 1b]

Figure 112017088679448-pat00004
Figure 112017088679448-pat00004

[화학식 1c][Formula 1c]

Figure 112017088679448-pat00005
Figure 112017088679448-pat00005

[화학식 1d][Formula 1d]

Figure 112017088679448-pat00006
Figure 112017088679448-pat00006

[화학식 1e][Formula 1e]

Figure 112017088679448-pat00007
Figure 112017088679448-pat00007

[화학식 1f][Formula 1f]

Figure 112017088679448-pat00008
Figure 112017088679448-pat00008

상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 상기 겔 폴리머 전해질 조성물의 전체 중량을 기준으로 0.001 중량% 내지 4 중량%, 구체적으로 0.01 중량% 내지 3 중량%, 더욱 구체적으로 0.01 중량% 내지 2 중량%로 포함될 수 있다.The compound represented by Formula 1 may be included in an amount of 0.001 wt% to 4 wt%, specifically 0.01 wt% to 3 wt%, more specifically 0.01 wt% to 2 wt%, based on the total weight of the gel polymer electrolyte composition have.

또한, 상기 본 발명의 겔 폴리머 전해질 조성물에서, 상기 화학식 2로 표시되는 올리고머는 하기 화학식 2a로 표시되는 올리고머일 수 있다.In addition, in the gel polymer electrolyte composition of the present invention, the oligomer represented by Formula 2 may be an oligomer represented by Formula 2a below.

[화학식 2a] [Formula 2a]

Figure 112017088679448-pat00009
Figure 112017088679448-pat00009

상기 화학식 2a에 있어서, In Formula 2a,

n1 및 x1는 반복단위 수이며,n1 and x1 are the number of repeating units,

n1은 1 또는 10 중 어느 하나의 정수이고,n1 is an integer of 1 or 10,

x1는 1 내지 15 중 어느 하나의 정수이다.x1 is an integer in any one of 1 to 15.

상기 화학식 2로 표시되는 올리고머는 상기 겔 폴리머 전해질 조성물의 전체 중량을 기준으로 0.5 중량% 내지 20 중량%, 구체적으로 0.7 중량% 내지 15 중량%, 더욱 구체적으로 1.0 중량% 내지 10 중량%로 포함될 수 있다.The oligomer represented by Formula 2 may be included in an amount of 0.5 wt% to 20 wt%, specifically 0.7 wt% to 15 wt%, more specifically 1.0 wt% to 10 wt%, based on the total weight of the gel polymer electrolyte composition have.

상기 화학식 2로 표시되는 올리고머의 중량평균분자량(MW)은 1,000 내지 100,000, 구체적으로 1,000 내지 50,000, 더욱 구체적으로 1,000 내지 10,000일 수 있다.The weight average molecular weight (MW) of the oligomer represented by Formula 2 may be 1,000 to 100,000, specifically 1,000 to 50,000, and more specifically 1,000 to 10,000.

또한, 본 발명의 일 실시예에서는In addition, in one embodiment of the present invention

상기 본 발명의 겔 폴리머 전해질 조성물을 중합하여 제조된 겔 폴리머 전해질을 제공할 수 있다.It is possible to provide a gel polymer electrolyte prepared by polymerizing the gel polymer electrolyte composition of the present invention.

또한, 본 발명의 일 실시예에서는In addition, in one embodiment of the present invention

양극, 음극, 분리막 및 본 발명의 겔 폴리머 전해질을 포함하는 리튬 이차전지를 제공할 수 있다.It is possible to provide a lithium secondary battery comprising a positive electrode, a negative electrode, a separator, and the gel polymer electrolyte of the present invention.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 특정 구조의 올리고머와 함께 불산 생성을 억제할 수 있는 디카보이미드계 화합물을 첨가제로 포함함으로써, 불산에 의한 올리고머 주사슬의 분해 반응을 억제하여 보관 안정성이 향상된 겔 폴리머 전해질 조성물을 제공할 수 있다. 또한, 이를 이용하여 기계적 강도가 우수한 겔 폴리머 전해질 및 이를 포함함으로써 전해질의 휘발 및 누액이 개선되고, 초기 용량이 향상된 리튬 이차전지를 제조할 수 있다. As described above, according to the present invention, storage stability is improved by suppressing the decomposition reaction of the oligomer main chain by hydrofluoric acid by including the dicarboimide-based compound capable of suppressing hydrofluoric acid production together with the oligomer of a specific structure as an additive. An improved gel polymer electrolyte composition can be provided. In addition, it is possible to manufacture a gel polymer electrolyte having excellent mechanical strength using the same, and by including the same, electrolyte volatilization and leakage are improved, and a lithium secondary battery with improved initial capacity.

도 1 및 도 2는 본 발명의 실험예 1에 따른 겔 폴리머 전해질 조성물의 보관 안정성 평가 결과를 나타낸 그래프이다.
도 3은 본 발명의 실험예 5에 따른 리튬 이차전지의 초기 용량을 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명의 실험예 6에 따른 리튬 이차전지의 초기 평가시 측정되는 저항 (reference performance test, RPT)을 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명의 실험예 7에 따른 리튬 이차전지의 전기화학 임피던스 분광(Electrochemical Impedance Spectroscopy, EIS) 값을 나타낸 그래프이다.
1 and 2 are graphs showing the storage stability evaluation results of the gel polymer electrolyte composition according to Experimental Example 1 of the present invention.
3 is a graph showing the initial capacity of the lithium secondary battery according to Experimental Example 5 of the present invention.
4 is a graph showing resistance (reference performance test, RPT) measured during initial evaluation of a lithium secondary battery according to Experimental Example 6 of the present invention.
5 is a graph showing electrochemical impedance spectroscopy (EIS) values of a lithium secondary battery according to Experimental Example 7 of the present invention.

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

본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.The terms or words used in the present specification and claims should not be construed as being limited to their ordinary or dictionary meanings, and the inventor may properly define the concept of the term in order to best describe his invention. It should be interpreted as meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention based on the principle that there is.

일반적으로 리튬 이차전지의 성능 저하의 원인 중 하나는 내부에 포함된 수분으로 알려져 있다. 즉, LiPF6와 같은 리튬염이 물과 반응하면 강산인 불산(HF)을 형성하는데, 이러한 HF는 겔 폴리머 전해질 제조 시에 폴리머 네트워크를 형성하는 올리고머의 주사슬을 공격하여 가교 결합을 저지하기 때문에, 겔화 형성이 억제되어 겔 폴리머 전해질의 기계적 강도가 저하된다는 문제가 있다. In general, it is known that one of the causes of performance degradation of lithium secondary batteries is moisture contained therein. That is, when a lithium salt such as LiPF 6 reacts with water, it forms hydrofluoric acid (HF), which is a strong acid. This HF attacks the main chain of the oligomer that forms the polymer network during the preparation of the gel polymer electrolyte and blocks cross-linking. , there is a problem that the formation of gelation is suppressed and the mechanical strength of the gel polymer electrolyte is lowered.

이에, 본 발명에서는 이러한 HF 생성을 억제할 수 있는 첨가제를 포함함으로써 장기 보관 안정성이 향상된 겔 폴리머 전해질 조성물을 제공하고, 이로부터 기계적 강도가 향상된 겔 폴리머 전해질 및 이를 포함하는 리튬 이차전지를 제공하고자 한다.Accordingly, the present invention provides a gel polymer electrolyte composition with improved long-term storage stability by including an additive capable of inhibiting the generation of HF, and a gel polymer electrolyte with improved mechanical strength therefrom and a lithium secondary battery including the same. .

구체적으로, 본 발명의 일 실시예에서는Specifically, in one embodiment of the present invention

리튬염,lithium salt,

유기용매;organic solvents;

중합개시제;polymerization initiator;

하기 화학식 1로 표시되는 디카보이미드계 화합물; 및a dicarboimide-based compound represented by the following formula (1); and

하기 화학식 2로 표시되는 올리고머;를 포함하는 겔 폴리머 전해질 조성물을 제공한다.It provides a gel polymer electrolyte composition comprising; an oligomer represented by the following formula (2).

[화학식 1][Formula 1]

Figure 112017088679448-pat00010
Figure 112017088679448-pat00010

상기 화학식 1에서,In Formula 1,

R1 및 R2는 각각 독립적으로 지환족 탄화수소기이며, 상기 R1 및 R2는 서로 동일하거나 상이할 수 있다.R 1 and R 2 are each independently an alicyclic hydrocarbon group, and R 1 and R 2 may be the same as or different from each other.

[화학식 2][Formula 2]

Figure 112017088679448-pat00011
Figure 112017088679448-pat00011

상기 화학식 1에서,In Formula 1,

R3는 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 5의 알킬렌기이고, R 3 is a substituted or unsubstituted C 1 to C 5 alkylene group,

R4, R5, R6 및 R7은 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 3의 알킬기이고,R 4 , R 5 , R 6 and R 7 are each independently a substituted or unsubstituted C1-C3 alkyl group,

R’ 및 R"는 각각 독립적으로 수소 또는 탄소수 1 내지 3의 알킬기이며,R' and R" are each independently hydrogen or an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms,

R은 지방족, 지환족 또는 방향족 탄화수소기이고,R is an aliphatic, alicyclic or aromatic hydrocarbon group,

a는 1 내지 3 중 어느 하나의 정수이며,a is an integer of any one of 1 to 3,

b는 0 내지 2 중 어느 하나의 정수이고,b is an integer of any one of 0 to 2,

n, m 및 x 는 반복단위 수이며,n, m and x are the number of repeating units,

n은 1 내지 10 중 어느 하나의 정수이고,n is an integer of any one of 1 to 10,

m은 1 내지 5 중 어느 하나의 정수이며,m is an integer of any one of 1 to 5,

x는 1 내지 15 중 어느 하나의 정수이다.x is an integer of any one of 1 to 15.

이때, 상기 화학식 1로 표시되는 디카보이미드계 화합물에서, 상기 지환족 탄화수소기는 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 8의 사이클로알킬렌기이다.In this case, in the dicarboimide-based compound represented by Formula 1, the alicyclic hydrocarbon group is a substituted or unsubstituted cycloalkylene group having 3 to 8 carbon atoms.

또한, 상기 화학식 2로 표시되는 올리고머의 R에서, 상기 지방족 탄화수소기는 탄소수 1 내지 20의 알킬렌기; 이소시아네이트기(NCO)를 함유하는 탄소수 1 내지 20의 알킬렌기; 탄소수 1 내지 20의 알콕실렌기; 탄소수 2 내지 20의 알케닐렌기; 또는 탄소수 2 내지 20의 알키닐렌기;이고, 상기 지환족 탄화수소기는 치환 또는 비치환된 탄소수 4 내지 20의 사이클로알킬렌기; 이소시아네이트기(NCO)를 함유하는 치환 또는 비치환된 탄소수 4 내지 20의 사이클로알킬렌기; 탄소수 4 내지 20의 사이클로알케닐렌기; 또는 탄소수 2 내지 20의 헤테로사이클로알킬렌기;이며, 상기 방향족 탄화수소기는 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 20의 아릴렌기; 또는 탄소수 2 내지 20의 헤테로아릴렌기일 수 있다.In addition, in R of the oligomer represented by Formula 2, the aliphatic hydrocarbon group may include an alkylene group having 1 to 20 carbon atoms; an alkylene group having 1 to 20 carbon atoms containing an isocyanate group (NCO); an alkoxyylene group having 1 to 20 carbon atoms; an alkenylene group having 2 to 20 carbon atoms; Or an alkynylene group having 2 to 20 carbon atoms; wherein the alicyclic hydrocarbon group is a substituted or unsubstituted cycloalkylene group having 4 to 20 carbon atoms; a substituted or unsubstituted C4-C20 cycloalkylene group containing an isocyanate group (NCO); a cycloalkenylene group having 4 to 20 carbon atoms; Or a heterocycloalkylene group having 2 to 20 carbon atoms; wherein the aromatic hydrocarbon group is a substituted or unsubstituted arylene group having 6 to 20 carbon atoms; Or it may be a heteroarylene group having 2 to 20 carbon atoms.

또한, 상기 본 발명의 일 실시예에 따른 겔 폴리머 전해질 조성물에 있어서, 리튬염은 리튬 이차전지용 전해액에 통상적으로 사용되는 것들이 제한 없이 사용될 수 있으며, 예를 들어 상기 양이온으로 Li+를 포함하고, 음이온으로 F-, Cl-, Br-, I-, NO3 -, N(CN)2 -, BF4 -, ClO4 -, AlO4 -, AlCl4 -, PF6 -, SbF6 -, AsF6 -, BF2C2O4 -, BC4O8 -, (CF3)2PF4 -, (CF3)3PF3 -, (CF3)4PF2 -, (CF3)5PF-, (CF3)6P-, CF3SO3 -, C4F9SO3 -, CF3CF2SO3 -, (CF3SO2)2N-, (F2SO2)2N-, CF3CF2(CF3)2CO-, (CF3SO2)2CH-, CF3(CF2)7SO3 -, CF3CO2 -, CH3CO2 -, SCN- 및 (CF3CF2SO2)2N-로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 상기 리튬염은 1종 또는 필요에 따라서 2종 이상을 혼합하여 사용할 수도 있으며, 구체적으로 상기 리튬염은 LiCl, LiBr, LiClO4, LiBF4, LiPF6, LiCF3SO3, LiCH3CO2, LiCF3CO2, LiCH3SO3, LiN(SO2F)2), 및 LiN(SO2CF3)2으로 이루어진 군으로부터 선택된 단일물 또는 2종 이상의 혼합물을 포함할 수 있다. In addition, in the gel polymer electrolyte composition according to an embodiment of the present invention, lithium salts commonly used in electrolytes for lithium secondary batteries may be used without limitation, for example , including Li + as the cation, and an anion. F - , Cl - , Br - , I - , NO 3 - , N(CN) 2 - , BF 4 - , ClO 4 - , AlO 4 - , AlCl 4 - , PF 6 - , SbF 6 - , AsF 6 - , BF 2 C 2 O 4 - , BC 4 O 8 - , (CF 3 ) 2 PF 4 - , (CF 3 ) 3 PF 3 - , (CF 3 ) 4 PF 2 - , (CF 3 ) 5 PF - , (CF 3 ) 6 P - , CF 3 SO 3 - , C 4 F 9 SO 3 - , CF 3 CF 2 SO 3 - , (CF 3 SO 2 ) 2 N - , (F 2 SO 2 ) 2 N - , CF 3 CF 2 (CF 3 ) 2 CO - , (CF 3 SO 2 ) 2 CH - , CF 3 (CF 2 ) 7 SO 3 - , CF 3 CO 2 - , CH 3 CO 2 - , SCN - and ( CF 3 CF 2 SO 2 ) 2 N may include at least one selected from the group consisting of. The lithium salt may be used alone or as a mixture of two or more as needed. Specifically, the lithium salt is LiCl, LiBr, LiClO 4 , LiBF 4 , LiPF 6 , LiCF 3 SO 3 , LiCH 3 CO 2 , LiCF 3 CO 2 , LiCH 3 SO 3 , LiN(SO 2 F) 2 ), and LiN(SO 2 CF 3 ) 2 may include a single material or a mixture of two or more thereof.

상기 리튬염은 통상적으로 사용 가능한 범위 내에서 적절히 변경할 수 있으나, 최적의 전극 표면의 부식 방지용 피막 형성 효과를 얻기 위하여, 겔 폴리머 전해질 조성물 내에 1M 내지 6M로 포함될 수 있다.The lithium salt may be appropriately changed within the range that can be used in general, but may be included in an amount of 1M to 6M in the gel polymer electrolyte composition in order to obtain an optimal effect of forming a film for preventing corrosion of the electrode surface.

상기 리튬염 농도가 1M 이상인 경우 충전 방전 과정에서 적절한 리튬 이온을 공급할 수 있어 이차전지의 구동 성능을 확보할 수 있고, 6M 이하인 경우 전해질의 점도가 크게 상승하는 것을 억제하여 적절한 리튬 이온의 이동 속도를 확보할 수 있다.When the lithium salt concentration is 1M or more, proper lithium ions can be supplied during the charging and discharging process, thereby securing the driving performance of the secondary battery. can be obtained

또한, 상기 본 발명의 일 실시예에 따른 겔 폴리머 전해질 조성물에서, 상기 유기용매는 이차전지의 충방전 과정에서 산화 반응 등에 의한 분해가 최소화될 수 있고, 첨가제와 함께 목적하는 특성을 발휘할 수 있는 것이라면 제한이 없다. 예를 들면 에테르계 용매, 에스테르계 용매, 또는 아미드계 용매 등을 각각 단독으로 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다. In addition, in the gel polymer electrolyte composition according to an embodiment of the present invention, the organic solvent can be minimized decomposition due to oxidation reaction during the charging and discharging process of the secondary battery, and if it can exhibit the desired properties together with the additive no limits. For example, an ether-based solvent, an ester-based solvent, or an amide-based solvent may be used alone or in combination of two or more.

상기 유기용매 중 에테르계 용매로는 디메틸에테르, 디에틸에테르, 디프로필 에테르, 메틸에틸에테르, 메틸프로필 에테르 및 에틸프로필 에테르로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.Among the organic solvents, any one selected from the group consisting of dimethyl ether, diethyl ether, dipropyl ether, methyl ethyl ether, methyl propyl ether and ethyl propyl ether or a mixture of two or more thereof may be used as the ether-based solvent among the organic solvents. , but is not limited thereto.

또한, 상기 에스테르계 용매는 환형 카보네이트 화합물, 선형 카보네이트 화합물, 선형 에스테르 화합물, 및 환형 에스테르 화합물로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나 이상의 화합물을 포함할 수 있다. In addition, the ester-based solvent may include at least one compound selected from the group consisting of a cyclic carbonate compound, a linear carbonate compound, a linear ester compound, and a cyclic ester compound.

이중 상기 환형 카보네이트 화합물의 구체적인 예로는 에틸렌 카보네이트(ethylene carbonate, EC), 프로필렌 카보네이트(propylene carbonate, PC), 1,2-부틸렌 카보네이트, 2,3-부틸렌 카보네이트, 1,2-펜틸렌카보네이트, 2,3-펜틸렌 카보네이트, 비닐렌 카보네이트 및 플루오로에틸렌 카보네이트(FEC)로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물이 있다.Specific examples of the cyclic carbonate compound include ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), 1,2-butylene carbonate, 2,3-butylene carbonate, 1,2-pentylene carbonate , any one selected from the group consisting of 2,3-pentylene carbonate, vinylene carbonate, and fluoroethylene carbonate (FEC), or a mixture of two or more thereof.

또한, 상기 선형 카보네이트 화합물의 구체적인 예로는 디메틸 카보네이트(dimethyl carbonate, DMC), 디에틸 카보네이트(diethyl carbonate, DEC), 디프로필 카보네이트, 에틸메틸 카보네이트(EMC), 메틸프로필 카보네이트 및 에틸프로필 카보네이트로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물 등이 대표적으로 사용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.In addition, specific examples of the linear carbonate compound include dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), dipropyl carbonate, ethylmethyl carbonate (EMC), methylpropyl carbonate and the group consisting of ethylpropyl carbonate Any one selected from or a mixture of two or more of them may be used representatively, but is not limited thereto.

상기 선형 에스테르 화합물은 그 구체적인 예로 메틸 아세테이트, 에틸 아세테이트, 프로필 아세테이트, 메틸 프로피오네이트, 에틸 프로피오네이트, 프로필 프로피오네이트, 및 부틸 프로피오네이트로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물 등이 대표적으로 사용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.Specific examples of the linear ester compound include any one or two selected from the group consisting of methyl acetate, ethyl acetate, propyl acetate, methyl propionate, ethyl propionate, propyl propionate, and butyl propionate. The above mixtures and the like may be typically used, but the present invention is not limited thereto.

상기 환형 에스테르 화합물은 그 구체적인 예로 γ-부티로락톤, γ-발레로락톤, γ-카프로락톤, σ-발레로락톤, ε-카프로락톤과 같은 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.Specific examples of the cyclic ester compound include any one selected from the group consisting of γ-butyrolactone, γ-valerolactone, γ-caprolactone, σ-valerolactone, ε-caprolactone, or two or more of them. A mixture may be used, but is not limited thereto.

상기 에스테르계 용매 중에서 환형 카보네이트계 화합물은 고점도의 유기용매로서 유전율이 높아 전해질 내의 리튬염을 잘 해리시키므로 바람직하게 사용될 수 있으며, 이러한 환형 카보네이트계 화합물에 디메틸 카보네이트 및 디에틸 카보네이트와 같은 저점도, 저유전율 선형 카보네이트계 화합물 및 선형 에스테르계 화합물을 적당한 비율로 혼합하여 사용하면 높은 전기 전도율을 갖는 전해액을 만들 수 있어 더욱 바람직하게 사용될 수 있다.Among the ester-based solvents, the cyclic carbonate-based compound is a high-viscosity organic solvent and has a high dielectric constant, so it can well dissociate lithium salts in the electrolyte. When the dielectric constant linear carbonate-based compound and the linear ester-based compound are mixed in an appropriate ratio, an electrolyte having high electrical conductivity can be prepared, and thus it can be used more preferably.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 겔 폴리머 전해질 조성물에 있어서, 상기 중합개시제는 열 및 광에 의하여 라디칼을 발생시킬 수 있는 통상적인 중합 개시제가 사용될 수 있다. 예를 들면, 상기 중합개시제는 아조계 중합개시제 또는 퍼옥사이드계 중합개시제를 사용할 수 있으며, 그 대표적인 예로 벤조일 퍼옥사이드(benzoyl peroxide), 아세틸 퍼옥사이드(acetyl peroxide), 디라우릴 퍼옥사이드(dilauryl peroxide), 디-tert-부틸 퍼옥사이드(di-tert-butyl peroxide), t-부틸 퍼옥시-2-에틸-헥사노에이트(t-butyl peroxy-2-ethyl-hexanoate), 큐밀 하이드로퍼옥사이드(cumyl hydroperoxide) 및 하이드로겐 퍼옥사이드(hydrogen peroxide)로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나 이상의 퍼옥사이드계 화합물, 또는 2,2'-아조비스(2-시아노부탄), 디메틸 2,2'-아조비스(2-메틸프로피오네이트), 2,2'-아조비스(메틸부티로니트릴), 2,2'-아조비스(이소부티로니트릴)(AIBN; 2,2'-Azobis(iso-butyronitrile)) 및 2,2'-아조비스디메틸-발레로니트릴(AMVN; 2,2'-Azobisdimethyl-valeronitrile)로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나 이상의 아조계 화합물을 들 수 있다.In addition, in the gel polymer electrolyte composition according to an embodiment of the present invention, a conventional polymerization initiator capable of generating radicals by heat and light may be used as the polymerization initiator. For example, the polymerization initiator may use an azo polymerization initiator or a peroxide polymerization initiator, representative examples of which include benzoyl peroxide, acetyl peroxide, and dilauryl peroxide. , di-tert-butyl peroxide, t-butyl peroxy-2-ethyl-hexanoate, cumyl hydroperoxide ) and at least one peroxide compound selected from the group consisting of hydrogen peroxide, or 2,2'-azobis (2-cyanobutane), dimethyl 2,2'-azobis (2- methylpropionate), 2,2'-azobis(methylbutyronitrile), 2,2'-azobis(isobutyronitrile) (AIBN; 2,2'-Azobis(iso-butyronitrile)) and 2 and at least one azo-based compound selected from the group consisting of ,2'-azobisdimethyl-valeronitrile (AMVN; 2,2'-Azobisdimethyl-valeronitrile).

상기 중합개시제는 이차전지 내에서 열, 비제한적인 예로 30℃ 내지 100℃, 구체적으로 60℃ 내지 80℃의 열에 의해 분해되거나 상온(5℃ 내지 30℃)에서 분해되어 라디칼을 형성할 수 있다. The polymerization initiator may be decomposed by heat in the secondary battery, non-limiting examples of 30°C to 100°C, specifically 60°C to 80°C, or decomposed at room temperature (5°C to 30°C) to form radicals.

상기 중합개시제는 상기 올리고머 전체 100 중량부를 기준으로 약 0.01 중량부 내지 약 20 중량부, 구체적으로 5 중량부로 포함될 수 있으며, 상기 범위로 포함되는 경우 겔화 반응을 용이하게 실시하여, 조성물을 전지 내에 주액하는 도중 겔화가 일어나거나, 중합 반응 후 미반응 개시제가 남아 부반응을 야기하는 것을 방지할 수 있다. The polymerization initiator may be included in an amount of from about 0.01 parts by weight to about 20 parts by weight, specifically 5 parts by weight, based on 100 parts by weight of the total oligomer, and when included in the above range, the gelation reaction is easily performed to inject the composition into the battery It is possible to prevent gelation from occurring during the process or unreacted initiator remaining after the polymerization reaction to cause side reactions.

특히, 일부 중합개시제의 경우 열 등에 의하여 라디칼이 발생하는 과정에서 질소 혹은 산소 가스가 발생하기도 한다. 이러한 가스 발생은 겔 고분자 전해질 형성 과정에서 가스 트랩 또는 가스 버블링 현상으로 이어지는 경우가 대다수이다. 이러한 현상에 의해 겔 폴리머 전해질 내에서 결함(defect)을 야기하기 때문에 전해질 품질 저하로 나타난다. 따라서, 중합개시제가 상기 범위로 포함되는 경우 가스가 다량 발생하는 등의 단점을 보다 효과적으로 방지할 수 있다. In particular, in the case of some polymerization initiators, nitrogen or oxygen gas may be generated while radicals are generated by heat or the like. In most cases, such gas generation leads to a gas trap or gas bubbling phenomenon during the gel polymer electrolyte formation process. Because this phenomenon causes defects in the gel polymer electrolyte, it appears as electrolyte quality degradation. Therefore, when the polymerization initiator is included in the above range, it is possible to more effectively prevent disadvantages such as generation of a large amount of gas.

또한, 상기 본 발명의 일 실시예에 따른 겔 폴리머 전해질 조성물에서, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 그 대표적인 예로 하기 화학식 1a 내지 1f로 표시되는 화합물들로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나를 들 수 있다.In addition, in the gel polymer electrolyte composition according to an embodiment of the present invention, the compound represented by Chemical Formula 1 may include at least one selected from the group consisting of compounds represented by the following Chemical Formulas 1a to 1f as representative examples thereof.

[화학식 1a][Formula 1a]

Figure 112017088679448-pat00012
Figure 112017088679448-pat00012

[화학식 1b][Formula 1b]

Figure 112017088679448-pat00013
Figure 112017088679448-pat00013

[화학식 1c][Formula 1c]

Figure 112017088679448-pat00014
Figure 112017088679448-pat00014

[화학식 1d][Formula 1d]

Figure 112017088679448-pat00015
Figure 112017088679448-pat00015

[화학식 1e][Formula 1e]

Figure 112017088679448-pat00016
Figure 112017088679448-pat00016

[화학식 1f][Formula 1f]

Figure 112017088679448-pat00017
Figure 112017088679448-pat00017

상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 상기 겔 폴리머 전해질 조성물의 전체 중량을 기준으로 0.001 중량% 내지 4 중량%, 구체적으로 0.01 중량% 내지 3 중량%, 더욱 구체적으로 0.01 중량% 내지 2 중량%로 포함될 수 있다. The compound represented by Formula 1 may be included in an amount of 0.001 wt% to 4 wt%, specifically 0.01 wt% to 3 wt%, more specifically 0.01 wt% to 2 wt%, based on the total weight of the gel polymer electrolyte composition have.

상기 화학식 1로 표시되는 디카보이미드계 화합물의 경우 산화 안정성이 낮기 때문에, 과량을 첨가하는 경우 오히려 올리고머 주사슬(아크릴레이트 작용기)의 반응성을 감소시켜 겔화 형성을 저하시키는 원인이 된다. 즉, 상기 화학식 1의 화합물의 함량이 4 중량% 이하이면, 겔 폴리머 전해질의 기계적 강도를 확보함과 동시에 전지의 비가역 용량을 증가시키거나 과량의 화합물에 의해 부반응, 예컨대 전해액 내에서 리튬 이온의 이동성을 저하시키는 문제를 방지할 수 있다. 또한, 상기 화학식 1의 화합물의 함량이 0.001 중량% 이상이면 불산 생성 억제 효과가 우수하여, 올리고머의 가교 반응 효과 (겔화)를 향상시킬 수 있다. In the case of the dicarboimide-based compound represented by Chemical Formula 1, since oxidation stability is low, when an excessive amount is added, the reactivity of the oligomer main chain (acrylate functional group) is rather reduced, thereby reducing gelation formation. That is, when the content of the compound of Formula 1 is 4% by weight or less, the mechanical strength of the gel polymer electrolyte is secured and the irreversible capacity of the battery is increased or a side reaction caused by an excess of the compound, for example, mobility of lithium ions in the electrolyte solution can prevent the problem of degradation. In addition, when the content of the compound of Formula 1 is 0.001 wt % or more, the hydrofluoric acid production inhibitory effect is excellent, and the crosslinking reaction effect (gelation) of the oligomer can be improved.

한편, 겔 폴리머 전해질 조성물에서 리튬염인 LiPF6 이온 또는 LiBF4 이온은 미량의 물에 의해 이온이 분해하여 불화 수소 등의 산을 발생시킨다. 이와 같이 발생된 산은 겔형 폴리머 전해질을 형성 시에 올리고머의 주사슬을 절단(분해)하여 겔화를 저지한다. 특히, 알킬렌옥사이드 골격을 가지거나 실록산 (Si-O) 결합을 가지는 폴리머의 경우는 공격을 받기 쉽고 극미량의 산 성분에 의해서도 겔화가 저지된다. 비닐기 혹은 아크릴레이트기, 또는 메타아크릴레이트기 등 라디칼 반응에 의하여 중합 반응이 일어나는 작용기를 가지는 폴리머의 경우에도 산 성분에 의해 겔화 반응성이 낮아진다. Meanwhile, in the gel polymer electrolyte composition, LiPF 6 ions or LiBF 4 ions, which are lithium salts, are decomposed by a trace amount of water to generate acids such as hydrogen fluoride. The acid thus generated prevents gelation by cleaving (decomposing) the main chain of the oligomer when forming the gel-type polymer electrolyte. In particular, in the case of a polymer having an alkylene oxide skeleton or a siloxane (Si-O) bond, it is susceptible to attack and gelation is inhibited even by a trace amount of an acid component. In the case of a polymer having a functional group in which polymerization reaction occurs by radical reaction, such as a vinyl group, an acrylate group, or a methacrylate group, the gelation reactivity is lowered by the acid component.

또한, 겔 폴리머 전해질 조성물 내에 미량 존재하는 수분은 중합과정에서 라디칼 중단제(scavenger)로 작용하기도 한다.In addition, moisture present in a trace amount in the gel polymer electrolyte composition also acts as a radical scavenger in the polymerization process.

본 발명의 겔 폴리머 전해질 조성물은 첨가제로 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함함으로써, 하기 반응식 1과 같은 메커니즘에 의해 수분을 제거할 뿐만 아니라, 나아가 전해질 조성물 내에서 불산(HF) 발생을 억제할 수 있습니다.Since the gel polymer electrolyte composition of the present invention contains the compound represented by Formula 1 as an additive, it can not only remove moisture by the mechanism shown in Scheme 1 below, but also suppress the generation of hydrofluoric acid (HF) in the electrolyte composition. .

[반응식 1][Scheme 1]

Figure 112017088679448-pat00018
Figure 112017088679448-pat00018

즉, 화학식 1의 화합물의 디카보이미드 구조가 수분과 반응하여 우레아(urea, CO(NH)2)를 생성하는 반응에 의하여 수분이 제거된다. 상기 반응은 생성물의 에너지 준위가 반응물의 에너지 준위보다 더 낮기 때문에 자발적으로 일어나는 반응이므로, 효과적으로 수분 제거가 가능하다. 그 결과, 수분에 의한 리튬염의 분해 반응이 크게 억제되어 전해질 내 불산 생성량이 감소될 수 있다.That is, water is removed by a reaction in which the dicarboimide structure of the compound of Formula 1 reacts with water to generate urea (CO(NH) 2 ). Since the reaction occurs spontaneously because the energy level of the product is lower than the energy level of the reactant, moisture can be effectively removed. As a result, the decomposition reaction of the lithium salt due to moisture is greatly suppressed, so that the amount of hydrofluoric acid produced in the electrolyte may be reduced.

따라서, 겔 폴리머 전해질 조성물의 보관 안정성 및 올리고머의 반응성을 향상시켜 보다 우수한 기계적 강도를 가지는 겔 고분자 전해질을 형성할 수 있고, 나아가 전해질의 휘발 및 누액을 억제하여 초기 용량 및 안정성 등의 제반 성능이 향상된 리튬 이차전지를 제조할 수 있다.Therefore, the storage stability of the gel polymer electrolyte composition and the reactivity of the oligomers can be improved to form a gel polymer electrolyte having superior mechanical strength, and further, various performances such as initial capacity and stability are improved by suppressing electrolyte volatilization and leakage. A lithium secondary battery can be manufactured.

또한, 상기 본 발명의 겔 폴리머 전해질 조성물에서, 상기 화학식 2로 표시되는 올리고머는 하기 화학식 2a로 표시되는 올리고머일 수 있다.In addition, in the gel polymer electrolyte composition of the present invention, the oligomer represented by Formula 2 may be an oligomer represented by Formula 2a below.

[화학식 2a] [Formula 2a]

Figure 112017088679448-pat00019
Figure 112017088679448-pat00019

상기 화학식 2a에 있어서, In Formula 2a,

n1 및 x1는 반복단위 수이며,n1 and x1 are the number of repeating units,

n1은 1 또는 10 중 어느 하나의 정수이고,n1 is an integer of 1 or 10,

x1는 1 내지 15 중 어느 하나의 정수이다.x1 is an integer in any one of 1 to 15.

상기 화학식 2로 표시되는 올리고머는 상기 겔 폴리머 전해질 조성물의 전체 중량을 기준으로 0.5 중량% 내지 20 중량%, 구체적으로 0.7 중량% 내지 15 중량%, 더욱 구체적으로 1.0 중량% 내지 10 중량%로 포함될 수 있다.The oligomer represented by Formula 2 may be included in an amount of 0.5 wt% to 20 wt%, specifically 0.7 wt% to 15 wt%, more specifically 1.0 wt% to 10 wt%, based on the total weight of the gel polymer electrolyte composition have.

즉, 상기 올리고머의 함량이 0.5 중량% 이상인 경우에 겔 반응 형성 효과가 향상되어 겔 폴리머 전해질의 충분한 기계적 강도를 확보할 수 있고, 20 중량% 이하인 경우에 과량이 올리고머 함량에 따른 저항 증가 및 리튬 이온의 이동이 제한(이온전도도 감소)과 같은 단점을 방지할 수 있다. That is, when the content of the oligomer is 0.5% by weight or more, the effect of forming a gel reaction is improved to ensure sufficient mechanical strength of the gel polymer electrolyte, and when the content of the oligomer is less than 20% by weight, resistance increases and lithium ions in excess according to the oligomer content Disadvantages such as restriction of movement (reduction of ionic conductivity) can be avoided.

구체적으로, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물 : 화학식 2로 표시되는 올리고머의 몰비는 1:1 내지 1:100,000일 수 있으며, 구체적으로 1:10 내지 1:50,000일 수 있고, 더욱 구체적으로 1:100 내지 1:10,000일 수 있다.Specifically, the molar ratio of the compound represented by Formula 1 to the oligomer represented by Formula 2 may be 1:1 to 1:100,000, specifically 1:10 to 1:50,000, and more specifically 1:100 to 1:10,000.

본 발명의 겔 폴리머 전해질 조성물에 화학식 1로 표시되는 화합물 및 화학식 2로 표시되는 올리고머가 상기 범위로 포함되는 경우에 장기보관 안정성이 향상된 겔 폴리머 전해질 조성물을 제공할 수 있고, 나아가 우수한 기계적 강도가 확보된 겔 폴리머 전해질을 제조할 수 있다.When the compound represented by Formula 1 and the oligomer represented by Formula 2 are included in the above ranges in the gel polymer electrolyte composition of the present invention, a gel polymer electrolyte composition with improved long-term storage stability can be provided, and further, excellent mechanical strength is ensured A gel polymer electrolyte can be prepared.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 화학식 2로 표시되는 올리고머의 중량평균분자량(MW)은 반복 단위의 개수에 의해 조절될 수 있으며, 약 1,000 내지 100,000, 구체적으로 1,000 내지 50,000, 더욱 구체적으로 1,000 내지 10,000일 수 있다. 상기 올리고머의 중량평균 분자량이 상기 범위 내인 경우, 이를 포함하는 겔 폴리머 전해질의 기계적 강도를 효과적으로 개선할 수 있다. 만약, 상기 올리고머의 중량 평균분자량이 1,000 미만이면, 적절한 기계적 강도를 기대할 수 없으며, 보다 많은 중합개시제 사용이 요구되거나, 까다로운 추가 중합 공정을 필요로 하는 등 겔 고분자 전해질 형성 과정에서 단점을 나타낸다. 한편, 중량 평균 분자량이 100,000을 초과하면, 올리고머 물성 자체가 경직(rigid)되고, 전해질 용매와 친화성이 낮아져 용해가 어려워지기 때문에 균일하고 우수한 겔 고분자 전해질 형성을 기대할 수 없다.According to an embodiment of the present invention, the weight average molecular weight (MW) of the oligomer represented by Formula 2 may be controlled by the number of repeating units, and is about 1,000 to 100,000, specifically 1,000 to 50,000, more specifically 1,000 to 10,000. When the weight average molecular weight of the oligomer is within the above range, the mechanical strength of the gel polymer electrolyte including the same can be effectively improved. If the weight average molecular weight of the oligomer is less than 1,000, adequate mechanical strength cannot be expected, and more polymerization initiators are required, or a difficult additional polymerization process is required, indicating disadvantages in the gel polymer electrolyte formation process. On the other hand, when the weight average molecular weight exceeds 100,000, the physical properties of the oligomer itself become rigid, and the affinity with the electrolyte solvent is lowered to make dissolution difficult, so that uniform and excellent gel polymer electrolyte formation cannot be expected.

본 명세서에서 중량평균분자량은, GPC(Gel Permeation Chromatograph)로 측정한 표준 폴리스티렌에 대한 환산 수치를 의미할 수 있고, 특별하게 달리 규정하지 않는 한, 분자량은 중량평균분자량을 의미할 수 있다. 예컨대, 본 발명에서는 GPC 조건으로 Agilent社 1200시리즈를 이용하여 측정하며, 이때 사용된 컬럼은 Agilent社 PL mixed B 컬럼을 이용할 수 있고, 용매는 THF를 사용할 수 있다.In the present specification, the weight average molecular weight may mean a value converted to standard polystyrene measured by GPC (Gel Permeation Chromatograph), and unless otherwise specified, the molecular weight may mean a weight average molecular weight. For example, in the present invention, measurement is performed using Agilent's 1200 series under GPC conditions, and the column used at this time may be Agilent's PL mixed B column, and the solvent may be THF.

또한, 본 발명의 겔 폴리머 전해질 조성물에 있어서, 상기 화학식 2로 표시되는 올리고머는 이차전지 내에서 친수성 부분인 양극 또는 분리막(SRS층)과 소수성 부분인 음극 또는 분리막 원단과 균형적인 친화성을 나타내어 전기화학적으로 안정하기 때문에 리튬 이차전지 성능 향상에 큰 도움이 된다. 즉, 상기 화학식 2로 표시되는 올리고머는 양 말단에 자체적으로 가교 결합을 형성할 수 있는 친수성 부분인 아크릴레이트계 작용기를 함유하는 동시에, 소수성 부분인 실록산기(-Si-O-)와 우레탄(-N-C(O)O-)기를 포함하기 때문에, 전지 내에서 계면활성제 역할을 부여할 수 있다. 따라서, 상기 화학식 2로 표시되는 올리고머를 포함하는 겔 폴리머 전해질은 고분자 전해질 전구체 용액의 표면 장력을 낮출 수 있어, 전극과의 계면 특성을 보다 향상시킬 수 있다.In addition, in the gel polymer electrolyte composition of the present invention, the oligomer represented by Formula 2 shows a balanced affinity with the positive electrode or separator (SRS layer), which is the hydrophilic part, and the negative electrode or the separator, which is the hydrophobic part, in the secondary battery. Because it is chemically stable, it is very helpful in improving the performance of lithium secondary batteries. That is, the oligomer represented by Formula 2 contains an acrylate-based functional group which is a hydrophilic moiety capable of forming cross-links by itself at both ends, and a siloxane group (-Si-O-) and urethane (- Since it contains an NC(O)O-) group, it can serve as a surfactant in the battery. Accordingly, the gel polymer electrolyte including the oligomer represented by Chemical Formula 2 can lower the surface tension of the polymer electrolyte precursor solution, thereby further improving the interfacial properties with the electrode.

더욱이, 상기 화학식 2로 표시되는 올리고머는 리튬염을 해리하는 능력을 보유하고 있어 리튬 이온 이동성을 향상시킬 수 있고, 올리고머의 주사슬을 이루는 Si-O 결합은 전기화학적으로 매우 안정하고 Li 이온과의 낮은 반응성에 의하여 리튬 이온 (Li+)의 부반응 및 리튬염(salt)의 분해 반응 등을 제어할 수 있으므로, CO 또는 CO2 등의 가스 발생을 저감할 수 있다. Moreover, the oligomer represented by Chemical Formula 2 has the ability to dissociate lithium salts, and thus can improve lithium ion mobility, and the Si-O bond constituting the main chain of the oligomer is electrochemically very stable and interacts with Li ions. Due to the low reactivity, the side reaction of lithium ions (Li + ) and the decomposition reaction of lithium salt can be controlled, so that the generation of gases such as CO or CO 2 can be reduced.

이에, 종래 겔 폴리머 전해질 제조 시에 상용화되었던 에틸렌 옥사이드, 프로필렌 옥사이드, 또는 부틸렌 옥사이드 등의 알킬렌 옥사이드 골격을 가지는 폴리머, 또는 디알킬 실록산, 플루오로실록산, 또한, 이들의 유닛을 가진 블록 공중합체 및 그라프트 중합체 등 대신에 상기 화학식 2로 표시되는 올리고머를 포함하는 본 발명의 겔 폴리머 전해질 조성물에 의해 제조된 겔 폴리머 전해질은 전극과의 부반응이 감소되어, 전극과 전해질 사이의 계면 안정성 효과를 구현할 수 있다.Accordingly, a polymer having an alkylene oxide backbone, such as ethylene oxide, propylene oxide, or butylene oxide, or a block copolymer having a dialkyl siloxane, a fluorosiloxane, or a unit thereof, which has been commercialized in the production of a gel polymer electrolyte And the gel polymer electrolyte prepared by the gel polymer electrolyte composition of the present invention comprising the oligomer represented by Formula 2 instead of the graft polymer, etc., reduces side reactions with the electrode, so as to realize the interfacial stability effect between the electrode and the electrolyte. can

또한, 본 발명의 일 실시예에서는In addition, in one embodiment of the present invention

상기 본 발명의 겔 폴리머 전해질 조성물을 비활성 분위기하에서 중합하여 제조된 겔 폴리머 전해질을 제공할 수 있다.It is possible to provide a gel polymer electrolyte prepared by polymerizing the gel polymer electrolyte composition of the present invention in an inert atmosphere.

이러한 본 발명의 겔 폴리머 전해질은 탄성 계수 값은 최소 100 Pa 이상 되어야 겔의 형태를 유지할 수 있으며, 구체적으로, 리튬 이차전지 내에서 우수한 성능 발휘하기 위하여 1,000 Pa 이상, 더욱 구체적으로 3,000 Pa 이상이 더욱 바람직하다.The gel polymer electrolyte of the present invention must have an elastic modulus value of at least 100 Pa or more to maintain the shape of the gel. Specifically, in order to exhibit excellent performance in a lithium secondary battery, 1,000 Pa or more, more specifically, 3,000 Pa or more desirable.

상기 탄성 계수는 Roatainonal Rheometer (DHR2) 장비를 이용하여 0.1 ~ 10 Hz의 범위 내에서 측정하였다.The elastic modulus was measured within a range of 0.1 to 10 Hz using a Roatainonal Rheometer (DHR2) equipment.

구체적으로, 상기 겔 폴리머 전해질은 이차전지 내에 상기 겔 폴리머 전해질 조성물을 주액한 후 경화반응시켜 제조될 수 있다.Specifically, the gel polymer electrolyte may be prepared by injecting the gel polymer electrolyte composition into a secondary battery and then performing a curing reaction.

예를 들면, 겔 폴리머 전해질은 이차전지의 내부에서 상기 겔 폴리머 전해질 조성물을 in-situ 중합하여 형성될 수 있다.For example, the gel polymer electrolyte may be formed by in-situ polymerization of the gel polymer electrolyte composition inside the secondary battery.

보다 구체적인 상기 겔 폴리머 전해질은 More specifically, the gel polymer electrolyte is

(a) 양극, 음극, 및 상기 양극과 음극 사이에 개재된 분리막으로 이루어진 전극 조립체를 전지 케이스에 삽입하는 단계, (a) inserting an electrode assembly comprising a positive electrode, a negative electrode, and a separator interposed between the positive electrode and the negative electrode into a battery case;

(b) 상기 전지 케이스에 본 발명의 겔 폴리머 전해질 조성물을 주액하는 단계;(b) injecting the gel polymer electrolyte composition of the present invention into the battery case;

(c) 전극 조립체를 웨팅 및 에이징하는 단계; 및(c) wetting and aging the electrode assembly; and

(d) 상기 겔 폴리머 전해질 조성물을 중합시켜 겔 폴리머 전해질을 형성하는 단계를 수행하여 제조할 수 있다.(d) polymerizing the gel polymer electrolyte composition to form a gel polymer electrolyte.

이때, 상기 리튬 이차전지 내 in-situ 중합 반응은 전자빔(E-BEAM), 감마선, 상온 또는 고온 에이징 공정을 통하여 가능하며, 본 발명의 일 실시예에 따르면 열 중합을 통해 진행될 수 있다. 이때, 중합 시간은 대략 2분 내지 48시간 정도 소요되며, 열 중합 온도는 60℃ 내지 100℃, 구체적으로 60℃ 내지 80℃ 가 될 수 있다.In this case, the in-situ polymerization reaction in the lithium secondary battery is possible through electron beam (E-BEAM), gamma rays, room temperature or high temperature aging process, and according to an embodiment of the present invention, thermal polymerization may be performed. In this case, the polymerization time takes about 2 minutes to 48 hours, and the thermal polymerization temperature may be 60°C to 100°C, specifically 60°C to 80°C.

보다 구체적으로 리튬 이차전지 내 in-situ 중합 반응은 리튬염이 포함되어 있는 전해액에 중합개시제와 상기 올리고머를 소정량 첨가하여 혼합한 후 전지셀에 주액한다. 그러한 전지셀의 주액구를 밀봉한 후, 예를 들면 60℃ 내지 80℃로 1 내지 20 시간 동안 가열하여 중합을 행하면, 리튬염 함유 전해액이 겔화되면서 겔 폴리머 전해질이 제조된다. More specifically, in the in-situ polymerization reaction in a lithium secondary battery, a predetermined amount of a polymerization initiator and the oligomer are added to an electrolyte containing a lithium salt, mixed, and then injected into the battery cell. After sealing the injection port of such a battery cell, when polymerization is performed by heating, for example, at 60° C. to 80° C. for 1 to 20 hours, the lithium salt-containing electrolyte is gelled to produce a gel polymer electrolyte.

또한, 본 발명의 일 실시예에서는 In addition, in one embodiment of the present invention

상기와 같은 방법으로 제조된, 음극, 양극, 상기 음극 및 양극 사이에 개재된 분리막, 및 본 발명의 겔 폴리머 전해질을 포함하는 리튬 이차전지를 제공한다.It provides a lithium secondary battery comprising a negative electrode, a positive electrode, a separator interposed between the negative electrode and the positive electrode, and the gel polymer electrolyte of the present invention, manufactured by the above method.

본 발명의 일 실시예에 따른 상기 리튬 이차전지는 충전 전압이 3.0V 내지 5.0V 범위로, 일반전압 및 고전압 영역 모두에서 리튬 이차전지의 용량 특성이 우수하다.The lithium secondary battery according to an embodiment of the present invention has a charging voltage in the range of 3.0V to 5.0V, and has excellent capacity characteristics of the lithium secondary battery in both a normal voltage and a high voltage region.

또한, 전해질의 보관 및 운송 과정에서 발생하는 품질 저하 현상이 감소하여 제반 비용 감소 및 고온 및 고전압하에서 장기 보관 안정성이 보다 개선될 수 있다.In addition, the deterioration of the quality occurring during the storage and transportation of the electrolyte is reduced, so that the overall cost can be reduced and the long-term storage stability under high temperature and high voltage can be further improved.

한편, 상기 구체적으로, 본 발명의 리튬 이차전지는 양극, 음극 및 양극과 음극 사이에 개재된 분리막이 순차적으로 적층되어 전극 조립체를 형성할 수 있으며, 이때, 상기 전극조립체를 이루는 양극, 음극 및 분리막은 통상적인 방법으로 제조되어 리튬 이차전지 제조 시 사용되던 것들이 모두 사용될 수 있다.On the other hand, specifically, in the lithium secondary battery of the present invention, a positive electrode, a negative electrode, and a separator interposed between the positive electrode and the negative electrode may be sequentially stacked to form an electrode assembly, and in this case, the positive electrode, the negative electrode, and the separator constituting the electrode assembly is manufactured by a conventional method, and all those used in manufacturing a lithium secondary battery may be used.

먼저, 상기 양극은 양극 집전체 상에 양극 합제층을 형성하여 제조할 수 있다. 상기 양극 합제층은 양극활물질, 바인더, 도전재 및 용매 등을 포함하는 양극 슬러리를 양극 집전체 상에 코팅한 후, 건조 및 압연하여 형성할 수 있다.First, the positive electrode may be manufactured by forming a positive electrode mixture layer on a positive electrode current collector. The positive electrode mixture layer may be formed by coating a positive electrode slurry including a positive electrode active material, a binder, a conductive material, and a solvent on a positive electrode current collector, followed by drying and rolling.

상기 양극 집전체는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 또는 알루미늄이나 스테인리스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면 처리한 것 등이 사용될 수 있다. The positive electrode current collector is not particularly limited as long as it has conductivity without causing a chemical change in the battery. For example, stainless steel, aluminum, nickel, titanium, calcined carbon, or carbon on the surface of aluminum or stainless steel. , nickel, titanium, silver, etc. may be used.

상기 양극 활물질은 리튬의 가역적인 인터칼레이션 및 디인터칼레이션이 가능한 화합물로서, 구체적으로는 코발트, 망간, 니켈 또는 알루미늄과 같은 1종 이상의 금속과 리튬을 포함하는 리튬 복합금속 산화물을 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 리튬 복합금속 산화물은 리튬-망간계 산화물(예를 들면, LiMnO2, LiMn2O4 등), 리튬-코발트계 산화물(예를 들면, LiCoO2 등), 리튬-니켈계 산화물(예를 들면, LiNiO2 등), 리튬-니켈-망간계 산화물(예를 들면, LiNi1 - YMnYO2(여기에서, 0<Y<1), LiMn2 - zNizO4(여기에서, 0<Z<2) 등), 리튬-니켈-코발트계 산화물(예를 들면, LiNi1 - Y1CoY1O2(여기에서, 0<Y1<1) 등), 리튬-망간-코발트계 산화물(예를 들면, LiCo1-Y2MnY2O2(여기에서, 0<Y2<1), LiMn2 - z1Coz1O4(여기에서, 0<Z1<2) 등), 리튬-니켈-망간-코발트계 산화물(예를 들면, Li(NipCoqMnr1)O2(여기에서, 0<p<1, 0<q<1, 0<r1<1, p+q+r1=1) 또는 Li(Nip1Coq1Mnr2)O4(여기에서, 0<p1<2, 0<q1<2, 0<r2<2, p1+q1+r2=2) 등), 또는 리튬-니켈-코발트-전이금속(M) 산화물(예를 들면, Li(Nip2Coq2Mnr3MS2)O2(여기에서, M은 Al, Fe, V, Cr, Ti, Ta, Mg 및 Mo로 이루어지는 군으로부터 선택되고, p2, q2, r3 및 s2는 각각 독립적인 원소들의 원자분율로서, 0<p2<1, 0<q2<1, 0<r3<1, 0<s2<1, p2+q2+r3+s2=1이다)) 등을 들 수 있으며, 이들 중 어느 하나 또는 둘 이상의 화합물이 포함될 수 있다. The positive active material is a compound capable of reversible intercalation and deintercalation of lithium, and specifically may include a lithium composite metal oxide including lithium and one or more metals such as cobalt, manganese, nickel or aluminum. have. More specifically, the lithium composite metal oxide is a lithium-manganese-based oxide (eg, LiMnO 2 , LiMn 2 O 4 , etc.), a lithium-cobalt-based oxide (eg, LiCoO 2 , etc.), lithium-nickel-based oxide (for example, LiNiO 2 and the like), lithium-nickel-manganese-based oxide (for example, LiNi 1-Y Mn Y O 2 (where, 0 <Y <1), LiMn 2-z Ni z O 4 ( here, 0 <Z <2) and the like), lithium-nickel-cobalt oxide (e.g., LiNi 1-Y1 Co Y1 O 2 (here, 0 <Y1 <1) and the like), lithium-manganese-cobalt oxide (e. g., LiCo 1-Y2 Mn Y2 O 2 (here, 0 <Y2 <1), LiMn 2 - z1 Co z1 O 4 ( here, 0 <z1 <2) and the like), lithium-nickel -Manganese-cobalt oxide (for example, Li(Ni p Co q Mn r1 )O 2 (here, 0<p<1, 0<q<1, 0<r1<1, p+q+r1= 1) or Li(Ni p1 Co q1 Mn r2 )O 4 (where 0<p1<2, 0<q1<2, 0<r2<2, p1+q1+r2=2), etc.), or lithium- Nickel-cobalt-transition metal (M) oxide (eg, Li(Ni p2 Co q2 Mn r3 M S2 )O 2 , where M is Al, Fe, V, Cr, Ti, Ta, Mg and Mo selected from the group consisting of, and p2, q2, r3 and s2 are each independent atomic fractions of elements, 0<p2<1, 0<q2<1, 0<r3<1, 0<s2<1, p2+q2 +r3+s2=1)) and the like, and any one or two or more compounds may be included.

이중에서도 전지의 용량 특성 및 안정성을 높일 수 있다는 점에서 상기 리튬 복합금속 산화물은 LiCoO2, LiMnO2, LiNiO2, 리튬 니켈망간코발트 산화물 (예를 들면 Li(Ni1/3Mn1/3Co1/3)O2, Li(Ni0.6Mn0.2Co0.2)O2, Li(Ni0.5Mn0.3Co0.2)O2, Li(Ni0.7Mn0.15Co0.15)O2 및 Li(Ni0.8Mn0.1Co0.1)O2 등), 또는 리튬 니켈코발트알루미늄 산화물(예를 들면, Li(Ni0.8Co0.15Al0.05)O2 등)일 수 있다. Among them, the lithium composite metal oxide is LiCoO 2 , LiMnO 2 , LiNiO 2 , lithium nickel manganese cobalt oxide (for example, Li(Ni 1/3 Mn 1/3 Co 1 ) in that the capacity characteristics and stability of the battery can be improved. /3 )O 2 , Li(Ni 0.6 Mn 0.2 Co 0.2 )O 2 , Li(Ni 0.5 Mn 0.3 Co 0.2 )O 2 , Li(Ni 0.7 Mn 0.15 Co 0.15 )O 2 and Li(Ni 0.8 Mn 0.1 Co 0.1 )O 2 , etc.), or lithium nickel cobalt aluminum oxide (eg, Li (Ni 0.8 Co 0.15 Al 0.05 )O 2 , etc.).

상기 양극 활물질은 양극 슬러리 중 고형분의 전체 중량을 기준으로 40 중량% 내지 90 중량%, 구체적으로 40 중량% 내지 75 중량%로 포함될 수 있다.The positive active material may be included in an amount of 40 wt% to 90 wt%, specifically 40 wt% to 75 wt%, based on the total weight of the solid content in the cathode slurry.

상기 바인더는 활물질과 도전재 등의 결합과 집전체에 대한 결합에 조력하는 성분으로서, 통상적으로 양극 슬러리 중 고형분의 전체 중량을 기준으로 1 내지 30 중량%로 첨가된다. 이러한 바인더의 예로는, 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF), 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로우즈(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로우즈, 재생 셀룰로우즈, 폴리비닐피롤리돈, 테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌-디엔 테르 폴리머(EPDM), 술폰화 EPDM, 스티렌-부타디엔 고무, 불소 고무, 다양한 공중합체 등을 들 수 있다.The binder is a component that assists in bonding between the active material and the conductive material and bonding to the current collector, and is typically added in an amount of 1 to 30% by weight based on the total weight of the solid content in the positive electrode slurry. Examples of such binders include polyvinylidene fluoride (PVDF), polyvinyl alcohol, carboxymethylcellulose (CMC), starch, hydroxypropylcellulose, regenerated cellulose, polyvinylpyrrolidone, tetrafluoro roethylene, polyethylene, polypropylene, ethylene-propylene-diene ter polymer (EPDM), sulfonated EPDM, styrene-butadiene rubber, fluororubber, various copolymers, and the like.

상기 도전재는 통상적으로 양극 슬러리 중 고형분의 전체 중량을 기준으로 1 내지 30 중량%로 첨가된다. The conductive material is typically added in an amount of 1 to 30% by weight based on the total weight of the solid content in the positive electrode slurry.

이러한 도전재는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 그라파이트; 카본블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 퍼니스 블랙, 램프 블랙, 서멀 블랙 등의 탄소계 물질; 탄소 섬유나 금속 섬유 등의 도전성 섬유; 불화 카본, 알루미늄, 니켈 분말 등의 금속 분말; 산화아연, 티탄산 칼륨 등의 도전성 위스키; 산화티탄 등의 도전성 금속 산화물; 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 소재 등이 사용될 수 있다. 시판되고 있는 도전재의 구체적인 예로는 아세틸렌 블랙 계열인 쉐브론 케미칼 컴퍼니(Chevron Chemical Company)나 덴카 블랙(Denka Singapore Private Limited), 걸프 오일 컴퍼니(Gulf Oil Company) 제품 등), 케첸 블랙(Ketjenblack), EC 계열(아르막 컴퍼니(Armak Company) 제품), 불칸(Vulcan) XC-72(캐보트 컴퍼니(Cabot Company) 제품) 및 수퍼(Super) P(Timcal 사 제품) 등이 있다.Such a conductive material is not particularly limited as long as it has conductivity without causing a chemical change in the battery. For example, graphite; carbon-based materials such as carbon black, acetylene black, ketjen black, channel black, furnace black, lamp black, and thermal black; conductive fibers such as carbon fibers and metal fibers; metal powders such as carbon fluoride, aluminum, and nickel powder; conductive whiskeys such as zinc oxide and potassium titanate; conductive metal oxides such as titanium oxide; A conductive material such as a polyphenylene derivative may be used. Specific examples of commercially available conductive materials include acetylene black-based Chevron Chemical Company, Denka Singapore Private Limited, Gulf Oil Company, etc.), Ketjenblack, and EC series. (product of Armak Company), Vulcan XC-72 (product of Cabot Company) and Super P (product of Timcal Company).

상기 용매는 NMP(N-methyl-2-pyrrolidone) 등의 유기용매를 포함할 수 있으며, 상기 양극 활물질 및 선택적으로 바인더 및 도전재 등을 포함할 때 바람직한 점도가 되는 양으로 사용될 수 있다. 예를 들면, 양극 활물질, 및 선택적으로 바인더 및 도전재를 포함하는 슬러리 중의 고형분 농도가 10 중량% 내지 60 중량%, 바람직하게 20 중량% 내지 50 중량%가 되도록 포함될 수 있다.The solvent may include an organic solvent such as N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), and may be used in an amount having a desirable viscosity when the positive active material and optionally a binder and a conductive material are included. For example, it may be included so that the solid content concentration in the slurry including the positive electrode active material, and optionally the binder and the conductive material is 10 wt% to 60 wt%, preferably 20 wt% to 50 wt%.

또한, 상기 음극은 음극 집전체 상에 음극 합제층을 형성하여 제조할 수 있다. 상기 음극 합제층은 음극 집전체 상에 음극활물질, 바인더, 도전재 및 용매 등을 포함하는 슬러리를 코팅한 후, 건조 및 압연하여 형성할 수 있다.In addition, the negative electrode may be manufactured by forming a negative electrode mixture layer on the negative electrode current collector. The negative electrode mixture layer may be formed by coating a slurry including a negative electrode active material, a binder, a conductive material, and a solvent on an anode current collector, followed by drying and rolling.

상기 음극 집전체는 일반적으로 3 내지 500㎛의 두께를 가진다. 이러한 음극 집전체는, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 높은 도전성을 가지는 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 구리, 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 구리나 스테인리스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면 처리한 것, 알루미늄-카드뮴 합금 등이 사용될 수 있다. 또한, 양극 집전체와 마찬가지로, 표면에 미세한 요철을 형성하여 음극 활물질의 결합력을 강화시킬 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태로 사용될 수 있다.The negative electrode current collector generally has a thickness of 3 to 500 μm. Such a negative current collector is not particularly limited as long as it has high conductivity without causing a chemical change in the battery, and for example, copper, stainless steel, aluminum, nickel, titanium, calcined carbon, copper or stainless steel. The surface treated with carbon, nickel, titanium, silver, etc., an aluminum-cadmium alloy, etc. may be used. In addition, like the positive electrode current collector, the bonding force of the negative electrode active material may be strengthened by forming fine irregularities on the surface, and may be used in various forms such as a film, a sheet, a foil, a net, a porous body, a foam, and a non-woven body.

또한, 상기 음극활물질은 리튬 함유 티타늄 복합 산화물(LTO); Cu계 물질, Ni계 물질, 난흑연화 탄소, 흑연계 탄소 등의 탄소계 물질; LixFe2O3(0≤x≤1), LixWO2(0≤x≤1), SnxMe1 - xMe'yOz (Me: Mn, Fe, Pb, Ge; Me': Al, B, P, Si, 주기율표의 1족, 2족, 3족 원소, 할로겐; 0<x≤1; 1≤y≤3; 1≤z≤8) 등의 금속 복합 산화물; 리튬 금속; 리튬 합금; 규소계 합금; 주석계 합금; SnO, SnO2, PbO, PbO2, Pb2O3, Pb3O4, Sb2O3, Sb2O4, Sb2O5, GeO, GeO2, Bi2O3, Bi2O4, 및 Bi2O5 등의 금속 산화물; 및 폴리아세틸렌 등의 도전성 고분자로 이루어진 군으로부터 선택된 단일물 또는 2종 이상의 혼합물을 포함할 수도 있다.In addition, the negative active material is lithium-containing titanium composite oxide (LTO); carbon-based substances such as Cu-based substances, Ni-based substances, non-graphitizable carbons, and graphite-based carbons; Li x Fe 2 O 3 (0≤x≤1), Li x WO 2 (0≤x≤1), Sn x Me 1 - x Me' y O z (Me: Mn, Fe, Pb, Ge; Me' : metal composite oxides such as Al, B, P, Si, elements of Groups 1, 2, and 3 of the periodic table, halogen; 0 < x ≤ 1; 1 ≤ y ≤ 3; lithium metal; lithium alloy; silicon-based alloys; tin-based alloys; SnO, SnO 2 , PbO, PbO 2 , Pb 2 O 3 , Pb 3 O 4 , Sb 2 O 3 , Sb 2 O 4 , Sb 2 O 5 , GeO, GeO 2 , Bi 2 O 3 , Bi 2 O 4 , and metal oxides such as Bi 2 O 5 ; and a single substance or a mixture of two or more selected from the group consisting of conductive polymers such as polyacetylene.

상기 음극 활물질은 음극 슬러리 중 고형분의 전체 중량을 기준으로 80 중량% 내지 99중량%로 포함될 수 있다.The negative active material may be included in an amount of 80% to 99% by weight based on the total weight of the solids in the negative electrode slurry.

상기 바인더는 도전재, 활물질 및 집전체 간의 결합에 조력하는 성분으로서, 통상적으로 음극 슬러리 중 고형분의 전체 중량을 기준으로 1 내지 30 중량%로 첨가된다. 이러한 바인더의 예로는, 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF), 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로우즈(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로우즈, 재생 셀룰로우즈, 폴리비닐피롤리돈, 테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌-디엔 폴리머(EPDM), 술폰화-EPDM, 스티렌-부타디엔 고무, 불소 고무, 이들의 다양한 공중합체 등을 들 수 있다.The binder is a component that assists in bonding between the conductive material, the active material, and the current collector, and is typically added in an amount of 1 to 30% by weight based on the total weight of the solid content in the negative electrode slurry. Examples of such binders include polyvinylidene fluoride (PVDF), polyvinyl alcohol, carboxymethylcellulose (CMC), starch, hydroxypropylcellulose, regenerated cellulose, polyvinylpyrrolidone, tetrafluoro roethylene, polyethylene, polypropylene, ethylene-propylene-diene polymer (EPDM), sulfonated-EPDM, styrene-butadiene rubber, fluororubber, and various copolymers thereof.

상기 도전재는 음극 활물질의 도전성을 더욱 향상시키기 위한 성분으로서, 음극 슬러리 중 고형분의 전체 중량을 기준으로 1 내지 20 중량%로 첨가될 수 있다. 이러한 도전재는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 천연 흑연이나 인조 흑연 등의 흑연; 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 서멀 블랙 등의 카본블랙; 탄소 섬유나 금속 섬유 등의 도전성 섬유; 불화 카본, 알루미늄, 니켈 분말 등의 금속 분말; 산화아연, 티탄산 칼륨 등의 도전성 위스키; 산화티탄 등의 도전성 금속 산화물; 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 소재 등이 사용될 수 있다.The conductive material is a component for further improving the conductivity of the negative electrode active material, and may be added in an amount of 1 to 20 wt % based on the total weight of the solid content in the negative electrode slurry. Such a conductive material is not particularly limited as long as it has conductivity without causing a chemical change in the battery. For example, graphite such as natural graphite or artificial graphite; carbon black such as acetylene black, Ketjen black, channel black, furnace black, lamp black, and thermal black; conductive fibers such as carbon fibers and metal fibers; metal powders such as carbon fluoride, aluminum, and nickel powder; conductive whiskeys such as zinc oxide and potassium titanate; conductive metal oxides such as titanium oxide; A conductive material such as a polyphenylene derivative may be used.

상기 용매는 물 또는 NMP, 알코올 등의 유기용매를 포함할 수 있으며, 상기 음극 활물질 및 선택적으로 바인더 및 도전재 등을 포함할 때 바람직한 점도가 되는 양으로 사용될 수 있다. 예를 들면, 음극 활물질, 및 선택적으로 바인더 및 도전재를 포함하는 슬러리 중의 고형분 농도가 50 중량% 내지 75 중량%, 바람직하게 50 중량% 내지 65 중량%가 되도록 포함될 수 있다.The solvent may include water or an organic solvent such as NMP or alcohol, and may be used in an amount having a desirable viscosity when the negative electrode active material and, optionally, a binder and a conductive material are included. For example, it may be included so that the solid content concentration in the slurry including the negative electrode active material, and optionally the binder and the conductive material is 50 wt% to 75 wt%, preferably 50 wt% to 65 wt%.

또한, 상기 분리막은 양 전극의 내부 단락을 차단하고 전해질을 함침하는 역할을 하는 것으로, 고분자 수지, 충진제 및 용매를 혼합하여 분리막 조성물을 제조한 다음, 상기 분리막 조성물을 전극 상부에 직접 코팅 및 건조하여 분리막 필름을 형성하거나, 상기 분리막 조성물을 지지체 상에 캐스팅 및 건조된 후, 상기 지지체로부터 박리된 분리막 필름을 전극 상부에 라미네이션하여 형성할 수 있다. In addition, the separator serves to block the internal short circuit of both electrodes and impregnate the electrolyte. A separator composition is prepared by mixing a polymer resin, a filler, and a solvent, and then the separator composition is directly coated on the electrode and dried. A separator film may be formed, or the separator composition may be cast and dried on a support, and then formed by laminating a separator film peeled off from the support on an electrode.

상기 분리막은 통상적으로 사용되는 다공성 고분자 필름, 예를 들어 에틸렌 단독중합체, 프로필렌 단독중합체, 에틸렌/부텐 공중합체, 에틸렌/헥센 공중합체 및 에틸렌/메타크릴레이트 공중합체 등과 같은 폴리올레핀계 고분자로 제조한 다공성 고분자 필름을 단독으로 또는 이들을 적층하여 사용할 수 있으며, 또는 통상적인 다공성 부직포, 예를 들어 고융점의 유리 섬유, 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유 등으로 된 부직포를 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The separator is a porous polymer film commonly used, for example, a polyolefin-based polymer such as an ethylene homopolymer, a propylene homopolymer, an ethylene/butene copolymer, an ethylene/hexene copolymer, and an ethylene/methacrylate copolymer. The polymer film may be used alone or by laminating them, or a conventional porous nonwoven fabric, for example, a nonwoven fabric made of high melting point glass fiber, polyethylene terephthalate fiber, or the like may be used, but is not limited thereto.

이때, 상기 다공성 분리막의 기공 직경은 일반적으로 0.01 내지 50㎛이고, 기공도는 5 내지 95%일 수 있다. 또한 상기 다공성 분리막의 두께는 일반적으로 5 내지 300㎛ 범위일 수 있다. In this case, the pore diameter of the porous separator is generally 0.01 to 50 μm, and the porosity may be 5 to 95%. In addition, the thickness of the porous separator may be generally in the range of 5 to 300㎛.

본 발명의 리튬 이차전지의 외형은 특별한 제한이 없으나, 캔을 사용한 원통형, 각형, 파우치(pouch)형 또는 코인(coin)형 등이 될 수 있다.The external shape of the lithium secondary battery of the present invention is not particularly limited, but may be a cylindrical shape using a can, a prismatic shape, a pouch type, or a coin type.

이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 실시예를 들어 상세하게 설명하기로 한다. 그러나 본 발명에 따른 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.Hereinafter, examples will be given to describe the present invention in detail. However, the embodiments according to the present invention may be modified in various other forms, and the scope of the present invention should not be construed as being limited to the embodiments described in detail below. The embodiments of the present invention are provided to more completely explain the present invention to those of ordinary skill in the art.

실시예Example

<리튬 이차전지의 제조><Manufacture of lithium secondary battery>

실시예Example 1 One

(겔 폴리머 전해질 조성물 제조)(Preparation of gel polymer electrolyte composition)

1M LiPF6이 용해된 에틸렌 카보네이트(EC) 및 에틸 프로피오네이트(EP) 용매(3:7부피비) 94.86g에 화학식 1d로 표시되는 화합물 0.13g, 화학식 2a로 표시되는 올리고머 (n1=9, x1=10, 중량평균분자량(Mw): 3,000) 5g, 중합 개시제인 디메틸 2,2'-아조비스(2-메틸프로피오네이트) (CAS No. 2589-57-3) 0.01g을 첨가하여 겔 폴리머 전해질 조성물을 제조하였다. In 94.86 g of ethylene carbonate (EC) and ethyl propionate (EP) solvent (3:7 volume ratio) dissolved in 1M LiPF 6 , 0.13 g of a compound represented by Formula 1d, an oligomer represented by Formula 2a (n1=9, x1) = 10, weight average molecular weight (Mw): 3,000) 5 g, polymerization initiator dimethyl 2,2'-azobis (2-methylpropionate) (CAS No. 2589-57-3) 0.01 g by adding 0.01 g of a gel polymer An electrolyte composition was prepared.

(전극 제조)(electrode manufacturing)

양극 활물질로 (LiNi1 / 3Co1 / 3Mn1 / 3O2; NCM) 94 중량%, 도전재로 카본 블랙(carbon black) 3 중량%, 바인더로 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF) 3 중량%를 용매인 N-메틸-2-피롤리돈(NMP)에 첨가하여 양극 혼합물 슬러리를 제조하였다. 상기 양극 혼합물 슬러리를 두께가 20㎛ 정도의 양극 집전체인 알루미늄(Al) 박막에 도포하고, 건조하여 양극을 제조한 후, 롤 프레스(roll press)를 실시하여 양극을 제조하였다. (LiNi 1 / 3 Co 1 / 3 Mn 1 / 3 O 2 ; NCM) 94 wt% as a cathode active material, 3 wt% of carbon black as a conductive material, 3 wt% of polyvinylidene fluoride (PVDF) as a binder % was added to N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) as a solvent to prepare a positive electrode mixture slurry. The positive electrode mixture slurry was applied to an aluminum (Al) thin film as a positive electrode current collector having a thickness of about 20 μm, dried to prepare a positive electrode, and then a positive electrode was prepared by roll press.

음극 활물질로 탄소 분말, 바인더로 PVDF, 도전재로 카본 블랙(carbon black)을 각각 96 중량%, 3 중량% 및 1 중량%로 하여 용매인 NMP에 첨가하여 음극 혼합물 슬러리를 제조하였다. 상기 음극 혼합물 슬러리를 두께가 10㎛의 음극 집전체인 구리(Cu) 박막에 도포하고, 건조하여 음극을 제조한 후, 롤 프레스(roll press)를 실시하여 음극을 제조하였다.Carbon powder as an anode active material, PVDF as a binder, and carbon black as a conductive material in 96 wt%, 3 wt%, and 1 wt%, respectively, were added to NMP as a solvent to prepare an anode mixture slurry. The negative electrode mixture slurry was applied to a 10 μm thick copper (Cu) thin film as a negative electrode current collector, dried to prepare a negative electrode, and then roll press was performed to prepare a negative electrode.

상기 양극, 음극 및 폴리프로필렌/폴리에틸렌/폴리프로필렌 (PP/PE/PP) 3층으로 이루어진 분리막을 이용하여 전지를 조립하였다.A battery was assembled using the positive electrode, the negative electrode, and a separator consisting of three layers of polypropylene/polyethylene/polypropylene (PP/PE/PP).

(이차전지 제조)(Secondary battery manufacturing)

상기 조립된 전지에 상기 겔 폴리머 전해질 조성물을 주입한 후 2일 동안 상온에서 저장한 다음, 65℃에서 5시간 가열하여 겔 폴리머 전해질을 포함하는 리튬 이차전지를 제조하였다.After injecting the gel polymer electrolyte composition into the assembled battery, it was stored at room temperature for 2 days, and then heated at 65° C. for 5 hours to prepare a lithium secondary battery including the gel polymer electrolyte.

실시예Example 2. 2.

상기 실시예 1에서 겔 폴리머 전해질 조성물 제조 시에, 유기용매 79.989g에 화학식 1d로 표시되는 화합물 0.001g 및 상기 화학식 2a로 표시되는 화합물 20g을 포함하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 마찬가지의 방법으로 겔 폴리머 전해질 조성물 및 이로부터 제조된 겔 폴리머 전해질을 포함하는 리튬 이차전지를 제조하였다.The same method as in Example 1, except that 0.001 g of the compound represented by Formula 1d and 20 g of the compound represented by Formula 2a were included in 79.989 g of the organic solvent when preparing the gel polymer electrolyte composition in Example 1 Thus, a lithium secondary battery including a gel polymer electrolyte composition and a gel polymer electrolyte prepared therefrom was prepared.

실시예Example 3. 3.

상기 실시예 1에서 겔 폴리머 전해질 조성물 제조 시에, 유기용매 94.49g에 화학식 1d로 표시되는 화합물을 4g 및 화학식 2a로 표시되는 화합물 0.5g을 포함하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 마찬가지의 방법으로 겔 폴리머 전해질 조성물 및 이로부터 제조된 겔 폴리머 전해질을 포함하는 리튬 이차전지를 제조하였다.The same method as in Example 1, except that 4 g of the compound represented by Formula 1d and 0.5 g of the compound represented by Formula 2a were included in 94.49 g of the organic solvent when preparing the gel polymer electrolyte composition in Example 1 Thus, a lithium secondary battery including a gel polymer electrolyte composition and a gel polymer electrolyte prepared therefrom was prepared.

실시예Example 4. 4.

상기 실시예 1에서 겔 폴리머 전해질 조성물 제조 시에, 유기용매 95.59g에 화학식 1d로 표시되는 화합물을 4g 및 화학식 2a로 표시되는 화합물 0.4g을 포함하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 마찬가지의 방법으로 겔 폴리머 전해질 조성물 및 이로부터 제조된 겔 폴리머 전해질을 포함하는 리튬 이차전지를 제조하였다.The same method as in Example 1, except that 4 g of the compound represented by Formula 1d and 0.4 g of the compound represented by Formula 2a were included in 95.59 g of the organic solvent when preparing the gel polymer electrolyte composition in Example 1 Thus, a lithium secondary battery including a gel polymer electrolyte composition and a gel polymer electrolyte prepared therefrom was prepared.

실시예Example 5. 5.

상기 실시예 1에서 겔 폴리머 전해질 조성물 제조 시에, 유기용매 74.99g에 화학식 1d로 표시되는 화합물을 4g 및 화학식 2a로 표시되는 화합물 21g을 포함하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 마찬가지의 방법으로 겔 폴리머 전해질 조성물 및 이로부터 제조된 겔 폴리머 전해질을 포함하는 리튬 이차전지를 제조하였다.In Example 1, in the preparation of the gel polymer electrolyte composition, in the same manner as in Example 1, except that 4 g of the compound represented by Formula 1d and 21 g of the compound represented by Formula 2a were included in 74.99 g of the organic solvent. A lithium secondary battery including a gel polymer electrolyte composition and a gel polymer electrolyte prepared therefrom was prepared.

실시예Example 6. 6.

상기 실시예 1에서 겔 폴리머 전해질 조성물 제조 시에, 유기용매 89.99g에 화학식 1d로 표시되는 화합물을 5g 및 화학식 2a로 표시되는 화합물 5g을 포함하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 마찬가지의 방법으로 겔 폴리머 전해질 조성물 및 이로부터 제조된 겔 폴리머 전해질을 포함하는 리튬 이차전지를 제조하였다.In Example 1, in the preparation of the gel polymer electrolyte composition, in the same manner as in Example 1, except that 5 g of the compound represented by Formula 1d and 5 g of the compound represented by Formula 2a were included in 89.99 g of the organic solvent. A lithium secondary battery including a gel polymer electrolyte composition and a gel polymer electrolyte prepared therefrom was prepared.

비교예comparative example 1. One.

상기 실시예 1에서 겔 폴리머 전해질 조성물 제조 시에 상기 화학식 1d로 표시되는 화합물을 첨가하지 않는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 마찬가지의 방법으로 겔 폴리머 전해질 조성물 및 이로부터 제조된 겔 폴리머 전해질을 포함하는 리튬 이차전지를 제조하였다.A gel polymer electrolyte composition and a gel polymer electrolyte prepared therefrom were included in the same manner as in Example 1, except that the compound represented by Formula 1d was not added when preparing the gel polymer electrolyte composition in Example 1 A lithium secondary battery was prepared.

비교예comparative example 2. 2.

상기 실시예 1에서 겔 폴리머 전해질 조성물 제조 시에 상기 화학식 1d로 표시되는 화합물 대신 하기 화학식 3으로 표시되는 화합물을 첨가하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 마찬가지의 방법으로 겔 폴리머 전해질 조성물 및 이로부터 제조된 겔 폴리머 전해질을 포함하는 리튬 이차전지를 제조하였다.In the same manner as in Example 1, except for adding the compound represented by the following formula (3) instead of the compound represented by the formula (1d) during the preparation of the gel polymer electrolyte composition in Example 1, the gel polymer electrolyte composition and the A lithium secondary battery including the prepared gel polymer electrolyte was prepared.

[화학식 3][Formula 3]

Figure 112017088679448-pat00020
Figure 112017088679448-pat00020

비교예comparative example 3. 3.

상기 실시예 1에서 겔 폴리머 전해질 조성물 제조 시에 상기 화학식 2a로 표시되는 화합물 대신 하기 화학식 4로 표시되는 올리고머를 첨가하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 마찬가지의 방법으로 겔 폴리머 전해질 조성물 및 이로부터 제조된 겔 폴리머 전해질을 포함하는 리튬 이차전지를 제조하였다.The gel polymer electrolyte composition and from the same method as in Example 1, except that the oligomer represented by the following formula (4) was added instead of the compound represented by the formula (2a) when preparing the gel polymer electrolyte composition in Example 1 A lithium secondary battery including the prepared gel polymer electrolyte was prepared.

[화학식 4][Formula 4]

Figure 112017088679448-pat00021
Figure 112017088679448-pat00021

Figure 112017088679448-pat00022
Figure 112017088679448-pat00022

실험예Experimental example

실험예Experimental example 1: 겔 1: gel 폴리머polymer 전해질 조성물의 보관 안정성 평가 (1) Storage stability evaluation of electrolyte composition (1)

실시예 1 및 2와 비교예 1에서 각각 제조된 겔 폴리머 전해질 조성물의 보관 안정성 평가를 진행하였다.Storage stability of the gel polymer electrolyte compositions prepared in Examples 1 and 2 and Comparative Example 1, respectively, was evaluated.

먼저, 저장 전 NMR(Bruker 700MHz NMR, 1H NMR, Solvent: Aceton-d6)을 이용하여 실시예 1 및 2와 비교예 1에서 각각 제조된 겔 폴리머 전해질 조성물에 포함된 올리고머의 주사슬(Si-O 결합) 구조에 해당하는 피크의 적분 면적을 측정하였다. First, the main chain (Si-O) of the oligomers included in the gel polymer electrolyte compositions prepared in Examples 1 and 2 and Comparative Example 1, respectively, using NMR (Bruker 700 MHz NMR, 1H NMR, Solvent: Aceton-d6) before storage. The integrated area of the peak corresponding to the binding) structure was measured.

이어서, 상온 20℃에서 10주 동안 실시예 1 및 2와 비교예 1에서 제조된 겔 폴리머 전해질 조성물을 저장한 다음, 각각의 겔 폴리머 전해질 조성물에 포함된 올리고머의 주사슬(Si-O 결합) 구조에 해당하는 피크의 적분 면적을 측정하였다.Then, the gel polymer electrolyte compositions prepared in Examples 1 and 2 and Comparative Example 1 were stored at room temperature of 20° C. for 10 weeks, and then the main chain (Si-O bond) structure of the oligomer included in each gel polymer electrolyte composition The integral area of the peak corresponding to was measured.

상기 두 피크의 면적 비율을 비교하여 도 1에 나타내었다.The area ratio of the two peaks was compared and shown in FIG. 1 .

이때, 저장 전 올리고머의 주사슬 구조에 해당하는 피크 면적을 100으로 하고, 저장 후 올리고머의 구성하는 주사슬 구조에 해당하는 피크 면적을 상대적인 비율로 산출하였다.In this case, the peak area corresponding to the main chain structure of the oligomer before storage was set to 100, and the peak area corresponding to the main chain structure of the oligomer after storage was calculated in a relative ratio.

또한, 저장 전 GPC 분석 (Agilent社 1200시리즈, Agilent社 PL mixed B 컬럼, THF 용매)을 통해 실시예 1 및 2와 비교예 1에서 제조된 겔 폴리머 전해질 조성물에 포함된 올리고머의 중량평균분자량을 측정하였다.In addition, the weight average molecular weight of the oligomers contained in the gel polymer electrolyte compositions prepared in Examples 1 and 2 and Comparative Example 1 was measured through GPC analysis (Agilent's 1200 series, Agilent's PL mixed B column, THF solvent) before storage. did.

이어서, 상온 20℃에서 10주 동안 겔 폴리머 전해질 조성물을 저장한 다음, 실시예 1 및 2와 비교예 1에서 제조된 겔 폴리머 전해질 조성물에 포함된 올리고머의 중량평균분자량을 측정하였다.Then, the gel polymer electrolyte composition was stored at room temperature of 20° C. for 10 weeks, and then the weight average molecular weight of the oligomers included in the gel polymer electrolyte compositions prepared in Examples 1 and 2 and Comparative Example 1 was measured.

상기 측정된 올리고머의 중량평균분자량을 비교하여 도 2에 나타내었다.The weight average molecular weights of the measured oligomers were compared and shown in FIG. 2 .

이때, 저장 전 올리고머의 중량평균분자량을 100으로 하고, 저장 후 얻어진 올리고머의 중량평균분자량을 상대적인 비율로 산출하였다.In this case, the weight average molecular weight of the oligomer before storage was set to 100, and the weight average molecular weight of the oligomer obtained after storage was calculated as a relative ratio.

도 1 및 2를 살펴보면, 화학식 1의 화합물을 포함하지 않는 비교예 1의 겔 폴리머 전해질은 10주 후 올리고머 구조가 분해되어 주사슬 구조 면적비 및 중량평균분자량이 급격히 감소하는 것을 알 수 있다.1 and 2, it can be seen that in the gel polymer electrolyte of Comparative Example 1, which does not contain the compound of Formula 1, the oligomer structure is decomposed after 10 weeks, so that the area ratio of the main chain structure and the weight average molecular weight are rapidly reduced.

반면에, 실시예 1 및 2의 겔 폴리머 전해질 조성물의 경우, 화학식 1의 화합물에 의해 불산 생성이 억제되면서 올리고머 주사슬 구조가 분해되는 것을 방지할 수 있어, 보관 후에도 올리고머의 주사슬 구조 및 중량평균분자량이 그대로 유지되는 것을 알 수 있다. On the other hand, in the case of the gel polymer electrolyte compositions of Examples 1 and 2, the hydrofluoric acid production is suppressed by the compound of Formula 1 and the decomposition of the oligomer main chain structure can be prevented, so that the main chain structure and weight average of the oligomer even after storage It can be seen that the molecular weight is maintained as it is.

이러한 결과로부터, 본 발명의 겔 폴리머 전해질 조성물의 보관 안정성이 향상된 것을 알 수 있다.From these results, it can be seen that the storage stability of the gel polymer electrolyte composition of the present invention is improved.

실험예Experimental example 2: 겔 2: gel 폴리머polymer 전해질 조성물의 보관 안정성 평가 (2) Evaluation of storage stability of electrolyte composition (2)

실시예 1과 비교예 1 및 3에서 제조된 겔 폴리머 전해질 조성물의 보관 안정성 평가를 진행하였다.The storage stability of the gel polymer electrolyte compositions prepared in Example 1 and Comparative Examples 1 and 3 was evaluated.

먼저, 저장 전 NMR(Bruker 700MHz NMR, 1H NMR, Solvent: Aceton-d6)을 이용하여 실시예 1과 비교예 1 및 3에서 제조된 겔 폴리머 전해질 조성물에 함유된 올리고머의 주사슬(아크릴레이트 결합) 구조에 해당하는 피크의 적분 면적을 측정하였다. First, the main chain of the oligomer contained in the gel polymer electrolyte composition prepared in Example 1 and Comparative Examples 1 and 3 using NMR (Bruker 700 MHz NMR, 1H NMR, Solvent: Aceton-d6) before storage (acrylate bond) The integral area of the peak corresponding to the structure was measured.

이어서, 30℃에서 1 개월 동안 실시예 1 및 비교예 1 및 3에서 제조된 겔 폴리머 전해질 조성물을 저장한 다음, 실시예 1 및 비교예 1 및 3에서 제조된 겔 폴리머 전해질 조성물에 함유된 올리고머의 주사슬(아크릴레이트 결합) 구조에 해당하는 피크의 적분 면적을 측정하였다.Then, the gel polymer electrolyte compositions prepared in Example 1 and Comparative Examples 1 and 3 were stored at 30° C. for 1 month, and then the oligomers contained in the gel polymer electrolyte compositions prepared in Example 1 and Comparative Examples 1 and 3 were removed. The integral area of the peak corresponding to the main chain (acrylate bond) structure was measured.

상기 두 면적 비율을 비교하여 하기 표 2에 나타내었다.The two area ratios are compared and shown in Table 2 below.

이때, 저장 전 겔 폴리머 전해질 조성물에 함유된 올리고머의 주사슬 구조의 면적비를 기준으로, 1 개월 저장 후 겔 폴리머 전해질 조성물에 함유된 올리고머의 주사슬 구조의 면적비를 상대적인 비율(%)로 산출하였다.At this time, based on the area ratio of the main chain structure of the oligomer contained in the gel polymer electrolyte composition before storage, the area ratio of the main chain structure of the oligomer contained in the gel polymer electrolyte composition after storage for one month was calculated as a relative ratio (%).

Figure 112017088679448-pat00023
Figure 112017088679448-pat00023

상기 표 2에 따르면, 화학식 1의 화합물을 포함하지 않는 비교예 1의 겔 폴리머 전해질 조성물과, 우레아 화합물과 친화성이 낮은 화학식 4의 올리고머를 포함하는 비교예 3의 겔 폴리머 전해질 조성물은 모두 1개월 저장 후에 올리고머의 주사슬(아크릴레이트 결합) 구조가 분해되어, 보관 안정성이 열화된 것을 알 수 있다.According to Table 2, the gel polymer electrolyte composition of Comparative Example 1 not containing the compound of Formula 1 and the gel polymer electrolyte composition of Comparative Example 3 containing the oligomer of Formula 4 having low affinity with the urea compound were all prepared for 1 month. It can be seen that the main chain (acrylate bond) structure of the oligomer is decomposed after storage, and storage stability is deteriorated.

반면에, 실시예 1의 겔 폴리머 전해질 조성물의 경우, 1 개월 후에도 올리고머 주사슬(아크릴레이트 결합) 구조가 분해되지 않고 그대로 유지되는 것을 알 수 있다.On the other hand, in the case of the gel polymer electrolyte composition of Example 1, it can be seen that the oligomer main chain (acrylate bond) structure is maintained without decomposition even after 1 month.

즉, 본 발명의 겔 폴리머 전해질 조성물에 포함된 화학식 1의 화합물이 수분과 반응하면서 우레아를 생성하는데, 이러한 반응 메커니즘에 의하여 겔 폴리머 전해질 조성물 내에서 수분이 제거되는 동시에, 불산 발생 또한 억제된다. That is, the compound of Formula 1 contained in the gel polymer electrolyte composition of the present invention reacts with moisture to generate urea. By this reaction mechanism, moisture is removed from the gel polymer electrolyte composition and the generation of hydrofluoric acid is also suppressed.

더욱이, 생성된 우레아 화합물은 주사슬에 Si-O 및 NH-CO의 작용기를 함유한 화학식 2로 표시되는 올리고머와 결합하면서 폴리머 뒤얽힘(polymer entanglement) 구조를 형성하기 때문에, 올리고머의 주사슬(아크릴레이트 결합) 구조를 보호하는 능력이 우수하다. Furthermore, since the produced urea compound forms a polymer entanglement structure while bonding with the oligomer represented by Formula 2 containing functional groups of Si-O and NH-CO in the main chain, the main chain of the oligomer (acryl It has excellent ability to protect the structure (rate bond).

따라서, 본 발명의 겔 폴리머 전해질 조성물은 보관 안정성이 향상된 것을 알 수 있다.Therefore, it can be seen that the storage stability of the gel polymer electrolyte composition of the present invention is improved.

실험예Experimental example 3. 겔 3. Gel 폴리머polymer 전해질 내의 in the electrolyte 아크릴레이트acrylate 결합 전환율 측정 Bond conversion rate measurement

겔화 공정을 실시하기 전에 상기 실시예 1 내지 6과 비교예 1 및 2에서 제조된 겔 폴리머 전해질 조성물에 대해 NMR 분석 (Bruker 700MHz NMR, 1H NMR, Solvent: Aceton-d6)을 실시하여, 실시예 1 내지 6과 비교예 1 내지 3에서 제조된 겔 폴리머 전해질 조성물 내에 포함된 올리고머 주사슬 (아크릴레이트 결합) 구조에 해당하는 피크의 적분 면적을 측정하였다.Before carrying out the gelation process, NMR analysis (Bruker 700MHz NMR, 1H NMR, Solvent: Aceton-d6) was performed on the gel polymer electrolyte compositions prepared in Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 and 2, Example 1 The integral area of the peak corresponding to the oligomer main chain (acrylate bond) structure included in the gel polymer electrolyte composition prepared in Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 3 was measured.

그 다음, 겔화 공정을 실시하여 제조된 상기 실시예 1 내지 6과 비교예 1 및2의 각각의 겔 폴리머 전해질에 대해 NMR 분석 (Bruker 700MHz NMR, 1H NMR, Solvent: Aceton-d6)을 실시하여 폴리머 네트워크 형성 후 잔류하는 아크릴레이트 결합 구조에 해당하는 피크의 적분 면적을 측정하였다.Next, NMR analysis (Bruker 700 MHz NMR, 1H NMR, Solvent: Aceton-d6) was performed for each of the gel polymer electrolytes of Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 and 2 prepared by performing the gelation process to polymer The integral area of the peak corresponding to the acrylate bond structure remaining after network formation was measured.

측정된 피크 면적으로부터 아크릴레이트 결합 전환율(%)을 산출하고, 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.The acrylate bond conversion (%) was calculated from the measured peak area, and the results are shown in Table 3 below.

Figure 112017088679448-pat00024
Figure 112017088679448-pat00024

상기 표 3에서 아크릴레이트 전환율은 겔화 효율 (중합도)을 측정하기 위한 지표로서, 실시예 1 내지 3의 겔 폴리머 전해질 조성물은 겔화 후 아크릴레이트 전환율이 93% 이상으로, 비교예 1 및 2의 겔 폴리머 전해질 조성물에 비하여 크게 향상된 것을 알 수 있다. In Table 3, the acrylate conversion rate is an index for measuring the gelation efficiency (degree of polymerization), and the gel polymer electrolyte compositions of Examples 1 to 3 had an acrylate conversion rate of 93% or more after gelation, and the gel polymers of Comparative Examples 1 and 2 It can be seen that significantly improved compared to the electrolyte composition.

한편, 화학식 2의 올리고머가 소량 함유된 실시예 4의 겔 폴리머 전해질 및 화학식 1의 화합물이 과량 함유된 실시예 6의 겔 폴리머 전해질의 경우, 각각 화학식 1로부터 생성되는 우레아의 양이 올리고머 대비 많아지면서 폴리머 네트워크의 뒤얽힘(꼬임) 현상이 증가하고, 이로 인해 올리고머에 함유된 아크릴레이트 작용기의 반응성이 감소하여 아크릴레이트 전환율이 비교예 1 및 2의 겔 폴리머 전해질 보다는 높지만, 실시예 1 내지 3의 겔 폴리머 전해질 대비 낮은 것을 알 수 있다.On the other hand, in the case of the gel polymer electrolyte of Example 4 containing a small amount of the oligomer of Formula 2 and the gel polymer electrolyte of Example 6 containing an excessive amount of the compound of Formula 1, the amount of urea generated from Formula 1 increases compared to the oligomer, respectively. The entanglement (twisting) phenomenon of the polymer network increases, which reduces the reactivity of the acrylate functional groups contained in the oligomer, so that the acrylate conversion rate is higher than that of the gel polymer electrolytes of Comparative Examples 1 and 2, but the gels of Examples 1 to 3 It can be seen that it is lower than that of the polymer electrolyte.

또한, 화학식 2의 올리고머가 과량 함유된 실시예 5의 겔 폴리머 전해질 조성물은 화학식 1로부터 생성되는 우레아의 양이 올리고머 대비 줄어듦에 따라 저장 시에 올리고머의 주사슬 (아크릴레이트 결합)을 보호하는 능력이 저하되기 때문에, 겔 폴리머 전해질 제조 시에 아크릴레이트 전환율이 비교예 1 및 2의 겔 폴리머 전해질 보다는 높으나, 실시예 1 내지 3 대비 감소하는 것을 알 수 있다.In addition, the gel polymer electrolyte composition of Example 5 containing an excess of the oligomer of Formula 2 has the ability to protect the main chain (acrylate bond) of the oligomer during storage as the amount of urea produced from Formula 1 is reduced compared to the oligomer. Since it is lowered, it can be seen that the acrylate conversion rate is higher than that of the gel polymer electrolytes of Comparative Examples 1 and 2 during preparation of the gel polymer electrolyte, but is decreased compared to Examples 1 to 3.

실험예Experimental example 4: 겔 4: gel 폴리머polymer 전해질의 기계적 강도 측정 실험 Electrolyte mechanical strength measurement experiment

상기 실시예 1 내지 3, 5 및 6과 비교예 1 및 3에서 제조된 각각의 겔 폴리머 전해질에 대하여 Roatainonal Rheometer (DHR2) 장비를 이용하여 0.1 ~ 10 Hz의 범위 내에서 탄성 모듈러스를 측정하였다. 그 결과를 하기 표 4에 나타내었다.The elastic modulus of each of the gel polymer electrolytes prepared in Examples 1 to 3, 5 and 6 and Comparative Examples 1 and 3 was measured within a range of 0.1 to 10 Hz using a Roatainonal Rheometer (DHR2) equipment. The results are shown in Table 4 below.

Figure 112017088679448-pat00025
Figure 112017088679448-pat00025

상기 표 3에 나타낸 탄성 모듈러스는 기계적 강도를 측정하기 위한 지표로서, 실시예 1 내지 3의 겔 폴리머 전해질의 탄성 모듈러스(Pa)는 3357 이상으로 우수한 것을 알 수 있다.The elastic modulus shown in Table 3 is an index for measuring mechanical strength, and it can be seen that the elastic modulus (Pa) of the gel polymer electrolytes of Examples 1 to 3 is excellent at 3357 or more.

반면에, 화학식 1의 화합물을 포함하지 않는 비교예 1의 겔 폴리머 전해질은 발생된 불산에 의해 올리고머의 주사슬이 분해되면서 겔화 형성 효율이 저하되어, 실시예 1 내지 3의 겔 폴리머 전해질 대비 탄성 모듈러스가 낮은 것을 알 수 있다.On the other hand, in the gel polymer electrolyte of Comparative Example 1, which does not contain the compound of Formula 1, as the main chain of the oligomer is decomposed by the generated hydrofluoric acid, the gelation formation efficiency is lowered, and the elastic modulus compared to the gel polymer electrolyte of Examples 1 to 3 It can be seen that is low.

또한, 분자량이 작은 화학식 4의 올리고머를 포함하는 비교예 3의 겔 폴리머 전해질의 경우에도 기계적 강도가 우수한 폴리머 네트워크 구조가 형성되기 어렵기 때문에 탄성 모듈러스 값이 낮은 것을 알 수 있다.In addition, even in the case of the gel polymer electrolyte of Comparative Example 3 including the oligomer of Chemical Formula 4 having a small molecular weight, it is difficult to form a polymer network structure having excellent mechanical strength, so it can be seen that the elastic modulus value is low.

한편, 화학식 2의 올리고머가 과량 함유된 실시예 5의 겔 폴리머 전해질은 탄성 모듈러스가 가장 우수하고, 화학식 1의 화합물이 과량 포함된 실시예 6의 겔 폴리머 전해질은 불산 억제 효과가 높아 폴리머 네트워크 형성이 보다 용이하게 때문에, 높은 탄성 모듈러스 값을 가지는 것을 알 수 있다. On the other hand, the gel polymer electrolyte of Example 5 containing an excess of the oligomer of Formula 2 has the best elastic modulus, and the gel polymer electrolyte of Example 6 containing an excess of the compound of Formula 1 has a high hydrofluoric acid inhibitory effect, which prevents the formation of a polymer network. It can be seen that, more easily, it has a high elastic modulus value.

실험예Experimental example 5: 초기 용량 측정 실험 5: Initial dose measurement experiment

상기 실시예 1 및 6과 비교예 1 내지 3에서 제조된 각각의 리튬 이차전지에 대하여 100mA 전류(0.1 C rate)로 formation을 진행 한 이후로 4.2 V 333mA (0.3 C, 0.05 C cut-off) CC/CV 충전과 3 V 333 mA (0.3 C) CC 방전을 3회 반복하였을 때 3번째 방전 용량을 초기용량으로 선정하였다. 그 결과를 도 3에 나타내었다.For each lithium secondary battery prepared in Examples 1 and 6 and Comparative Examples 1 to 3, 4.2 V 333mA (0.3 C, 0.05 C cut-off) CC after formation at 100mA current (0.1 C rate) When the /CV charge and 3 V 333 mA (0.3 C) CC discharge were repeated three times, the third discharge capacity was selected as the initial capacity. The results are shown in FIG. 3 .

도 3을 살펴보면, 실시예 1 내지 3의 리튬 이차전지의 경우 안정한 겔 폴리머 전해질이 형성되어 고전압에서 보다 높은 초기 용량을 얻을 수 있다.Referring to FIG. 3 , in the case of the lithium secondary batteries of Examples 1 to 3, a stable gel polymer electrolyte is formed to obtain a higher initial capacity at a high voltage.

반면에, 비교예 1 내지 3의 리튬 이차전지의 경우 실시예 1 내지 3의 리튬 이차전지 대비 초기 용량이 낮은 것을 알 수 있다. 특히, 비교예 2의 리튬 이차전지의 경우, 화학식 2의 올리고머로부터 잔류하는 미반응 아크릴레이트 작용기가 이차전지의 충방전 과정에서 환원 분해되면서 초기 비가역 반응이 증가하여 셀의 열화를 촉진하기 때문에, 초기 용량이 낮은 것을 알 수 있다.On the other hand, in the case of the lithium secondary batteries of Comparative Examples 1 to 3, it can be seen that the initial capacity is lower than that of the lithium secondary batteries of Examples 1 to 3. In particular, in the case of the lithium secondary battery of Comparative Example 2, the unreacted acrylate functional group remaining from the oligomer of Chemical Formula 2 is reduced and decomposed during the charging/discharging process of the secondary battery, and the initial irreversible reaction increases to promote cell deterioration. It can be seen that the capacity is low.

한편, 실시예 4의 리튬 이차전지의 경우 화학식 2의 올리고머의 함량이 낮아 상기 실험예 4에 나타낸 바와 같이 겔 폴리머 전해질 형성 효과가 낮기 때문에, 안정성이 저하되어 성능 개선이 미미한 것을 알 수 있다.On the other hand, in the case of the lithium secondary battery of Example 4, since the content of the oligomer of Chemical Formula 2 is low and the effect of forming a gel polymer electrolyte is low as shown in Experimental Example 4, it can be seen that the stability is lowered and the performance improvement is insignificant.

또한, 화학식 2의 올리고머가 과량 포함된 겔 폴리머 전해질을 구비한 실시예 5의 리튬 이차전지와 화학식 1의 화합물이 과량 포함된 겔 폴리머 전해질을 구비한 실시예 6의 리튬 이차전지의 경우, 비가역 반응이 증가하여 실시예 1 내지 3의 리튬 이차전지 대비 초기 용량이 낮은 것을 알 수 있다.In addition, in the case of the lithium secondary battery of Example 5 having the gel polymer electrolyte containing an excess of the oligomer of Formula 2 and the lithium secondary battery of Example 6 having the gel polymer electrolyte containing the compound of Formula 1 in excess, irreversible reaction As this increases, it can be seen that the initial capacity is lower than that of the lithium secondary batteries of Examples 1 to 3.

실험예Experimental example 6. 초기 저항 측정 실험 6. Initial resistance measurement experiment

상기 실시예 1 내지 6과 비교예 1 내지 3에서 제조된 각각의 리튬 이차전지에 대하여 100mA 전류(0.1 C rate)로 포메이션을 진행 한 이후로 4.2 V 333mA (0.3 C, 0.05 C cut-off) CC/CV 충전과 3 V 333 mA (0.3 C) CC 방전을 3회 반복하고 2A (2 C)의 전류로 10초 방전을 진행할 때 발생하는 전압 강하를 기록하고, R=V/I (옴의 법칙)을 이용하여 산출한 초기 평가시 측정되는 저항 (reference performance test, RPT) 값을 하기 도 4에 나타내었다.For each lithium secondary battery prepared in Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 to 3, after the formation at 100mA current (0.1 C rate), 4.2 V 333mA (0.3 C, 0.05 C cut-off) CC /CV charge and 3 V 333 mA (0.3 C) CC discharge are repeated 3 times, and the voltage drop that occurs when discharging for 10 seconds with a current of 2A (2 C) is recorded, and R=V/I (Ohm’s Law) ), the resistance (reference performance test, RPT) value measured during the initial evaluation calculated using the ) is shown in FIG. 4 below.

이때, RPT 저항은 RPT는 DC 저항이라 할 수 있으며 이차전지의 출력 특성과 밀접한 관계를 맺는다. At this time, RPT resistance can be said to be DC resistance, and RPT is closely related to the output characteristics of the secondary battery.

도 4를 살펴보면, 실시예 1 내지 3의 리튬 이차전지의 경우 안정한 겔 폴리머 전해질이 형성되어 초기 저항이 낮은 것을 알 수 있다.Referring to FIG. 4 , it can be seen that, in the case of the lithium secondary batteries of Examples 1 to 3, a stable gel polymer electrolyte is formed and the initial resistance is low.

반면에, 비교예 1 내지 3의 리튬 이차전지의 경우 실시예 1 내지 3의 리튬 이차전지 대비 초기 저항이 높은 것을 알 수 있다. On the other hand, in the case of the lithium secondary batteries of Comparative Examples 1 to 3, it can be seen that the initial resistance is higher than that of the lithium secondary batteries of Examples 1 to 3.

한편, 실시예 4의 리튬 이차전지의 경우 아크릴레이트 전환율이 낮기 때문에 미반응 아크릴레이트가 전지 내에서 비가역적인 환원 분해를 야기하여 실시예 1 내지 3의 리튬 이차전지 대비 초기 저항이 증가하는 것을 알 수 있다.On the other hand, in the case of the lithium secondary battery of Example 4, since the acrylate conversion rate is low, the unreacted acrylate causes irreversible reductive decomposition in the battery, thereby increasing the initial resistance compared to the lithium secondary batteries of Examples 1 to 3. .

또한, 화학식 2의 올리고머가 과량 포함된 겔 폴리머 전해질을 구비한 실시예 5의 리튬 이차전지와 화학식 1의 화합물이 과량 포함된 겔 폴리머 전해질을 구비한 실시예 6의 리튬 이차전지의 경우, 실시예 1 내지 3의 리튬 이차전지 대비 초기 저항이 증가하는 것을 알 수 있다.In addition, in the case of the lithium secondary battery of Example 5 having the gel polymer electrolyte containing an excess of the oligomer of Formula 2 and the lithium secondary battery of Example 6 having the gel polymer electrolyte containing the compound of Formula 1 in excess, Examples It can be seen that the initial resistance is increased compared to the lithium secondary batteries of 1 to 3.

실험예Experimental example 7. EIS 측정 실험 7. EIS measurement experiment

상기 실시예 1 및 비교예 1에서 제조된 리튬 이차전지의 전기화학 임피던스 분광(Electrochemical Impedance Spectroscopy, EIS)을 측정하였다. EIS 저항은 Potentiostat 장비를 사용하여, shipping SOC인 61에서 10mHz~100kHz의 범위에서 측정하였다. EIS는 AC 저항이라 할 수 있으며 이차전지의 내부의 전극 표면상태 및 전해질 상태와 밀접한 관련이 있다. 그 결과를 도 5에 나타내었다. Electrochemical impedance spectroscopy (EIS) of the lithium secondary batteries prepared in Example 1 and Comparative Example 1 was measured. EIS resistance was measured in the range of 10 mHz to 100 kHz at the shipping SOC of 61 using a potentiostat device. EIS can be called AC resistance and is closely related to the electrode surface state and electrolyte state inside the secondary battery. The results are shown in FIG. 5 .

이때, 도 5의 그래프에서 반원의 지름이 작을수록 유발되는 저항의 크기가 작다는 것을 의미한다.In this case, in the graph of FIG. 5 , the smaller the diameter of the semicircle, the smaller the induced resistance is.

즉, 도 5에 나타낸 바와 같이, 화학식 2의 올리고머를 포함하는 겔 고분자를 구비한 리튬 이차전지의 경우 전극과 전해질 계면 특성이 향상되어, 전지 내부 저항이 대폭 낮아져 리튬 이차전지의 EIS 저항이 비교예 1의 리튬 이차전지에 비하여 현저히 개선된 것을 알 수 있다.That is, as shown in FIG. 5, in the case of a lithium secondary battery having a gel polymer containing the oligomer of Formula 2, the electrode and electrolyte interface characteristics are improved, and the internal resistance of the battery is significantly lowered, so that the EIS resistance of the lithium secondary battery is a comparative example It can be seen that the lithium secondary battery of No. 1 is significantly improved.

Claims (12)

리튬염; 유기용매; 중합개시제;
하기 화학식 1로 표시되는 디카보이미드계 화합물; 및
하기 화학식 2로 표시되는 올리고머;를 포함하는 것인 겔 폴리머 전해질 조성물을 중합하여 제조된 것인 겔 폴리머 전해질로서,
상기 겔 폴리머 전해질의 탄성 계수 값은 3,000 pa 내지 5,210 pa인 것인 겔 폴리머 전해질:
[화학식 1]
Figure 112021088070112-pat00026

상기 화학식 1에서,
R1 및 R2는 각각 독립적으로 지환족 탄화수소기이며, 상기 R1 및 R2는 서로 동일하거나 상이할 수 있다;

[화학식 2]
Figure 112021088070112-pat00027

상기 화학식 1에서,
R3는 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 5의 알킬렌기이고,
R4, R5, R6 및 R7은 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 3의 알킬기이고,
R’ 및 R"는 각각 독립적으로 수소 또는 탄소수 1 내지 3의 알킬기이며,
R은 지방족, 지환족 또는 방향족 탄화수소기이고,
a는 1 내지 3 중 어느 하나의 정수이며,
b는 0 내지 2 중 어느 하나의 정수이고,
n, m 및 x 는 반복단위 수이며,
n은 1 내지 10 중 어느 하나의 정수이고,
m은 1 내지 5 중 어느 하나의 정수이며,
x는 1 내지 15 중 어느 하나의 정수이다.
lithium salt; organic solvents; polymerization initiator;
a dicarboimide-based compound represented by the following formula (1); and
As a gel polymer electrolyte prepared by polymerizing a gel polymer electrolyte composition comprising an oligomer represented by the following formula (2),
The gel polymer electrolyte has an elastic modulus value of 3,000 pa to 5,210 pa:
[Formula 1]
Figure 112021088070112-pat00026

In Formula 1,
R 1 and R 2 are each independently an alicyclic hydrocarbon group, wherein R 1 and R 2 may be the same as or different from each other;

[Formula 2]
Figure 112021088070112-pat00027

In Formula 1,
R 3 is a substituted or unsubstituted C 1 to C 5 alkylene group,
R 4 , R 5 , R 6 and R 7 are each independently a substituted or unsubstituted C1-C3 alkyl group,
R' and R" are each independently hydrogen or an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms,
R is an aliphatic, alicyclic or aromatic hydrocarbon group,
a is an integer of any one of 1 to 3,
b is an integer of any one of 0 to 2,
n, m and x are the number of repeating units,
n is an integer of any one of 1 to 10,
m is an integer of any one of 1 to 5,
x is an integer of any one of 1 to 15.
청구항 1에 있어서,
상기 화학식 1로 표시되는 디카보이미드계 화합물에서, 상기 지환족 탄화수소기는 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 8의 사이클로알킬렌기인 것인 겔 폴리머 전해질.
The method according to claim 1,
In the dicarboimide-based compound represented by Formula 1, the alicyclic hydrocarbon group is a substituted or unsubstituted cycloalkylene group having 3 to 8 carbon atoms.
청구항 1에 있어서,
상기 화학식 2로 표시되는 올리고머의 R에서, 상기 지방족 탄화수소기는 탄소수 1 내지 20의 알킬렌기; 이소시아네이트기(NCO)를 함유하는 탄소수 1 내지 20의 알킬렌기; 탄소수 1 내지 20의 알콕실렌기; 탄소수 2 내지 20의 알케닐렌기; 또는 탄소수 2 내지 20의 알키닐렌기;이고,
상기 지환족 탄화수소기는 치환 또는 비치환된 탄소수 4 내지 20의 사이클로알킬렌기; 이소시아네이트기(NCO)를 함유하는 치환 또는 비치환된 탄소수 4 내지 20의 사이클로알킬렌기; 탄소수 4 내지 20의 사이클로알케닐렌기; 또는 탄소수 2 내지 20의 헤테로사이클로알킬렌기;이며,
상기 방향족 탄화수소기는 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 20의 아릴렌기; 또는 탄소수 2 내지 20의 헤테로아릴렌기인 것인 겔 폴리머 전해질.
The method according to claim 1,
In R of the oligomer represented by Formula 2, the aliphatic hydrocarbon group is an alkylene group having 1 to 20 carbon atoms; an alkylene group having 1 to 20 carbon atoms containing an isocyanate group (NCO); an alkoxyylene group having 1 to 20 carbon atoms; an alkenylene group having 2 to 20 carbon atoms; or an alkynylene group having 2 to 20 carbon atoms;
The alicyclic hydrocarbon group is a substituted or unsubstituted C 4 to C 20 cycloalkylene group; a substituted or unsubstituted C4-C20 cycloalkylene group containing an isocyanate group (NCO); a cycloalkenylene group having 4 to 20 carbon atoms; Or a heterocycloalkylene group having 2 to 20 carbon atoms;
The aromatic hydrocarbon group may be a substituted or unsubstituted C 6 to C 20 arylene group; Or a gel polymer electrolyte of a heteroarylene group having 2 to 20 carbon atoms.
청구항 1에 있어서,
상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 하기 화학식 1a 내지 1f로 표시되는 화합물들로 이루어진 군으로부터 선택된 것인 겔 폴리머 전해질.
[화학식 1a]
Figure 112021088070112-pat00028


[화학식 1b]
Figure 112021088070112-pat00029


[화학식 1c]
Figure 112021088070112-pat00030


[화학식 1d]
Figure 112021088070112-pat00031


[화학식 1e]
Figure 112021088070112-pat00032


[화학식 1f]
Figure 112021088070112-pat00033

The method according to claim 1,
The compound represented by Formula 1 is a gel polymer electrolyte selected from the group consisting of compounds represented by Formulas 1a to 1f.
[Formula 1a]
Figure 112021088070112-pat00028


[Formula 1b]
Figure 112021088070112-pat00029


[Formula 1c]
Figure 112021088070112-pat00030


[Formula 1d]
Figure 112021088070112-pat00031


[Formula 1e]
Figure 112021088070112-pat00032


[Formula 1f]
Figure 112021088070112-pat00033

청구항 1에 있어서,
상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 상기 겔 폴리머 전해질 조성물의 전체 중량을 기준으로 0.001 중량% 내지 4 중량%인 것인 겔 폴리머 전해질.
The method according to claim 1,
The compound represented by Formula 1 is 0.001 wt% to 4 wt% based on the total weight of the gel polymer electrolyte composition.
청구항 5에 있어서,
상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 상기 겔 폴리머 전해질 조성물의 전체 중량을 기준으로 0.01 중량% 내지 3 중량%인 것인 겔 폴리머 전해질.
6. The method of claim 5,
The compound represented by Formula 1 is 0.01 wt% to 3 wt% based on the total weight of the gel polymer electrolyte composition.
청구항 1에 있어서,
상기 화학식 2로 표시되는 올리고머는 하기 화학식 2a로 표시되는 올리고머인 것인 겔 폴리머 전해질:
[화학식 2a]
Figure 112021088070112-pat00034

상기 화학식 2a에 있어서,
n1 및 x1는 반복단위 수이며,
n1은 1 또는 10 중 어느 하나의 정수이고,
x1는 1 내지 15 중 어느 하나의 정수이다.
The method according to claim 1,
The oligomer represented by the formula (2) is an oligomer represented by the following formula (2a), a gel polymer electrolyte:
[Formula 2a]
Figure 112021088070112-pat00034

In Formula 2a,
n1 and x1 are the number of repeating units,
n1 is an integer of 1 or 10,
x1 is an integer in any one of 1 to 15.
청구항 1에 있어서,
상기 화학식 2로 표시되는 올리고머는 상기 겔 폴리머 전해질 조성물의 전체 중량을 기준으로 0.5 중량% 내지 20 중량%인 것인 겔 폴리머 전해질.
The method according to claim 1,
The oligomer represented by Formula 2 is 0.5 wt% to 20 wt% based on the total weight of the gel polymer electrolyte composition.
청구항 8에 있어서,
상기 화학식 2로 표시되는 올리고머는 상기 겔 폴리머 전해질 조성물의 전체 중량을 기준으로 0.7 중량% 내지 15 중량%인 것인 겔 폴리머 전해질.
9. The method of claim 8,
The oligomer represented by Formula 2 is 0.7 wt% to 15 wt% based on the total weight of the gel polymer electrolyte composition.
청구항 1에 있어서,
상기 화학식 2로 표시되는 올리고머의 중량평균분자량(MW)은 1,000 내지 100,000인 것인 겔 폴리머 전해질.
The method according to claim 1,
The weight average molecular weight (MW) of the oligomer represented by Formula 2 is 1,000 to 100,000 gel polymer electrolyte.
삭제delete 양극, 음극, 분리막 및 청구항 1의 겔 폴리머 전해질을 포함하는 리튬 이차전지.
A lithium secondary battery comprising a positive electrode, a negative electrode, a separator, and the gel polymer electrolyte of claim 1.
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