KR102429876B1 - Negative electrode for lithium metal battery and lithium metal battery comprising the same - Google Patents

Negative electrode for lithium metal battery and lithium metal battery comprising the same Download PDF

Info

Publication number
KR102429876B1
KR102429876B1 KR1020170049894A KR20170049894A KR102429876B1 KR 102429876 B1 KR102429876 B1 KR 102429876B1 KR 1020170049894 A KR1020170049894 A KR 1020170049894A KR 20170049894 A KR20170049894 A KR 20170049894A KR 102429876 B1 KR102429876 B1 KR 102429876B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
lithium metal
lithium
copolymer
styrene
poly
Prior art date
Application number
KR1020170049894A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20170124075A (en
Inventor
이용건
류새봄
토시노리 스기모토
양유성
장원석
정준선
Original Assignee
삼성전자주식회사
삼성에스디아이 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 삼성전자주식회사, 삼성에스디아이 주식회사 filed Critical 삼성전자주식회사
Priority to US15/581,072 priority Critical patent/US10847799B2/en
Priority to EP17168678.5A priority patent/EP3240087B1/en
Priority to CN201710290599.0A priority patent/CN107394115B/en
Priority to JP2017091056A priority patent/JP7005090B2/en
Publication of KR20170124075A publication Critical patent/KR20170124075A/en
Priority to US17/081,161 priority patent/US20210083291A1/en
Application granted granted Critical
Publication of KR102429876B1 publication Critical patent/KR102429876B1/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/134Electrodes based on metals, Si or alloys
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/056Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes
    • H01M10/0564Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes the electrolyte being constituted of organic materials only
    • H01M10/0566Liquid materials
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/058Construction or manufacture
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M12/00Hybrid cells; Manufacture thereof
    • H01M12/08Hybrid cells; Manufacture thereof composed of a half-cell of a fuel-cell type and a half-cell of the secondary-cell type
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Abstract

리튬 금속 또는 리튬 금속 합금을 포함하는 리튬 금속 전극; 및 상기 리튬 금속 전극의 적어도 일부분에 배치된 보호막을 포함하며, 상기 보호막의 영률(young's modulus)은 106 Pa 이상이며, 1㎛를 초과하고 100㎛ 이하의 사이즈(size)를 갖는 유기 입자(organic particle), 무기 입자(inorganic particle) 및 유무기 입자(orgnic-inorganic particle) 중에서 선택된 하나 이상의 입자를 포함하는 리튬금속전지용 음극 및 이를 포함한 리튬금속전지가 개시된다.a lithium metal electrode comprising lithium metal or a lithium metal alloy; and a protective film disposed on at least a portion of the lithium metal electrode, wherein the protective film has a Young's modulus of 10 6 Pa or more, and has a size of greater than 1 µm and less than or equal to 100 µm. Particles), inorganic particles and organic-inorganic particles (organic-inorganic particles) are disclosed a negative electrode for a lithium metal battery comprising at least one particle selected from, and a lithium metal battery including the same.

Description

리튬금속전지용 음극 및 이를 포함하는 리튬금속전지 {Negative electrode for lithium metal battery and lithium metal battery comprising the same}Negative electrode for lithium metal battery and lithium metal battery comprising the same

리튬금속전지용 음극 및 이를 포함하는 리튬금속전지를 제시한다.A negative electrode for a lithium metal battery and a lithium metal battery including the same are provided.

리튬이차전지는 현재 상용화된 이차 전지 중 에너지 밀도가 가장 높은 고성능 이차 전지로서 예를 들어 전기자동차와 같은 다양한 분야에서 사용될 수 있다. A lithium secondary battery is a high-performance secondary battery having the highest energy density among currently commercialized secondary batteries, and may be used in various fields such as, for example, an electric vehicle.

리튬이차전지의 음극으로는 리튬 금속 박막이 이용될 수 있다. 이러한 리튬 금속 박막을 음극으로 이용하는 경우 리튬의 높은 반응성으로 인하여 충방전시 액체 전해질과의 반응성이 높다. 또는 리튬 음극 박막 상에 덴드라이트가 형성되어 리튬 금속 박막을 채용한 리튬이차전지의 수명 및 안정성이 저하될 수 있어 이에 대한 개선이 요구된다.A lithium metal thin film may be used as the negative electrode of the lithium secondary battery. When such a lithium metal thin film is used as an anode, it has high reactivity with a liquid electrolyte during charging and discharging due to the high reactivity of lithium. Alternatively, since dendrites are formed on the lithium anode thin film, the lifespan and stability of a lithium secondary battery employing a lithium metal thin film may be reduced, and improvement is required.

한 측면은 기계적 물성이 우수한 보호막을 구비한 리튬금속전지용 음극을 제공하는 것이다.One aspect is to provide an anode for a lithium metal battery having a protective film having excellent mechanical properties.

다른 측면은 상술한 음극을 포함하여 셀 성능이 개선된 리튬금속전지를 제공하는 것이다.Another aspect is to provide a lithium metal battery with improved cell performance including the above-described negative electrode.

한 측면에 따라 according to one side

리튬 금속 또는 리튬 금속 합금을 포함하는 리튬 금속 전극; 및a lithium metal electrode comprising lithium metal or a lithium metal alloy; and

상기 리튬 금속 전극의 적어도 일부분에 배치된 보호막을 포함하며,and a protective film disposed on at least a portion of the lithium metal electrode,

상기 보호막의 영률(young's modulus)은 106 Pa 이상이며,The Young's modulus of the protective film is 10 6 Pa or more,

1㎛를 초과하고 100㎛ 이하의 사이즈(size)의 유기 입자(organic particle), 무기 입자(inorganic particle) 및 유무기 입자(orgnic-inorganic particle) 중에서 선택된 하나 이상의 입자를 포함하는 리튬금속전지용 음극이 제공된다.A negative electrode for a lithium metal battery comprising at least one particle selected from organic particles, inorganic particles and organic-inorganic particles having a size exceeding 1 μm and less than 100 μm is provided

또 다른 측면에 따라 양극; 상술한 음극; 및 이들 사이에 개재된 전해질을 포함하는 리튬금속전지가 제공된다.Anode according to another aspect; the negative electrode described above; and a lithium metal battery including an electrolyte interposed therebetween.

일구현예에 따른 리튬금속전지용 음극은 기계적 물성이 개선된 보호막을 구비하고 있다. 이러한 음극을 이용하면 충전시 부피변화가 효과적으로 억제되고 사이클 수명 및 방전용량이 개선된 리튬금속전지를 제작할 수 있다.The negative electrode for a lithium metal battery according to an embodiment has a protective film having improved mechanical properties. By using such a negative electrode, it is possible to manufacture a lithium metal battery that effectively suppresses volume change during charging and has improved cycle life and discharge capacity.

도 1a 내지 도 1d은 일구현예에 따른 리튬금속전지용 음극의 구조를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 1e 및 도 1f는 일구현예에 따른 리튬금속전지용 음극에서 보호막이 리튬 덴드라이트 성장 억제 및 가이드(guide) 하는 작용 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 1g 내지 도 1k는 일구현예에 따른 리튬금속전지의 구조를 개략적으로 나타낸 도면들이다.
도 1l은 일구현예에 따른 리튬금속전지용 음극에서 보호막안에 함유된 마이크로스피어의 입경이 약 1㎛를 초과하고 100㎛ 이하인 경우에 있어서 리튬 금속 전극의 보호 역할을 설명하기 위한 것이다.
도 1m은 리튬금속전지용 음극에서 보호막안에 함유된 마이크로스피어의 평균입경이 1㎛ 이하인 경우 리튬 금속 전극의 보호 역할을 설명하기 위한 것이다.
도 2a 내지 도 2d는 실시예 1에 따라 제조된 음극의 전자주사현미경(SEM) 사진이다.
도 3a 내지 도 3c는 실시예 4에 따라 제조된 리튬 음극의 SEM 사진이다.
도 3d는 실시예 22에 따라 제조된 리튬 음극의 SEM 사진이다.
도 4a는 실시예 9에 따라 제조된 리튬금속전지에서 음극 집전체인 구리 박막 상에 리튬 음극이 형성된 구조를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 4b 및 4c는 실시예 9에 따라 제조된 리튬금속전지에서 음극 표면을 나타낸 SEM 사진이다.
도 4d는 실시예 9에 따라 제조된 리튬금속전지에서 음극 상부에 리튬 전착층이 형성된 단면 상태를 나타낸 SEM 사진이다.
도 5a는 비교예 1에 따라 제조된 리튬금속전지에서 음극 집전체인 구리 박막 상에 리튬 음극이 형성된 구조를 개략적으로 나타낸 것이다
도 5b 및 도 5c는 비교예 1에 따라 제조된 리튬금속전지에서 리튬 금속 음극 표면을 나타낸 것이다.
도 5d는 비교예 1에 따라 제조된 리튬금속전지에서 리튬 금속 음극 상부에 리튬 전착층이 형성된 리튬 음극의 단면 상태을 나타낸 SEM 사진이다.
도 6은 실시예 17 및 비교예 1에 따라 제조된 리튬금속전지의 임피던스 측정 결과를 나타낸 것이다.
도 7은 실시예 9 및 비교예 1에 따라 제조된 리튬금속전지에 대하여 용량 유지율 변화를 나타낸 것이다.
도 8a 및 도 8b는 실시예 17 및 비교예 1에 따라 제조된 리튬금속전지에 대하여 방전용량 및 용량 유지율 변화를 측정한 것이다.
도 8c는 실시예 17 및 비교예 1에 따라 제조된 리튬금속전지에 대하여 쿠울롱 효율 변화를 측정한 것이다.
도 9a 내지 도 9c는 일구현예에 따른 보호막에서 입자가 리튬 금속 표면상에 배치된 상태를 나타낸 것이다.
1A to 1D schematically show the structure of an anode for a lithium metal battery according to an embodiment.
1e and 1f are diagrams for explaining the principle of operation of the protective film inhibiting and guiding the growth of lithium dendrites in the negative electrode for a lithium metal battery according to an embodiment.
1G to 1K are diagrams schematically showing the structure of a lithium metal battery according to an embodiment.
11 is for explaining the protective role of the lithium metal electrode when the particle diameter of the microspheres contained in the protective film exceeds about 1 μm and is less than or equal to 100 μm in the negative electrode for a lithium metal battery according to an embodiment.
Figure 1m is for explaining the protective role of the lithium metal electrode when the average particle diameter of the microspheres contained in the protective film in the negative electrode for a lithium metal battery is 1 ㎛ or less.
2a to 2d are scanning electron microscope (SEM) pictures of the cathode prepared according to Example 1.
3A to 3C are SEM photographs of the lithium negative electrode prepared according to Example 4.
3D is an SEM photograph of the lithium negative electrode prepared according to Example 22.
4A schematically shows a structure in which a lithium negative electrode is formed on a copper thin film, which is an anode current collector, in a lithium metal battery manufactured according to Example 9. Referring to FIG.
4b and 4c are SEM photographs showing the surface of the anode in the lithium metal battery prepared according to Example 9;
FIG. 4d is an SEM photograph showing a cross-sectional state in which a lithium electrodeposition layer is formed on an anode in a lithium metal battery manufactured according to Example 9;
5A schematically shows a structure in which a lithium negative electrode is formed on a copper thin film, which is an anode current collector, in a lithium metal battery prepared according to Comparative Example 1.
5b and 5c show the surface of the lithium metal negative electrode in the lithium metal battery prepared according to Comparative Example 1.
FIG. 5d is an SEM photograph showing a cross-sectional state of a lithium anode in which a lithium electrodeposition layer is formed on an upper portion of a lithium metal anode in a lithium metal battery prepared according to Comparative Example 1. FIG.
6 shows impedance measurement results of lithium metal batteries prepared according to Example 17 and Comparative Example 1. FIG.
7 shows changes in capacity retention rate for lithium metal batteries prepared according to Example 9 and Comparative Example 1. FIG.
8A and 8B show changes in discharge capacity and capacity retention rate for lithium metal batteries prepared according to Example 17 and Comparative Example 1. FIG.
FIG. 8c is a graph showing changes in Coulomb efficiency of lithium metal batteries prepared according to Example 17 and Comparative Example 1. FIG.
9A to 9C illustrate a state in which particles are disposed on a surface of a lithium metal in a protective film according to an exemplary embodiment.

첨부된 도면들을 참조하면서 이하에서 예시적인 리튬금속전지용 음극 및 이를 포함한 리튬금속전지에 대하여 보다 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, an exemplary negative electrode for a lithium metal battery and a lithium metal battery including the same will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

리튬 금속 또는 리튬 금속 합금을 포함하는 리튬 금속 전극; 및 상기 리튬 전극의 적어도 일부분에 배치된 보호막을 포함하며, a lithium metal electrode comprising lithium metal or a lithium metal alloy; and a protective film disposed on at least a portion of the lithium electrode,

상기 보호막의 영률(young's modulus)은 106 Pa 이상이며, The Young's modulus of the protective film is 10 6 Pa or more,

1㎛를 초과하고 100㎛ 이하의 사이즈를 갖는 유기 입자, 무기 입자 및 유무기 입자(particle) 중에서 선택된 하나 이상의 입자를 포함하는 리튬금속전지용 음극이 제공된다.There is provided a negative electrode for a lithium metal battery comprising at least one particle selected from organic particles, inorganic particles, and organic/inorganic particles having a size of greater than 1 μm and less than or equal to 100 μm.

리튬 금속 또는 리튬 금속 합금은 단위중량당 전기용량이 커서 이를 이용하면 고용량 전지를 구현하는 것이 가능하다. 그런데 리튬 금속 또는 리튬 금속 합금의 경우 리튬 이온의 탈/부착 과정 중에서 덴드라이트가 성장하여 양극 및 음극 사이의 단락을 유발할 수 있다. 그리고 리튬 금속 또는 리튬 금속 합금을 포함하는 전극은 전해질에 대한 반응성이 높아서 전해질과의 부반응을 유발할 수 있고 이로 인하여 전지의 사이클 수명 등이 저하될 수 있다. 이를 보완하기 위해서는 리튬 금속 또는 리튬 금속 합금을 함유한 리튬 금속 전극 표면을 보완할 수 있는 보호막이 요구된다. Since lithium metal or lithium metal alloy has a large electric capacity per unit weight, it is possible to realize a high-capacity battery by using the lithium metal or lithium metal alloy. However, in the case of lithium metal or lithium metal alloy, dendrites may grow during the lithium ion desorption/attachment process to cause a short circuit between the positive electrode and the negative electrode. In addition, the electrode including lithium metal or lithium metal alloy has high reactivity with the electrolyte and may cause a side reaction with the electrolyte, thereby reducing the cycle life of the battery. In order to compensate for this, a protective film capable of supplementing the surface of the lithium metal electrode containing lithium metal or lithium metal alloy is required.

이에 본 발명자들은 상술한 문제점을 보완할 수 있는 신규한 보호막을 제공하며, 보호막은 리튬염 또는 액체 전해질을 포함한다. Accordingly, the present inventors provide a novel protective film that can compensate for the above-described problems, and the protective film includes a lithium salt or a liquid electrolyte.

보호막이 액체 전해질을 포함하면 액체 전해질을 통하여 이온 전도성 경로가 형성될 수 있어 음극의 전도도가 개선된다. 그리고 안정적인 사이클 특성을 갖는 리튬금속전지를 제작할 수 있다.When the protective film includes a liquid electrolyte, an ion conductive path can be formed through the liquid electrolyte, thereby improving the conductivity of the negative electrode. And it is possible to manufacture a lithium metal battery having stable cycle characteristics.

액체 전해질은 유기용매, 이온성 액체, 및 리튬염 중에서 선택된 하나 이상을 포함한다. The liquid electrolyte includes at least one selected from an organic solvent, an ionic liquid, and a lithium salt.

상기 액체 전해질은 보호막에서 보호막의 총부피를 기준으로 하여 30 내지 60 부피%, 예를 들어 35 내지 55부피%, 예를 들어 40 내지 50 부피%를 차지할 수 있다. 액체 전해질은 보호막에서 예를 들어 40 내지 50 부피%를 차지한다. The liquid electrolyte may occupy 30 to 60% by volume, for example, 35 to 55% by volume, for example, 40 to 50% by volume, based on the total volume of the protective film in the protective film. The liquid electrolyte occupies, for example, 40 to 50% by volume in the protective film.

보호막이 액체 전해질을 포함하는 경우, 보호막 제조단계에서 액체 전해질을 부가할 수도 있고 또는 전지 동작후 전지내 함유된 액체 전해질이 보호막으로 이동하여 보호막에 함유될 수도 있다.When the protective film includes a liquid electrolyte, a liquid electrolyte may be added in the protective film manufacturing step or the liquid electrolyte contained in the battery may move to the protective film and be contained in the protective film after operation of the battery.

일구현예에 따른 보호막에서 유기 입자, 무기 입자 및 유무기 입자(particle) 중에서 선택된 하나 이상의 입자의 사이즈는 예를 들어 1.1 내지 50㎛, 예를 들어 1.1 내지 25㎛, 예를 들어 1.5 내지 20㎛, 예를 들어 1.5 내지 10㎛이다.In the protective film according to an embodiment, the size of one or more particles selected from organic particles, inorganic particles, and organic/inorganic particles is, for example, 1.1 to 50 μm, for example, 1.1 to 25 μm, for example, 1.5 to 20 μm. , for example 1.5 to 10 μm.

상기 입자는 예를 들어 1:1 중량비의 평균입경이 약 3㎛인 폴리(스티렌-co-디비닐벤젠) 공중합체 마이크로스피어와 평균입경이 약 8㎛인 폴리(스티렌-co-디비닐벤젠) 공중합체 마이크로스피어를 포함하거나 1:1 중량비의 평균입경이 약 3㎛인 폴리(스티렌-co-디비닐벤젠) 공중합체 마이크로스피어와 평균입경이 약 1.3㎛인 폴리(스티렌-co-디비닐벤젠) 공중합체 마이크로스피어 또는 또는 1:1 중량비의 평균입경이 약 3㎛인 폴리(스티렌-co-디비닐벤젠) 공중합체 마이크로스피어와 평균입경이 약 1.1 ㎛인 폴리(스티렌-co-디비닐벤젠) 공중합체 마이크로스피어를 포함한다.The particles include, for example, poly(styrene-co-divinylbenzene) copolymer microspheres having an average particle diameter of about 3 μm and poly(styrene-co-divinylbenzene) having an average particle diameter of about 8 μm in a 1:1 weight ratio. Poly(styrene-co-divinylbenzene) copolymer microspheres containing copolymer microspheres or having an average particle diameter of about 3 μm in a 1:1 weight ratio and poly(styrene-co-divinylbenzene) having an average particle diameter of about 1.3 μm ) copolymer microspheres or poly(styrene-co-divinylbenzene) copolymer microspheres having an average particle diameter of about 3 μm and poly(styrene-co-divinylbenzene) having an average particle diameter of about 1.1 μm in a 1:1 weight ratio ) copolymer microspheres.

일구현예에 의하면, 상기 입자는 모노모달(monomodal) 입경 분포를 갖는 마이크로스피어(microspehere)이다. 모노모달 입경 분포는, 입도분석기(particle diameter analyzer)(Dynamic Light Scattering: DLS, Nicomp 380)를 이용하여 분석할 때, 표준편차가 40% 미만, 예를 들어 20% 이하, 예를 들어 10% 이하, 예를 들어 1% 이상 내지 40% 미만 또는 2 내지 25%, 예를 들어 3 내지 10%의 범위 이내인 것으로 정의할 수 있다According to one embodiment, the particles are microspheres having a monomodal particle size distribution. When the monomodal particle size distribution is analyzed using a particle diameter analyzer (Dynamic Light Scattering: DLS, Nicomp 380), the standard deviation is less than 40%, for example, 20% or less, for example, 10% or less. , for example, 1% or more to less than 40% or 2 to 25%, for example, within the range of 3 to 10%.

상기 보호막의 영률(young's modulus)은 106 Pa 이상, 예를 들어 107 Pa 이상 또는 108 Pa 이상이다. 보호막의 영률은 예를 들어 106 내지 1011 Pa, 107 내지 1010 Pa 또는 107 내지 109 Pa로서 보호막의 영률이 매우 우수하여 기계적 물성이 매우 우수하다.A Young's modulus of the passivation layer is 10 6 Pa or more, for example, 10 7 Pa or more or 10 8 Pa or more. The Young's modulus of the protective film is, for example, 10 6 to As 10 11 Pa, 10 7 to 10 10 Pa, or 10 7 to 10 9 Pa, the Young's modulus of the protective film is very excellent and mechanical properties are very good.

영률은 일명 "인장탄성율"과 동일한 의미를 갖는다. 인장탄성율(tensile modulus)은 dynamic mechanical analysis system(DMA800, TA Instruments사)를 이용하여 측정하고, 보호막 시편은 ASTM standard D412 (Type V specimens)을 통하여 준비한다. 그리고 보호막의 인장탄성율은 25 oC, 약 30%의 상대습도에서 분당 5 mm의 속도로 응력에 대한 변형 변화를 측정한다. 이렇게 얻어진 응력-변형 선도(stress-strain curve)의 기울기로부터 인장탄성율을 평가한다. 보호막은 화학적 또는 물리적으로 가교된 구조를 갖는 입자를 함유할 수 있다. The Young's modulus has the same meaning as the so-called "tensile modulus". The tensile modulus is measured using a dynamic mechanical analysis system (DMA800, TA Instruments), and the protective film specimen is prepared through ASTM standard D412 (Type V specimens). And the tensile modulus of elasticity of the protective film was measured by measuring the change in strain with respect to stress at a rate of 5 mm per minute at 25 o C and a relative humidity of about 30%. The tensile modulus of elasticity is evaluated from the slope of the stress-strain curve thus obtained. The protective film may contain particles having a chemically or physically crosslinked structure.

보호막에서 적어도 하나의 입자는 가교 구조를 가질 수 있다. 화학적 또는 물리적으로 가교된 구조를 갖는 입자는, 가교 가능한 작용기를 갖는 고분자로부터 얻어진 가교 고분자로 된 유기 입자, 표면에 존재하는 가교성 작용기에 의하여 가교된 구조를 갖는 무기 입자 등을 포함하는 것으로 정의된다. 가교 가능한 작용기는 가교 반응에 참여하는 작용기로서 예를 들어 아크릴기, 메타크릴기, 비닐기 등을 들 수 있다.At least one particle in the protective layer may have a cross-linked structure. Particles having a chemically or physically crosslinked structure are defined as including organic particles made of a crosslinked polymer obtained from a polymer having a crosslinkable functional group, inorganic particles having a structure crosslinked by a crosslinkable functional group present on the surface, and the like. . The crosslinkable functional group is a functional group that participates in the crosslinking reaction, and may include, for example, an acryl group, a methacryl group, a vinyl group, and the like.

가교는 열을 가하거나 또는 UV와 같은 광을 조사하여 진행될 수 있다. 여기에서 열이나 광은 리튬 금속 전극에 부정적인 영향을 미치지 않는 범위에서 가해질 수 있다.Crosslinking may be performed by applying heat or irradiating light such as UV. Here, heat or light may be applied in a range that does not negatively affect the lithium metal electrode.

화학적으로 가교된 구조를 갖는 입자는 입자를 이루는 물질내에 존재하는 가교 가능한 작용기의 결합이 가능하도록 화학적 방법(즉, 화학 시약(chemical reagents))을 이용하여 가교결합이 형성된다. 그리고 물리적으로 가교된 구조를 갖는 입자는 물리적 방법에 의하여 가교결합이 형성된다. 물리적 방법은 예를 들어, 가교성 관능기의 결합을 가능하도록 즉 화학적 시약에 의하여 가교결합이 형성되지 않은 상태이지만 입자를 구성하는 고분자의 유리전이온도에 도달하도록 열을 가하는 것을 들 수 있다. 가교는 입자 자체 내에서 이루어질 수 있고 또한 보호막에서 인접된 입자들 사이에 진행될 수도 있다.Particles having a chemically crosslinked structure are crosslinked using a chemical method (ie, chemical reagents) to enable binding of a crosslinkable functional group present in a material constituting the particle. And particles having a physically crosslinked structure are crosslinked by a physical method. Physical methods include, for example, applying heat to enable bonding of the cross-linkable functional group, that is, to reach the glass transition temperature of the polymer constituting the particle although the cross-link is not formed by a chemical reagent. Cross-linking may take place within the particle itself or may proceed between adjacent particles in the protective film.

리튬 금속 전극으로서 사용되는 리튬 금속 또는 리튬 금속 합금은 두께가 100㎛ 이하, 예를 들어, 80㎛ 이하, 또는 50㎛ 이하, 또는 30㎛ 이하, 또는 20㎛ 이하이다. 다른 일구현예에 의하면, 리튬 금속 전극의 두께는 0.1 내지 60㎛이다. 구체적으로 리튬 금속 또는 리튬 금속 합금의 두께는 1 내지 25㎛, 예를 들어 5 내지 20㎛, 구체적으로 10 내지 20㎛이다. The lithium metal or lithium metal alloy used as the lithium metal electrode has a thickness of 100 µm or less, for example, 80 µm or less, or 50 µm or less, or 30 µm or less, or 20 µm or less. According to another embodiment, the thickness of the lithium metal electrode is 0.1 to 60㎛. Specifically, the thickness of the lithium metal or lithium metal alloy is 1 to 25 μm, for example, 5 to 20 μm, specifically 10 to 20 μm.

상기 입자는 구형, 막대형, 타원형, 방사형 등의 타입 또는 이들의 조합 형태를 가질 수 있다. The particles may have a spherical shape, a rod shape, an elliptical shape, a radial shape, or the like, or a combination thereof.

입자가 구형인 경우 예를 들어 평균입경이 1㎛를 초과하고 100㎛ 이하의 사이즈의 마이크로스피어(microsphere)일 수 있다. 상기 마이크로스피어의 평균입경은 예를 들어 1.5 내지 75㎛, 1.5 내지 50㎛, 또는 1.5 내지 20㎛ 또는 예를 들어 1.5 내지 10㎛일 수 있다. When the particles are spherical, for example, they may be microspheres having an average particle diameter of more than 1 μm and a size of 100 μm or less. The average particle diameter of the microspheres may be, for example, 1.5 to 75 μm, 1.5 to 50 μm, or 1.5 to 20 μm, or, for example, 1.5 to 10 μm.

만약 입자의 사이즈가 100㎛를 초과하는 경우에는 보호막의 두께가 두꺼워져 셀 전체 두께가 증가되어 리튬금속전지의 에너지밀도 특성이 저하될 수 있다. 그리고 보호막에서 기공도가 커져서 액체 전해질이 리튬 금속 전극과 접촉하기가 용이해질 수 있다. If the size of the particles exceeds 100㎛, the thickness of the protective film is thickened to increase the overall thickness of the cell may deteriorate the energy density characteristics of the lithium metal battery. In addition, since the porosity of the protective layer is increased, the liquid electrolyte may easily contact the lithium metal electrode.

입자의 사이즈가 1㎛ 이하인 경우는 이러한 사이즈의 입자를 함유한 보호막을 채용한 리튬금속전지는 리튬전착밀도 특성이 입자의 사이즈가 1㎛를 초과하고 100㎛ 이하인 경우의 보호막을 채용한 리튬금속전지의 경우에 비하여 저하된다. When the particle size is 1 μm or less, a lithium metal battery employing a protective film containing particles of this size has lithium electrodeposition density characteristics of a lithium metal battery employing a protective film when the particle size exceeds 1 μm and is less than or equal to 100 μm. lower than in the case of

본 명세서에서 "사이즈(size)"는 입자가 구형인 경우, 평균 입경을 나타낸다. 입자가 막대형이거나 타원형인 경우, 사이즈는 장축 길이를 나타낸다. In the present specification, "size" refers to an average particle diameter when the particles are spherical. When the particles are rod-shaped or elliptical, the size represents the major axis length.

본 명세서에서 "평균 입자 사이즈(“average particle size)" 또는 "평균 입경(average particle diameter)"은 입경이 최소인 입자부터 최대인 입자를 순서대로 누적한 분포 곡선(distribution curve)에서 입자의 50%에 해당하는 입경(D50)을 의미한다. 여기에서 누적된 입자(accumulated particles)의 총수는 100%이다. 평균 입자 사이즈는 당업자에게 알려진 방법에 따라 측정가능하다. 예를 들어 평균 입자 사이즈는 입자 사이즈 분석기, TEM 또는 SEM 이미지를 이용하여 측정가능하다. 평균 입자 사이즈를 측정하는 다른 방법으로서, 동적 광산란(dynamic light scattering)을 이용한 측정 장치를 이용하는 방법이 있다. 이 방법에 따라 소정의 사이즈 범위를 갖는 입자의 수를 세고, 이로부터 평균 입경이 계산될 수 있다.As used herein, “average particle size” or “average particle diameter” refers to 50% of particles in a distribution curve accumulating particles with the smallest particle size and largest particle size in order. It means the particle size (D50) corresponding to . Here, the total number of accumulated particles is 100%. The average particle size is measurable according to methods known to those skilled in the art. For example, the average particle size can be measured using a particle size analyzer, TEM or SEM image. As another method for measuring the average particle size, there is a method using a measuring device using dynamic light scattering. According to this method, the number of particles having a predetermined size range is counted, and the average particle diameter can be calculated therefrom.

본 명세서에서 기공도(porosity)는 물질에서 빈 공간(즉, 보이드(voids) 또는 기공(pores))을 측정한 것으로서, 물질의 총부피를 기준으로 하여 물질에서 보이드의 부피 퍼센트로 정해진다.In the present specification, porosity is a measure of voids (ie, voids or pores) in a material, and is defined as a volume percentage of voids in a material based on the total volume of the material.

도 1l은 일구현예에 따른 리튬금속전지용 음극에서 보호막안에 함유된 마이크로스피어의 입경이 약 1㎛를 초과하고 100㎛ 이하인 경우에 있어서 리튬 금속 전극의 보호 역할을 설명하기 위한 것이고, 도 1m은 일반적인 리튬금속전지용 음극에서 보호막안에 함유된 마이크로스피어의 평균입경이 1㎛ 이하인 경우 리튬 금속 전극의 보호 역할을 설명하기 위한 것이다.11 is for explaining the protective role of the lithium metal electrode when the particle diameter of the microspheres contained in the protective film exceeds about 1 μm and is less than or equal to 100 μm in the negative electrode for a lithium metal battery according to an embodiment, and FIG. 1 m is a general This is to explain the protective role of the lithium metal electrode when the average particle diameter of the microspheres contained in the protective film in the anode for lithium metal batteries is 1 μm or less.

도 1l을 참조하여, 리튬 금속 전극 (11) 상부에 마이크로스피어 (13a)를 포함하는 보호막 (12)이 적층되어 있다. 리튬 금속 전극 상부에 형성된 보호막안에 함유된 마이크로스피어의 표면코팅분율(surface coating fraction) 및 마이크로스피어의 입자 간격은 리튬 금속 전극의 보호막 기능에 직접적으로 영향을 미치는 인자이다. 본 명세서에서 용어 "표면코팅분율"은 리튬금속전극의 전체 표면적에 대한 보호막을 포함하는 리튬금속전극의 표면 영역(portion)을 나타낸다. 표면코팅분율은 예를 들어 리튬금속전극의 총표면적의 약 80%, 약 85%, 약 90% 또는 약 100%이다.Referring to FIG. 11 , a protective film 12 including microspheres 13a is laminated on the lithium metal electrode 11 . The surface coating fraction of microspheres and the particle spacing of microspheres contained in the protective film formed on the lithium metal electrode are factors that directly affect the protective film function of the lithium metal electrode. As used herein, the term “surface coating fraction” refers to a surface area (portion) of a lithium metal electrode including a protective film for the total surface area of the lithium metal electrode. The surface coating fraction is, for example, about 80%, about 85%, about 90%, or about 100% of the total surface area of the lithium metal electrode.

리튬 금속 전극 (11)은 예를 들어 리튬 금속이고 도 1l에 나타난 바와 같이 리튬 금속 전극(11)은 두께가 예를 들어 5 내지 50㎛, 예를 들어 10 내지 30㎛, 예를 들어 15 내지 25㎛로 얇고 소프트(soft)한 특성을 갖고 있고 그 표면 단차는 약 ±1㎛이다. 이러한 표면단차를 갖는 리튬 금속 전극의 보호시, 평균입경이 1㎛를 초과하고 100㎛ 이하인 경우 마이크로스피어 (13a)를 사용하는 것이 리튬 금속 전극을 보호하는 기능이 매우 우수하다. The lithium metal electrode 11 is, for example, lithium metal, and as shown in FIG. 11 , the lithium metal electrode 11 has a thickness of, for example, 5 to 50 µm, for example 10 to 30 µm, for example 15 to 25 µm. It has a thin and soft characteristic with a thickness of ㎛, and the surface step is about ±1㎛. When protecting a lithium metal electrode having such a surface step, when the average particle diameter exceeds 1 μm and is 100 μm or less, using the microspheres 13a has a very excellent function of protecting the lithium metal electrode.

이에 비하여, 도 1m에 나타난 바와 같이 리튬 금속 전극 (11) 상부에 적층된 보호막 (12)이 평균입경이 1㎛ 이하인 마이크로스피어를 함유하는 경우, 예를 들어 입경이 5nm 내지 300nm의 마이크로스피어를 함유하는 경우 마이크로스피어의 응집(aggregation) 및 표면코팅 분율이 떨어지게 된다. 그 결과, 보호막에서 기공도가 커지게 되어 액체 전해질이 리튬 금속에 접촉하기가 유리해질 수 있다. In contrast, when the protective film 12 laminated on the lithium metal electrode 11 as shown in FIG. 1m contains microspheres having an average particle diameter of 1 μm or less, for example, microspheres having a particle diameter of 5 nm to 300 nm. In this case, the aggregation of microspheres and the surface coating fraction are reduced. As a result, the porosity in the protective film may be increased, so that it may be advantageous for the liquid electrolyte to contact the lithium metal.

입자가 구형 타입인 경우 사이즈는 평균입경을 나타내고 입자가 막대형 타입인 경우에는 사이즈가 장축 길이를 나타낸다. 만약 입자가 막대형 타입인 경우에는 가로와 세로축의 비는 예를 들어 1:1 내지 1:30, 예를 들어 1:2 내지 1:25, 예를 들어 1:5 내지 1:20일 수 있다.When the particles are of the spherical type, the size indicates the average particle diameter, and when the particles are of the rod type, the size indicates the length of the major axis. If the particles are of the rod-shaped type, the ratio of the horizontal and vertical axes may be, for example, 1:1 to 1:30, for example 1:2 to 1:25, for example 1:5 to 1:20. .

상기 보호막의 입자는 보호막 형성시 사용되는 고분자라면 모두 다 사용가능하다. Any of the particles of the protective film may be used as long as it is a polymer used for forming the protective film.

다른 일구현예에 의하면, 보호막의 입자는 액체 전해질에 대한 젖음성(wettability)이 낮은 고분자로 이루어질 수 있다.According to another exemplary embodiment, the particles of the protective film may be formed of a polymer having low wettability with respect to the liquid electrolyte.

상기 보호막의 입자는 i)폴리스티렌, 스티렌 반복단위를 함유한 공중합체, 가교성 작용기를 갖는 반복단위를 함유하는 공중합체 및 ii)가교 고분자 중에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다. 상기 보호막의 입자는 스티렌계 반복단위를 함유한 고분자(호모폴리머 또는 공중합체)일 수 있다. 이와 같이 스티렌계 반복단위를 갖는 고분자인 경우 소수성(hydrophobicity)을 갖고 있어 리튬 금속 전극에 악영향을 미치지 않고, 전해질 젖음성(wettability)이 거의 없어 리튬 금속 전극과 전해질의 반응성을 최소화시킬 수 있다. The particles of the protective film may include at least one selected from i) polystyrene, a copolymer containing a styrene repeating unit, a copolymer containing a repeating unit having a crosslinkable functional group, and ii) a crosslinked polymer. The particles of the protective film may be a polymer (homopolymer or copolymer) containing a styrene-based repeating unit. As such, in the case of a polymer having a styrenic repeating unit, it has hydrophobicity and thus does not adversely affect the lithium metal electrode, and has almost no electrolyte wettability, so that the reactivity between the lithium metal electrode and the electrolyte can be minimized.

상기 입자들의 적어도 하나는 폴리스티렌, 폴리(스티렌-디비닐벤젠) 공중합체, 폴리(메틸메타크릴레이트-디비닐벤젠) 공중합체, 폴리(에틸메타크릴레이트-디비닐벤젠) 공중합체, 폴리(펜틸메타크릴레이트-디비닐벤젠) 공중합체, 폴리(부틸메타크릴레이트-디비닐벤젠) 공중합체, 폴리(프로필메타크릴레이트-디비닐벤젠) 공중합체, 폴리(스티렌-에틸렌-부틸렌에틸렌-부틸렌-스티렌) 공중합체, 폴리(스티렌-메틸메타크릴레이트) 공중합체, 폴리(스티렌-아크릴로니트릴) 공중합체, 폴리(스티렌-비닐피리딘) 공중합체, 폴리(아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌) 공중합체, 폴리(아크릴로니트릴-에틸렌-프로필렌-스티렌) 공중합체, 폴리(메틸메타크릴레이트-아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌) 공중합체, 폴리(메타크릴레이트-부타디엔-스티렌) 공중합체, 폴리(스티렌-(C1-C9 알킬) 아크릴레이트) 공중합체 및 폴리(아크릴로니트릴-스티렌--(C1-C9 알킬) 아크릴레이트) 공중합체로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 고분자 A 및 가교 고분자 중에서 선택된 적어도 하나일 수 있다. At least one of the particles is a polystyrene, poly(styrene-divinylbenzene) copolymer, poly(methylmethacrylate-divinylbenzene) copolymer, poly(ethylmethacrylate-divinylbenzene) copolymer, poly(pentyl) Methacrylate-divinylbenzene) copolymer, poly(butylmethacrylate-divinylbenzene) copolymer, poly(propylmethacrylate-divinylbenzene) copolymer, poly(styrene-ethylene-butyleneethylene-butyl Lene-styrene) copolymer, poly(styrene-methylmethacrylate) copolymer, poly(styrene-acrylonitrile) copolymer, poly(styrene-vinylpyridine) copolymer, poly(acrylonitrile-butadiene-styrene) copolymer, poly(acrylonitrile-ethylene-propylene-styrene) copolymer, poly(methylmethacrylate-acrylonitrile-butadiene-styrene) copolymer, poly(methacrylate-butadiene-styrene) copolymer, poly At least one selected from the group consisting of (styrene-(C1-C9 alkyl) acrylate) copolymer and poly(acrylonitrile-styrene--(C1-C9 alkyl) acrylate) copolymer and at least one polymer A selected from cross-linked polymers can be one

상기 가교 고분자는 예를 들어 폴리(스티렌-디비닐벤젠) 공중합체, 폴리(메틸메타크릴레이트-디비닐벤젠) 또는 상술한 고분자 A의 가교체를 말한다. 여기에서 고분자 A는 가교 가능한 작용기를 갖고 있고 이들의 가교 결합을 통하여 고분자가교체가 제조된다. 말한다. The crosslinked polymer refers to, for example, a poly(styrene-divinylbenzene) copolymer, poly(methyl methacrylate-divinylbenzene), or a crosslinked product of the above-mentioned polymer A. Here, the polymer A has a crosslinkable functional group, and a crosslinked polymer is prepared through crosslinking thereof. say

상술한 공중합체가 스티렌계 반복단위를 함유하는 경우, 스티렌계 반복단위의 함량은 공중합체 중량 100 중량부를 기준으로 하여 65 내지 99 중량부, 80 내지 99 중량부, 90 내지 99 중량부, 예를 들어 96 내지 99 중량부이다.When the above-mentioned copolymer contains a styrenic repeating unit, the content of the styrenic repeating unit is 65 to 99 parts by weight, 80 to 99 parts by weight, 90 to 99 parts by weight, for example, based on 100 parts by weight of the copolymer. For 96 to 99 parts by weight.

공중합체에서 디비닐벤젠을 함유하는 경우, 디비닐벤젠의 함량은 공중합체 100 중량부를 기준으로 하여 1 내지 35 중량부, 1 내지 20 중량부, 1 내지 10 중량부, 1 내지 4 중량부, 예를 들어 3 내지 7 중량부, 구체적으로 5 중량부 범위로 사용된다.When the copolymer contains divinylbenzene, the content of divinylbenzene is 1 to 35 parts by weight, 1 to 20 parts by weight, 1 to 10 parts by weight, 1 to 4 parts by weight, for example, based on 100 parts by weight of the copolymer. For example, it is used in an amount of 3 to 7 parts by weight, specifically 5 parts by weight.

상술한 폴리(메틸메타크릴레이트-디비닐벤젠) 공중합체, 폴리(에틸메타크릴레이트-디비닐벤젠) 공중합체, 폴리(펜틸메타크릴레이트-디비닐벤젠) 공중합체, 폴리(부틸메타크릴레이트-디비닐벤젠) 공중합체, 폴리(프로필메타크릴레이트-디비닐벤젠) 공중합체에서 메틸메타크릴레이트, 에틸메타크릴레이트, 펜틸메타크릴레이트, 부틸메타크릴레이트, 또는 프로필메타크릴레이트 반복단위의 함량은 공중합체 100 중량부를 기준으로 하여 65 내지 99 중량부, 80 내지 99 중량부, 90 내지 99 중량부, 예를 들어 96 내지 99 중량부이다. The aforementioned poly(methyl methacrylate-divinylbenzene) copolymer, poly(ethyl methacrylate-divinylbenzene) copolymer, poly(pentyl methacrylate-divinylbenzene) copolymer, poly(butyl methacrylate) -Divinylbenzene) copolymer, poly(propyl methacrylate-divinylbenzene) copolymer of methyl methacrylate, ethyl methacrylate, pentyl methacrylate, butyl methacrylate, or propyl methacrylate repeating unit The content is 65 to 99 parts by weight, 80 to 99 parts by weight, 90 to 99 parts by weight, for example 96 to 99 parts by weight, based on 100 parts by weight of the copolymer.

상술한 폴리(스티렌-에틸렌-부틸렌-스티렌) 공중합체, 폴리(스티렌-메틸메타크릴레이트) 공중합체, 폴리(스티렌-아크릴로니트릴) 공중합체, 폴리(스티렌-비닐피리딘) 공중합체, 폴리(아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌) 공중합체, 폴리(아크릴로니트릴-에틸렌-프로필렌-스티렌) 공중합체, 폴리(메틸메타크릴레이트-아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌) 공중합체, 폴리(메타크릴레이트-부타디엔-스티렌) 공중합체, 폴리(스티렌-(C1-C9 알킬) 아크릴레이트) 공중합체 및 폴리(아크릴로니트릴-스티렌-(C1-C9 알킬) 아크릴레이트) 공중합체에서 스티렌계 반복단위의 함량은 공중합체 총중량 100 중량부를 기준으로 하여 65 내지 99 중량부, 80 내지 99 중량부, 90 내지 99 중량부, 예를 들어 96 내지 99 중량부이다. 그리고 상술한 공중합체에서 삼원 또는 사원 공중합체인 경우 스티렌계 반복단위를 제외한 나머지 반복단위의 함량은 공중합체에서 스티렌계 반복단위의 함량을 뺀 나머지에서 다양한 비율로 혼합가능하다. 상술한 공중합체는 블록 공중합체, 랜덤 공중합체, 교호 공중합체, 그래프트 공중합체 등을 모두 포함한다. 이러한 공중합체의 중량평균분자량은 1만 내지 20만 달톤이다.Poly(styrene-ethylene-butylene-styrene) copolymer, poly(styrene-methylmethacrylate) copolymer, poly(styrene-acrylonitrile) copolymer, poly(styrene-vinylpyridine) copolymer, poly(styrene-vinylpyridine) copolymer as described above (acrylonitrile-butadiene-styrene) copolymer, poly(acrylonitrile-ethylene-propylene-styrene) copolymer, poly(methylmethacrylate-acrylonitrile-butadiene-styrene) copolymer, poly(methacrylate) -Butadiene-styrene) copolymer, poly(styrene-(C1-C9 alkyl) acrylate) copolymer and poly(acrylonitrile-styrene-(C1-C9 alkyl) acrylate) copolymer content of styrenic repeating units The amount of silver is 65 to 99 parts by weight, 80 to 99 parts by weight, 90 to 99 parts by weight, for example 96 to 99 parts by weight, based on 100 parts by weight of the total weight of the copolymer. And in the case of a ternary or quaternary copolymer in the above-described copolymer, the content of the remaining repeating units excluding the styrenic repeating unit may be mixed in various ratios from the remainder after subtracting the content of the styrenic repeating unit from the copolymer. The above-mentioned copolymer includes all of a block copolymer, a random copolymer, an alternating copolymer, a graft copolymer, and the like. These copolymers have a weight average molecular weight of 10,000 to 200,000 Daltons.

제1반복단위를 함유하는 블록의 중량평균분자량은 10,000 Daltons 이상이고, 예를 들어 10,000 내지 500,000 Daltons, 구체적으로 15,000 내지 400,000 Daltons이다. 다른 일구현예에 의하면, 제1반복단위를 함유하는 블록의 중량평균분자량은 20,000 내지 200,000 Daltons이다. 제1반복단위를 함유하는 블록의 함량은 블록 공중합체의 총 중량 100 중량부를 기준으로 하여 20 내지 50 중량부, 예를 들어 20 내지 40 중량부, 예를 들어 22 내지 30 중량부이다. 이러한 고분자 블록을 이용하면 강도와 같은 기계적 물성이 우수한 보호막을 얻을 수 있다. The weight average molecular weight of the block containing the first repeating unit is 10,000 Daltons or more, for example, 10,000 to 500,000 Daltons, specifically 15,000 to 400,000 Daltons. According to another embodiment, the weight average molecular weight of the block containing the first repeating unit is 20,000 to 200,000 Daltons. The content of the block containing the first repeating unit is 20 to 50 parts by weight, for example, 20 to 40 parts by weight, for example, 22 to 30 parts by weight, based on 100 parts by weight of the total weight of the block copolymer. By using such a polymer block, a protective film having excellent mechanical properties such as strength can be obtained.

제2반복단위를 함유하는 블록의 중량평균분자량은 10,000 Daltons 이상이고, 예를 들어 10,000 내지 510,000 Daltons, 구체적으로 15,000 내지 400,000 Daltons이다. 다른 일구현예에 의하면, 제2반복단위를 함유하는 블록의 중량평균분자량은 20,000 내지 200,000 Daltons이다. 이러한 중량 평균분자량을 갖는 하드 블록을 이용하면 연성, 탄성 및 강도가 우수한 보호막을 얻을 수 있다.The weight average molecular weight of the block containing the second repeating unit is 10,000 Daltons or more, for example, 10,000 to 510,000 Daltons, specifically 15,000 to 400,000 Daltons. According to another embodiment, the weight average molecular weight of the block containing the second repeating unit is 20,000 to 200,000 Daltons. When a hard block having such a weight average molecular weight is used, a protective film excellent in ductility, elasticity and strength can be obtained.

상기 블록 공중합체는 이중블록 공중합체(A-B) 및 트리블록 공중합체(A-B-A' 또는 B-A-B’) 중에서 선택된 하나 이상이다.The block copolymer is at least one selected from a diblock copolymer (A-B) and a triblock copolymer (A-B-A' or B-A-B').

보호막의 입자는 폴리비닐피리딘, 폴리비닐사이클로헥산, 폴리글리시딜아크릴레이트, 폴리(2,6-디메틸-1,4-페닐렌 옥사이드), 폴리올레핀, 폴리(터트부틸 비닐에테르), 폴리사이클로헥실비닐에테르, 폴리비닐플루오라이드, 폴리(스티렌-말레산 무수물) 공중합체, 폴리글리시딜메타크릴레이트, 폴리아크릴로니트릴 및 고분자 이온성 액체(polymeric ionic liquids(PIL)로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다. The particles of the protective film are polyvinylpyridine, polyvinylcyclohexane, polyglycidylacrylate, poly(2,6-dimethyl-1,4-phenylene oxide), polyolefin, poly(tertbutyl vinyl ether), polycyclohexyl. At least one selected from the group consisting of vinyl ether, polyvinyl fluoride, poly(styrene-maleic anhydride) copolymer, polyglycidyl methacrylate, polyacrylonitrile and polymeric ionic liquids (PIL) may include

보호막의 입자는 폴리(스티렌-디비닐벤젠) 공중합체, 폴리(메틸메타크릴레이트-디비닐벤젠) 공중합체, 폴리(에틸메타크릴레이트-디비닐벤젠) 공중합체, 폴리(펜틸메타크릴레이트-디비닐벤젠) 공중합체, 폴리(부틸메타크릴레이트-디비닐벤젠) 공중합체, 폴리(프로필메타크릴레이트-디비닐벤젠) 공중합체, 폴리(메틸아크릴레이트-디비닐벤젠) 공중합체, 폴리(에틸아크릴레이트-디비닐벤젠) 공중합체, 폴리(펜틸아크릴레이트-디비닐벤젠) 공중합체, 폴리(부틸아크릴레이트-디비닐벤젠) 공중합체, 폴리(프로필아크릴레이트-디비닐벤젠) 공중합체, 및 폴리(아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌) 공중합체 중에서 선택된 하나 이상일 수 있다. Particles of the protective film are poly(styrene-divinylbenzene) copolymer, poly(methyl methacrylate-divinylbenzene) copolymer, poly(ethyl methacrylate-divinylbenzene) copolymer, poly(pentyl methacrylate- divinylbenzene) copolymer, poly(butyl methacrylate-divinylbenzene) copolymer, poly(propyl methacrylate-divinylbenzene) copolymer, poly(methylacrylate-divinylbenzene) copolymer, poly( Ethylacrylate-divinylbenzene) copolymer, poly(pentylacrylate-divinylbenzene) copolymer, poly(butylacrylate-divinylbenzene) copolymer, poly(propylacrylate-divinylbenzene) copolymer, and poly(acrylonitrile-butadiene-styrene) copolymer.

보호막의 입자가 상술한 가교 고분자를 포함하는 경우 입자들이 서로 가교결합을 통하여 연결되어 보호막의 기계적 강도가 매우 우수하다. 보호막의 가교 고분자는 가교 고분자의 총부피를 기준으로 하여 10 내지 30%, 예를 들어 12 내지 28%, 예를 들어 15 내지 25%의 가교도를 갖는다.When the particles of the protective film include the above-described cross-linked polymer, the particles are connected to each other through cross-linking, so that the protective film has very good mechanical strength. The crosslinked polymer of the protective film has a degree of crosslinking of 10 to 30%, for example, 12 to 28%, for example, 15 to 25%, based on the total volume of the crosslinked polymer.

도 1a 내지 도 1d를 참조하여, 일구현예에 따른 리튬금속전지용 음극의 구조를 살펴보기로 한다. 도 1a 내지 도 1d에서 보호막의 입자는 비제한적인 예로서 마이크로스피어 형태를 갖는다.1A to 1D, the structure of the negative electrode for a lithium metal battery according to an embodiment will be described. 1A to 1D , the particles of the protective film have a microsphere shape as a non-limiting example.

도 1a에 나타난 바와 같이, 음극은 집전체 (10) 상부에 리튬 금속 또는 리튬 금속 합금으로 된 리튬 금속 전극 (11)이 적층되어 있고, 상기 리튬 전극 (11) 상부에는 보호막 (12)이 배치되어 있다. 상기 보호막 (12)은 입자 (13)를 포함하고 있다. 보호막에 함유된 입자 (13) 사이에는 빈 공간이 존재하며 이 공간을 통하여 이온이 전달될 수 있다. 따라서 이러한 보호막을 채용하면 음극의 이온 전도도가 향상될 수 있다. 그리고 빈 공간, 예를 들어 기공 구조를 통하여 리튬 덴드라이트 성장 공간이 제공되어 리튬 덴드라이트 성장을 가이드할 수 있다.As shown in Figure 1a, the negative electrode has a lithium metal electrode 11 made of lithium metal or a lithium metal alloy is stacked on the current collector 10, and a protective film 12 is disposed on the lithium electrode 11, have. The protective film 12 contains particles 13 . An empty space exists between the particles 13 contained in the protective film, and ions can be transferred through this space. Therefore, by employing such a protective film, the ionic conductivity of the negative electrode can be improved. In addition, a lithium dendrite growth space may be provided through an empty space, for example, a pore structure to guide lithium dendrite growth.

상기 리튬 금속 합금은 리튬 금속과 리튬 금속과 합금 가능한 금속/준금속 또는 그 산화물을 포함한다. 리튬 금속과 합금 가능한 금속/준금속 또는 그 산화물로는 Si, Sn, Al, Ge, Pb, Bi, Sb, Si-Y 합금(상기 Y는 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 13족 내지 16족 원소, 전이금속, 희토류 원소 또는 이들의 조합 원소이며, Si는 아님), Sn-Y 합금(상기 Y는 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 13족 원소, 14족 원소, 전이금속, 희토류 원소 또는 이들의 조합 원소이며, Sn은 아님), MnOx (0 < x ≤ 2) 등일 수 있다. The lithium metal alloy includes lithium metal and a metal/metalloid or an oxide thereof capable of alloying with lithium metal. Metals/metalloids capable of alloying with lithium metal or oxides thereof include Si, Sn, Al, Ge, Pb, Bi, Sb, and Si-Y alloys (where Y is an alkali metal, alkaline earth metal, group 13 to 16 element, transition a metal, a rare earth element or a combination element thereof, but not Si), a Sn-Y alloy (wherein Y is an alkali metal, an alkaline earth metal, a group 13 element, a group 14 element, a transition metal, a rare earth element, or a combination element thereof, not Sn), MnOx (0 < x ≤ 2), and the like.

상기 원소 Y로는 Mg, Ca, Sr, Ba, Ra, Sc, Y, Ti, Zr, Hf, Rf, V, Nb, Ta, Db, Cr, Mo, W, Sg, Tc, Re, Bh, Fe, Pb, Ru, Os, Hs, Rh, Ir, Pd, Pt, Cu, Ag, Au, Zn, Cd, B, Al, Ga, Sn, In, Tl, Ge, P, As, Sb, Bi, S, Se, Te, Po, 또는 이들의 조합일 수 있다. 예를 들어, 상기 리튬 금속과 합금가능한 금속/준금속의 산화물은 리튬 티탄 산화물, 바나듐 산화물, 리튬 바나듐 산화물, SnO2, SiOx(0<x<2) 등일 수 있다.The element Y includes Mg, Ca, Sr, Ba, Ra, Sc, Y, Ti, Zr, Hf, Rf, V, Nb, Ta, Db, Cr, Mo, W, Sg, Tc, Re, Bh, Fe, Pb, Ru, Os, Hs, Rh, Ir, Pd, Pt, Cu, Ag, Au, Zn, Cd, B, Al, Ga, Sn, In, Tl, Ge, P, As, Sb, Bi, S, Se, Te, Po, or a combination thereof. For example, the oxide of the metal/metalloid alloyable with the lithium metal may be lithium titanium oxide, vanadium oxide, lithium vanadium oxide, SnO 2 , SiO x (0<x<2), or the like.

도 1b에 나타난 바와 같이, 입자 (13) 주위에는 이온 전도성 고분자(14)가 존재한다그리고 도면에는 나타나 있지 않으나 입자사이의 공간에는 액체 전해질이 존재한다.As shown in FIG. 1B, the ion conductive polymer 14 is present around the particles 13. Although not shown in the figure, a liquid electrolyte exists in the space between the particles.

이온 전도성 고분자 (14)는 보호막 (12)에 함유되어 보호막 (12)의 강도를 개선하고 바인더 역할을 수행한다. 이온 전도성 고분자의 함량은 입자 100 중량부를 기준으로 하여 10 중량부 이하, 예를 들어 5 중량부 이하, 예를 들어 2 중량부 이하이다. 다른 일구현예에 의하면, 이온 전도성 고분자의 함량은 입자 100 중량부를 기준으로 하여 1 내지 10 중량부, 예를 들어 1 내지 5 중량부, 구체적으로 1 내지 2 중량부이다. 이온 전도성 고분자의 함량이 상기 범위일 때 보호막의 기계적 강도가 우수하여 리튬 덴드라이트 성장을 효과적으로 억제할 수 있다.The ion conductive polymer 14 is contained in the protective film 12 to improve the strength of the protective film 12 and to serve as a binder. The content of the ion conductive polymer is 10 parts by weight or less, for example, 5 parts by weight or less, for example, 2 parts by weight or less based on 100 parts by weight of the particles. According to another embodiment, the content of the ion conductive polymer is 1 to 10 parts by weight, for example, 1 to 5 parts by weight, specifically 1 to 2 parts by weight based on 100 parts by weight of the particles. When the content of the ion conductive polymer is within the above range, the mechanical strength of the protective film is excellent, and thus lithium dendrite growth can be effectively suppressed.

상기 이온 전도성 고분자는 보호막에서 입자를 리튬 금속 전극 상부에 고정화하는 데 도움을 주는 바인더 역할을 수행할 수 있고 보호막의 기계적 강도를 향상시킬 수 있는 물질이라면 모두 다 사용가능하다. 이온 전도성 고분자는 예를 들어 리튬금속전지에서 통상적으로 사용되는 호모폴리머, 공중합체 및 가교 고분자(crosslinkedpolymer) 중에서 선택된 이온 전도성 특성을 갖는 고분자라면 모두 다 적용될 수 있다.The ion conductive polymer may serve as a binder to help fix the particles on the lithium metal electrode in the protective film, and any material capable of improving the mechanical strength of the protective film may be used. As the ion conductive polymer, any polymer having ion conductive properties selected from among homopolymers, copolymers and crosslinked polymers commonly used in lithium metal batteries may be applied.

상기 공중합체는 블록 공중합체(block copolymer), 랜덤 공중합체(random copolymer), 그래프트 공중합체(graft copolymer), 교호 공중합체(alternating copolymer) 또는 이들의 조합물일 수 있다.The copolymer may be a block copolymer, a random copolymer, a graft copolymer, an alternating copolymer, or a combination thereof.

상기 가교 고분자는 하나의 고분자 사슬이 다른 고분자 사슬과 연결되는 결합을 갖는 고분자를 모두 지칭하며, 예를 들어 가교 가능한 작용기를 갖고 있는 고분자의 가교결합이 형성된 고분자를 말한다. 가교 고분자는 가교성 작용기를 갖는 반복단위를 함유하는 공중합체로부터 얻어진 가교체일 수 있다.The cross-linked polymer refers to any polymer having a bond in which one polymer chain is connected to another polymer chain, for example, a polymer in which a cross-linked polymer having a cross-linkable functional group is formed. The crosslinked polymer may be a crosslinked product obtained from a copolymer containing a repeating unit having a crosslinkable functional group.

가교 고분자는 아크릴레이트 작용기를 갖는 폴리에틸렌옥사이드 블록과 폴리스티렌 블록을 갖는 블록 공중합체의 가교체; 또는 C1-C9 알킬 (메타)아크릴레이트((C1-C9 alkyl) (meth)acrylate), C2-C9 알케닐 (메타)아크릴레이트((C2-C9 alkenyl) (meth)acrylate), C1-C12 글리콜 디아크릴레이트(C1-C12 glycol) diacrylate), 폴리(C2-C6 알킬렌 글리콜) 디아크릴레이트(poly(C2-C6 alkylene glycol) diacrylate) 및 폴리올 폴리아크릴레이트 중에서 선택된 하나의 화합물의 가교체 등을 들 수 있다. 상기 C1-C9 알킬 (메타)아크릴레이트는 예를 들어 헥실 아크릴레이트, 2-에틸헥실 아크릴레이트 또는 알릴 메타크릴레이트(allyl methacrylate)가 있다.The crosslinked polymer is a crosslinked product of a block copolymer having a polyethylene oxide block having an acrylate functional group and a polystyrene block; or C1-C9 alkyl (meth)acrylate ((C1-C9 alkyl) (meth)acrylate), C2-C9 alkenyl (meth)acrylate ((C2-C9 alkenyl) (meth)acrylate), C1-C12 glycol A cross-linked product of one compound selected from diacrylate (C1-C12 glycol) diacrylate), poly(C2-C6 alkylene glycol) diacrylate (poly(C2-C6 alkylene glycol) diacrylate), and polyol polyacrylate, etc. can be heard The C1-C9 alkyl (meth)acrylate is, for example, hexyl acrylate, 2-ethylhexyl acrylate or allyl methacrylate.

글리콜 디아크릴레이트의 예로는 1,4-부탄디올 디아크릴레이트(1,4-butanediol diacrylate), 1,3-부틸렌 글리콜 디아크릴레이트(1,3-butylene glycol diacrylate), 1,6-헥산디올 디아크릴레이트(1,6-hexanediol diacrylate), 에틸렌 글리콜 디아크릴레이트(ethylene glycol diacrylate), 및 네오펜틸 글리콜 디아크릴레이트(neopentyl glycol diacrylate)가 있다. 그리고 폴리알킬렌글리콜 디아크릴레이트는 예를 들어 디에틸렌글리콜 디아크릴레이트, 트리에틸렌 글리콜 디아크릴레이트, 테트라에틸렌 글리콜 디아크릴레이트, 트리프로필렌 글리콜 디아크릴레이트, 폴리에틸렌글리콜 디아크릴레이트 및 폴리프로필렌글리콜 디아크릴레이트가 있다. Examples of glycol diacrylate include 1,4-butanediol diacrylate, 1,3-butylene glycol diacrylate, 1,6-hexanediol diacrylate (1,6-hexanediol diacrylate), ethylene glycol diacrylate, and neopentyl glycol diacrylate. And polyalkylene glycol diacrylate is, for example, diethylene glycol diacrylate, triethylene glycol diacrylate, tetraethylene glycol diacrylate, tripropylene glycol diacrylate, polyethylene glycol diacrylate and polypropylene glycol diacrylate. There are acrylates.

폴리올 폴리아크릴레이트는 예를 들어 트리메틸올 프로판 트리아크릴레이트(trimethylol propane triacrylate), 펜타에리트리톨 테트라아크릴레이트(pentaerythritol tetraacrylate), 또는 펜타에리트리톨 트리아크릴레이트(pentaerythritol triacrylate)가 있다.The polyol polyacrylate is, for example, trimethylol propane triacrylate, pentaerythritol tetraacrylate, or pentaerythritol triacrylate.

이온 전도성 고분자는 예를 들어, 폴리스티렌 및스티렌계 반복단위를 포함하는 블록 공중합체 중에서 선택된 하나 이상일 수 있다. 이온 전도성 고분자는 예를 들어 폴리스티렌, 폴리(스티렌-디비닐벤젠) 블록 공중합체, 폴리(스티렌-이소프렌) 블록 공중합체, 폴리(스티렌-이소프렌-스티렌) 블록 공중합체, 폴리(스티렌-부타디엔) 블록 공중합체, 폴리(스티렌-부타디엔-스티렌) 블록 공중합체, 폴리(스티렌-에틸렌-부틸렌-스티렌) 블록 공중합체, 폴리(스티렌-메틸메타크릴레이트) 블록 공중합체, 폴리(스티렌-아크릴로니트릴) 블록 공중합체, 폴리(스티렌-비닐피리딘) 블록 공중합체, 폴리(아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌) 공중합체, 폴리(아크릴로니트릴-에틸렌-프로필렌-스티렌) 공중합체, 폴리(메틸메타크릴레이트-아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌) 공중합체, 폴리(C1-C9 알킬) 메타크릴레이트-부타디엔-스티렌) 공중합체, 폴리(스티렌-(C1-C9 알킬) 아크릴레이트) 공중합체 및 폴리(아크릴로니트릴-스티렌-아크릴레이트) 공중합체로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상일 수 있다.The ion conductive polymer may be, for example, at least one selected from polystyrene and block copolymers including styrene-based repeating units. Ion conductive polymers are, for example, polystyrene, poly(styrene-divinylbenzene) block copolymers, poly(styrene-isoprene) block copolymers, poly(styrene-isoprene-styrene) block copolymers, poly(styrene-butadiene) blocks copolymer, poly(styrene-butadiene-styrene) block copolymer, poly(styrene-ethylene-butylene-styrene) block copolymer, poly(styrene-methylmethacrylate) block copolymer, poly(styrene-acrylonitrile) ) block copolymer, poly(styrene-vinylpyridine) block copolymer, poly(acrylonitrile-butadiene-styrene) copolymer, poly(acrylonitrile-ethylene-propylene-styrene) copolymer, poly(methyl methacrylate) -Acrylonitrile-butadiene-styrene) copolymer, poly(C1-C9 alkyl) methacrylate-butadiene-styrene) copolymer, poly(styrene-(C1-C9 alkyl) acrylate) copolymer and poly(acrylo) It may be at least one selected from the group consisting of nitrile-styrene-acrylate) copolymers.

폴리(C1-C9 알킬) 메타크릴레이트-부타디엔-스티렌) 공중합체의 예로는 폴리메타크릴레이트-부타디엔-스티렌) 공중합체를 들 수 있고, 폴리(스티렌--(C1-C9 알킬) 아크릴레이트) 공중합체의 예로는 폴리(스티렌-아크릴레이트) 공중합체를 들 수 있다.Examples of the poly(C1-C9 alkyl) methacrylate-butadiene-styrene) copolymer include polymethacrylate-butadiene-styrene) copolymer, and poly(styrene--(C1-C9 alkyl) acrylate) Examples of the copolymer include poly(styrene-acrylate) copolymers.

상기 폴리(스티렌-디비닐벤젠) 공중합체는 하기 화학식 1로 표시된다. The poly(styrene-divinylbenzene) copolymer is represented by the following formula (1).

[화학식 1][Formula 1]

Figure 112017037945145-pat00001
Figure 112017037945145-pat00001

화학식 1 중, a 및 b는 몰분율이며, 각각 0.01 내지 0.99이며 a 및 b의 합은 1이다. 화학식 1에서 a는 예를 들어 0.95 내지 0.99, 예를 들어 0.96 내지 0.99이며, 구체적으로 0.98 내지 0.99 이고, b는 예를 들어 0.01 내지 0.05, 예를 들어 0.01 내지 0.04이고, 구체적으로 0.01 내지 0.02이다.In Formula 1, a and b are mole fractions, respectively, 0.01 to 0.99, and the sum of a and b is 1. In Formula 1, a is, for example, 0.95 to 0.99, for example, 0.96 to 0.99, specifically 0.98 to 0.99, and b is, for example, 0.01 to 0.05, for example, 0.01 to 0.04, and specifically 0.01 to 0.02. .

상기 폴리(스티렌-디비닐벤젠) 공중합체는 하기 화학식 1a로 표시된다. The poly(styrene-divinylbenzene) copolymer is represented by the following Chemical Formula 1a.

[화학식 1a][Formula 1a]

Figure 112017037945145-pat00002
Figure 112017037945145-pat00002

상기 폴리(스티렌-디비닐벤젠) 공중합체는 하기 화학식 1b로 표시된다. The poly(styrene-divinylbenzene) copolymer is represented by the following Chemical Formula 1b.

[화학식 1b][Formula 1b]

Figure 112017037945145-pat00003
Figure 112017037945145-pat00003

폴리(아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌) 공중합체는 하기 화학식 2로 표시될 수 있다.The poly(acrylonitrile-butadiene-styrene) copolymer may be represented by Formula 2 below.

[화학식 2][Formula 2]

Figure 112017037945145-pat00004
Figure 112017037945145-pat00004

상기 화학식 2 중, x, y 및 z은 몰분율이며, 서로에 관계없이 0.01 내지 0.99이며, x, y 및 z의 합은 1이다.In Formula 2, x, y, and z are mole fractions, and are 0.01 to 0.99 regardless of each other, and the sum of x, y, and z is 1.

상기 화학식 2에서 x는 0.1 내지 0.35, y는 0.05-0.55, z은 0.2-0.7이다. 예를 들어 x는 0.15-0.35, y는 0.05-0.3, z은 0.4-0.6이다. In Formula 2, x is 0.1 to 0.35, y is 0.05 to 0.55, and z is 0.2 to 0.7. For example, x is 0.15-0.35, y is 0.05-0.3, and z is 0.4-0.6.

화학식 1로 표시되는 폴리(스티렌-디비닐벤젠) 공중합체 및 화학식 2로 표시되는 폴리(아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌) 공중합체의 중합도는 2 내지 5,000이고, 예를 들어 5 내지 1,000의 수이다.The degree of polymerization of the poly(styrene-divinylbenzene) copolymer represented by the formula (1) and the poly(acrylonitrile-butadiene-styrene) copolymer represented by the formula (2) is 2 to 5,000, for example, a number of 5 to 1,000 .

상술한 화학식 1로 표시되는 폴리(스티렌-디비닐벤젠) 공중합체 및 화학식 2로 표시되는 폴리(아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌) 공중합체는 예를 들어 블록 공중합체일 수 있다.The poly(styrene-divinylbenzene) copolymer represented by Formula 1 and the poly(acrylonitrile-butadiene-styrene) copolymer represented by Formula 2 may be, for example, block copolymers.

일구현예에 따른 보호막은 도 1a 및 도 1b에 나타난 바와 같이 입자 (13)들이 단일막 구조를 형성할 수 있다. In the protective film according to an embodiment, the particles 13 may form a single film structure as shown in FIGS. 1A and 1B .

다른 일구현예에 따른 보호막은 도 1c에 나타난 바와 같이 리튬 전극 (11) 상부에 입자 (13)가 2층으로 적층된 2층막 구조를 갖고 있다. 입자 (13) 주위에는 도 1b와 마찬가지로 이온 전도성 고분자 (14)가 존재한다.The protective film according to another embodiment has a two-layer film structure in which particles 13 are stacked in two layers on the lithium electrode 11 as shown in FIG. 1C . The ion conductive polymer 14 is present around the particles 13 as in FIG. 1B .

또 다른 일구현예에 따른 보호막은 도 1d에 나타난 바와 같이 보호막 (12)이 사이즈가 서로 다른 입자 (13a), (13b) 및 (13c)가 혼합하여 다층막 구조를 가질 수 있다. 이와 같이 보호막 (12)이 사이즈가 서로 다른 입자 (13a), (13b) 및 (13c)가 혼합한 다층막 구조를 갖는 경우, 기공률을 낮추거나, 팩킹밀도(packing density)를 향상시켜 덴드라이트 성장공간을 억제하거나, 이를 통해 전해질의 리튬메탈 접촉을 최소화 할 수 있다. 그리고 보호막의 두께 향상을 통해 덴드라이트 성장을 억제하는 것이 가능해진다. As shown in FIG. 1D , the protective film according to another exemplary embodiment may have a multilayer structure in which particles 13a, 13b, and 13c having different sizes are mixed in the protective film 12 . As such, when the protective film 12 has a multilayer structure in which particles of different sizes (13a), (13b) and (13c) are mixed, the porosity is lowered or the packing density is improved to increase the dendrite growth space. or, through this, it is possible to minimize the lithium metal contact of the electrolyte. And it becomes possible to suppress dendrite growth by improving the thickness of a protective film.

보호막의 입자는 예를 들어 폴리(스티렌-디비닐벤젠) 공중합체를 함유할 수 있다. The particles of the protective film may contain, for example, a poly(styrene-divinylbenzene) copolymer.

입자가 가교 고분자로 이루어진 경우 입자간이 서로 화학적으로 연결된 구조를 가질 수 있다. 이와 같이 화학적으로 연결된 구조를 가지면 고강도 마이크로스피어 망상 구조(network structure)를 형성할 수 있다. When the particles are made of a cross-linked polymer, the particles may have a structure in which they are chemically connected to each other. Having such a chemically connected structure can form a high-strength microsphere network structure.

상기 보호막의 기공도는 25 내지 50%, 예를 들어 28 내지 48%, 예를 들어 30 내지 45%이다. 그리고 보호막의 기공 사이즈 및 기공도는 입자의 사이즈에 따라 정해진다. The porosity of the protective layer is 25 to 50%, for example, 28 to 48%, for example, 30 to 45%. And the pore size and porosity of the protective film are determined according to the size of the particles.

일구현예에 따른 보호막내에서 입자의 응집이 실질적으로 거의 없어 일정한 두께로 형성 가능하다. 상기 보호막의 두께는 1 내지 10㎛, 예를 들어 2 내지 9㎛, 예를 들어 3 내지 8 ㎛이다. 보호막의 두께 편차는 0.1 내지 4㎛, 예를 들어 0.1 내지 3㎛, 예를 들어 0.1 내지 2㎛이다.There is substantially no aggregation of particles in the protective film according to an embodiment, so that it can be formed to a constant thickness. The thickness of the protective film is 1 to 10 μm, for example 2 to 9 μm, for example 3 to 8 μm. The thickness deviation of the protective film is 0.1 to 4 µm, for example, 0.1 to 3 µm, for example, 0.1 to 2 µm.

보호막은 리튬염 또는 액체 전해질을 포함한다. 액체 전해질은 리튬염과 유기용매를 포함한다. 보호막안에 함유된 리튬염은 예를 들어 LiSCN, LiN(CN)2, LiClO4, LiBF4, LiAsF6, LiPF6, LiCF3SO3, LiC(CF3SO2)3, LiN(SO2C2F5)2, LiN(SO2CF3)2, LiN(SO2F)2, LiSbF6, LiPF3(CF2CF3)3, LiPF3(CF3)3, 및 LiB(C2O4)2 중에서 선택된 하나 이상을 들 수 있다.The protective film contains a lithium salt or a liquid electrolyte. The liquid electrolyte contains a lithium salt and an organic solvent. The lithium salt contained in the protective film is, for example, LiSCN, LiN(CN) 2 , LiClO 4 , LiBF 4 , LiAsF 6 , LiPF 6 , LiCF 3 SO 3 , LiC(CF 3 SO 2 ) 3 , LiN(SO 2 C 2 ) F 5 ) 2 , LiN(SO 2 CF 3 ) 2 , LiN(SO 2 F) 2 , LiSbF 6 , LiPF 3 (CF 2 CF 3 ) 3 , LiPF 3 (CF 3 ) 3 , and LiB(C 2 O 4 ) ) may be at least one selected from 2 .

보호막에서 리튬염의 함량은 입자 100 중량부를 기준으로 하여 10 내지 70 중량부, 예를 들어 15 내지 60 중량부, 예를 들어 20 내지 50 중량부이다. 리튬염의 함량이 상기 범위일 때 보호막의 이온전도도가 매우 우수하다.The content of the lithium salt in the protective film is 10 to 70 parts by weight, for example, 15 to 60 parts by weight, for example, 20 to 50 parts by weight, based on 100 parts by weight of the particles. When the content of the lithium salt is within the above range, the ionic conductivity of the protective film is very good.

상기 유기용매는 카보네이트계 화합물, 글라임계 화합물, 디옥소란계 화합물 등이 있다. 카보네이트계 화합물은 에틸렌 카보네이트, 프로필렌 카보네이트, 디메틸 카보네이트, 플루오로에틸렌 카보네이트, 디에틸 카보네이트, 또는 에틸메틸 카보네이트가 있다.The organic solvent includes a carbonate-based compound, a glyme-based compound, and a dioxolane-based compound. The carbonate-based compound includes ethylene carbonate, propylene carbonate, dimethyl carbonate, fluoroethylene carbonate, diethyl carbonate, or ethylmethyl carbonate.

상기 글라임계 화합물은 폴리(에틸렌 글리콜) 디메틸 에테르(poly(ethylene glycol) dimethyl ether; PEGDME, polyglyme), 테트라(에틸렌 글리콜) 디메틸 에테르(tetra(ethylene glycol) dimethyl ether; TEGDME, tetraglyme), 트리(에틸렌 글리콜) 디메틸 에테르(tri(ethylene glycol) dimethyl ether, triglyme), 폴리(에틸렌 글리콜) 디라우레이트(poly(ethylene glycol) dilaurate; PEGDL), 폴리(에틸렌 글리콜) 모노아크릴레이트(poly(ethylene glycol) monoacrylate; PEGMA) 및 폴리(에틸렌 글리콜) 디아크릴레이트(poly(ethylene glycol) diacrylate; PEGDA)로부터 선택된 1종 이상이 있다.The glyme-based compound is poly(ethylene glycol) dimethyl ether (PEGDME, polyglyme), tetra(ethylene glycol) dimethyl ether (TEGDME, tetraglyme), tri(ethylene glycol) dimethyl ether (tri(ethylene glycol) dimethyl ether, triglyme), poly(ethylene glycol) dilaurate (PEGDL), poly(ethylene glycol) monoacrylate ; PEGMA) and poly(ethylene glycol) diacrylate (poly(ethylene glycol) diacrylate; PEGDA).

디옥소란계 화합물의 예로는 1,3-디옥소란, 4,5-디에틸-1,3-디옥소란, 4,5-디메틸-1,3-디옥소란, 4-메틸-1,3-디옥소란 및 4-에틸-1,3-디옥소란으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상이 있다. 상기 유기용매는 2,2-디메톡시-2-페닐아세토페논, 디메틸에테르(DME), 1,2-디메톡시에탄, 1,2-디에톡시에탄, 테트라하이드로퓨란, 감마부티로락톤, 1,1,2,2-테트라플루오로에틸 2,2,3,3-테트라플루오로프로필 에테르(1,1,2,2-Tetrafluoroethyl 2,2,3,3-tetrafluoropropyl ether) 등이 있다.Examples of the dioxolane-based compound include 1,3-dioxolane, 4,5-diethyl-1,3-dioxolane, 4,5-dimethyl-1,3-dioxolane, 4-methyl-1 and at least one selected from the group consisting of ,3-dioxolane and 4-ethyl-1,3-dioxolane. The organic solvent is 2,2-dimethoxy-2-phenylacetophenone, dimethyl ether (DME), 1,2-dimethoxyethane, 1,2-diethoxyethane, tetrahydrofuran, gamma butyrolactone, 1, 1,2,2-Tetrafluoroethyl 2,2,3,3-tetrafluoropropyl ether (1,1,2,2-Tetrafluoroethyl 2,2,3,3-tetrafluoropropyl ether), etc.

유기용매로는 에틸렌카보네이트, 프로필렌카보네이트, 디메틸카보네이트, 디에틸카보네이트, 에틸메틸카보네이트, 플루오로에틸렌카보네이트, 감마부티로락톤, 1,2-디메톡시에탄, 1,2-디에톡시에탄, 디에틸렌글리콜디메틸에테르, 트리에틸렌글리콜디메틸에테르, 테트라에틸렌글리콜디메틸에테르, 폴리에틸렌글리콜디메틸에테르, 숙시노니트릴, 술포레인(sulfolane), 디메틸술폰, 에틸메틸술폰, 디에틸술폰, 아디포니트릴, 및 1,1,2,2-테트라플루오로에틸 2,2,3,3-테트라플루오로프로필 에테르 중에서 선택된 하나 이상을 들 수 있다.Examples of the organic solvent include ethylene carbonate, propylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, fluoroethylene carbonate, gamma-butyrolactone, 1,2-dimethoxyethane, 1,2-diethoxyethane, diethylene glycol Dimethyl ether, triethylene glycol dimethyl ether, tetraethylene glycol dimethyl ether, polyethylene glycol dimethyl ether, succinonitrile, sulfolane, dimethyl sulfone, ethyl methyl sulfone, diethyl sulfone, adiponitrile, and 1,1 ,2,2-tetrafluoroethyl at least one selected from 2,2,3,3-tetrafluoropropyl ether.

도 1e 및 도 1f는 일구현예에 따른 리튬 음극의 작용효과를 설명하기 위한 도면이다. 1e and 1f are diagrams for explaining the effect of the lithium negative electrode according to an embodiment.

도 1e에 나타난 바와 같이, 일구현예에 따른 리튬 음극은 리튬 금속 전극 (11) 상부에 SEI가 형성되고 그 상부에 입자 (13)을 함유한 보호막 (12)이 배치된 구조를 갖는다. 상기 리튬 금속 전극 (11) 및 SEI는 그 두께 등으로 인하여 소프트한 특성을 갖고 있어 입자 (13)로 인하여 눌러진다. 그 결과 리튬 전극 (11) 및 SEI(15) 상에는 그루브(groove)가 형성된다.As shown in FIG. 1E , the lithium negative electrode according to an embodiment has a structure in which SEI is formed on the lithium metal electrode 11 and a protective film 12 containing particles 13 is disposed thereon. The lithium metal electrode 11 and the SEI have soft properties due to their thickness and the like, and are pressed by the particles 13 . As a result, a groove is formed on the lithium electrode 11 and the SEI 15 .

도 1e에서 입자(13)는 예를 들어 가교된 폴리스티렌(PS) 마이크로스피어를 사용한다. 입자 (13)가 가해지는 힘에 의하여 리튬 덴드라이트 성장을 억제될 수 있고 입자 (13) 사이의 공간으로 리튬 덴드라이트가 형성되도록 가이드될 수 있다. 이러한 보호막을 이용한 음극을 충전시키면 리튬 전착이 진행되어 도 1f에 나타난 바와 같이 리튬 전극(11) 상부에 리튬 전착층 (16)이 형성되고 그 상부에 SEI(13) 및 입자(13)를 함유한 보호막(12)이 적층된 구조를 갖는다. Particles 13 in FIG. 1E use, for example, cross-linked polystyrene (PS) microspheres. Lithium dendrite growth can be suppressed by the force applied to the particles 13 , and lithium dendrites can be guided to form in the space between the particles 13 . When the negative electrode using such a protective film is charged, lithium electrodeposition proceeds, as shown in FIG. 1f , a lithium electrodeposition layer 16 is formed on the lithium electrode 11, and SEI 13 and particles 13 are formed thereon. The protective film 12 has a stacked structure.

상술한 보호막을 채용하면 리튬 전착 밀도가 매우 향상된다. 그리고 보호막은 망상 구조 및 기공 구조를 이용하여 덴드라이트 성장 공간이제공되면서 덴드라이트 성장이 제어됨으로써 양극으로부터 얻어진 부산물을 흡착하는 기능을 갖게 되어 이러한 리튬 음극을 채용한 리튬금속전지는 수명 및 고온 안정성이 향상된다. When the above-mentioned protective film is employed, the lithium electrodeposition density is greatly improved. In addition, the protective film has a function of adsorbing by-products obtained from the positive electrode by controlling the dendrite growth while providing a dendrite growth space using a network structure and a pore structure. is improved

일구현예에 따른 리튬금속전지용 음극을 채용한 리튬금속전지에서 충전을 실시한 리튬 전극 표면에 전착되는 리튬의 전착밀도는 0.2 내지 0.3g/cm3(g/cc), 0.209 내지 0.29g/cm3 , 예를 들어 0.201 내지 0.280g/cm3이다. In a lithium metal battery employing an anode for a lithium metal battery according to an embodiment, the electrodeposition density of lithium electrodeposited on the surface of a lithium electrode subjected to charging is 0.2 to 0.3 g/cm 3 (g/cc), 0.209 to 0.29 g/cm 3 , for example 0.201 to 0.280 g/cm 3 .

일구현예에 따른 리튬금속전지에서 일구현예에 따른 리튬 음극을 채용한 경우 리튬전착밀도는 보호막을 구비하지 않는 리튬금속전지(즉 음극으로서 리튬 금속(bare lithium metal)을 채용한 리튬금속전지)의 리튬 전착밀도에 비하여 크다. 보호막을 구비하지 않은 리튬 금속을 채용한 리튬금속전지 대비 일구현예에 따른 리튬 음극을 채용한 경우 리튬의 전착밀도 증가율이 50% 이상, 예를 들어 55% 이상, 예를 들어 58% 이상, 예를 들어 50 내지 75%, 예를 들어 50 내지 60%이다. 이와 같이 전착밀도가 크게 향상되는 것은 리튬 음극이 고강도의 보호막을 채용하기 때문이다. 여기에서 보호막의 영률(young's modulus)은 25℃에서 106 Pa 이상이며, 예를 들어 6 내지 8 GPa이다. When the lithium anode according to the embodiment is employed in the lithium metal battery according to the embodiment, the lithium electrodeposition density is a lithium metal battery without a protective film (ie, a lithium metal battery employing a bare lithium metal as an anode) is larger than the lithium deposition density of Compared to a lithium metal battery employing a lithium metal without a protective film, when a lithium negative electrode according to an embodiment is employed, the lithium electrodeposition density increase rate is 50% or more, for example 55% or more, for example 58% or more, for example 50 to 75%, for example 50 to 60%. The reason why the electrodeposition density is greatly improved in this way is because the lithium negative electrode employs a high-strength protective film. Here, the Young's modulus of the protective film is 10 6 Pa or more at 25° C., for example, 6 to 8 GPa.

보호막의 영률이 상기 범위일 때 음극의 부피 변화를 억제하는 기능이 우수하고 리튬 금속 전극 표면에 형성된 덴드라이트로 인해 공격을 받은 부분은 깨져서 쇼트(short)가 형성될 가능성이 낮다. When the Young's modulus of the protective film is within the above range, the function of suppressing the volume change of the negative electrode is excellent, and the portion that is attacked by the dendrite formed on the surface of the lithium metal electrode is cracked and a short is less likely to be formed.

일구현예에 따른 보호막은 25 ℃ 에서의 인장강도(tensile strength)가 2.0 The protective film according to an embodiment has a tensile strength at 25 °C of 2.0

MPa 이상, 예를 들어 5.0 MPa 이상, 예를 들어 10 MPa 이상이다. 그리고 임피던스 측정에서 얻어지는 나이퀴스트 플롯(Nyquist plot)에서 도출되는 리튬 금속 전극과 상기 보호막 사이의 계면저항이 리튬금속 단독(bare lithium metal)에 비하여 25 ℃ 에서 10% 이상 감소한다. 이와 같이 일구현예에 따른 보호막을 이용하는 경우, 리튬 금속 전극 단독인 경우에 비하여 계면저항이 감소되어 계면특성이 우수하다. 또한 음극은 리튬 금속 대비 0.0V 내지 6.0V 의 전압 범위에서 산화전류(oxidation current) 또는 환원전류(reduction current)가 0.05 mA/cm2 이하이다. MPa or more, such as 5.0 MPa or more, such as 10 MPa or more. In addition, the interfacial resistance between the lithium metal electrode and the protective layer derived from the Nyquist plot obtained from the impedance measurement is reduced by more than 10% at 25° C. compared to the bare lithium metal. As described above, when the protective film according to the embodiment is used, the interfacial resistance is reduced compared to the case of the lithium metal electrode alone, and thus the interfacial properties are excellent. In addition, the negative electrode has an oxidation current or a reduction current of 0.05 mA/cm 2 or less in a voltage range of 0.0V to 6.0V compared to lithium metal.

또한 일구현예에 따른 보호막을 이용하면 반복적인 충방전을 실시한 후, 전지의 스웰링 문제점이 실질적으로 거의 없다. In addition, when the protective film according to an embodiment is used, there is substantially no swelling problem of the battery after repeated charging and discharging.

일구현예에 따른 보호막에서 액체 전해질이 리튬 금속 전극과 직접적으로 접촉하는 영역은 보호막과 리튬 금속이 직접 접촉되는 영역을 기준으로 하여 30 내지 80%이다. In the protective film according to an exemplary embodiment, the region in which the liquid electrolyte directly contacts the lithium metal electrode is 30 to 80% based on the region in which the protective film and the lithium metal are in direct contact.

도 9a 내지 도 9c는 일구현예에 따른 리튬금속전지용 음극에서 마이크로스피어가 리튬 금속 표면에 배치된 것을 나타낸 것이다.9A to 9C show that microspheres are disposed on the surface of the lithium metal in the negative electrode for a lithium metal battery according to an embodiment.

이를 참조하여, 리튬 금속 전극 (11) 상부에 직경이 3㎛인 마이크로스피어 (13)가 배치된 구조를 나타낸다. 도 9a 내지 도 9c에 의하면 마이크로스피어 (13)가 리튬 금속 전극 (11) 상부에 배치되어 있다. With reference to this, a structure in which microspheres 13 having a diameter of 3 μm are disposed on the lithium metal electrode 11 is shown. According to FIGS. 9A to 9C , the microspheres 13 are disposed on the lithium metal electrode 11 .

도 9a 내지 도 9c에서 리튬 금속 전극 (11)의 길이는 약 5.4㎛이다. 그리고 The length of the lithium metal electrode 11 in FIGS. 9A to 9C is about 5.4 μm. and

도 9a, 9b 및 9c에서 a는 예를 들어 각각 약 1.2㎛, 0.9㎛ 및 0.5㎛이다. 이 때 보호막의 액체 전해질이 리튬 금속 전극과 직접 접촉(direct contact)된 영역은 도 9a, 9b 및 9c의 경우 각각 보호막과 리튬 금속이 직접 접촉되는 영역을 기준으로 하여 약 33.3%, 50% 및 72.2%이다. 9A, 9B and 9C, a is, for example, about 1.2 μm, 0.9 μm, and 0.5 μm, respectively. At this time, the region in which the liquid electrolyte of the protective film is in direct contact with the lithium metal electrode is about 33.3%, 50%, and 72.2 based on the region in which the protective film and the lithium metal are in direct contact, respectively, in the case of FIGS. 9A, 9B and 9C. %to be.

일구현예에 따른 리튬금속전지용 음극의 제조방법에 대하여 살펴보면 다음과 같다. A method of manufacturing a negative electrode for a lithium metal battery according to an embodiment will be described as follows.

먼저 1㎛를 초과하고 100㎛ 이하의 사이즈를 갖는 입자 및 용매를 혼합하여 보호막 형성용 조성물을 준비한다. First, a composition for forming a protective film is prepared by mixing particles having a size exceeding 1 μm and less than 100 μm and a solvent.

상기 보호막 형성용 조성물을 리튬 금속 전극 상부에 도포 및 건조하여 보호막을 형성하여 리튬금속전지용 음극을 제조할 수 있다. By coating and drying the composition for forming a protective film on the upper part of the lithium metal electrode to form a protective film, a negative electrode for a lithium metal battery can be manufactured.

상기 용매로는 테트라하이드로퓨란, N-메틸피롤리돈, 등을 사용할 수 있다. 용매의 함량은 입자 100 중량부를 기준으로 하여 100 내지 5000 중량부이다.As the solvent, tetrahydrofuran, N-methylpyrrolidone, or the like may be used. The content of the solvent is 100 to 5000 parts by weight based on 100 parts by weight of the particles.

상기 보호막 형성용 조성물에는 이온 전도성 고분자를 더 부가할 수 있다. An ion conductive polymer may be further added to the composition for forming a protective film.

상기 보호막 형성용 조성물에는 이온성 액체, 고분자 이온성 액체 및 리튬염 중에서 선택된 하나 이상을 더 부가할 수 있다.One or more selected from an ionic liquid, a polymer ionic liquid, and a lithium salt may be further added to the composition for forming a protective film.

상기 도포방법은 보호막 형성시 통상적으로 이용가능한 방법이라면 모두 다 사용가능하다. 예를 들어 스핀코팅, 롤 코팅, 커튼 코팅, 압출, 캐스팅, 스크린 인쇄, 잉크젯 인쇄, 닥터 블래이드 코팅 등의 방법이 이용될 수 있다. Any of the above coating methods may be used as long as they are commonly available methods when forming a protective film. For example, methods such as spin coating, roll coating, curtain coating, extrusion, casting, screen printing, inkjet printing, and doctor blade coating may be used.

건조는 20 내지 25℃에서 실시한다. 건조가 상술한 바와 같이 낮은 온도에서 진행하여 리튬 금속 전극의 변형이 일어나지 않는다. 그리고 보호막 형성용 조성물을 리튬 금속 전극에 직접 코팅하여 단분산 단층 구조를 갖는 보호막을 형성할 수 있어 막 공정성이 매우 개선된다. 그리고 이러한 보호막은 기계적 강도가 매우 우수하고 이온 전도도가 개선된다. Drying is carried out at 20 to 25 °C. As the drying proceeds at a low temperature as described above, deformation of the lithium metal electrode does not occur. In addition, a protective film having a monodisperse monolayer structure can be formed by directly coating the composition for forming a protective film on a lithium metal electrode, so that film processability is greatly improved. In addition, the protective film has very good mechanical strength and improved ionic conductivity.

상기 건조과정 이후에 압연 공정을 거칠 수 있다. 압연 공정은 통상적인 전지 제조방법과 동일한 공정 조건으로 실시될 수 있다. 압연 공정은 예를 들어 1~1.5kgf/cm의 압력 등을 이용하여 실시한다.A rolling process may be performed after the drying process. The rolling process may be performed under the same process conditions as in a conventional battery manufacturing method. A rolling process is performed using the pressure of 1-1.5 kgf/cm, etc., for example.

보호막은 리튬 금속 대비 0.0V 내지 6.0V 의 전압 범위에서 산화전류(oxidation current) 또는 환원전류(reduction current)가 0.05 mA/cm2 이하이다. 상기 보호막은 리튬에 대하여 0V 내지 6.0V 전압 범위, 예를 들어 0V 내지 5.0V 전압 범위, 구체적으로 0V 내지 4.0V 에서 전기화학적으로 안정할 수 있다. 일구현예에 의한 보호막은 전기화학적으로 안정한 넓은 전압창(voltage window)을 가짐에 의하여 고전압에서 작동되는 전기화학장치에 적용될 수 있다.The protective layer has an oxidation current or a reduction current of 0.05 mA/cm 2 or less in a voltage range of 0.0V to 6.0V compared to lithium metal. The protective layer may be electrochemically stable in a voltage range of 0V to 6.0V, for example, a voltage range of 0V to 5.0V, specifically, 0V to 4.0V with respect to lithium. The protective film according to an embodiment can be applied to an electrochemical device operated at a high voltage by having a wide voltage window that is electrochemically stable.

보호막의 입자는 유기 입자일 수 있다. 유기 입자는 예를 들어 폴리스티렌 또는 폴리(스티렌-디비닐 벤젠) 공중합체를 포함한다. The particles of the passivation layer may be organic particles. Organic particles include, for example, polystyrene or poly(styrene-divinyl benzene) copolymers.

보호막의 입자는 무기 입자일 수 있다. 상기 무기입자는 예를 들어 SiO2, TiO2, ZnO, Al2O3, 또는 BaTiO3를 포함한다.The particles of the protective layer may be inorganic particles. The inorganic particles include, for example, SiO 2 , TiO 2 , ZnO, Al 2 O 3 , or BaTiO 3 .

보호막의 입자는 유무기 입자일 수 있다. 유무기 입자는 예를 들어 케이지 구조의 실세스퀴옥산 및 금속-유기 골격 구조체 (Metal-Orgainc Framework: MOF)로부터 선택된 1종 이상이다. The particles of the protective layer may be organic/inorganic particles. The organic-inorganic particles are, for example, at least one selected from cage-structured silsesquioxane and metal-organic framework (MOF).

상기 케이지 구조의 실세스퀴옥산은 예를 들어 폴리헤드랄 올리고메릭 실세스퀴옥산(Polyhedral Oligomeric Silsesquioxane: POSS)일 수 있다. 이러한 POSS에서 존재하는 실리콘은 8개 이하, 예를 들어 6 내지 8개, 예를 들어 6개 또는 8개로 존재한다. 케이지 구조의 실세스퀴옥산은 하기 화학식 3로 표시되는 화합물일 수 있다.The cage structure silsesquioxane may be, for example, polyhedral oligomeric silsesquioxane (POSS). There are 8 or less silicon present in this POSS, eg 6 to 8, eg 6 or 8 silicon. The silsesquioxane having a cage structure may be a compound represented by Formula 3 below.

[화학식 3][Formula 3]

SikO1 .5k (R1)a(R2)b(R3)c Si k O 1.5k (R 1 ) a (R 2 ) b (R 3 ) c

상기 화학식 3 중 R1, R2, 및 R3은 서로 독립적으로 수소, 치환된 또는 비in Formula 3 R 1 , R 2 , and R 3 are independently of each other hydrogen, substituted or non

치환된 C1-C30의 알킬기, 치환된 또는 비치환된 C1-C30의 알콕시기, 치환된 또는 비치환된 C2-C30의 알케닐기, 치환된 또는 비치환된 C2-C30의 알키닐기, 치환된 또는 비치환된 C6-C30의 아릴기, 치환된 또는 비치환된 C6-C30의 아릴옥시기, 치환된 또는 비치환된 C2-C30의 헤테로아릴기, 치환된 또는 비치환된 C4-C30의 탄소고리기, 또는 실리콘 함유 작용기 일 수 있다.A substituted C1-C30 alkyl group, a substituted or unsubstituted C1-C30 alkoxy group, a substituted or unsubstituted C2-C30 alkenyl group, a substituted or unsubstituted C2-C30 alkynyl group, a substituted or Unsubstituted C6-C30 aryl group, substituted or unsubstituted C6-C30 aryloxy group, substituted or unsubstituted C2-C30 heteroaryl group, substituted or unsubstituted C4-C30 carbocyclic ring group, or a silicon-containing functional group.

상기 화학식 3중 0<a<20, 0<b<20, 0<c<20, and k=a+b+c, a, b 및c는 k의 범위가 6≤k≤20가 되도록 선택된다.In Formula 3, 0<a<20, 0<b<20, 0<c<20, and k=a+b+c, a, b, and c are selected so that the range of k is 6≤k≤20 .

상기 케이지 구조의 실세스퀴옥산은 하기 화학식 4로 표시되는 화합물 또는 하기 화학식 5으로 표시되는 화합물일 수 있다. The silsesquioxane having the cage structure may be a compound represented by the following Chemical Formula 4 or a compound represented by the following Chemical Formula 5.

[화학식 4] [Formula 4]

Figure 112017037945145-pat00005
Figure 112017037945145-pat00005

상기 화학식 4 중, R1-R8는 서로 독립적으로 수소, 치환된 또는 비치환된 C1-C30의 알킬기, 치환된 또는 비치환된 C1-C30의 알콕시기, 치환된 또는 비치환된 C2-C30의 알케닐기, 치환된 또는 비치환된 C2-C30의 알키닐기, 치환된 또는 비치환된 C6-C30의 아릴기, 치환된 또는 비치환된 C6-C30의 아릴옥시기, 치환된 또는 비치환된 C2-C30의 헤테로아릴기, 치환된 또는 비치환된 C4-C30의 탄소고리기, 또는 실리콘 함유 작용기 일 수 있다.In Formula 4, R 1 - R 8 are each independently hydrogen, a substituted or unsubstituted C1-C30 alkyl group, a substituted or unsubstituted C1-C30 alkoxy group, or a substituted or unsubstituted C2-C30 of an alkenyl group, a substituted or unsubstituted C2-C30 alkynyl group, a substituted or unsubstituted C6-C30 aryl group, a substituted or unsubstituted C6-C30 aryloxy group, a substituted or unsubstituted It may be a C2-C30 heteroaryl group, a substituted or unsubstituted C4-C30 carbocyclic group, or a silicon-containing functional group.

[화학식 5] [Formula 5]

Figure 112017037945145-pat00006
Figure 112017037945145-pat00006

상기 화학식 5 중, R1-R6는 서로 독립적으로 수소, 치환된 또는 비치환된 C1-C30의 알킬기, 치환된 또는 비치환된 C1-C30의 알콕시기, 치환된 또는 비치환된 C2-C30의 알케닐기, 치환된 또는 비치환된 C2-C30의 알키닐기, 치환된 또는 비치환된 C6-C30의 아릴기, 치환된 또는 비치환된 C6-C30의 아릴옥시기, 치환된 또는 비치환된 C2-C30의 헤테로아릴기, 치환된 또는 비치환된 C4-C30의 탄소고리기, 또는 실리콘 함유 작용기 일 수 있다.In Formula 5, R 1 -R 6 are each independently hydrogen, a substituted or unsubstituted C1-C30 alkyl group, a substituted or unsubstituted C1-C30 alkoxy group, or a substituted or unsubstituted C2-C30 of an alkenyl group, a substituted or unsubstituted C2-C30 alkynyl group, a substituted or unsubstituted C6-C30 aryl group, a substituted or unsubstituted C6-C30 aryloxy group, a substituted or unsubstituted It may be a C2-C30 heteroaryl group, a substituted or unsubstituted C4-C30 carbocyclic group, or a silicon-containing functional group.

일구현예에 의하면, 상기 케이지 구조의 실세스퀴옥산은 화학식 4의 R1-R8, 및 화학식 5의 R1-R6은 이소부틸기이다. 케이지 구조의 실세스퀴옥산은 예를 들어 옥타이소부틸-t8-실세스퀴옥산일 수 있다.According to one embodiment, in the silsesquioxane of the cage structure, R 1 - R 8 of Formula 4 and R 1 - R 6 of Formula 5 are isobutyl groups. The caged silsesquioxane may be, for example, octaisobutyl-t8-silsesquioxane.

금속-유기 골격 구조체는 2족 내지 15족의 금속 이온 또는 2족 내지 15족의 금속 이온 클러스터가 유기 리간드와 화학결합으로 형성된 다공성 결정성 화합물이다. The metal-organic framework structure is a porous crystalline compound in which a metal ion of Groups 2 to 15 or a metal ion cluster of Groups 2 to 15 is chemically bonded to an organic ligand.

유기 리간드는 배위 결합, 이온결합 또는 공유결합과 같은 화학결합이 가능한 유기 그룹을 의미하며, 예를 들어 상술한 금속 이온과 결합할 수 있는 사이트가 2개 이상인 유기 그룹인 것이 금속 이온과 결합하여 안정적인 구조체를 형성할 수 있다.The organic ligand refers to an organic group capable of chemical bonding such as a coordination bond, an ionic bond, or a covalent bond. structures can be formed.

상기 2족 내지 15족 금속 이온은 코발트(Co), 니켈(Ni), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 루테늄(Ru), 오스듐(Os), 카드뮴(Cd), 베릴륨(Be), 칼슘(Ca), 바륨(Ba), 스트론듐(Sr), 철(Fe), 망간(Mn), 크롬(Cr), 바나듐(V), 알루미늄(Al), 티타늄(Ti), 지르코늄(Zr), 구리(Cu), 아연(Zn), 마그네슘(Mg), 하프늄(Hf), Nb, 탄탈륨(Ta), Re, 로듐(Rh), 이리듐(Ir), 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 은(Ag), 스칸듐(Sc), 이트륨(Y), 인듐(In), 탈륨(Tl), 실리콘(Si), Ge, 주석(Sn), 납(Pb), 비소(As), 안티몬(Sb), 비스무트(Bi) 중에서 선택된 하나 이상이고, 상기 유기 리간드는 방향족 디카르복실산, 방향족 트리카르복실산, 이미다졸계 화합물, 테트라졸계, 1,2,3-트리아졸, 1,2,4-트리아졸, 피라졸, 방향족 술폰산(sulfonic acid), 방향족 인산(phosphoric acid), 방향족 술핀산(sulfinic acid), 방향족 포스핀산(phosphinic acid), 비피리딘, 아미노기, 이미노기, 아미드기, 메탄디티오산(-CS2H)기, 메탄디티오산 음이온(-CS2 -)기, 피리딘기, 피라진기 중에서 선택된 하나 이상의 작용기를 갖는 화합물 중에서 선택된 하나 이상에서 유래된 그룹이다. The Group 2 to Group 15 metal ions are cobalt (Co), nickel (Ni), molybdenum (Mo), tungsten (W), ruthenium (Ru), osdium (Os), cadmium (Cd), beryllium (Be), Calcium (Ca), Barium (Ba), Strondium (Sr), Iron (Fe), Manganese (Mn), Chromium (Cr), Vanadium (V), Aluminum (Al), Titanium (Ti), Zirconium (Zr) ), copper (Cu), zinc (Zn), magnesium (Mg), hafnium (Hf), Nb, tantalum (Ta), Re, rhodium (Rh), iridium (Ir), palladium (Pd), platinum (Pt) , silver (Ag), scandium (Sc), yttrium (Y), indium (In), thallium (Tl), silicon (Si), Ge, tin (Sn), lead (Pb), arsenic (As), antimony ( Sb), at least one selected from bismuth (Bi), and the organic ligand is aromatic dicarboxylic acid, aromatic tricarboxylic acid, imidazole-based compound, tetrazole-based compound, 1,2,3-triazole, 1,2, 4-triazole, pyrazole, aromatic sulfonic acid, aromatic phosphoric acid, aromatic sulfinic acid, aromatic phosphinic acid, bipyridine, amino group, imino group, amide group, methane It is a group derived from at least one selected from compounds having at least one functional group selected from a dithioic acid (-CS 2 H) group, a methanedithioic acid anion (-CS 2 - ) group, a pyridine group, and a pyrazine group.

상술한 방향족 디카르복실산 또는 방향족 트리카르복실산으로는 벤젠디카르복실산, 벤젠트리카르복실산, 비페닐디카르복실산, 트리페닐디카르복실산 등을 들 수 있다.Examples of the above-mentioned aromatic dicarboxylic acid or aromatic tricarboxylic acid include benzenedicarboxylic acid, benzenetricarboxylic acid, biphenyldicarboxylic acid, and triphenyldicarboxylic acid.

상술한 유기 리간드는 구체적으로 하기 화학식 6으로 표시되는 화합물로부터 유래된 그룹일 수 있다.The above-described organic ligand may be a group derived from a compound represented by the following formula (6) specifically.

[화학식 6][Formula 6]

Figure 112017037945145-pat00007
Figure 112017037945145-pat00007

Figure 112017037945145-pat00008
Figure 112017037945145-pat00008

금속-유기 골격 구조체는 예를 들어 Ti8O8(OH)4[O2C-C6H4-CO2]6, Cu (bpy)(H2O) 2(BF4)2(bpy){bpy= 4, 4'-bipyridine}, Zn4O(O2C-C6H4-CO2)3 (Zn-terephthalic acid-MOF, Zn-MOF) 또는 Al(OH){O2C-C6H4-CO2}을 들 수 있다.The metal-organic framework structure is, for example, Ti 8 O 8 (OH) 4 [O 2 CC 6 H 4 -CO 2 ] 6 , Cu (bpy)(H 2 O) 2 (BF 4 ) 2 (bpy){bpy = 4, 4'-bipyridine}, Zn 4 O(O 2 CC 6 H 4 -CO 2 ) 3 (Zn-terephthalic acid-MOF, Zn-MOF) or Al(OH){O 2 CC 6 H 4 -CO 2 } can be mentioned.

상기 보호막은 i) BaTiO3, 케이지 구조의 실세스퀴옥산, 금속-유기 골격 구조체(Metal-Orgainc Framework: MOF), Li1 +x+ yAlxTi2 - xSiyP3 - yO12 (0<x<2, 0≤y<3), Pb(ZrpTi1-p)O3(0≤p≤1) (PZT), Pb1 - xLaxZr1 - yTiyO3(PLZT)(O≤x<1, O≤y<1),Pb(Mg3Nb2/3)O3-PbTiO3(PMN-PT), HfO2, SrTiO3, SnO2, CeO2, Na2O, MgO, NiO, CaO, BaO, ZnO, ZrO2, Y2O3, Al2O3, TiO2, SiO2, SiC, 리튬포스페이트(Li3PO4), LixTiy(PO4)3(lithium titanium phosphate, 0<x<2,0<y<3), LixAlyTiz(PO4)3(lithium aluminum titanium phosphate, 0<x<2, 0<y<1, 0<z<3), Li1 +x+y (AlpGa1 -p)x(TiqGe1 -q)2-xSiyP3-yO12(O≤x≤1, O≤y≤1), LixLayTiO3(lithium titanium phosphate, 0<x<2, 0<y<3), LixGeyPzSw(lithium germanium thiophosphate, 0<x<4, 0<y<1, 0<z<1, 0<w<5), \LixNy(lithium nitride, 0<x<4, 0<y<2), LixSiySz(SiS2계 글래스, 0<x<3,0<y<2, 0<z<4), LixPySz(P2S5계 글래스, 0≤x<3, 0<y<3, 0<z<7), Li2O, LiF, LiOH, Li2CO3, LiAlO2, Li2O-Al2O3-SiO2-P2O5-TiO2-GeO2, Li3 + xLa3M2O12(M = Te, Nb, 또는 Zr)(0≤x≤5)로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 입자를 포함하거나 ;또는 ii)상기 입자의 가교체일 수 있다. 입자의 가교체는 입자가 가교가능한 작용기를 갖고 있고 이들의 가교가능한 작용기에 의하여 가교된 구조를 갖는다.The protective film is i) BaTiO3, Cage-structured silsesquioxane, Metal-Orgainc Framework (MOF), LiOne +x+ yAlxTi2 - xSiyP3 - yO12 (0<x<2, 0≤y<3), Pb(ZrpTi1-p)O3(0≤p≤1) (PZT), PbOne - xLaxZrOne - yTiyO3(PLZT)(O≤x<1, O≤y<1),Pb(Mg3Nb2/3)O3-PbTiO3(PMN-PT), HfO2, SrTiO3, SnO2, CeO2, Na2O, MgO, NiO, CaO, BaO, ZnO, ZrO2, Y2O3, Al2O3, TiO2, SiO2, SiC, lithium phosphate (Li3PO4), LixTiy(PO4)3(lithium titanium phosphate, 0<x<2,0<y<3), LixAlyTiz(PO4)3(lithium aluminum titanium phosphate, 0<x<2, 0<y<1, 0<z<3), LiOne +x+y(AlpGaOne -p)x(TiqGeOne -q)2-xSiyP3-yO12(O≤x≤1, O≤y≤1), LixLayTiO3(lithium titanium phosphate, 0<x<2, 0<y<3), LixGeyPzSw(lithium germanium thiophosphate, 0<x<4, 0<y<1, 0<z<1, 0<w<5), \ LixNy(lithium nitride, 0<x<4, 0<y<2), LixSiySz(SiS2Glass based, 0<x<3,0<y<2, 0<z<4), LixPySz(P2S5Glass based, 0≤x<3, 0<y<3, 0<z<7), Li2O, LiF, LiOH, Li2CO3, LiAlO2, Li2O-Al2O3-SiO2-P2O5-TiO2-GeO2, Li3 + xLa3M2O12(M = Te, Nb, or Zr) (0≤x≤5) comprising one or more particles selected from the group; or ii) may be a crosslinked product of the particles. The crosslinked product of the particles has a structure in which the particles have crosslinkable functional groups and are crosslinked by these crosslinkable functional groups.

상기 가교가능한 작용기는 가교될 수 있는 관능기라면 모두 다 사용가능하며, 예로서 아크릴레이트기, 메타크릴레이트기, 에폭시기 등을 들 수 있다. Any crosslinkable functional group may be used as long as it is a crosslinkable functional group, and examples thereof include an acrylate group, a methacrylate group, and an epoxy group.

입자 표면에 가교가능한 작용기가 존재하는 경우 입자들이 서로 공유결합으로 연결되어 이러한 입자로 이루어진 보호막의 기계적 강도는 더 개선될 수 있다.When a crosslinkable functional group is present on the particle surface, the particles are covalently linked to each other, so that the mechanical strength of the protective film made of these particles can be further improved.

이온성 액체는 상온 이하의 융점을 갖고 있고 이온만으로 구성되는 상온에서 액체 상태의 염 또는 상온 용융염을 말한다. 이온성 액체는 i)암모늄계, 피롤리디늄계, 피리디늄계, 피리미디늄계, 이미다졸륨계, 피페리디늄계, 피라졸륨계, 옥사졸륨계, 피리다지늄계, 포스포늄계, 설포늄계, 트리아졸륨계 및 그 혼합물 중에서 선택된 하나 이상의 양이온과, ii) BF4 -, PF6 -, AsF6 -, SbF6 -, AlCl4 -, HSO4 -, ClO4 -, CH3SO3 -, CF3CO2 -, Cl-, Br-, I-, BF4 -, SO4 -, CF3SO3 -, (FSO2)2N-, (C2F5SO2)2N-, (C2F5SO2)(CF3SO2)N-, 및 (CF3SO2)2N- 중에서 선택된 1종 이상의 음이온을 포함하는 화합물 중에서 선택된 하나이다.An ionic liquid has a melting point below room temperature and refers to a salt in a liquid state at room temperature or a molten salt at room temperature composed of only ions. The ionic liquid is i) ammonium-based, pyrrolidinium-based, pyridinium-based, pyrimidinium-based, imidazolium-based, piperidinium-based, pyrazolium-based, oxazolium-based, pyridazinium-based, phosphonium-based, sulfonium-based, tria At least one cation selected from zolium-based and mixtures thereof, and ii) BF 4 - , PF 6 - , AsF 6 - , SbF 6 - , AlCl 4 - , HSO 4 - , ClO 4 - , CH 3 SO 3 - , CF 3 CO 2 - , Cl - , Br - , I - , BF 4 - , SO 4 - , CF 3 SO 3 - , (FSO 2 ) 2 N - , (C 2 F 5 SO 2 ) 2 N - , (C 2 F 5 SO 2 )(CF 3 SO 2 )N , and (CF 3 SO 2 ) 2 N are selected from compounds including at least one anion.

이온성 액체는 예를 들어 N-메틸-N-프로필피롤디니움 비스(트리플루오로메탄술포닐)이미드 N-부틸-N-메틸피롤리디움 비스(트리플루오로메틸술포닐)이미드, 1-부틸-3-메틸이미다졸리움 비스(트리플루오로메틸술포닐)아미드 및 1-에틸-3-메틸이미다졸리움 비스(트리플루오로메틸술포닐)아미드로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상이다. The ionic liquid is for example N-methyl-N-propylpyrrolidinium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide N-butyl-N-methylpyrrolidium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide, at least one selected from the group consisting of 1-butyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethylsulfonyl)amide and 1-ethyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethylsulfonyl)amide.

이온성 액체의 함량은 보호막의 입자 100 중량부를 기준으로 하여 5 내지 40 중량부, 예를 들어 7.5 내지 30 중량부, 예를 들어 10 내지 20 중량부이다. 이온성 액체의 함량이 상기 범위일 때 이온 전도도 및 기계적 물성이 우수한 보호막을 얻을 수 있다.The content of the ionic liquid is 5 to 40 parts by weight, for example, 7.5 to 30 parts by weight, for example, 10 to 20 parts by weight, based on 100 parts by weight of the particles of the protective film. When the content of the ionic liquid is within the above range, a protective film having excellent ionic conductivity and mechanical properties can be obtained.

보호막이 이온성 액체와 리튬염을 함유하는 경우, 이온성 액체(IL)/리튬 이온(Li)의 몰비(IL/Li)는 0.1 내지 2.0, 예를 들어 0.2 내지 1.8, 구체적으로 0.4 내지 1.5일 수 있다. 이러한 몰비를 갖는 보호막은 리튬 이온 이동도 및 이온 전도도가 우수할 뿐만 아니라 기계적 물성이 우수하여 음극 표면에 리튬 덴드라이트 성장을 효과적으로 억제할 수 있다.When the protective film contains an ionic liquid and a lithium salt, the molar ratio (IL/Li) of the ionic liquid (IL)/lithium ion (Li) is 0.1 to 2.0, for example 0.2 to 1.8, specifically 0.4 to 1.5 days can The protective film having such a molar ratio has excellent lithium ion mobility and ion conductivity as well as excellent mechanical properties, thereby effectively inhibiting lithium dendrite growth on the surface of the anode.

고분자 이온성 액체는 이온성 액체 모노머를 중합하여 얻은 것을 사용하는 것도 가능하고 고분자형으로 얻어진 화합물을 이용할 수 있다. 이러한 고분자 이온성 액체는 유기용매에 대한 용해성이 높고 보호막에 부가하면 이온 전도도를 더 개선할 수 있는 이점이 있다.As the polymer ionic liquid, one obtained by polymerizing the ionic liquid monomer may be used, or a compound obtained in the form of a polymer may be used. Such a polymer ionic liquid has high solubility in organic solvents and has the advantage that ionic conductivity can be further improved when added to a protective film.

상술한 이온성 액체 모노머를 중합하여 고분자 이온성 액체를 얻는 경우에는 중합 반응이 완료된 결과물을 세척 및 건조과정을 거친 후 음이온 치환 반응을 통하여 유기용매에 대한 용해도를 부여할 수 있는 적절한 음이온을 갖도록 제조된다. In the case of obtaining a polymer ionic liquid by polymerizing the above-described ionic liquid monomer, the resultant polymerization reaction is washed and dried, and then prepared to have an appropriate anion capable of imparting solubility to an organic solvent through an anion substitution reaction. do.

일구현예에 의한 고분자 이온성 액체는 i)암모늄계, 피롤리디늄계, 피리디늄계, 피리미디늄계, 이미다졸륨계, 피페리디늄계, 피라졸륨계, 옥사졸륨계, 피리다지늄계, 포스포늄계, 설포늄계, 트리아졸륨계 및 그 혼합물 중에서 선택된 하나 이상의 양이온과, ii) BF4 -, PF6 -, AsF6 -, SbF6 -, AlCl4 -, HSO4 -, ClO4 -, CH3SO3 -, CF3CO2 -, (CF3SO2)2N-, (FSO2)2N-, Cl-, Br-, I-, SO4 2-, CF3SO3 -, (C2F5SO2)2N-, (C2F5SO2)(CF3SO2)N-, NO3 -, Al2Cl7 -, (CF3SO2)3C-, (CF3)2PF4 -, (CF3)3PF3 -, (CF3)4PF2 -, (CF3)5PF-, (CF3)6P-, SF5CF2SO3 -, SF5CHFCF2SO3 -, CF3CF2(CF3)2CO-, (CF3SO2)2CH-, (SF5)3C-, (O(CF3)2C2(CF3)2O)2PO- 중에서 선택된 하나 이상의 음이온을 포함하는 반복단위를 함유할 수 있다. The polymer ionic liquid according to one embodiment is i) ammonium-based, pyrrolidinium-based, pyridinium-based, pyrimidinium-based, imidazolium-based, piperidinium-based, pyrazolium-based, oxazolium-based, pyridazinium-based, phospho At least one cation selected from nium-based, sulfonium-based, triazolium-based and mixtures thereof, and ii) BF 4 - , PF 6 - , AsF 6 - , SbF 6 - , AlCl 4 - , HSO 4 - , ClO 4 - , CH 3 SO 3 - , CF 3 CO 2 - , (CF 3 SO 2 ) 2 N - , (FSO 2 ) 2 N - , Cl - , Br - , I - , SO 4 2- , CF 3 SO 3 - , (C 2 F 5 SO 2 ) 2 N - , (C 2 F 5 SO 2 )(CF 3 SO 2 )N - , NO 3 - , Al 2 Cl 7 - , (CF 3 SO 2 ) 3 C - , (CF 3 ) ) 2 PF 4 - , (CF 3 ) 3 PF 3 - , (CF 3 ) 4 PF 2 - , (CF 3 ) 5 PF - , (CF 3 ) 6 P - , SF 5 CF 2 SO 3 - , SF 5 CHFCF 2 SO 3 - , CF 3 CF 2 (CF 3 ) 2 CO - , (CF 3 SO 2 ) 2 CH - , (SF 5 ) 3 C - , (O(CF 3 ) 2 C 2 (CF 3 ) 2 O) 2 PO - may contain a repeating unit comprising at least one anion selected from.

다른 일구현예에 따르면, 고분자 이온성 액체는 이온성 액체 모노머를 중합하여 제조될 수 있다. 이온성 액체 모노머는 비닐기, 알릴기, 아크릴레이트기, 메타크릴레이트기 등과 중합가능한 관능기를 가지고 있으면서 암모늄계, 피롤리디늄계, 피리디늄계, 피리미디늄계, 이미다졸륨계, 피페리디늄계, 피라졸륨계, 옥사졸륨계, 피리다지늄계, 포스포늄계, 설포늄계, 트리아졸륨계 및 그 혼합물 중에서 선택된 하나 이상의 양이온과 상술한 음이온을 가질 수 있다. According to another embodiment, the polymer ionic liquid may be prepared by polymerizing the ionic liquid monomer. The ionic liquid monomer has ammonium, pyrrolidinium, pyridinium, pyrimidinium, imidazolium, piperidinium, It may have at least one cation selected from pyrazolium-based, oxazolium-based, pyridazinium-based, phosphonium-based, sulfonium-based, triazolium-based, and mixtures thereof and the above-described anion.

상기 이온성 액체 모노머의 예로는 1-비닐-3-에틸이미다졸리움 브로마이드, 하기 화학식 7 또는 8로 표시되는 화합물이 있다.Examples of the ionic liquid monomer include 1-vinyl-3-ethylimidazolium bromide, a compound represented by the following Chemical Formula 7 or 8.

[화학식 7][Formula 7]

Figure 112017037945145-pat00009
Figure 112017037945145-pat00009

[화학식 8][Formula 8]

Figure 112017037945145-pat00010
Figure 112017037945145-pat00010

상술한 고분자 이온성 액체의 예로는 하기 화학식 9로 표시되는 화합물 또는 화학식 10로 표시되는 화합물이 있다. Examples of the above-described polymeric ionic liquid include a compound represented by the following formula (9) or a compound represented by the formula (10).

[화학식 9][Formula 9]

Figure 112017037945145-pat00011
Figure 112017037945145-pat00011

상기 화학식 9 중, R1 및 R3는 서로 독립적으로 수소, 치환된 또는 비치환된 C1-C30의 알킬기, 치환된 또는 비치환된 C2-C30의 알케닐기, 치환된 또는 비치환된 C2-C30의 알키닐기, 치환된 또는 비치환된 C6-C30의 아릴기, 치환된 또는 비치환된 C2-C30의 헤테로아릴기, 치환된 또는 비치환된 C4-C30의 탄소고리기이다. 상기 화학식 9에서 R2는 단순히 화학결합을 나타내거나 C1-C30의 알킬렌기, C6-C30의 아릴렌기, C2-C30의 헤테로아릴렌기, 또는 C4-C30의 2가의 탄소고리기를 나타내고,In Formula 9, R 1 and R 3 are each independently hydrogen, a substituted or unsubstituted C1-C30 alkyl group, a substituted or unsubstituted C2-C30 alkenyl group, or a substituted or unsubstituted C2-C30 of an alkynyl group, a substituted or unsubstituted C6-C30 aryl group, a substituted or unsubstituted C2-C30 heteroaryl group, or a substituted or unsubstituted C4-C30 carbocyclic group. In Formula 9, R 2 simply represents a chemical bond or represents a C1-C30 alkylene group, C6-C30 arylene group, C2-C30 heteroarylene group, or C4-C30 divalent carbocyclic group,

X-는 이온성 액체의 음이온을 나타내고, X - represents the anion of the ionic liquid,

n은 500 내지 2800이다.n is from 500 to 2800.

[화학식 10][Formula 10]

Figure 112017037945145-pat00012
Figure 112017037945145-pat00012

상기 화학식 10 중 Y-는 화학식 9의 X-와 동일하게 정의되며, n은 500 내지 2800이다. In Formula 10, Y is defined the same as X in Formula 9, and n is 500 to 2800.

화학식 10에서 Y-는 예를 들어 비스(트리플루오로메탄술포닐)이미드(TFSI), 비스(플루오로술포닐)이미드, BF4, 또는 CF3SO3이다.In Formula 10, Y is, for example, bis(trifluoromethanesulfonyl)imide (TFSI), bis(fluorosulfonyl)imide, BF 4 , or CF 3 SO 3 .

고분자 이온성 액체는 예를 들어 폴리(1-비닐-3-알킬이미다졸리움), 폴리(1-알릴-3-알킬이미다졸리움), 폴리(1-(메타크릴로일록시-3-알킬이미다졸리움) 중에서 선택된 양이온과, CH3COO-, CF3COO-, CH3SO3 -, CF3SO3 -, (CF3SO2)2N-, (FSO2)2N-, (CF3SO2)3C-, (CF3CF2SO2)2N-, C4F9SO3 -, C3F7COO- 및 (CF3SO2)(CF3CO)N- 중에서 선택된 음이온을 포함한다.Polymeric ionic liquids are for example poly(1-vinyl-3-alkylimidazolium), poly(1-allyl-3-alkylimidazolium), poly(1-(methacryloyloxy-3-alkyl) imidazolium), and CH 3 COO - , CF 3 COO - , CH 3 SO 3 - , CF 3 SO 3 - , (CF 3 SO 2 ) 2 N - , (FSO 2 ) 2 N - , ( CF 3 SO 2 ) 3 C , (CF 3 CF 2 SO 2 ) 2 N , C 4 F 9 SO 3 , C 3 F 7 COO and (CF 3 SO 2 )(CF 3 CO)N among selected anions.

상기 화학식 10으로 표시되는 화합물은 폴리디알릴디메틸암모늄 비스(트리플루오로메탄술포닐)이미드를 들 수 있다.The compound represented by Formula 10 may include polydiallyldimethylammonium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide.

또 다른 일구현예에 의하면, 고분자 이온성 액체는 저분자량 고분자, 열적으로 안정한 이온성 액체 및 리튬염을 포함할 수 있다. 저분자량 고분자는 에틸렌옥사이드 사슬을 가질 수 있다. 저분자량 고분자는 글라임일 수 있다. 여기에서 글라임은 예를 들어 폴리에틸렌글리콜 디메틸에테르(폴리글라임), 테트라에틸렌글리콜 디메틸 에테르(테트라글라임), 트리에틸렌글리콜 디메틸에테르(트라이글라임)가 있다.According to another embodiment, the high molecular weight ionic liquid may include a low molecular weight polymer, a thermally stable ionic liquid, and a lithium salt. The low molecular weight polymer may have an ethylene oxide chain. The low molecular weight polymer may be a glyme. Here, glyme includes, for example, polyethylene glycol dimethyl ether (polyglyme), tetraethylene glycol dimethyl ether (tetraglyme), and triethylene glycol dimethyl ether (triglyme).

저분자량 고분자의 중량평균분자량은 75 내지 2000 Daltons, 예를 들어 100 내지 1000 Daltons, 예를 들어 250 내지 500 Daltons이다. 그리고 열적으로 안정한 이온성 액체는 상술한 이온성 액체에서 정의된 바와 같다. 보호막은 올리고머를 더 포함할 수 있다. 올리고머는 폴리에틸렌글리콜 디메틸에테르 및 폴리에틸렌글리콜 디에틸에테르로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상이다. 올리고머의 중량평균분자량은 200 내지 2,000 Daltons, 예를 들어 300 내지 1800 Daltons, 예를 들어 400 내지 1500Daltons이고, 상기 올리고머의 함량은 보호막의 입자 100 중량부를 기준으로 하여 5 내지 50 중량부, 예를 들어 10 내지 40 중량부, 예를 들어 10 내지 30 중량부이다. 이와 같이 올리고머를 부가하는 경우 보호막의 성막성, 기계적 물성 및 이온 전도도 특성이 더 우수하다.The weight average molecular weight of the low molecular weight polymer is 75 to 2000 Daltons, for example 100 to 1000 Daltons, for example 250 to 500 Daltons. And the thermally stable ionic liquid is as defined in the above-mentioned ionic liquid. The protective layer may further include an oligomer. The oligomer is at least one selected from the group consisting of polyethylene glycol dimethyl ether and polyethylene glycol diethyl ether. The weight average molecular weight of the oligomer is 200 to 2,000 Daltons, for example 300 to 1800 Daltons, for example 400 to 1500 Daltons, and the content of the oligomer is 5 to 50 parts by weight, for example, based on 100 parts by weight of the particles of the protective film. 10 to 40 parts by weight, for example 10 to 30 parts by weight. When the oligomer is added as described above, the film formability, mechanical properties, and ionic conductivity properties of the protective film are more excellent.

상기 보호막의 이온 전도도는 약 25℃에서 1 X 10-4S/cm 이상, 예를 들어 The ionic conductivity of the protective film is 1 X 10 -4 S/cm or more at about 25° C., for example,

5×10-4 S/cm 이상, 구체적으로 1×10-3 S/cm 이상일 수 있다. It may be 5×10 -4 S/cm or more, specifically 1×10 -3 S/cm or more.

일구현예에 따른 리튬금속전지는 예들 들어 리튬공기전지, 리튬이온전지, 리튬고분자전지 등을 말한다. The lithium metal battery according to an embodiment refers to, for example, a lithium air battery, a lithium ion battery, a lithium polymer battery, and the like.

일구현예에 따른 보호막은 고전압용 리튬이차전지 보호막으로서 적절하다. The protective film according to an embodiment is suitable as a protective film for a lithium secondary battery for high voltage.

여기에서 "고전압"은 충전전압이 4.0V 내지 5.5V 범위인 경우를 말한다. Here, "high voltage" refers to a case in which the charging voltage is in the range of 4.0V to 5.5V.

또 다른 측면에 따라 양극, 일구현예에 따른 리튬금속전지용 음극 및 이들 사이에 개재된 전해질을 포함한 리튬금속전지가 제공된다. According to another aspect, there is provided a lithium metal battery including a positive electrode, a negative electrode for a lithium metal battery according to an embodiment, and an electrolyte interposed therebetween.

전해질은 액체 전해질, 고체 전해질, 겔 전해질, 고분자 이온성 액체(polymer ionic liquid), 고체 전해질 중에서 선택된 하나 이상을 포함하여 혼합 전해질(mixed electrolyte) 타입일 수 있다. 리튬금속전지는 세퍼레이터를 더 포함할 수 있다.The electrolyte may be a mixed electrolyte type including at least one selected from a liquid electrolyte, a solid electrolyte, a gel electrolyte, a polymer ionic liquid, and a solid electrolyte. The lithium metal battery may further include a separator.

액체 전해질, 고분자 이온성 액체, 겔 전해질, 및 고체 전해질 중에서 선택된 하나 이상은 양극과 전해질 사이에 개재될 수 있다. 상기 겔 전해질은 겔 형태를 갖는 전해질로서 당해기술분야에서 주지된 것이라면 모두 다 사용가능하다. 겔 전해질은 예를 들어 고분자와 고분자 이온성 액체를 함유할 수 있다. 여기에서 고분자는 예를 들어 고체 그래프트(블록) 코폴리머 전해질일 수 있다.At least one selected from a liquid electrolyte, a polymer ionic liquid, a gel electrolyte, and a solid electrolyte may be interposed between the positive electrode and the electrolyte. The gel electrolyte is an electrolyte having a gel form, and any one known in the art may be used. The gel electrolyte may contain, for example, a polymer and a polymer ionic liquid. The polymer herein may be, for example, a solid graft (block) copolymer electrolyte.

고체 전해질은 유기 고체 전해질 또는 무기 고체 전해질일 수 있다. The solid electrolyte may be an organic solid electrolyte or an inorganic solid electrolyte.

상기 유기 고체 전해질로는, 예를 들어, 폴리에틸렌 유도체, 폴리에틸렌 옥사이드 유도체, 폴리프로필렌 옥사이드 유도체, 인산 에스테르 고분자, 폴리 에지테이션 리신, 폴리에스테르 술파이드, 폴리비닐 알코올, 폴리 불화 비닐리덴, 이온성 해리기를 포함하는 중합체 등이 사용될 수 있다.Examples of the organic solid electrolyte include polyethylene derivatives, polyethylene oxide derivatives, polypropylene oxide derivatives, phosphoric acid ester polymers, poly-agitation lysine, polyester sulfide, polyvinyl alcohol, polyvinylidene fluoride, and ionic dissociation groups. Polymers and the like can be used.

상기 무기 고체 전해질로는, Li3N, LiI, Li5NI2, Li3N-LiI-LiOH, Li2SiS3, Li4SiO4, Li4SiO4-LiI-LiOH, Li3PO4-Li2S-SiS2, Cu3N, LiPON, Li2S·GeS2·Ga2S3, Li2O·11Al2O3, (Na,Li)1+ xTi2 - xAlx(PO4)3 (0.1≤x≤0.9), Li1 + xHf2 - xAlx(PO4)3 (0.1≤x≤0.9), Na3Zr2Si2PO12, Li3Zr2Si2PO12, Na5ZrP3O12, Na5TiP3O12, Na3Fe2P3O12, Na4NbP3O12, Na-Silicates, Li0 . 3La0 . 5TiO3, Na5MSi4O12 (M은 Nd, Gd, Dy 등의 희토류 원소) Li5ZrP3O12, Li5TiP3O12, Li3Fe2P3O12, Li4NbP3O12, Li1 + x(M,Al,Ga)x(Ge1-yTiy)2 -x(PO4)3(x≤0.8, 0≤y≤1.0, M은 Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm 또는 Yb), Li1 +x+ yQxTi2 - xSiyP3 - yO12 (0<x≤0.4, 0<y≤0.6, Q 는 Al 또는 Ga), Li6BaLa2Ta2O12, Li7La3Zr2O12, Li5La3Nb2O12, Li5La3M2O12 (M은 Nb, Ta), Li7 + xAxLa3 - xZr2O12 (0<x<3, A는 Zn) 등이 사용될 수 있다.Examples of the inorganic solid electrolyte include Li 3 N, LiI, Li 5 NI 2 , Li 3 N-LiI-LiOH, Li 2 SiS 3 , Li 4 SiO 4 , Li 4 SiO 4 -LiI-LiOH, Li 3 PO 4 - Li 2 S-SiS 2 , Cu 3 N, LiPON, Li 2 S·GeS 2 ·Ga 2 S 3 , Li 2 O·11Al 2 O 3 , (Na,Li) 1+ x Ti 2 - x Al x (PO 4 ) 3 (0.1≤x≤0.9), Li 1 + x Hf 2 - x Al x (PO 4 ) 3 (0.1≤x≤0.9), Na 3 Zr 2 Si 2 PO 12 , Li 3 Zr 2 Si 2 PO 12 , Na 5 ZrP 3 O 12 , Na 5 TiP 3 O 12 , Na 3 Fe 2 P 3 O 12 , Na 4 NbP 3 O 12 , Na-Silicates, Li 0 . 3 La 0 . 5 TiO 3 , Na 5 MSi 4 O 12 (M is a rare earth element such as Nd, Gd, Dy) Li 5 ZrP 3 O 12 , Li 5 TiP 3 O 12 , Li 3 Fe 2 P 3 O 12 , Li 4 NbP 3 O 12 , Li 1 + x (M, Al,Ga) x (Ge 1-y Ti y ) 2 -x (PO 4 ) 3 (x≤0.8, 0≤y≤1.0, M is Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm or Yb), Li 1 +x+ y Q x Ti 2 - x Si y P 3 - y O 12 (0<x≤0.4, 0<y≤0.6, Q is Al or Ga), Li 6 BaLa 2 Ta 2 O 12 , Li 7 La 3 Zr 2 O 12 , Li 5 La 3 Nb 2 O 12 , Li 5 La 3 M 2 O 12 (M is Nb, Ta), Li 7 + x A x La 3 - x Zr 2 O 12 (0<x<3, A is Zn) and the like may be used.

일구현예에 따른 보호막은 이온성 액체, 1족 또는 2족 원소를 함유하는 금속염 및 질소 함유 첨가제 중에서 선택된 하나 이상, 보론 나이트라이드(boron nitride), 또는 그 혼합물을 포함할 수 있다. The protective layer according to an embodiment may include at least one selected from an ionic liquid, a metal salt containing a Group 1 or 2 element, and a nitrogen-containing additive, boron nitride, or a mixture thereof.

상기 1족 원소 또는 2족 원소를 함유하는 금속염은 Cs, Rb, K, Ba, Sr, Ca, Na, 및 Mg 중에서 선택된 하나 이상을 함유하는 금속염인 하나 이상이고, 상기 질소 함유 첨가제는 무기 나이트레이트(inorganic nitrate), 유기 나이트레이트(organic nitrate), 무기 나이트라이트(inorganic nitrite), 유기 나이트라이트(organic nitrite), 유기 니트로 화합물, 유기 니트로소 화합물, N-O 화합물 및 질화리튬(Li3N)으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상이다.The metal salt containing the Group 1 element or Group 2 element is at least one metal salt containing at least one selected from Cs, Rb, K, Ba, Sr, Ca, Na, and Mg, and the nitrogen-containing additive is an inorganic nitrate. (inorganic nitrate), organic nitrate (organic nitrate), inorganic nitrite (inorganic nitrite), organic nitrite (organic nitrite), organic nitro compound, organic nitroso compound, NO compound and lithium nitride (Li 3 N) consisting of at least one selected from the group.

상기 1족 또는 2족 원소를 함유하는 금속염 및 질소 함유 첨가제 중에서 선택된 하나 이상은 액체 전해질의 유기용매에 불용성이다. 이러한 용해도 특성으로 리튬 금속 음극 표면에 국한되어 안정적으로 존재하고 상기 1족 또는 2족 원소를 함유하는 금속염 및 질소 함유 첨가제 중에서 선택된 하나 이상의 이동성이 제한되어 이를 함유한 보호막을 채용하는 경우 전극 간의 리튬 이온의 이동을 방해하지 않는다.At least one selected from the group 1 or 2 element-containing metal salt and nitrogen-containing additive is insoluble in the organic solvent of the liquid electrolyte. Due to such solubility characteristics, the lithium ion between the electrodes is limited to the surface of the lithium metal anode and stably present, and the mobility of at least one selected from the group 1 or 2 element-containing metal salt and nitrogen-containing additive is limited. does not impede the movement of

또한 상기 1족 또는 2족 원소를 함유하는 금속염의 금속은 리튬과 비교하여 큰 원자 크기를 갖고 있어 이를 보호막에 함유하면 금속의 입체 장애(steric hindrance) 효과로 인하여 리튬 금속 음극 표면 상에 리튬 덴드라이트가 성장하는 것을 억제할 수 있다. 그리고 상기 금속염의 금속 양이온(예를 들어 Cs 또는 루비듐 이온)은 리튬 이온의 환원전위에 비하여 작은 유효 환원전위(effective reduction potential)를 갖고 있어 리튬 전착(lithium deposition) 공정 중 금속염은 환원되거나 또는 도포되는 과정이 없이 금속 양이온은 리튬 금속 음극 표면에 돌기(protuberance)의 초기 성장 팁(initial growth tip) 주위에 양전하의 정전기적 쉴드를 형성한다. 이러한 양전하의 정전기적 쉴드가 형성되면 리튬 금속 음극 표면에 리튬 덴드라이트가 성장하는 것을 효과적으로 억제할 수 있다. 상술한 바와 같이 금속염이 리튬의 환원전위에 비하여 작은 유효 환원전위(effective reduction potential)를 가지기 위해서는 금속염의 함량이 중요하다. 금속염의 함량은 보호막의 입자 100 중량부를 기준으로 하여 0.1 내지 100 중량부, 예를 들어 1 내지 75 중량부, 예를 들어 10 내지 50 중량부 범위로 제어된다. In addition, since the metal of the metal salt containing the Group 1 or Group 2 element has a larger atomic size than lithium, when it is contained in a protective film, lithium dendrite on the surface of the lithium metal negative electrode due to the steric hindrance effect of the metal can inhibit growth. In addition, the metal cation (eg, Cs or rubidium ion) of the metal salt has an effective reduction potential that is small compared to the reduction potential of lithium ions, so that the metal salt is reduced or applied during the lithium deposition process. Without the process, the metal cations form an electrostatic shield of positive charge around the initial growth tip of the protuberance on the surface of the lithium metal anode. When the electrostatic shield of such positive charge is formed, it is possible to effectively suppress the growth of lithium dendrites on the surface of the lithium metal anode. As described above, in order for the metal salt to have a small effective reduction potential compared to the reduction potential of lithium, the content of the metal salt is important. The content of the metal salt is controlled in the range of 0.1 to 100 parts by weight, for example, 1 to 75 parts by weight, for example, 10 to 50 parts by weight, based on 100 parts by weight of the particles of the protective film.

또한 상기 보호막은 기계적 강도 및 유연성이 매우 우수하여 리튬 덴드라이트의 형성을 억제하는 효과가 매우 우수하고 리튬 금속 음극과 보호막 사이에 높은 이온 전도성을 갖는 이온 전도성 피막을 형성한다. 상기 이온 전도성 피막은 보호막의 이온 전도도 및 리튬 이온 이동도를 높임으로써 리튬 금속 음극과 보호막 사이의 계면저항을 감소킨다. 이온 전도성 피막은 예를 들어 질화리튬(Li3N)을 함유한다. In addition, the protective film is very excellent in mechanical strength and flexibility to suppress the formation of lithium dendrites, and forms an ion conductive film having high ion conductivity between the lithium metal negative electrode and the protective film. The ion conductive film reduces the interfacial resistance between the lithium metal negative electrode and the protective film by increasing the ion conductivity and lithium ion mobility of the protective film. The ion conductive film contains, for example, lithium nitride (Li 3 N).

또한 상기 보호막은 리튬의 전/탈착 과정을 화학적으로 개선하여 종래의 보호막을 형성한 경우와 비교하여 리튬 금속 음극의 전착 모폴로지(morphology)를 개선하여 리튬 금속 음극 표면에서의 전착밀도가 증가되어 리튬 이온 이동도를 향상시킨다. 그리고 상술한 바와 같이 리튬 금속 음극 표면의 보호막에 상기 금속염과 질소 함유 첨가제 중에서 선택된 하나 이상이 국한되도록 존재하여 상기 금속염과 질소 함유 첨가제 중에서 선택된 하나 이상이 액체 전해질에 분산되거나 양극쪽으로 접근하여 양극과의 반응이 일어나는 것을 차단할 수 있다. 그 결과, 율속 성능 및 수명이 향상된 리튬금속전지를 제조할 수 있다.In addition, the protective film improves the electrodeposition morphology of the lithium metal negative electrode by chemically improving the electrodeposition/desorption process of lithium to improve the electrodeposition morphology of the lithium metal negative electrode as compared to the case where the conventional protective film is formed. improve mobility. And as described above, at least one selected from the metal salt and the nitrogen-containing additive is present in the protective film on the surface of the lithium metal negative electrode to be limited, so that at least one selected from the metal salt and the nitrogen-containing additive is dispersed in the liquid electrolyte or approached toward the positive electrode to interact with the positive electrode It can block the reaction from taking place. As a result, it is possible to manufacture a lithium metal battery with improved rate performance and lifespan.

보호막안에 함유된 질소 함유 첨가제는 비제한적인 예로서 무기 나이트레이트(inorganic nitrate), 유기 나이트레이트(organic nitrate), 무기 나이트라이트(inorganic nitrite), 유기 나이트라이트(organic nitrite), 유기 니트로 화합물, 유기 니트로소 화합물(Organic nitrso compound), N-O 화합물 및 질화리튬(Li3N)으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 들 수 있다. Nitrogen-containing additives contained in the protective film include, but are not limited to, inorganic nitrate, organic nitrate, inorganic nitrite, organic nitrite, organic nitrite, organic nitro compound, organic and at least one selected from the group consisting of an organic nitrso compound, an NO compound, and lithium nitride (Li 3 N).

상기 무기 나이트레이트는 예를 들어 리튬 나이트레이트, 포타슘 나이트레이트, 세슘 나이트레이트, 바륨 나이트레이트 및 암모늄 나이트레이트로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상이고, 상기 유기 나이트레이트는 예를 들어 디알킬 이미다졸륨 나이트레이트, 구아니딘 나이트레이트, 에틸 나이트라이트, 프로필 나이트라이트, 부틸 나이트라이트, 펜틸 나이트라이트, 및 옥틸 나이트라이트로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상이다. 그리고 유기 나이트라이트는 예를 들어 에틸 나이트라이트, 프로필 나이트라이트, 부틸 나이트라이트, 펜틸 나이트라이트, 및 옥틸 나이트라이트로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상이다.The inorganic nitrate is, for example, at least one selected from the group consisting of lithium nitrate, potassium nitrate, cesium nitrate, barium nitrate and ammonium nitrate, and the organic nitrate is, for example, dialkyl imidazolium nitrate. at least one selected from the group consisting of lactate, guanidine nitrate, ethyl nitrite, propyl nitrite, butyl nitrite, pentyl nitrite, and octyl nitrite. And the organic nitrite is, for example, at least one selected from the group consisting of ethyl nitrite, propyl nitrite, butyl nitrite, pentyl nitrite, and octyl nitrite.

상기 유기 니트로 화합물은 예를 들어 니트로메탄, 니트로프로판, 니트로부탄, 니트로벤젠, 디니트로벤젠, 니트로톨루엔, 디니트로톨루엔 및 니트로피리딘으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 들 수 있다. 그리고 상기 N-O 화합물은 예를 들어 피리딘 N-옥사이드, 알킬피리딘 N-옥사이드, 및 테트라메틸 피페리딘 N-옥실(TEMPO)로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상이다.The organic nitro compound may include, for example, at least one selected from the group consisting of nitromethane, nitropropane, nitrobutane, nitrobenzene, dinitrobenzene, nitrotoluene, dinitrotoluene and nitropyridine. And the N-O compound is, for example, at least one selected from the group consisting of pyridine N-oxide, alkylpyridine N-oxide, and tetramethyl piperidine N-oxyl (TEMPO).

다른 일구현예에 따른 보호막에서 질소 함유 첨가제는 LiNO3 및 Li3N 중에서 선택된 하나 이상이고, 상기 1족 또는 2족 원소를 함유하는 금속염이 세슘비스트리플루오로메틸술포닐이미드(CsTFSI), CsNO3, CsPF6, CsFSI, CsAsF6, CsClO4, 또는 CsBF4이고, 예를 들어 CsTFSI일 수 있다.In the protective film according to another embodiment, the nitrogen-containing additive is at least one selected from LiNO 3 and Li 3 N, and the metal salt containing the Group 1 or Group 2 element is cesium bistrifluoromethylsulfonylimide (CsTFSI), CsNO 3 , CsPF 6 , CsFSI, CsAsF 6 , CsClO 4 , or CsBF 4 , for example, CsTFSI.

상기 보호막에서 1족 또는 2족 원소를 함유하는 금속염과 질소 함유 첨가제 중에서 선택된 하나 이상의 함량은 고분자 100 중량부를 기준으로 하여 0.1 내지 100 중량부, 예를 들어 0.1 내지 30중량부이다. 1족 또는 2족 원소를 함유하는 금속염과 질소 함유 첨가제 중에서 선택된 하나 이상의 함량이 상기 범위일 때 리튬 덴드라이트 성장을 억제하는 효과 및 리튬 금속 음극 표면과 보호막의 계면저항이 감소되고 리튬의 이온 이동도가 개선된 리튬금속전지를 제작할 수 있다.In the protective layer, the content of at least one selected from a metal salt containing a Group 1 or 2 element and a nitrogen-containing additive is 0.1 to 100 parts by weight, for example, 0.1 to 30 parts by weight, based on 100 parts by weight of the polymer. When the content of at least one selected from a metal salt containing a Group 1 or 2 element and a nitrogen-containing additive is within the above range, the effect of inhibiting the growth of lithium dendrites, the interfacial resistance between the surface of the lithium metal negative electrode and the protective film is reduced, and the ion mobility of lithium It is possible to manufacture an improved lithium metal battery.

보호막은 일구현예에 의하면, 1족 또는 2족 원소를 함유하는 금속염만을 포함할 수 있다. 이 때 1족 또는 2족 원소를 함유하는 금속염의 함량은 입자 100 중량부를 기준으로 하여 0.1 내지 100 중량부, 예를 들어 0.1 내지 50 중량부, 예를 들어 0.1 내지 30 중량부이다,According to one embodiment, the protective layer may include only a metal salt containing a Group 1 or Group 2 element. At this time, the content of the metal salt containing a Group 1 or 2 element is 0.1 to 100 parts by weight, for example 0.1 to 50 parts by weight, for example 0.1 to 30 parts by weight, based on 100 parts by weight of the particles,

다른 일구현예에 의하면, 보호막은 질소 함유 첨가제만을 함유할 수 있다. 이 때 질소 함유 첨가제의 함량은 입자 100 중량부를 기준으로 하여 0.1 내지 100 중량부, 예를 들어 0.1 내지 50 중량부, 예를 들어 0.1 내지 30 중량부이다.According to another exemplary embodiment, the protective layer may contain only a nitrogen-containing additive. At this time, the content of the nitrogen-containing additive is 0.1 to 100 parts by weight, for example, 0.1 to 50 parts by weight, for example, 0.1 to 30 parts by weight, based on 100 parts by weight of the particles.

보호막은 예를 들어 1족 또는 2족 원소를 함유하는 금속염과 질소 함유 첨가제를 모두 함유할 수 있다. 이 때 1족 또는 2족 원소를 함유하는 금속염의 함량은 입자 100 중량부를 기준으로 하여 0.01 내지 99.99 중량부, 예를 들어 0.05 내지 50 중량부, 예를 들어 0.1 내지 30 중량부이고, 질소 함유 첨가제의 함량은 입자 100 중량부를 기준으로 하여 0.01 내지 99.99 중량부, 예를 들어 0.05 내지 50 중량부, 예를 들어 0.1 내지 30 중량부이다.The protective film may contain, for example, both a metal salt containing a Group 1 or Group 2 element and a nitrogen-containing additive. At this time, the content of the metal salt containing the Group 1 or Group 2 element is 0.01 to 99.99 parts by weight, for example, 0.05 to 50 parts by weight, for example, 0.1 to 30 parts by weight, based on 100 parts by weight of the particles, and the nitrogen-containing additive The content of is 0.01 to 99.99 parts by weight, for example, 0.05 to 50 parts by weight, for example, 0.1 to 30 parts by weight, based on 100 parts by weight of the particles.

일구현예에 따른 보호막에서 1족 또는 2족 원소를 함유하는 금속염과 질소 함유 첨가제의 혼합중량비는 1:9 내지 9:1, 예를 들어 1:2 내지 2:1, 구체적으로 1:1이다. 1족 또는 2족 원소를 함유하는 금속염과 질소 함유 첨가제의 혼합중량비가 상기 범위일 때 리튬 금속 음극 표면에서의 전착밀도와 전해질에서 리튬 이온 이동도 특성이 우수하여 리튬금속전지의 율속 성능 및 수명 특성이 개선된다.In the protective film according to an embodiment, a mixing weight ratio of the metal salt containing a Group 1 or 2 element and the nitrogen-containing additive is 1:9 to 9:1, for example 1:2 to 2:1, specifically 1:1. . When the mixing weight ratio of the metal salt containing a Group 1 or 2 element and the nitrogen-containing additive is within the above range, the electrodeposition density on the surface of the lithium metal anode and the mobility of lithium ions in the electrolyte are excellent, so the rate-limiting performance and lifespan characteristics of the lithium metal battery This is improved.

상기 리튬 금속 전극은 리튬 금속 또는 리튬 금속 합금이고, 상기 음극과 양극 사이에 유기용매, 이온성 액체 및 리튬염 중에서 선택된 하나 이상을 함유한 액체 전해질이 더 포함될 수 있다.The lithium metal electrode may be a lithium metal or a lithium metal alloy, and a liquid electrolyte containing at least one selected from an organic solvent, an ionic liquid, and a lithium salt may be further included between the negative electrode and the positive electrode.

리튬금속전지는 일구현예에 따른 음극을 채용하면 용량 유지율이 개선된 리튬금속전지를 제작할 수 있다. 이러한 리튬금속전지는 전압, 용량, 에너지 밀도가 높아 휴대 전화, 노트북 컴퓨터, 풍력이나 태양광 등의 발전설비의 축전지, 전기 자동차, 무정전 전원장치, 가정용 축전지 등의 분야에서 널리 이용되고 있다.In the lithium metal battery, if the negative electrode according to an embodiment is employed, a lithium metal battery having improved capacity retention rate can be manufactured. Such lithium metal batteries have high voltage, capacity, and energy density, and thus are widely used in the fields of mobile phones, notebook computers, storage batteries of power generation facilities such as wind power or solar power, electric vehicles, uninterruptible power supply devices, and household storage batteries.

도 1g 내지 도 1j는 일구현예에 따른 리튬금속전지의 구조를 개략적으로 나타낸 것이다.1G to 1J schematically show the structure of a lithium metal battery according to an embodiment.

도 1g에 나타난 바와 같이, 리튬금속전지는 양극(21)과 음극(22) 사이에 전해질(24)이 개재되어 있는 구조를 구비한다. 전해질(24)과 음극(22) 사이에는 보호막 (23)이 포함된다. 전해질 (24)는 액체 전해질, 고분자 이온성 액체(polymer ionic liquid), 고체 전해질 및 겔 전해질 중에서 선택된 하나 이상이 더 포함될 수 있다. 리튬금속전지는 세퍼레이터를 더 포함할 수 있다.As shown in FIG. 1G , the lithium metal battery has a structure in which the electrolyte 24 is interposed between the positive electrode 21 and the negative electrode 22 . A protective film 23 is included between the electrolyte 24 and the negative electrode 22 . The electrolyte 24 may further include one or more selected from a liquid electrolyte, a polymer ionic liquid, a solid electrolyte, and a gel electrolyte. The lithium metal battery may further include a separator.

상술한 보호막 (23)이 음극(22)의 적어도 일부 상에 배치됨에 따라 음극 표면이 기계적으로 안정화되면서 전기화학적으로 안정화될 수 있다. 따라서 리튬금속전지의 충방전시 음극 표면에 덴드라이트가 형성되는 것을 억제할 수 있고 음극과 전해질 사이의 계면 안정성이 향상된다. 따라서 리튬금속전지의 사이클 특성이 향상될 수 있다. As the above-described protective film 23 is disposed on at least a portion of the negative electrode 22 , the surface of the negative electrode may be mechanically stabilized and electrochemically stabilized. Therefore, it is possible to suppress the formation of dendrites on the surface of the negative electrode during charging and discharging of the lithium metal battery, and the interfacial stability between the negative electrode and the electrolyte is improved. Therefore, the cycle characteristics of the lithium metal battery can be improved.

상기 전해질 (24)은 도 1h에 나타난 바와 같이 액체 전해질(24a)과 고체 전해질(24b)이 순차적으로 적층된 2층 구조를 가질 수 있다. 여기에서 액체 전해질은 보호막 (23)과 인접되도록 배치될 수 있다. 이러한 리튬금속전지는 음극/보호막/전해질(액체 전해질/고체 전해질)/양극의 적층 순서를 갖는다. The electrolyte 24 may have a two-layer structure in which a liquid electrolyte 24a and a solid electrolyte 24b are sequentially stacked as shown in FIG. 1H . Here, the liquid electrolyte may be disposed adjacent to the protective film 23 . This lithium metal battery has a stacking order of negative electrode / protective film / electrolyte (liquid electrolyte / solid electrolyte) / positive electrode.

도 1i를 참조하여, 일구현예에 따른 리튬금속전지는 세퍼레이터 (24c)를 사용할 수 있다. 세퍼레이터로는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리비닐리덴 플루오라이드 또는 그 조합물로 된 단층막 또는 이들의 2층 이상의 다층막이 사용될 수 있으며, 폴리에틸렌/폴리프로필렌 2층 세퍼레이터, 폴리에틸렌/폴리프로필렌/폴리에틸렌 3층 세퍼레이터, 폴리프로필렌/폴리에틸렌/폴리프로필렌 3층 세퍼레이터 등과 같은 혼합 다층막이 사용될 수 있다. 상기 세퍼레이터에는 리튬염과 유기용매를 함유한 전해질이 더 부가될 수 있다.Referring to FIG. 1I , a lithium metal battery according to an exemplary embodiment may use a separator 24c. As the separator, a single-layer film made of polyethylene, polypropylene, polyvinylidene fluoride or a combination thereof or a multi-layer film of two or more layers thereof may be used, a polyethylene/polypropylene two-layer separator, and a polyethylene/polypropylene/polyethylene three-layer separator , a polypropylene/polyethylene/polypropylene three-layer separator and the like can be used. An electrolyte containing a lithium salt and an organic solvent may be further added to the separator.

도 1j에 나타난 바와 같이, 일구현예에 따른 리튬금속전지는 액체 전해질 (24a)이 배치될 수 있다. 여기에서 액체 전해질은 보호막 (23)안에 함유될 수 있는 액체 전해질의 조성과 동일하거나 또는 다를 수 있다.As shown in FIG. 1J , a liquid electrolyte 24a may be disposed in a lithium metal battery according to an exemplary embodiment. Here, the liquid electrolyte may be the same as or different from the composition of the liquid electrolyte that may be contained in the protective film 23 .

도 1k는 다른 일구현예에 따른 리튬금속전지 구조의 개략도이다.1K is a schematic diagram of a structure of a lithium metal battery according to another embodiment.

리튬금속전지 (30)은 양극 (31), 일구현예에 따른 음극 (32)을 포함하고 이들을 수용하는 전지 케이스 (34)을 포함한다. The lithium metal battery 30 includes a positive electrode 31, a negative electrode 32 according to an embodiment, and a battery case 34 for accommodating them.

도 1g 내지 도 1k에서 양극은 다공성 양극일 수 있다. 다공성 양극은 기공을 함유하고 있거나 또는 의도적으로 양극의 형성을 배제하지 않아 양극 내부로 모세관 현상 등에 의하여 액체 전해질이 침투될 수 있는 양극도 포함한다. 1G to 1K , the positive electrode may be a porous positive electrode. The porous positive electrode includes a positive electrode that contains pores or does not intentionally exclude the formation of the positive electrode, so that the liquid electrolyte can penetrate into the positive electrode by capillary action or the like.

예를 들어 다공성 양극은 양극 활물질, 도전제, 바인더 및 용매를 포함하는 양극 활물질 조성물을 코팅 및 건조하여 얻어지는 양극을 포함한다. 이렇게 얻어진 양극은 양극 활물질 입자 사이에 존재하는 기공을 함유할 수 있다. 이러한 다공성 양극에는 액체 전해질이 함침될 수 있다.For example, the porous positive electrode includes a positive electrode obtained by coating and drying a positive electrode active material composition including a positive electrode active material, a conductive agent, a binder, and a solvent. The positive electrode thus obtained may contain pores existing between particles of the positive electrode active material. The porous positive electrode may be impregnated with a liquid electrolyte.

다른 일구현예에 따르면, 양극은 액체 전해질, 겔 전해질, 또는 고체 전해질을 포함할 수 있다. 상기 액체 전해질, 겔 전해질 및 고체 전해질은 당해 기술분야에서 리튬금속전지의 전해질로 사용할 수 있는 것으로서 충방전 과정에서 양극 활물질과 반응하여 양극 활물질을 열화시키지 않는 것이라면 모두 가능하다.According to another embodiment, the positive electrode may include a liquid electrolyte, a gel electrolyte, or a solid electrolyte. The liquid electrolyte, the gel electrolyte, and the solid electrolyte may be used as electrolytes for lithium metal batteries in the art, as long as they do not deteriorate the positive electrode active material by reacting with the positive electrode active material during charging and discharging.

일구현예에 따른 음극을 포함한 리튬금속전지를 구성하는 각 구성요소 및 이러한 구성요소를 갖는 리튬금속전지의 제조방법에 대하여 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.Each of the components constituting the lithium metal battery including the negative electrode according to the embodiment and the method of manufacturing the lithium metal battery having these components will be described in more detail as follows.

양극을 제조하기 위한 양극 활물질로서 리튬코발트산화물, 리튬니켈코발트망간산화물, 리튬니켈코발트알루미늄산화물, 리튬철인산화물, 및 리튬망간산화물로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있으나, 반드시 이들로 한정되지 않으며 당해 기술분야에서 이용 가능한 모든 양극 활물질이 사용될 수 있다.As a positive electrode active material for manufacturing a positive electrode, it may include at least one selected from the group consisting of lithium cobalt oxide, lithium nickel cobalt manganese oxide, lithium nickel cobalt aluminum oxide, lithium iron phosphate, and lithium manganese oxide, but is not necessarily limited thereto. and any positive active material available in the art may be used.

예를 들어, LiaA1 - bBbD2(상기 식에서, 0.90≤a≤1.8, 및 0≤b≤0.5이다); LiaE1-bBbO2-cDc(상기 식에서, 0.90≤a≤1.8, 0≤b≤0.5, 0≤c≤0.05이다); LiE2 - bBbO4 -cDc(상기 식에서, 0≤b≤0.5, 0≤c≤0.05이다); LiaNi1 -b- cCobBcDα(상기 식에서, 0.90≤a≤1.8, 0≤b≤0.5, 0≤c≤0.05, 0<α≤2이다); LiaNi1 -b- cCobBcO2 - αFα(상기 식에서, 0.90≤a≤1.8, 0≤b≤0.5, 0≤c≤0.05, 0<α<2이다); LiaNi1 -b- cMnbBcDα(상기 식에서, 0.90≤a≤1.8, 0≤b≤0.5, 0≤c≤0.05, 0<α≤2이다); LiaNi1 -b- cMnbBcO2 - αFα(상기 식에서, 0.90≤a≤1.8, 0≤b≤0.5, 0≤c≤0.05, 0<α<2이다); LiaNibEcGdO2(상기 식에서, 0.90≤a≤1.8, 0≤b≤0.9, 0≤c≤0.5, 0.001≤d≤ 0.1이다.); LiaNibCocMndGeO2(상기 식에서, 0.90≤a≤1.8, 0≤b≤0.9, 0≤c≤0.5, 0≤d≤0.5, 0.001≤e≤0.1이다.); LiaNiGbO2(상기 식에서, 0.90≤a≤1.8, 0.001≤b≤0.1이다.); LiaCoGbO2(상기 식에서, 0.90≤a≤1.8, 0.001≤b≤0.1이다.); LiaMnGbO2(상기 식에서, 0.90≤a≤1.8, 0.001≤b≤0.1이다.); LiaMn2GbO4(상기 식에서, 0.90≤a≤1.8, 0.001≤b≤0.1이다.); QO2; QS2; LiQS2; V2O5; LiV2O5; LiIO2; LiNiVO4; Li(3-f)J2(PO4)3(0≤f≤2); Li(3-f)Fe2(PO4)3(0≤f≤2); LiFePO4의 화학식 중 어느 하나로 표 현되는 화합물을 사용할 수 있다.For example, Li a A 1 -b B b D 2 (in the above formula, 0.90≤a≤1.8, and 0≤b≤0.5); Li a E 1-b B b O 2-c D c (in the above formula, 0.90≤a≤1.8, 0≤b≤0.5, 0≤c≤0.05); LiE 2 -b B b O 4 -c D c (wherein 0≤b≤0.5, 0≤c≤0.05); Li a Ni 1 -b- c Co b B c D α (in the above formula, 0.90≤a≤1.8, 0≤b≤0.5, 0≤c≤0.05, 0<α≤2); Li a Ni 1 -b- c Co b B c O 2 -α F α ( in the above formula, 0.90≤a≤1.8, 0≤b≤0.5, 0≤c≤0.05, 0<α<2); Li a Ni 1 -b- c Mn b B c D α (in the above formula, 0.90≤a≤1.8, 0≤b≤0.5, 0≤c≤0.05, 0<α≤2); Li a Ni 1 -b- c Mn b B c O 2 -α F α ( in the above formula, 0.90≤a≤1.8, 0≤b≤0.5, 0≤c≤0.05, 0<α<2); Li a Ni b E c G d O 2 (in the above formula, 0.90≤a≤1.8, 0≤b≤0.9, 0≤c≤0.5, 0.001≤d≤0.1); Li a Ni b Co c Mn d GeO 2 (in the above formula, 0.90≤a≤1.8, 0≤b≤0.9, 0≤c≤0.5, 0≤d≤0.5, 0.001≤e≤0.1); Li a NiG b O 2 (in the above formula, 0.90≤a≤1.8, 0.001≤b≤0.1); Li a CoG b O 2 (in the above formula, 0.90≤a≤1.8, 0.001≤b≤0.1); Li a MnG b O 2 (in the above formula, 0.90≤a≤1.8, 0.001≤b≤0.1); Li a Mn 2 G b O 4 (in the above formula, 0.90≤a≤1.8, 0.001≤b≤0.1); QO 2 ; QS 2 ; LiQS 2 ; V 2 O 5 ; LiV 2 O 5 ; LiIO 2 ; LiNiVO 4 ; Li (3-f) J 2 (PO 4 ) 3 (0≤f≤2); Li (3-f) Fe 2 (PO 4 ) 3 (0≤f≤2); A compound represented by any one of the chemical formulas of LiFePO 4 may be used.

상기 화학식에 있어서, A는 Ni, Co, Mn, 또는 이들의 조합이고; B는 Al, Ni, Co, Mn, Cr, Fe, Mg, Sr, V, 희토류 원소 또는 이들의 조합이고; D는 O, F, S, P, 또는 이들의 조합이고; E는 Co, Mn, 또는 이들의 조합이고; F는 F, S, P, 또는 이들의 조합이고; G는 Al, Cr, Mn, Fe, Mg, La, Ce, Sr, V, 또는 이들의 조합이고; Q는 Ti, Mo, Mn, 또는 이들의 조합이고; I는 Cr, V, Fe, Sc, Y, 또는 이들의 조합이며; J는 V, Cr, Mn, Co, Ni, Cu, 또는 이들의 조합이다.In the above formula, A is Ni, Co, Mn, or a combination thereof; B is Al, Ni, Co, Mn, Cr, Fe, Mg, Sr, V, a rare earth element, or a combination thereof; D is O, F, S, P, or a combination thereof; E is Co, Mn, or a combination thereof; F is F, S, P, or a combination thereof; G is Al, Cr, Mn, Fe, Mg, La, Ce, Sr, V, or a combination thereof; Q is Ti, Mo, Mn, or a combination thereof; I is Cr, V, Fe, Sc, Y, or a combination thereof; J is V, Cr, Mn, Co, Ni, Cu, or a combination thereof.

상기 양극 활물질은 예를 들어 하기 화학식 11로 표시되는 화합물, 하기 화학식 12으로 표시되는 화합물 또는 화학식 13으로 표시되는 화합물이 이용될 수 있다. As the positive active material, for example, a compound represented by the following Chemical Formula 11, a compound represented by the following Chemical Formula 12, or a compound represented by the Chemical Formula 13 may be used.

[화학식 11][Formula 11]

LiaNibCocMndO2 Li a Ni b Co c Mn d O 2

상기 화학식 11 중, 0.90≤a≤1.8, 0≤b≤0.9, 0≤c≤0.5, 0≤d≤0.5이다.In Formula 11, 0.90≤a≤1.8, 0≤b≤0.9, 0≤c≤0.5, and 0≤d≤0.5.

[화학식 12][Formula 12]

Li2MnO3 Li 2 MnO 3

[화학식 13][Formula 13]

LiMO2 LiMO 2

상기 화학식 13 중, M은 Mn, Fe, Co, 또는 Ni이다.In Formula 13, M is Mn, Fe, Co, or Ni.

하기 방법에 따라 양극이 준비된다.A positive electrode is prepared according to the following method.

양극 활물질, 결합제 및 용매가 혼합된 양극 활물질 조성물이 준비된다. A cathode active material composition in which a cathode active material, a binder, and a solvent are mixed is prepared.

양극 활물질 조성물에는 도전제가 더 부가될 수 있다. A conductive agent may be further added to the cathode active material composition.

상기 양극 활물질 조성물이 금속 집전체상에 직접 코팅 및 건조되어 양극판이 제조된다. 다르게는, 상기 양극활물질 조성물이 별도의 지지체상에 캐스팅된 다음, 상기 지지체로부터 박리된 필름이 금속 집전체상에 라미네이션되어 양극판이 제조될 수 있다.The positive electrode active material composition is directly coated and dried on a metal current collector to manufacture a positive electrode plate. Alternatively, the positive electrode active material composition may be cast on a separate support, and then a film peeled from the support may be laminated on a metal current collector to manufacture a positive electrode plate.

상기 바인더는, 활물질과 도전제 등의 결합과 집전체에 대한 결합에 조력하는 성분이다. 이러한 바인더의 비제한적인 예로는, 폴리불화비닐리덴, 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로우즈(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로우즈, 재생 셀룰로우즈, 폴리비닐피롤리돈, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌-디엔 테르 폴리머(EPDM), 술폰화 EPDM, 스티렌 부타디엔 고무, 불소 고무, 다양한 공중합체 등을 들 수 있다. 그 함량은 양극 활물질의 총중량 100 중량부를 기준으로 하여 1 내지 50 중량부, 예를 들어 2 내지 5 중량부를 사용한다. 바인더의 함량이 상기 범위일 때 집전체에 대한 활물질층의 결착력이 양호하다.The binder is a component that assists in bonding of the active material and the conductive agent and the like to the current collector. Non-limiting examples of such binders include polyvinylidene fluoride, polyvinyl alcohol, carboxymethylcellulose (CMC), starch, hydroxypropylcellulose, regenerated cellulose, polyvinylpyrrolidone, polytetrafluoro roethylene, polyethylene, polypropylene, ethylene-propylene-diene ter polymer (EPDM), sulfonated EPDM, styrene butadiene rubber, fluororubber, various copolymers, and the like. The content is 1 to 50 parts by weight, for example, 2 to 5 parts by weight, based on 100 parts by weight of the total weight of the positive electrode active material. When the content of the binder is within the above range, the binding force of the active material layer to the current collector is good.

상기 도전제로는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 천연 흑연이나 인조 흑연 등의 흑연; 카본블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 서머 블랙 등의 카본계 물질; 탄소 섬유나 금속 섬유 등의 도전성 섬유; 불화 카본; 알루미늄, 니켈 분말 등의 금속 분말; 산화아연, 티탄산 칼륨 등의 도전성 위스키; 산화 티탄 등의 도전성 금속 산화물; 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 소재 등이 사용될 수 있다. The conductive agent 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-based substances such as carbon black, acetylene black, ketjen black, channel black, furnace black, lamp black, and summer black; conductive fibers such as carbon fibers and metal fibers; carbon fluoride; metal powders such as aluminum and nickel powder; conductive whiskeys such as zinc oxide and potassium titanate; conductive metal oxides such as titanium oxide; Conductive materials such as polyphenylene derivatives may be used.

상기 도전제의 함량은 양극 활물질의 총중량 100 중량부를 기준으로 하여 1 내지 10 중량부, 예를 들어 2 내지 5 중량부를 사용한다. 도전제의 함량이 상기 범위일 때 최종적으로 얻어진 전극의 전도도 특성이 우수하다.The amount of the conductive agent is 1 to 10 parts by weight, for example, 2 to 5 parts by weight, based on 100 parts by weight of the total weight of the positive electrode active material. When the content of the conductive agent is within the above range, the conductivity characteristics of the finally obtained electrode are excellent.

상기 용매의 비제한적 예로서, N-메틸피롤리돈 등을 사용한다.As a non-limiting example of the solvent, N-methylpyrrolidone and the like are used.

상기 용매의 함량은 양극 활물질 100 중량부를 기준으로 하여 100 내지 2000 중량부를 사용한다. 용매의 함량이 상기 범위일 때 활물질층을 형성하기 위한 작업이 용이하다.The amount of the solvent is 100 to 2000 parts by weight based on 100 parts by weight of the positive electrode active material. When the content of the solvent is within the above range, the operation for forming the active material layer is easy.

상기 양극 활물질, 도전제, 결합제 및 용매의 함량은 리튬 전지에서 통상적으로 사용하는 수준이다. 리튬금속전지의 용도 및 구성에 따라 상기 도전제, 결합제 및 용매 중 하나 이상이 생략될 수 있다.The content of the positive active material, the conductive agent, the binder, and the solvent is a level commonly used in a lithium battery. At least one of the conductive agent, the binder, and the solvent may be omitted depending on the use and configuration of the lithium metal battery.

음극은 상술한 바와 같이 리튬 금속 박막 또는 리튬 금속 합금 박막일 수 있다. The negative electrode may be a lithium metal thin film or a lithium metal alloy thin film as described above.

리튬 금속 합금은 리튬과, 리튬과 합금 가능한 금속/준금속을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 리튬과 합금 가능한 금속/준금속은 Si, Sn, Al, Ge, Pb, Bi, Sb, Si-Y 합금(상기 Y는 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 13 내지 16족 원소, 전이금속, 희토류 원소 또는 이들의 조합 원소이며, Si는 아님), Sn-Y 합금(상기 Y는 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 13족 내지 16족 원소, 전이금속, 희토류 원소 또는 이들의 조합 원소이며, Sn은 아님) 등일 수 있다. 상기 원소 Y로는 Mg, Ca, Sr, Ba, Ra, Sc, Y, Ti, Zr, Hf, Rf, V, Nb, Ta, Db, Cr, Mo, W, Sg, Tc, Re, Bh, Fe, Pb, Ru, Os, Hs, Rh, Ir, Pd, Pt, Cu, Ag, Au, Zn, Cd, B, Al, Ga, Sn, In, Ge, P, As, Sb, Bi, S, Se, Te, Po, 또는 이들의 조합일 수 있다. The lithium metal alloy may include lithium and a metal/metalloid capable of alloying with lithium. For example, the metal/metalloid capable of alloying with lithium is Si, Sn, Al, Ge, Pb, Bi, Sb, or a Si-Y alloy (wherein Y is an alkali metal, an alkaline earth metal, a group 13 to 16 element, a transition metal) , a rare earth element or a combination element thereof, not Si), a Sn-Y alloy (wherein Y is an alkali metal, an alkaline earth metal, a group 13 to 16 element, a transition metal, a rare earth element, or a combination element thereof, Sn is not), etc. The element Y includes Mg, Ca, Sr, Ba, Ra, Sc, Y, Ti, Zr, Hf, Rf, V, Nb, Ta, Db, Cr, Mo, W, Sg, Tc, Re, Bh, Fe, Pb, Ru, Os, Hs, Rh, Ir, Pd, Pt, Cu, Ag, Au, Zn, Cd, B, Al, Ga, Sn, In, Ge, P, As, Sb, Bi, S, Se, Te, Po, or a combination thereof.

전해질로는 리튬금속전지에서 통상적으로 사용되는 세퍼레이터 및/또는 리튬염 함유 비수 전해질이 사용될 수 있다.As the electrolyte, a separator and/or a lithium salt-containing non-aqueous electrolyte commonly used in lithium metal batteries may be used.

세퍼레이터는 높은 이온 투과도와 기계적 강도를 가지는 절연성의 얇은 박막이 사용된다. 세퍼레이터의 기공 직경은 일반적으로 0.01 ~ 10 ㎛이고, 두께는 일반적으로 5 ~ 20㎛이다. 이러한 세퍼레이터로는, 예를 들어, 폴리프로필렌 등의 올레핀계 고분자; 유리섬유 또는 폴리에틸렌 등으로 만들어진 시트나 부직포 등이 사용된다. 전해질로서 고체 고분자 전해질이 사용되는 경우에는 고체 고분자 전해질이 세퍼레이터를 겸할 수도 있다.As the separator, an insulating thin film having high ion permeability and mechanical strength is used. The pore diameter of the separator is generally 0.01 to 10 μm, and the thickness is generally 5 to 20 μm. As such a separator, For example, olefin polymers, such as polypropylene; A sheet or nonwoven fabric made of glass fiber or polyethylene is used. When a solid polymer electrolyte is used as the electrolyte, the solid polymer electrolyte may also serve as a separator.

상기 세퍼레이터의 구체적인 예로는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리비닐리덴 플루오라이드 또는 이들의 2층 이상의 다층막이 사용될 수 있으며, 폴리에틸렌/폴리프로필렌 2층 세퍼레이터, 폴리에틸렌/폴리프로필렌/폴리에틸렌 3층 세퍼레이터, 폴리프로필렌/폴리에틸렌/폴리프로필렌 3층 세퍼레이터 등과 같은 혼합 다층막을 들 수 있다.Specific examples of the separator include polyethylene, polypropylene, polyvinylidene fluoride, or a multilayer film of two or more layers thereof, a polyethylene/polypropylene two-layer separator, a polyethylene/polypropylene/polyethylene three-layer separator, polypropylene/polyethylene and mixed multilayer films such as a polypropylene three-layer separator and the like.

상기 리튬염 함유 비수 전해질은 비수 전해질과 리튬염으로 이루어져 있다. The lithium salt-containing non-aqueous electrolyte includes a non-aqueous electrolyte and a lithium salt.

비수 전해질로는 비수 전해액, 유기 고체 전해질, 또는 무기 고체 전해질 사용된다.As the non-aqueous electrolyte, a non-aqueous electrolyte, an organic solid electrolyte, or an inorganic solid electrolyte is used.

상기 비수 전해액은 유기유매를 포함한다. 이러한 유기용매는 당해 기술분야에서 유기 용매로 사용될 수 있는 것이라면 모두 사용될 수 있다. 예를 들어, 프로필렌카보네이트, 에틸렌카보네이트, 플루오로에틸렌카보네이트, 부틸렌카보네이트, 디메틸카보네이트, 디에틸카보네이트, 메틸에틸카보네이트, 메틸프로필카보네이트, 에틸프로필카보네이트, 메틸이소프로필카보네이트, 디프로필카보네이트, 디부틸카보네이트, 플루오로에틸렌카보네이트, 벤조니트릴, 아세토니트릴, 테트라히드로퓨란, 2-메틸테트라히드로퓨란, γ-부티로락톤, 1,3-디옥소란, 4-메틸디옥소란, N, N-디메틸포름아미드, N,N-디메틸아세트아미드, 디메틸설폭사이드, 디옥산, 1,2-디메톡시에탄, 설포란, 디클로로에탄, 클로로벤젠, 니트로벤젠, 디에틸렌글리콜, 디메틸에테르 또는 이들의 혼합물 등이다. 그리고 상기 리튬염의 예로는 예를 들어, LiPF6, LiBF4, LiSbF6, LiAsF6, LiClO4, LiCF3SO3, Li(CF3SO2)2N, Li(FSO2)2N, LiC4F9SO3, LiAlO2, LiAlCl4, LiN(CxF2x + 1SO2)(CyF2y + 1SO2)(단 x 및 y는 자연수), LiCl, LiI 또는 이들의 혼합물이 있다. 그리고 비수계 전해질에는 충방전 특성, 난연성 등의 개선을 목적으로, 예를 들어, 피리딘, 트리에틸포스파이트, 트리에탄올아민, 환상 에테르, 에틸렌 디아민, n-글라임(glyme), 헥사메틸포스포아미드(hexamethyl phosphoramide), 니트로벤젠유도체, 유황, 퀴논 이민 염료, N-치환 옥사졸리디논, N, N-치환 이미다졸리딘, 에틸렌 글리콜 디알킬 에테르, 암모늄염, 피롤, 2-메톡시 에탄올, 삼염화 알루미늄 등이 첨가될 수도 있다. 경우에 따라서는, 불연성을 부여하기 위하여, 사염화탄소, 삼불화에틸렌 등의 할로겐 함유 용매를 더 포함시킬 수도 있다.The non-aqueous electrolyte includes an organic solvent. Any such organic solvent may be used as long as it can be used as an organic solvent in the art. For example, propylene carbonate, ethylene carbonate, fluoroethylene carbonate, butylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, methyl ethyl carbonate, methyl propyl carbonate, ethyl propyl carbonate, methyl isopropyl carbonate, dipropyl carbonate, dibutyl carbonate , Fluoroethylene carbonate, benzonitrile, acetonitrile, tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, γ-butyrolactone, 1,3-dioxolane, 4-methyldioxolane, N,N-dimethylform amide, N,N-dimethylacetamide, dimethyl sulfoxide, dioxane, 1,2-dimethoxyethane, sulfolane, dichloroethane, chlorobenzene, nitrobenzene, diethylene glycol, dimethyl ether, or mixtures thereof. And examples of the lithium salt include, for example, LiPF 6 , LiBF 4 , LiSbF 6 , LiAsF 6 , LiClO 4 , LiCF 3 SO 3 , Li(CF 3 SO 2 ) 2 N, Li(FSO 2 ) 2 N, LiC 4 F 9 SO 3 , LiAlO 2 , LiAlCl 4 , LiN(C x F 2x + 1 SO 2 )(C y F 2y + 1 SO 2 ) (provided that x and y are natural numbers), LiCl, LiI, or mixtures thereof. And for the purpose of improving charge/discharge characteristics, flame retardancy, etc. in the non-aqueous electrolyte, for example, pyridine, triethylphosphite, triethanolamine, cyclic ether, ethylenediamine, n-glyme, hexamethylphosphoamide (hexamethyl phosphoramide), nitrobenzene derivative, sulfur, quinone imine dye, N-substituted oxazolidinone, N, N-substituted imidazolidine, ethylene glycol dialkyl ether, ammonium salt, pyrrole, 2-methoxyethanol, aluminum trichloride etc. may be added. In some cases, in order to impart incombustibility, a halogen-containing solvent such as carbon tetrachloride or ethylene trifluoride may be further included.

일구현예에 의한 리튬금속전지는 용량 및 수명 특성이 우수하여 소형 디바이스의 전원으로 사용되는 전지셀에 사용될 수 있을 뿐만 아니라, 중대형 디바이스의 전원으로 사용되는 다수의 전지셀들을 포함하는 중대형 전지팩 또는 전지모듈에 단위전지로도 사용될 수 있다.The lithium metal battery according to one embodiment has excellent capacity and lifespan characteristics, so it can be used in a battery cell used as a power source for a small device, as well as a medium or large battery pack including a plurality of battery cells used as a power source for a medium or large device. It can also be used as a unit cell in a battery module.

상기 중대형 디바이스의 예로는 전기자동차(Electric Vehicle, EV), 하이브리드 전기자동차(Hybrid Electric Vehicle, HEV), 플러그-인 하이브리드 전기자동차(Plug-in Hybrid Electric Vehicle, PHEV) 등을 포함하는 전기차 전기 자전거(E-bike), 전기 스쿠터(E-scooter)를 포함하는 전기 이륜차 전동 공구 전력저장장치 등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.Examples of the medium-large device include electric vehicles (Electric Vehicles, EVs), hybrid electric vehicles (HEVs), plug-in hybrid electric vehicles (Plug-in Hybrid Electric Vehicles, PHEVs), etc. E-bike) and an electric two-wheeled vehicle power tool power storage device including an electric scooter (E-scooter), but is not limited thereto.

본 명세서에서 알킬은 완전 포화된 분지형 또는 비분지형 (또는 직쇄 또는 선형) 탄화수소를 말한다. Alkyl as used herein refers to fully saturated branched or unbranched (or straight or linear) hydrocarbons.

“알킬”의 비제한적인 예로는 메틸, 에틸, n-프로필, 이소프로필, n-부틸, 이소부틸, sec-부틸, n-펜틸, 이소펜틸, 네오펜틸, n-헥실, 3-메틸헥실, 2,2-디메틸펜틸, 2,3-디메틸펜틸, n-헵틸 등을 들 수 있다. Non-limiting examples of “alkyl” include methyl, ethyl, n-propyl, isopropyl, n-butyl, isobutyl, sec-butyl, n-pentyl, isopentyl, neopentyl, n-hexyl, 3-methylhexyl, 2,2-dimethylpentyl, 2,3-dimethylpentyl, n-heptyl, and the like.

“알킬”중 하나 이상의 수소 원자는 할로겐 원자, 할로겐 원자로 치환된 C1-C20의 알킬기(예: CF3, CHF2, CH2F, CCl3 등), C1-C20의 알콕시, C2-C20의 알콕시알킬, 히드록시기, 니트로기, 시아노기, 아미노기, 아미디노기, 히드라진기, 히드라존기, 카르복실기나 그의 염, 술포닐기, 설파모일(sulfamoyl)기, 술폰산기나 그의 염, 인산이나 그의 염, 또는 C1-C20의 알킬기, C2-C20 알케닐기, C2-C20 알키닐기, C1-C20의 헤테로알킬기, C6-C20의 아릴기, C7-C20의 아릴알킬기, C6-C20의 헤테로아릴기, C7-C20의 헤테로아릴알킬기, C6-C20의 헤테로아릴옥시기, C6-C20의 헤테로아릴옥시알킬기 또는 C6-C20의 헤테로아릴알킬기로 치환될 수 있다.At least one hydrogen atom in “alkyl” is a halogen atom, a C1-C20 alkyl group substituted with a halogen atom (eg, CF 3 , CHF 2 , CH 2 F, CCl 3 , etc.), C1-C20 alkoxy, C2-C20 alkoxy Alkyl, hydroxyl group, nitro group, cyano group, amino group, amidino group, hydrazine group, hydrazone group, carboxyl group or its salt, sulfonyl group, sulfamoyl group, sulfonic acid group or its salt, phosphoric acid or its salt, or C1- C20 alkyl group, C2-C20 alkenyl group, C2-C20 alkynyl group, C1-C20 heteroalkyl group, C6-C20 aryl group, C7-C20 arylalkyl group, C6-C20 heteroaryl group, C7-C20 hetero It may be substituted with an arylalkyl group, a C6-C20 heteroaryloxy group, a C6-C20 heteroaryloxyalkyl group, or a C6-C20 heteroarylalkyl group.

용어 “할로겐 원자”는 불소, 브롬, 염소, 요오드 등을 포함한다. The term “halogen atom” includes fluorine, bromine, chlorine, iodine and the like.

“알케닐”은 적어도 하나의 탄소-탄소 이중결합을 갖는 분지형 또는 비분지형 탄화수소를 말한다. 알케닐기의 비제한적인예로는 비닐, 알릴, 부테닐, 이소프로페닐, 이소부테닐 등을 들 수 있고, 상기 알케닐중 하나 이상의 수소 원자는 상술한 알킬기의 경우와 동일한 치환기로 치환될 수 있다.“Alkenyl” refers to a branched or unbranched hydrocarbon having at least one carbon-carbon double bond. Non-limiting examples of the alkenyl group include vinyl, allyl, butenyl, isopropenyl, isobutenyl, and the like, and one or more hydrogen atoms of the alkenyl group may be substituted with the same substituents as in the case of the above-described alkyl group. .

“알키닐”은 적어도 하나의 탄소-탄소 삼중결합을 갖는 분지형 또는 비분지형 탄화수소를 말한다. 상기 “알키닐”의 비제한적인 예로는 에티닐, 부티닐, 이소부티닐, 프로피닐 등을 들 수 있다. “Alkynyl” refers to a branched or unbranched hydrocarbon having at least one carbon-carbon triple bond. Non-limiting examples of the “alkynyl” include ethynyl, butynyl, isobutynyl, propynyl, and the like.

“알키닐”중 하나 이상의 수소 원자는 상술한 알킬기의 경우와 동일한 치환기로 치환될 수 있다. One or more hydrogen atoms in “alkynyl” may be substituted with the same substituents as in the case of the above-described alkyl group.

“아릴”은 방향족 고리가 하나 이상의 탄소 고리에 선택적으로 융합된 그룹도 포함한다. "아릴”의 비제한적인 예로서, 페닐, 나프틸, 테트라히드로나프틸 등이 있다. “Aryl” also includes groups in which an aromatic ring is optionally fused to one or more carbon rings. Non-limiting examples of "aryl" include phenyl, naphthyl, tetrahydronaphthyl, and the like.

또한 “아릴”기 중 하나 이상의 수소 원자는 상술한 알킬기의 경우와 마찬가지의 치환기로 치환가능하다.In addition, one or more hydrogen atoms in the “aryl” group may be substituted with the same substituents as in the case of the above-described alkyl group.

“헤테로아릴”은 N, O, P 또는 S 중에서 선택된 하나 이상의 헤테로원자를 포함하고, 나머지 고리원자가 탄소인 모노사이클릭(monocyclic) 또는 바이사이클릭(bicyclic) 방향족 유기 그룹을 의미한다. 상기 헤테로아릴기는 예를 들어 1-5개의 헤테로원자를 포함할 수 있고, 5-10 고리 멤버(ring member)를 포함할 수 있다. 상기 S 또는 N은 산화되어 여러가지 산화 상태를 가질 수 있다."Heteroaryl" refers to a monocyclic or bicyclic aromatic organic group containing one or more heteroatoms selected from N, O, P or S, and the remaining ring atoms are carbon. The heteroaryl group may include, for example, 1-5 heteroatoms, and may include 5-10 ring members. The S or N may be oxidized to have various oxidation states.

헤테로아릴의 예로는 티에닐, 푸릴, 피롤릴, 이미다졸릴, 피라졸릴, 티아졸릴, 이소티아졸릴, 1,2,3-옥사디아졸릴, 1,2,4-옥사디아졸릴, 1,2,5-옥사디아졸릴, 1,3,4-옥사디아졸릴기, 1,2,3-티아디아졸릴, 1,2,4-티아디아졸릴, 1,2,5-티아디아졸릴, 1,3,4-티아디아졸릴, 이소티아졸-3-일, 이소티아졸-4-일, 이소티아졸-5-일, 옥사졸-2-일, 옥사졸-4-일, 옥사졸-5-일, 이소옥사졸-3-일, 이소옥사졸-4-일, 이소옥사졸-5-일, 1,2,4-트리아졸-3-일, 1,2,4-트리아졸-5-일, 1,2,3-트리아졸-4-일, 1,2,3-트리아졸-5-일, 테트라졸릴, 피리드-2-일, 피리드-3-일, 피라진-2-일, 피라진-4-일, 피라진-5-일, 피리미딘-2-일, 피리미딘-4-일, 또는 피리미딘-5-일을 들 수 있다.Examples of heteroaryl include thienyl, furyl, pyrrolyl, imidazolyl, pyrazolyl, thiazolyl, isothiazolyl, 1,2,3-oxadiazolyl, 1,2,4-oxadiazolyl, 1,2 ,5-oxadiazolyl, 1,3,4-oxadiazolyl group, 1,2,3-thiadiazolyl, 1,2,4-thiadiazolyl, 1,2,5-thiadiazolyl, 1, 3,4-thiadiazolyl, isothiazol-3-yl, isothiazol-4-yl, isothiazol-5-yl, oxazol-2-yl, oxazol-4-yl, oxazol-5 -yl, isoxazol-3-yl, isoxazol-4-yl, isoxazol-5-yl, 1,2,4-triazol-3-yl, 1,2,4-triazol-5 -yl, 1,2,3-triazol-4-yl, 1,2,3-triazol-5-yl, tetrazolyl, pyrid-2-yl, pyrid-3-yl, pyrazin-2- yl, pyrazin-4-yl, pyrazin-5-yl, pyrimidin-2-yl, pyrimidin-4-yl, or pyrimidin-5-yl.

용어 “헤테로아릴”은 헤테로방향족 고리가 하나 이상의 아릴, 지환족(cyclyaliphatic) 또는 헤테로사이클에 선택적으로 융합된 경우를 포함한다. The term “heteroaryl” includes where a heteroaromatic ring is optionally fused to one or more aryl, cyclyaliphatic or heterocycles.

화학식에서 사용되는 “탄소고리”기는 포화 또는 부분적으로 불포화된 비방향족(non-aromatic) 모노사이클릭, 바이사이클릭 또는 트리사이클릭 탄화수소기를 말한다.A "carbocyclic" group as used in the formula refers to a saturated or partially unsaturated non-aromatic monocyclic, bicyclic or tricyclic hydrocarbon group.

모노사이클릭 탄화수소의 예로서, 사이클로펜틸, 사이클로펜테닐, 사이클로헥실, 사이클로헥세닐 등이 있다. 바이사이클릭 탄화수소의 예로서, bornyl, decahydronaphthyl, bicyclo[2.1.1]hexyl, bicyclo[2.2.1]heptyl, bicyclo[2.2.1]heptenyl, 또는 bicyclo[2.2.2]octyl이 있다. 그리고 트리사이클릭 탄화수소의 예로서, 아다만틸(adamantly) 등이 있다. Examples of monocyclic hydrocarbons include cyclopentyl, cyclopentenyl, cyclohexyl, cyclohexenyl and the like. Examples of bicyclic hydrocarbons include bornyl, decahydronaphthyl, bicyclo[2.1.1]hexyl, bicyclo[2.2.1]heptyl, bicyclo[2.2.1]heptenyl, or bicyclo[2.2.2]octyl. And examples of tricyclic hydrocarbons include adamantly and the like.

“헤테로고리”는 적어도 하나의 헤테로원자를 포함하는 고리식 그룹으로서 5 내지 20개, 예를 들어 5 내지 10개의 탄소 원자를 함유할 수 있다. 여기에서 헤테로원자로는 황, 질소, 산소 및 붕소 중에서 선택된 하나이다.A “heterocycle” is a cyclic group comprising at least one heteroatom and may contain 5 to 20 carbon atoms, for example 5 to 10 carbon atoms. Here, the heteroatom is one selected from sulfur, nitrogen, oxygen and boron.

알콕시, 아릴옥시, 헤테로아릴옥시는 각각 본 명세서에서 산소 원자에 결합된 알킬, 아릴 및 헤테로아릴을 의미한다.Alkoxy, aryloxy and heteroaryloxy refer herein respectively to alkyl, aryl and heteroaryl bound to an oxygen atom.

이하의 실시예 및 비교예를 통하여 더욱 상세하게 설명된다. 단, 실시예는 예시하기 위한 것으로서 이들만으로 한정되는 것이 아니다.It will be described in more detail through the following examples and comparative examples. However, the examples are for illustrative purposes and are not limited thereto.

실시예Example 1: 음극의 제조 1: Preparation of negative electrode

폴리(스티렌-b-디비닐벤젠) 공중합체 마이크로스피어(평균 입경: 약 3㎛)(EPRUI사)를 무수 테트라하이드로퓨란에 부가하여 5 중량%의 블록 공중합체 함유 혼합물을 얻었다. Poly(styrene-b-divinylbenzene) copolymer microspheres (average particle diameter: about 3 μm) (EPRUI) were added to anhydrous tetrahydrofuran to obtain a mixture containing 5 wt% of a block copolymer.

상기 블록 공중합체에서 폴리스티렌 블록 및 폴리디비닐벤젠 블록의 혼합 중량비는 약 80:20(4:1)이었고, 폴리(스티렌-b-디비닐벤젠) 공중합체의 중량평균분자량은 약 100,000 Daltons이었다. The mixing weight ratio of the polystyrene block and the polydivinylbenzene block in the block copolymer was about 80:20 (4:1), and the weight average molecular weight of the poly(styrene-b-divinylbenzene) copolymer was about 100,000 Daltons.

상기 공중합체 함유 혼합물에 리튬 비스(플루오로술포닐)이미드(Lithium bis(fluorosulfonyl) imide; LiFSI){LiN(SO2F)2}을 부가하여 보호막 형성용 조성물을 얻었다. 여기에서 LiFSI의 함량은 상기 폴리(스티렌-b-디비닐벤젠) 공중합체 100 중량부를 기준으로 하여 약 30 중량부였다. Lithium bis(fluorosulfonyl) imide (LiFSI) {LiN(SO 2 F) 2 } was added to the copolymer-containing mixture to obtain a composition for forming a protective film. Here, the content of LiFSI was about 30 parts by weight based on 100 parts by weight of the poly(styrene-b-divinylbenzene) copolymer.

상기 보호막 형성용 조성물을 리튬 금속 박막(두께: 약 20㎛) 상부에 닥터 블레이드로 약 3㎛의 두께로 코팅하였다.The composition for forming a protective film was coated on a lithium metal thin film (thickness: about 20 μm) with a doctor blade to a thickness of about 3 μm.

상기 코팅된 결과물을 약 25℃에서 건조시킨 후 진공, 약 40℃에서 약 24시간 동안 건조하여 리튬 금속 박막 상부에 보호막이 형성된 음극을 제조하였다.The coated resultant was dried at about 25° C. and then dried under vacuum at about 40° C. for about 24 hours to prepare a negative electrode having a protective film on the lithium metal thin film.

실시예Example 2-3: 음극의 제조 2-3: Preparation of negative electrode

보호막의 두께가 약 1㎛ 및 8㎛로 변화된 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일하게 실시하여 음극을 제조하였다.An anode was manufactured in the same manner as in Example 1, except that the thickness of the protective film was changed to about 1 μm and 8 μm.

실시예Example 4: 음극의 제조 4: Preparation of negative electrode

보호막 형성용 조성물 제조시, 폴리(아크릴로니트릴-b-부타디엔-b-스티렌) 블록 공중합체를 더 부가한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법에 따라 실시하였다. The same method as in Example 1 was followed, except that a poly(acrylonitrile-b-butadiene-b-styrene) block copolymer was further added during the preparation of the composition for forming a protective film.

상기 폴리(아크릴로니트릴-b-부타디엔-b-스티렌) 공중합체의 함량은 폴리(스티렌-b-디비닐벤젠) 공중합체 100 중량부를 기준으로 하여 2 중량부이었다. 그리고 폴리(아크릴로니트릴-b-부타디엔-b-스티렌) 공중합체의 중량평균분자량은 약 100,000 Daltons이었고, 폴리아크릴로니트릴 블록, 폴리부타디엔 블록 및 폴리스티렌 블록의 혼합중량비는 25:25:50이었다.The content of the poly(acrylonitrile-b-butadiene-b-styrene) copolymer was 2 parts by weight based on 100 parts by weight of the poly(styrene-b-divinylbenzene) copolymer. And the weight average molecular weight of the poly(acrylonitrile-b-butadiene-b-styrene) copolymer was about 100,000 Daltons, and the mixing weight ratio of the polyacrylonitrile block, polybutadiene block and polystyrene block was 25:25:50.

실시예Example 5: 음극의 제조 5: Preparation of negative electrode

상기 폴리(아크릴로니트릴-b-부타디엔-b-스티렌) 공중합체의 함량은 폴리(스티렌-b-디비닐벤젠) 공중합체 100 중량부를 기준으로 하여 1 중량부로 변화된 것을 제외하고는, 실시예 4와 동일한 방법에 따라 실시하여 음극을 제조하였다.The content of the poly(acrylonitrile-b-butadiene-b-styrene) copolymer is An anode was manufactured in the same manner as in Example 4, except that it was changed to 1 part by weight based on 100 parts by weight of the poly(styrene-b-divinylbenzene) copolymer.

실시예Example 6-7: 음극의 제조 6-7: Preparation of negative electrode

폴리(스티렌-b-디비닐벤젠) 공중합체 마이크로스피어의 평균 입경이 각각 약 1.3㎛ 및 8㎛로 각각 변화된 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법에 따라 실시하여 음극을 제조하였다.An anode was manufactured in the same manner as in Example 1, except that the average particle diameter of the poly(styrene-b-divinylbenzene) copolymer microspheres was changed to about 1.3 μm and 8 μm, respectively.

실시예Example 8: 음극의 제조 8: Preparation of negative electrode

폴리(스티렌-b-디비닐벤젠) 공중합체 마이크로스피어 대신 혼합중량비가 98:2(49:1)인 폴리(스티렌-b-디비닐벤젠) 공중합체 마이크로스피어를 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법에 따라 실시하여 음극을 제조하였다.Example, except that poly(styrene-b-divinylbenzene) copolymer microspheres having a mixing weight ratio of 98:2 (49:1) were used instead of poly(styrene-b-divinylbenzene) copolymer microspheres A negative electrode was prepared by carrying out according to the same method as in 1.

실시예Example 9: 리튬금속전지의 제조 9: Manufacture of lithium metal battery

실시예 1에 따라 제조된 보호막 형성용 조성물을 리튬 금속 박막(두께: 약 20㎛) 상부에 닥터 블레이드로 약 3㎛의 두께로 코팅하였다. 상기 코팅된 결과물을 약 약 25℃에서 건조시킨 후, 진공, 약 40℃에서 더 건조하여 리튬 금속 박막 상에 보호막이 형성된 음극을 제조하였다.The composition for forming a protective film prepared according to Example 1 was coated on a lithium metal thin film (thickness: about 20 µm) with a doctor blade to a thickness of about 3 µm. The coated resultant was dried at about 25° C. and further dried at about 40° C. under vacuum to prepare a negative electrode having a protective film on the lithium metal thin film.

이와 별도로, LiCoO2, 도전제(Super-P; Timcal Ltd.), 폴리비닐리덴 플루오라이드(polyvinylidene fluoride: PVdF) 및 N-메틸피롤리돈을 혼합하여 양극 활물질층 형성용 조성물을 얻었다. 양극 활물질층 형성용 조성물에서 LiCoO2, 도전제 및 PVDF의 혼합 중량비는 97:1.5:1.5이었고 N-메틸피롤리돈의 함량은 LiCoO2 97g일 때 약 137g을 사용하였다.Separately, LiCoO 2 , a conductive agent (Super-P; Timcal Ltd.), polyvinylidene fluoride (PVdF), and N-methylpyrrolidone were mixed to obtain a composition for forming a cathode active material layer. In the composition for forming a positive electrode active material layer, the mixing weight ratio of LiCoO 2 , the conductive agent and PVDF was 97:1.5:1.5, and the content of N-methylpyrrolidone was LiCoO 2 At 97 g, about 137 g was used.

상기 양극 활물질층 형성용 조성물을 알루미늄 호일(두께: 약 15㎛) 상부에 코팅하고 25℃에서 건조한 다음, 건조된 결과물을 진공, 약 110℃에서 건조시켜 양극을 제조하였다.The composition for forming the positive electrode active material layer was coated on an aluminum foil (thickness: about 15 μm) and dried at 25° C., and then the dried product was dried at about 110° C. in a vacuum to prepare a positive electrode.

상기 과정에 따라 얻은 양극과 음극(두께: 약 20㎛) 사이에 폴리에틸렌 세퍼레이터(기공도: 약 48%)를 개재하여 리튬금속전지(파우치셀)를 제조하였다. A lithium metal battery (pouch cell) was prepared by interposing a polyethylene separator (porosity: about 48%) between the positive electrode and the negative electrode (thickness: about 20 μm) obtained according to the above procedure.

상기 양극과 리튬 금속 음극 사이에는 액체 전해질을 부가하였다. 액체 전해질로는 2:8: 부피비의 1.2-디메톡시에탄(DME) 및 1,1,2,2-테트라플루오로에틸 2,2,3,3-테트라플루오로프로필 에테르(1,1,2,2-tetrafluoroethyl 2,2,3,3-tetrafluoropropyl ether: TTE)의 혼합 용매에 1.0M LiN(SO2F)2(이하, LiFSI)가 용해된 전해액을 이용하였다.A liquid electrolyte was added between the positive electrode and the lithium metal negative electrode. Liquid electrolytes include 1.2-dimethoxyethane (DME) and 1,1,2,2-tetrafluoroethyl 2,2,3,3-tetrafluoropropyl ether (1,1,2) in a 2:8 volume ratio An electrolyte solution in which 1.0M LiN(SO 2 F) 2 (hereinafter, LiFSI) was dissolved in a mixed solvent of ,2-tetrafluoroethyl 2,2,3,3-tetrafluoropropyl ether: TTE) was used.

실시예Example 10-16: 리튬금속전지의 제조 10-16: Preparation of lithium metal battery

실시예 1에 따라 얻은 음극 대신 실시예 2 내지 8에 따라 얻은 음극을 사용한 것을 제외하고는, 실시예 9와 동일한 방법에 따라 실시하여 리튬금속전지를 제조하였다.A lithium metal battery was manufactured in the same manner as in Example 9, except that the negative electrode obtained according to Examples 2 to 8 was used instead of the negative electrode obtained according to Example 1.

실시예Example 17: 리튬금속전지의 제조 17: Preparation of lithium metal battery

양극 활물질 형성용 조성물 제조시 LiCoO2 대신 LiNi0 . 6Co0 . 2Al0 . 2O2를 사용한 것을 제외하고는, 실시예 12와 동일한 방법에 따라 실시하여 리튬금속전지를 제조하였다.LiNi 0 instead of LiCoO 2 when preparing a composition for forming a cathode active material . 6 Co 0 . 2 Al 0 . A lithium metal battery was prepared in the same manner as in Example 12, except that 2 O 2 was used.

실시예Example 18: 음극의 제조 18: Preparation of negative electrode

폴리(스티렌-b-디비닐벤젠) 공중합체 마이크로스피어의 평균 입경이 약 50㎛로 변화된 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법에 따라 실시하여 음극을 제조하였다.An anode was manufactured in the same manner as in Example 1, except that the average particle diameter of the poly(styrene-b-divinylbenzene) copolymer microspheres was changed to about 50 μm.

실시예Example 19: 음극의 제조 19: Preparation of negative electrode

혼합중량비가 80:20인 폴리(스티렌-co-디비닐벤젠) 공중합체 마이크로스피어 대신 혼합중량비가 95:5인 폴리(스티렌-co-디비닐벤젠) 공중합체 마이크로스피어를 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법에 따라 실시하여 음극을 제조하였다.Except for using poly(styrene-co-divinylbenzene) copolymer microspheres having a mixing weight ratio of 95:5 instead of poly(styrene-co-divinylbenzene) copolymer microspheres having a mixing weight ratio of 80:20, A negative electrode was prepared in the same manner as in Example 1.

실시예Example 20-21: 리튬금속전지의 제조 20-21: Preparation of lithium metal battery

실시예 1에 따라 얻은 음극 대신 실시예 18 및 19에 따라 얻은 음극을 각각 사용한 것을 제외하고는, 실시예 9와 동일한 방법에 따라 실시하여 리튬금속전지를 제조하였다.A lithium metal battery was manufactured in the same manner as in Example 9, except that the anodes obtained according to Examples 18 and 19 were respectively used instead of the anodes obtained according to Example 1.

실시예Example 22: 음극의 제조 22: Preparation of negative electrode

평균입경이 약 3㎛인 폴리(스티렌-b-디비닐벤젠) 공중합체 마이크로스피어 대신 평균입경이 약 3㎛인 폴리(스티렌-b-디비닐벤젠) 공중합체 마이크로스피어와 평균입경이 약 8㎛인 폴리(스티렌-b-디비닐벤젠) 공중합체 마이크로스피어를 1:1 중량비로 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법에 따라 실시하여 음극을 제조하였다.Instead of poly(styrene-b-divinylbenzene) copolymer microspheres having an average particle diameter of about 3 μm, poly(styrene-b-divinylbenzene) copolymer microspheres having an average particle diameter of about 3 μm and an average particle diameter of about 8 μm An anode was manufactured in the same manner as in Example 1, except that phosphorus poly(styrene-b-divinylbenzene) copolymer microspheres were used in a 1:1 weight ratio.

실시예Example 23: 리튬금속전지의 제조 23: Preparation of lithium metal battery

평균입경이 약 3㎛인 폴리(스티렌-b-디비닐벤젠) 공중합체 마이크로스피어 대신 평균입경이 각각 약 3㎛, 3.09㎛, 2.91㎛인 폴리(스티렌-b-디비닐벤젠) 공중합체 마이크로스피어의 혼합물(1:1:1 중량비)을 이용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일하게 실시하여 음극을 제조하였고, 이 음극을 이용하여 실시예 9와 동일하게 실시하여 리튬금속전지를 제조하였다.Instead of poly(styrene-b-divinylbenzene) copolymer microspheres having an average particle diameter of about 3 μm, poly(styrene-b-divinylbenzene) copolymer microspheres having an average particle diameter of about 3 μm, 3.09 μm, and 2.91 μm, respectively. A negative electrode was prepared in the same manner as in Example 1, except that a mixture of (1:1:1 weight ratio) was used, and a lithium metal battery was prepared in the same manner as in Example 9 using this negative electrode.

실시예Example 24: 리튬금속전지의 제조 24: Preparation of lithium metal battery

평균입경이 약 3㎛인 폴리(스티렌-b-디비닐벤젠) 공중합체 마이크로스피어 대신 평균입경이 각각 약 3㎛, 2.82㎛, 3.18㎛인 폴리(스티렌-b-디비닐벤젠) 공중합체 마이크로스피어의 혼합물(1:1:1 중량비)을 이용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일하게 실시하여 음극을 제조하였고, 이 음극을 이용하여 실시예 9와 동일하게 실시하여 리튬금속전지를 제조하였다.Instead of poly(styrene-b-divinylbenzene) copolymer microspheres having an average particle diameter of about 3 μm, poly(styrene-b-divinylbenzene) copolymer microspheres having an average particle diameter of about 3 μm, 2.82 μm, and 3.18 μm, respectively. A negative electrode was prepared in the same manner as in Example 1, except that a mixture of (1:1:1 weight ratio) was used, and a lithium metal battery was prepared in the same manner as in Example 9 using this negative electrode.

실시예Example 25: 리튬금속전지의 제조 25: Preparation of lithium metal battery

평균입경이 약 3㎛인 폴리(스티렌-b-디비닐벤젠) 공중합체 마이크로스피어 대신 평균입경이 각각 약 3㎛, 2.7㎛, 3.3㎛인 폴리(스티렌-b-디비닐벤젠) 공중합체 마이크로스피어의 혼합물(1:1:1 중량비)을 이용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일하게 실시하여 음극을 제조하였고, 이 음극을 이용하여 실시예 9와 동일하게 실시하여 리튬금속전지를 제조하였다.Instead of poly(styrene-b-divinylbenzene) copolymer microspheres having an average particle diameter of about 3 μm, poly(styrene-b-divinylbenzene) copolymer microspheres having an average particle diameter of about 3 μm, 2.7 μm, and 3.3 μm, respectively. A negative electrode was prepared in the same manner as in Example 1, except that a mixture of (1:1:1 weight ratio) was used, and a lithium metal battery was prepared in the same manner as in Example 9 using this negative electrode.

실시예Example 26: 음극의 제조 26: Preparation of negative electrode

평균입경이 약 3㎛인 폴리(스티렌-b-디비닐벤젠) 공중합체 마이크로스피어 대신 평균입경이 약 8㎛인 폴리(스티렌-b-디비닐벤젠) 공중합체 마이크로스피어와 평균입경이 약 3㎛인 폴리(스티렌-b-디비닐벤젠) 공중합체 마이크로스피어를 9:1 중량비로 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법에 따라 실시하여 음극을 제조하였다.Instead of poly(styrene-b-divinylbenzene) copolymer microspheres having an average particle diameter of about 3 μm, poly(styrene-b-divinylbenzene) copolymer microspheres having an average particle diameter of about 8 μm and an average particle diameter of about 3 μm An anode was manufactured in the same manner as in Example 1, except that phosphorus poly(styrene-b-divinylbenzene) copolymer microspheres were used in a weight ratio of 9:1.

실시예Example 27: 음극의 제조 27: Preparation of negative electrode

평균입경이 약 3㎛인 폴리(스티렌-b-디비닐벤젠) 공중합체 마이크로스피어 대신 평균입경이 약 3㎛인 폴리(스티렌-b-디비닐벤젠) 공중합체 마이크로스피어와 평균입경이 약 1㎛인 폴리(스티렌-b-디비닐벤젠) 공중합체 마이크로스피어를 9:1 중량비로 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법에 따라 실시하여 음극을 제조하였다.Instead of poly(styrene-b-divinylbenzene) copolymer microspheres having an average particle diameter of about 3 μm, poly(styrene-b-divinylbenzene) copolymer microspheres having an average particle diameter of about 3 μm and an average particle diameter of about 1 μm An anode was manufactured in the same manner as in Example 1, except that phosphorus poly(styrene-b-divinylbenzene) copolymer microspheres were used in a weight ratio of 9:1.

실시예Example 28: 리튬금속전지의 제조 28: Preparation of lithium metal battery

평균입경이 약 3㎛인 폴리(스티렌-b-디비닐벤젠) 공중합체 마이크로스피어 대신 평균입경이 약 50㎛인 폴리(스티렌-b-디비닐벤젠) 공중합체 마이크로스피어를 이용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일하게 실시하여 음극을 제조하였고, 이 음극을 이용하여 실시예 9와 동일하게 실시하여 리튬금속전지를 제조하였다.Except for using poly(styrene-b-divinylbenzene) copolymer microspheres having an average particle diameter of about 50 μm instead of poly(styrene-b-divinylbenzene) copolymer microspheres having an average particle diameter of about 3 μm, A negative electrode was prepared in the same manner as in Example 1, and a lithium metal battery was manufactured in the same manner as in Example 9 using this negative electrode.

실시예Example 29: 리튬금속전지의 제조 29: Preparation of lithium metal battery

평균입경이 약 3㎛인 폴리(스티렌-b-디비닐벤젠) 공중합체 마이크로스피어 대신 평균입경이 약 100㎛인 폴리(스티렌-b-디비닐벤젠) 공중합체 마이크로스피어를 이용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일하게 실시하여 음극을 제조하였고, 이 음극을 이용하여 실시예 9와 동일하게 실시하여 리튬금속전지를 제조하였다.Except for using poly(styrene-b-divinylbenzene) copolymer microspheres having an average particle diameter of about 100 μm instead of poly(styrene-b-divinylbenzene) copolymer microspheres having an average particle diameter of about 3 μm, A negative electrode was prepared in the same manner as in Example 1, and a lithium metal battery was manufactured in the same manner as in Example 9 using this negative electrode.

비교예comparative example 1: 리튬금속전지의 제조 1: Manufacture of lithium metal battery

LiCoO2, 도전제(Super-P; Timcal Ltd.), 폴리비닐리덴 플루오라이드(polyvinylidene fluoride: PVdF) 및 N-메틸피롤리돈을 혼합하여 양극 활물질층 형성용 조성물을 얻었다. 양극 활물질층 형성용 조성물에서 LiCoO2, 도전제 및 PVDF의 혼합중량비는 97:1.5:1.5이었다.LiCoO 2 , a conductive agent (Super-P; Timcal Ltd.), polyvinylidene fluoride (PVdF), and N-methylpyrrolidone were mixed to obtain a composition for forming a cathode active material layer. In the composition for forming the positive active material layer, the mixing weight ratio of LiCoO 2 , the conductive agent and PVDF was 97:1.5:1.5.

상기 양극 활물질층 형성용 조성물을 알루미늄 호일(두께: 약 15㎛) 상부에 코팅하고 25℃에서 건조한 다음, 건조된 결과물을 진공, 약 110℃에서 건조시켜 양극을 제조하였다.The composition for forming the positive electrode active material layer was coated on an aluminum foil (thickness: about 15 μm) and dried at 25° C., and then the dried product was dried at about 110° C. in a vacuum to prepare a positive electrode.

상기 과정에 따라 얻은 양극과 리튬 금속 음극(두께: 약 20㎛) 사이에 폴리에틸렌 세퍼레이터(기공도: 약 48%)를 개재하여 리튬금속전지를 제조하였다. 여기에서 상기 양극과 리튬 금속 음극 사이에는 액체 전해질을 부가하였다. A lithium metal battery was prepared by interposing a polyethylene separator (porosity: about 48%) between the positive electrode obtained according to the above process and the lithium metal negative electrode (thickness: about 20 μm). Here, a liquid electrolyte was added between the positive electrode and the lithium metal negative electrode.

액체 전해질로는 2:8: 부피비의 1,2-디메톡시에탄(DME) 및 1,1,2,2-테트라플루오로에틸 2,2,3,3-테트라플루오로프로필 에테르(1,1,2,2-tetrafluoroethyl 2,2,3,3-tetrafluoropropyl ether: TTE)의 혼합 용매에 1.0M LiN(SO2F)2(이하, LiFSI)가 용해된 전해액을 이용하였다.Liquid electrolytes include 1,2-dimethoxyethane (DME) and 1,1,2,2-tetrafluoroethyl 2,2,3,3-tetrafluoropropyl ether (1,1) in a 2:8 volume ratio An electrolyte solution in which 1.0M LiN(SO 2 F) 2 (hereinafter, LiFSI) was dissolved in a mixed solvent of ,2,2-tetrafluoroethyl 2,2,3,3-tetrafluoropropyl ether: TTE) was used.

비교예comparative example 2 2

폴리스티렌을 무수 테트라하이드로퓨란에 부가하여 5 중량%의 폴리스티렌 함유 혼합물을 얻었다. 폴리스티렌의 중량평균분자량은 약 100,000 Daltons이었다. Polystyrene was added to anhydrous tetrahydrofuran to obtain a mixture containing 5% by weight of polystyrene. The weight average molecular weight of polystyrene was about 100,000 Daltons.

상기 폴리스티렌 함유 혼합물에 리튬 비스(플루오로술포닐)이미드(Lithium bis(fluorosulfonyl) imide; LiFSI){LiN(SO2F)2}을 부가하여 보호막 형성용 조성물을 얻었다. 여기에서 LiFSI의 함량은 상기 폴리스티렌 100 중량부를 기준으로 하여 약 30 중량부였다. Lithium bis(fluorosulfonyl) imide (LiFSI) {LiN(SO 2 F) 2 } was added to the polystyrene-containing mixture to obtain a composition for forming a protective film. Here, the content of LiFSI was about 30 parts by weight based on 100 parts by weight of the polystyrene.

상기 보호막 형성용 조성물을 리튬 금속 박막(두께: 약 20㎛) 상부에 닥터 블레이드로 약 3㎛의 두께로 코팅하였다.The composition for forming a protective film was coated on a lithium metal thin film (thickness: about 20 µm) with a doctor blade to a thickness of about 3 µm.

상기 코팅된 결과물을 약 약 25℃에서 건조시킨 후 진공, 약 40℃에서 약 24시간 동안 건조하여 리튬 금속 박막 상에 보호막이 형성된 음극을 제조하였다.The coated resultant was dried at about 25° C. and then dried under vacuum at about 40° C. for about 24 hours to prepare a negative electrode having a protective film on the lithium metal thin film.

비교예comparative example 3-4 3-4

보호막 형성용 조성물 제조시, 폴리(스티렌-b-디비닐벤젠) 공중합체 마이크로스페어 대신 알루미나(Al2O3)를 사용하고 알루미나의의 평균입경이 각각 1㎛ 및 0.2㎛로 변화된 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법에 따라 실시하여 보호막 및 음극을 제조하였다.When preparing the composition for forming a protective film, alumina (Al 2 O 3 ) was used instead of poly(styrene-b-divinylbenzene) copolymer microspheres, and the average particle diameter of alumina was changed to 1 μm and 0.2 μm, respectively, except that A protective film and a negative electrode were prepared in the same manner as in Example 1.

평가예evaluation example 1: 주사전자현미경 분석 1: Scanning electron microscope analysis

1)실시예 1 및 41) Examples 1 and 4

실시예 1 및 실시예 4에 따라 제조된 음극 표면의 상태를 주사전자현미경(SEM)을 이용하여 분석하였다. The state of the surface of the anode prepared according to Examples 1 and 4 was analyzed using a scanning electron microscope (SEM).

실시예 1에 따라 제조된 음극의 SEM 사진은 도 2a 내지 도 2d에 나타내었고 실시예 4에 따라 제조된 리튬 음극의 SEM 사진은 도 3a 내지 도 3c에 나타낸 바와 같다. 도 3a에 나타난 음극의 보호막은 단분산 단일층(monodisperse single layer)을 나타내고, 도 3b 및 도 3c에 나타난 음극의 보호막은 이중층 구조를 갖는다. SEM photographs of the negative electrode prepared according to Example 1 are shown in FIGS. 2A to 2D, and SEM photographs of the lithium negative electrode prepared according to Example 4 are as shown in FIGS. 3A to 3C. The protective film of the negative electrode shown in FIG. 3A represents a monodisperse single layer, and the protective film of the negative electrode shown in FIGS. 3B and 3C has a double layer structure.

도 2a 내지 도 2d를 참조하여, 실시예 1의 음극에서는 리튬 금속 표면에 마이크로스피어가 단층막 구조로 배열되어 있다는 것을 알 수 있었다. 이러한 구조로 배열되어 있어 마이스코스피어간의 응집이 일어나지 않았다. 2A to 2D, in the negative electrode of Example 1, it can be seen that the microspheres are arranged in a single-layer structure on the surface of the lithium metal. Since they were arranged in this structure, aggregation between mycospheres did not occur.

도 3a 내지 도 3c에 나타난 바와 같이, 실시예 4에 따라 제조된 리튬 음극에서 리튬 금속 박막 표면에 형성된 보호막은 마이크로스피어가 단분산되어 있고 조밀 충진 배열(closed packed arrangement) 상태를 갖는다는 것을 알 수 있었다. As shown in FIGS. 3A to 3C , it can be seen that the protective film formed on the surface of the lithium metal thin film in the lithium negative electrode prepared according to Example 4 has microspheres monodispersed and has a closed packed arrangement. there was.

2) 실시예 222) Example 22

실시예 22에 따라 제조된 리튬 음극 표면의 상태를 주사전자현미경(SEM)을 이용하여 분석하였다. SEM 분석 사진은 도 3d에 나타난 바와 같다.The state of the surface of the lithium negative electrode prepared according to Example 22 was analyzed using a scanning electron microscope (SEM). The SEM analysis picture is as shown in FIG. 3D .

이를 참조하면, 실시예 22의 리튬 음극은 리튬 금속 상부에 두가지 사이즈(입경)의 마이크로스피어가 균일하게 잘 분산되어 있다는 것을 알 수 있었다.Referring to this, in the lithium negative electrode of Example 22, it was found that microspheres of two sizes (particle diameters) were uniformly well dispersed on the upper part of the lithium metal.

평가예evaluation example 2: 2: 리튬전착밀도Lithium deposition density and 전자주사현미경scanning electron microscope 분석 analysis

1)실시예 9, 12, 28, 29 비교예 1 내지 41) Examples 9, 12, 28, 29 Comparative Examples 1 to 4

실시예 9, 실시예 12, 실시예 28, 실시예 29, 비교예 1 내지 4에 따라 제조된 리튬금속전지에 대하여 25℃에서 0.1C rate(0.38mA/cm2)의 전류로 전압이 4.40V(vs. Li)에 이를 때까지 정전류 충전을 실시한 후 이어서 정전압 모드에서 4.40V를 유지하면서 0.05C rate의 전류에서 컷오프(cut-off)하였다. 1회 충전을 실시한 후, 리튬금속전지에서 리튬 마이크로미터를 이용하여 파우치 외장 두께 변화 및 리튬 전착층의 두께 편차를 측정하여 하기 표 1에 나타내었다. 또한 음극 상부에 형성된 리튬 전착층의 두께를 측정하여 전착밀도 평가 결과를 하기 표 2에 나타내었다.For the lithium metal batteries prepared according to Examples 9, 12, 28, 29, and Comparative Examples 1 to 4, the voltage was 4.40V at a current of 0.1C rate (0.38mA/cm 2 ) at 25° C. After constant current charging was performed until (vs. Li), a cut-off was performed at a current of 0.05C rate while maintaining 4.40V in a constant voltage mode. After one-time charging, the change in the thickness of the pouch exterior and the thickness deviation of the lithium electrodeposition layer were measured using a lithium micrometer in the lithium metal battery, and are shown in Table 1 below. In addition, by measuring the thickness of the lithium electrodeposition layer formed on the upper portion of the negative electrode, the electrodeposition density evaluation results are shown in Table 2 below.

구분division 파우치 외장 두께 변화
(㎛)
Change in pouch exterior thickness
(μm)
리튬 전착층의 두께 편차
(㎛)
Thickness deviation of lithium electrodeposited layer
(μm)
실시예 9Example 9 38-4038-40 ±3
±3
실시예 12Example 12 30-3130-31 ±3
±3
비교예 1Comparative Example 1 50-6050-60 ±10±10 비교예 2Comparative Example 2 5050 ±10
±10
비교예 3Comparative Example 3 42-4342-43 ±3
±3
비교예 4Comparative Example 4 46-4846-48 ±5
±5

표 1을 참조하여, 실시예 9 및 12의 리튬금속전지는 비교예 1 내지 4의 경우와 비교하여 파우치 외장 두께 변화가 작게 나타났다. 그리고 실시예 9 및 12의 리튬금속전지는 비교예 1,2 및 4의 경우와 비교하여 리튬 전착층의 두께 편차도 감소하였다. Referring to Table 1, the lithium metal batteries of Examples 9 and 12 showed a small change in the thickness of the pouch exterior compared to the case of Comparative Examples 1 to 4. In addition, in the lithium metal batteries of Examples 9 and 12, the thickness variation of the lithium electrodeposition layer was also reduced as compared with Comparative Examples 1, 2 and 4.

또한 평가 결과, 실시예 9 및 12의 리튬금속전지는 비교예 1 내지 4의 경우와 비교하여 포인트별로 균일한 두께 증가가 관찰되었다.In addition, as a result of the evaluation, a uniform thickness increase was observed for the lithium metal batteries of Examples 9 and 12 for each point compared to Comparative Examples 1 to 4.

실시예 28 및 29에 따라 제조된 리튬금속전지는 비교예 1 내지 4의 리튬금속전지의 경우와 비교하여 파우치 외장 두께 변화가 작게 나타났다.The lithium metal batteries prepared according to Examples 28 and 29 showed a small change in pouch exterior thickness compared to the lithium metal batteries of Comparative Examples 1 to 4.

구분division 리튬전착밀도
(g/cc)(g/cm3)
Lithium deposition density
(g/cc) (g/cm3)
리튬전착층의 두께(㎛)Thickness of lithium electrodeposition layer (㎛)
실시예 9Example 9 0.207-0.2250.207-0.225 35-3835-38 실시예 12 Example 12 0.260-0.2700.260-0.270 28-3028-30 비교예 1Comparative Example 1 0.134-0.1610.134-0.161 4545 비교예 2Comparative Example 2 0.1340.134 5050 비교예 3Comparative Example 3 0.18-0.200.18-0.20 39-4139-41 비교예 4Comparative Example 4 0.17-0.180.17-0.18 44-4644-46

표 2을 참조하여, 실시예 9 및 12에 따라 제조된 리튬금속전지는 비교예 1 의 경우와 비교하여 전착밀도가 50% 이상으로 크게 증가한다는 것을 알 수 있었다. 그리고 실시예 9 및 12에 따라 제조된 리튬금속전지는 비교예 2 내지 4의 경우에 비하여 전착밀도가 증가한 결과를 나타냈고, 실시예 9 및 12에 따라 제조된 리튬금속전지는 비교예 1-4의 경우에 비하여 리튬 전착층의 두께가 감소하였다.Referring to Table 2, it can be seen that the lithium metal batteries prepared according to Examples 9 and 12 significantly increased the electrodeposition density by 50% or more as compared with the case of Comparative Example 1. And the lithium metal batteries prepared according to Examples 9 and 12 showed an increase in electrodeposition density compared to Comparative Examples 2 to 4, and the lithium metal batteries prepared according to Examples 9 and 12 were prepared according to Comparative Examples 1-4. The thickness of the lithium electrodeposition layer was reduced compared to the case of .

한편, 실시예 9 및 비교예 1에 따라 제조된 리튬금속전지에 대하여 25℃에서 0.1C rate의 전류로 전압이 4.40V(vs. Li)에 이를 때까지 정전류 충전을 실시한 후 리튬 전착층이 형성된 리튬 금속 음극 표면의 단면 상태를 주사전자현미경(SEM)을 이용하여 분석하였다. On the other hand, the lithium metal battery prepared according to Example 9 and Comparative Example 1 was charged with a constant current at 25° C. at a rate of 0.1 C until the voltage reached 4.40 V (vs. Li), and then a lithium electrodeposition layer was formed. The cross-sectional state of the surface of the lithium metal anode was analyzed using a scanning electron microscope (SEM).

도 4a 및 도 5a는 각각 실시예 9 및 비교예 1에 따라 제조된 리튬금속전지에서 음극 집전체인 구리 박막 상에 리튬 음극이 형성된 구조를 개략적으로 나타낸 것이다. 4A and 5A schematically show a structure in which a lithium negative electrode is formed on a copper thin film serving as a negative electrode current collector in a lithium metal battery prepared according to Example 9 and Comparative Example 1, respectively.

도 4a에 의하면, 음극은 집전체 (40) 상부에 리튬 금속 전극 (41)이 형성되어 있고 그 상부에 폴리스티렌 마이크로스피어 (43)로 이루어진 보호막(42)이 적층된 구조를 가진다.Referring to FIG. 4A , the negative electrode has a structure in which a lithium metal electrode 41 is formed on the current collector 40 , and a protective film 42 made of polystyrene microspheres 43 is laminated thereon.

상술한 주사전자현미경 분석 결과를 도 4b, 내지 4d, 도 5b 내지 도 5d에 나타내었다. 도 4b 및 4c는 실시예 9에 따라 제조된 리튬금속전지에서 음극 표면을 나타낸 것이고, 도 5b 내지 도 5c는 비교예 1에 따라 제조된 리튬금속전지에서 음극 표면을 나타낸 것이다. The above-described scanning electron microscope analysis results are shown in FIGS. 4B, 4D, and 5B to 5D. 4b and 4c show the surface of the anode in the lithium metal battery prepared according to Example 9, and FIGS. 5b to 5c show the surface of the anode in the lithium metal battery prepared according to Comparative Example 1.

도 5a를 참조하여, 비교예 1에 따라 제조된 리튬금속전지에서는 음극은 집전체 (50) 상부에 리튬 금속 전극 (51)이 적층되어 있고 그 상부에 리튬 덴드라이트 (52)가 랜덤하게 형성된 구조를 가진다. Referring to FIG. 5A, in the lithium metal battery prepared according to Comparative Example 1, the negative electrode has a structure in which a lithium metal electrode 51 is stacked on a current collector 50, and lithium dendrites 52 are randomly formed thereon. have

비교예 1에 따라 제조된 리튬금속전지는 도 5b 및 도 5c에 나타난 바와 같이, 리튬 금속 상부에 리튬 덴드라이트가 랜덤하게 성장 및 형성됨을 알 수 있었다. As shown in FIGS. 5B and 5C, in the lithium metal battery prepared according to Comparative Example 1, it was found that lithium dendrites were randomly grown and formed on the lithium metal.

실시예 9에 따라 제조된 리튬금속전지는 도 4b 및 도 4c에 나타난 바와 같이 도 5a 및 도 5b의 경우와 달리 리튬 덴드라이트가 거의 형성되지 않았다. 그리고 실시예 9의 리튬금속전지는 도 4d에 나타난 바와 같이 도 5d의 경우와 달리 매우 밀도가 높고 콤팩트한 리튬 전착층(lithium deposit layer)이 형성된다는 것을 확인할 수 있었다. In the lithium metal battery prepared according to Example 9, as shown in FIGS. 4B and 4C, unlike the case of FIGS. 5A and 5B, lithium dendrites were hardly formed. In addition, as shown in FIG. 4d , in the lithium metal battery of Example 9, it was confirmed that a very dense and compact lithium deposit layer was formed, unlike the case of FIG. 5d .

2)실시예 23 내지 252) Examples 23 to 25

실시예 23 내지 25에 따라 제조된 리튬금속전지에 대하여 25℃에서 0.1C rate(0.38mA/cm2)의 전류로 전압이 4.40V(vs. Li)에 이를 때까지 정전류 충전을 실시한 후 이어서 정전압 모드에서 4.40V를 유지하면서 0.05C rate의 전류에서 컷오프(cut-off)하였다. 1회 충전을 실시한 후, 리튬금속전지에서 리튬 마이크로미터를 이용하여 파우치 외장 두께 변화 및 리튬 전착층의 두께 편차를 측정하여 하기 표 3에 나타내었다. 또한 음극 상부에 형성된 리튬 전착층의 두께를 측정하여 전착밀도 평가 결과를 하기 표 3에 나타내었다.For lithium metal batteries prepared according to Examples 23 to 25, constant current charging was performed at 25° C. with a current of 0.1C rate (0.38 mA/cm 2 ) until the voltage reached 4.40V (vs. Li), followed by constant voltage Mode was cut-off at a current of 0.05C rate while maintaining 4.40V. After one-time charging, the change in the pouch exterior thickness and the thickness deviation of the lithium electrodeposition layer were measured using a lithium micrometer in the lithium metal battery, and are shown in Table 3 below. In addition, by measuring the thickness of the lithium electrodeposition layer formed on the upper portion of the negative electrode, the electrodeposition density evaluation results are shown in Table 3 below.

하기 표 3에서 각 음극의 보호막을 구성하는 폴리(스티렌-b-디비닐벤젠) 공중합체 마이크로스피어(MS)의 입경 차이는 하기식에 따라 계산된다.In Table 3 below, the difference in particle size of poly(styrene-b-divinylbenzene) copolymer microspheres (MS) constituting the protective film of each negative electrode is calculated according to the following formula.

MS의 입경 차이(%)={(MS의 최대입경-MS의 평균입경)/입자의 평균입경}X100MS particle size difference (%) = {(Maximum MS particle diameter - MS average particle diameter) / average particle diameter of particles} X 100

MS의 입경 차이(%)MS particle size difference (%) 파우치 외장
두께 변화 (㎛)
pouch exterior
Thickness change (㎛)
리튬 전착층의
두께 편차 (㎛)
lithium electrodeposited layer
Thickness deviation (㎛)
리튬전착밀도(g/cc)(g/cm3)Lithium deposition density (g/cc) (g/cm 3 ) 리튬전착층의 두께(㎛)Thickness of lithium electrodeposition layer (㎛)
실시예 23(± 3%)Example 23 (± 3%) 30-3130-31 ± 3± 3 0.260-0.2700.260-0.270 28-3028-30 실시예 24(± 6%)Example 24 (± 6%) 31-3331-33 ± 3± 3 0.245-0.2600.245-0.260 29-3129-31 실시예 25(± 10%)Example 25 (± 10%) 32-3532-35 ± 3± 3 0.225-0.2550.225-0.255 30-3330-33

3) 실시예 26 및 273) Examples 26 and 27

실시예 26 및 27에 따라 제조된 리튬금속전지에 대하여 상기 실시예 23 내지 25의 리튬금속전지에 대하여 실시예 23 내지 25의 리튬금속전지에 대한 리튬전착밀도, 파우치 외장 두께 변화, 리튬전착층의 두께 및 두께 편차를 측정하여 하기 표 4에 나타내었다.For the lithium metal batteries prepared according to Examples 26 and 27 For the lithium metal batteries of Examples 23 to 25 For the lithium metal batteries of Examples 23 to 25 Lithium electrodeposition density, pouch exterior thickness change, lithium electrodeposition layer The thickness and thickness deviation were measured and shown in Table 4 below.

구분division 파우치 외장
두께 변화 (㎛)
pouch exterior
Thickness change (㎛)
리튬 전착층의
두께 편차 (㎛)
lithium electrodeposited layer
Thickness deviation (㎛)
리튬전착밀도(g/cc)(g/cm3)Lithium deposition density (g/cc) (g/cm 3 ) 리튬전착층의 두께(㎛)Thickness of lithium electrodeposition layer (㎛)
실시예 26
Example 26
31-3331-33 ±4±4 0.255-0.2650.255-0.265 29-3129-31
실시예 27
Example 27
29-3129-31 ±3±3 0.270-0.2800.270-0.280 27-2927-29

평가예evaluation example 3: 임피던스 측정 3: Impedance measurement

실시예 17에 따라 제조된 리튬금속전지 및 비교예 1에 따라 제조된 리튬금속전지에 대하여 임피던스 분석기(Solartron 1260A Impedance/Gain-Phase Analyzer)를 사용하여 2-프로브(probe)법에 따라 25℃에서 저항을 측정하였다. 진폭 ±10mV, 주파수 범위는 0.1Hz 내지 1MHz 였다.For the lithium metal battery prepared according to Example 17 and the lithium metal battery prepared according to Comparative Example 1, using an impedance analyzer (Solartron 1260A Impedance/Gain-Phase Analyzer) at 25° C. according to the 2-probe method. The resistance was measured. The amplitude was ±10 mV, and the frequency range was 0.1 Hz to 1 MHz.

상기 실시예 17 비교예 1에 따라 제조된 리튬금속전지의 제조 후 경과시간이 24시간일 때 임피던스 측정 결과에 대한 나이퀴스트 플롯(Nyguist plot)을 도 6에 나타내었다. 도 6에서 음극과 전해질의 계면저항은 반원의 위치 및 크기로 결정된다. FIG. 6 shows a Nyguist plot of the impedance measurement result when the elapsed time after the preparation of the lithium metal battery prepared according to Example 17 Comparative Example 1 was 24 hours. In FIG. 6 , the interfacial resistance between the negative electrode and the electrolyte is determined by the position and size of the semicircle.

도 6에서 나타난 바와 같이, 실시예 17에 따라 제조된 리튬이차전지는 바교예 1의 경우와 비교하여 계면저항이 작다는 것을 알 수 있었다. As shown in FIG. 6 , it was found that the lithium secondary battery prepared according to Example 17 had a small interfacial resistance compared to that of Example 1.

평가예evaluation example 4: 4: 충방전charging and discharging 특성(방전용량) Characteristics (discharge capacity)

1)실시예 9 및 비교예 11) Example 9 and Comparative Example 1

실시예 9 및 비교예 1에 따라 제조된 리튬금속전지에 대하여 25℃에서 0.1C rate의 전류로 전압이 4.40V(vs. Li)에 이를 때까지 정전류 충전하고, 이어서 정전압 모드에서 4.40V를 유지하면서 0.05C rate의 전류에서 컷오프(cut-off)하였다. 이어서, 방전시에 전압이 2.8V(vs. Li)에 이를 때까지 0.1C rate의 정전류로 방전하였다(화성단계, 1st 사이클). 이러한 충방전 과정을 2회 더 실시하여 화성 과정을 완료하였다.With respect to the lithium metal battery prepared according to Example 9 and Comparative Example 1, constant current was charged at 25° C. at a rate of 0.1 C until the voltage reached 4.40 V (vs. Li), and then maintained at 4.40 V in the constant voltage mode. while cutting off at a current of 0.05C rate. Then, it was discharged at a constant current of 0.1C rate until the voltage reached 2.8V (vs. Li) during discharge (Hwaseong stage, 1 st cycle). This charging and discharging process was performed two more times to complete the formation process.

상기 화성 단계를 거친 리튬금속전지를 상온(25℃)에서 0.7C의 정전류로 리튬 금속 대비 4.4 V의 전압 범위에 이를 때까지 충전을 실시한 다음, 0.5C로 3.0V의 컷오프 전압(cut-off voltage)에 도달할 때까지 0.5C 전류로 정전류 방전을 수행하였다.The lithium metal battery that has undergone the formation step is charged at room temperature (25° C.) with a constant current of 0.7 C until it reaches a voltage range of 4.4 V compared to lithium metal, and then with a cut-off voltage of 3.0 V at 0.5 C. ), constant current discharge was performed with a current of 0.5C.

상술한 충방전 과정을 99회 반복적으로 실시하여 충방전 과정을 총 100회 반복적으로 실시하였다. 용량 유지율은 각각 하기 식 1로부터 계산된다.The above-described charging/discharging process was repeated 99 times, and the charging/discharging process was repeated 100 times in total. The capacity retention rate is calculated from the following Equation 1, respectively.

[식 1][Equation 1]

용량유지율(%)= (100th 사이클 방전용량/1st 사이클 방전용량)×100Capacity retention rate (%) = (100th cycle discharge capacity/1st cycle discharge capacity) × 100

상기 용량유지율 평가 결과를 도 7에 나타내었다.The capacity retention rate evaluation results are shown in FIG. 7 .

도 7을 참조하여, 실시예 9에 따라 제조된 리튬금속전지는 비교예 1에 따라 제조된 리튬금속전지에 비하여 용량 유지율이 매우 개선됨을 알 수 있었다. Referring to FIG. 7 , it was found that the lithium metal battery prepared according to Example 9 had significantly improved capacity retention compared to the lithium metal battery prepared according to Comparative Example 1.

2) 실시예 17 및 비교예 12) Example 17 and Comparative Example 1

실시예 17 및 비교예 1에 따라 제조된 리튬금속전지에 대하여 방전용량 변화용량, 유지율 및 쿠울롱 효율을 측정하였다. Discharge capacity change capacity, retention rate, and Coulomb efficiency were measured for lithium metal batteries prepared according to Example 17 and Comparative Example 1.

측정 결과를 도 8a 내지 도 8c에 나타내었다.The measurement results are shown in FIGS. 8A to 8C .

이를 참조하여, 실시예 17의 리튬금속전지는 비교예 1의 경우와 비교하여 개선된 방전용량, 용량유지율 및 쿠울롱 효율을 나타냈다.With reference to this, the lithium metal battery of Example 17 exhibited improved discharge capacity, capacity retention rate and Coulomb efficiency compared to the case of Comparative Example 1.

평가예evaluation example 5: 5: 인장탄성율tensile modulus

상기 실시예 1-4 및 비교예 3-4에 따라 제조된 보호막 형성용 조성물을 기재상에 캐스팅하고 캐스팅한 결과물에서 테트라히드로퓨란(THF)을 아르곤 글러브 박스 내에서 24시간 동안에 걸쳐 약 25℃에서 서서히 증발시켰고 진공 하에 25℃에서 24시간 동안 건조시켜 막 형태의 보호막을 제조하였다. 이 때 보호막의 두께는 약 50㎛이었다.The composition for forming a protective film prepared according to Examples 1-4 and Comparative Examples 3-4 was cast on a substrate, and tetrahydrofuran (THF) from the casting result was added at about 25° C. in an argon glove box for 24 hours. It was evaporated slowly and dried under vacuum at 25° C. for 24 hours to prepare a protective film in the form of a film. At this time, the thickness of the protective film was about 50 μm.

상기 보호막에 대하여 인장탄성율(tensile modulus)를 DMA800 (TA Instruments사)를 이용하여 측정하고, 보호막 시편은 ASTM standard D412 (Type V specimens)을 통하여 준비하였다. 인장탄성율은 영률(Young’s modulus)이라고도 부른다.The tensile modulus of the protective film was measured using DMA800 (TA Instruments), and the protective film specimen was prepared through ASTM standard D412 (Type V specimens). The tensile modulus is also called Young's modulus.

상기 보호막을 25 oC, 약 30%의 상대습도에서 분당 5 mm의 속도로 응력에 대한 변형 변화를 측정하였다. 응력-변형 선도(stress-strain curve)의 기울기로부터 인장탄성율을 얻었다. The change in strain with respect to the stress was measured for the protective film at a rate of 5 mm per minute at 25 ° C. and a relative humidity of about 30%. The tensile modulus of elasticity was obtained from the slope of the stress-strain curve.

측정 결과, 실시예 1 내지 4에 따라 제조된 보호막은 106 Pa 이상으로 비교예 3-4의 경우와 비교하여 인장탄성율이 향상된다는 것을 알 수 있었다. 이러한 특성을 갖는 실시예 1-4에 따라 제조된 보호막을 이용하면 리튬 금속 음극의 부피변화 및 리튬 덴드라이트 성장이 효과적으로 억제될 수 있다.As a result of the measurement, the protective film prepared according to Examples 1 to 4 was 10 6 Pa or more, indicating that the tensile modulus of elasticity was improved compared to that of Comparative Examples 3-4. When the protective film prepared according to Examples 1-4 having these characteristics is used, the volume change of the lithium metal negative electrode and the growth of lithium dendrites can be effectively suppressed.

평가예evaluation example 6: 이온 전도도 6: ionic conductivity

실시예 1-2 에 따라 제조된 보호막의 이온 전도도를 하기 방법에 따라 측정하였다. The ionic conductivity of the protective film prepared according to Example 1-2 was measured according to the following method.

상기 보호막을 1 Hz 내지 1 MHz 주파수 범위에서 10 mV의 전압 바이어스를 주고 온도를 스캔하며 저항을 측정함으로써 이온 전도도를 평가하였다.The ionic conductivity was evaluated by applying a voltage bias of 10 mV to the protective film in a frequency range of 1 Hz to 1 MHz, scanning the temperature, and measuring the resistance.

평가 결과, 실시예 1에 따라 제조된 보호막은 이온 전도도가 우수하다는 것을 알 수 있었다. 또한 실시예 2에 따라 제조된 보호막은 실시예 1에 따라 제조된 보호막과 동등한 수준의 이온 전도도를 나타냈다.As a result of the evaluation, it was found that the protective film prepared according to Example 1 had excellent ionic conductivity. In addition, the protective film prepared according to Example 2 exhibited an ionic conductivity equivalent to that of the protective film prepared according to Example 1.

이상에서는 도면 및 실시예를 참조하여 일구현예가 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 구현예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다. In the above, one embodiment has been described with reference to the drawings and embodiments, but this is only an example, and those of ordinary skill in the art can understand that various modifications and equivalent other embodiments are possible therefrom. will be. Accordingly, the protection scope of the present invention should be defined by the appended claims.

10: 집전체 11: 리튬 전극
12: 보호막 13: 입자
14: 이온 전도성 고분자
15: SEI 16: 리튬 전착층
21: 양극 22: 음극
23: 보호막 24: 전해질
30: 리튬금속전지 34: 케이스
10: current collector 11: lithium electrode
12: Shield 13: Particles
14: ion conductive polymer
15: SEI 16: lithium electrodeposition layer
21: positive electrode 22: negative electrode
23: protective film 24: electrolyte
30: lithium metal battery 34: case

Claims (29)

리튬 금속 또는 리튬 금속 합금을 포함하는 리튬 금속 전극; 및
상기 리튬 금속 전극의 적어도 일부분에 배치된 보호막을 포함하며,
상기 보호막의 영률(young's modulus)은 106 Pa 이상이며,
1㎛를 초과하고 100㎛ 이하의 사이즈(size)를 갖는 유기 입자(organic particle), 무기 입자(inorganic particle) 및 유무기 입자(orgnic-inorganic particle) 중에서 선택된 하나 이상의 입자를 포함하며,
상기 보호막은 리튬염을 포함하며,
상기 보호막의 입자는 스티렌 반복단위를 함유한 블록 공중합체를 포함하며,
상기 스티렌 반복단위를 함유한 블록 공중합체는 폴리(스티렌-디비닐벤젠) 공중합체, 폴리(스티렌-에틸렌-부틸렌-스티렌) 공중합체, 폴리(스티렌-메틸메타크릴레이트) 공중합체, 폴리(스티렌-아크릴로니트릴) 공중합체, 폴리(스티렌-비닐피리딘) 공중합체, 폴리(아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌) 공중합체, 폴리(아크릴로니트릴-에틸렌-프로필렌-스티렌) 공중합체, 폴리(메틸메타크릴레이트-아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌) 공중합체, 폴리(메타크릴레이트-부타디엔-스티렌) 공중합체, 폴리(스티렌-아크릴레이트) 공중합체 및 폴리(아크릴로니트릴-스티렌-아크릴레이트) 공중합체로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 블록 공중합체인 리튬금속전지용 음극.
a lithium metal electrode comprising lithium metal or a lithium metal alloy; and
and a protective film disposed on at least a portion of the lithium metal electrode,
The Young's modulus of the protective film is 10 6 Pa or more,
It contains one or more particles selected from organic particles, inorganic particles, and organic-inorganic particles having a size greater than 1 μm and less than or equal to 100 μm,
The protective layer includes a lithium salt,
The particles of the protective film include a block copolymer containing a styrene repeating unit,
The block copolymer containing the styrene repeating unit is a poly(styrene-divinylbenzene) copolymer, poly(styrene-ethylene-butylene-styrene) copolymer, poly(styrene-methylmethacrylate) copolymer, poly( Styrene-acrylonitrile) copolymer, poly(styrene-vinylpyridine) copolymer, poly(acrylonitrile-butadiene-styrene) copolymer, poly(acrylonitrile-ethylene-propylene-styrene) copolymer, poly(methyl Methacrylate-acrylonitrile-butadiene-styrene) copolymer, poly(methacrylate-butadiene-styrene) copolymer, poly(styrene-acrylate) copolymer and poly(acrylonitrile-styrene-acrylate) copolymer A negative electrode for a lithium metal battery, which is one or more block copolymers selected from the group consisting of coalescing.
제1항에 있어서,
상기 보호막은 액체 전해질을 포함하는 리튬금속전지용 음극.
According to claim 1,
The protective film is an anode for a lithium metal battery comprising a liquid electrolyte.
제2항에 있어서,
상기 액체 전해질은 보호막에서 30 내지 60 부피%를 차지하는 리튬금속전지용 음극.
3. The method of claim 2,
The liquid electrolyte is an anode for a lithium metal battery occupying 30 to 60% by volume of the protective film.
제2항에 있어서,
상기 액체 전해질은 리튬염과 유기용매를 포함하는 리튬금속전지용 음극.
3. The method of claim 2,
The liquid electrolyte is an anode for a lithium metal battery comprising a lithium salt and an organic solvent.
제1항에 있어서,
상기 보호막의 입자가 가교된 구조를 갖는 리튬금속전지용 음극.
According to claim 1,
A negative electrode for a lithium metal battery having a structure in which particles of the protective film are crosslinked.
삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 보호막에서 적어도 하나의 입자는 i) 케이지 구조의 실세스퀴옥산, 금속-유기 골격 구조체(Metal-Orgainc Framework: MOF), Li1 +x+ yAlxTi2 - xSiyP3 - yO12 (0<x<2, 0≤y<3), BaTiO3, Pb(ZrpTi1-p)O3(0≤p≤1) (PZT), Pb1 - xLaxZr1 -yTiyO3(PLZT)(O≤x<1, O≤y<1),Pb(Mg3Nb2/3)O3-PbTiO3(PMN-PT), HfO2, SrTiO3, SnO2, CeO2, Na2O, MgO, NiO, CaO, BaO, ZnO, ZrO2, Y2O3, Al2O3, TiO2, SiO2, SiC, Li3PO4, LixTiy(PO4)3(0<x<2,0<y<3), LixAlyTiz(PO4)3(0<x<2, 0<y<1, 0<z<3), Li1 +x+y (AlpGa1 -p)x(TiqGe1-q)2-xSiyP3-yO12(O≤x≤1, O≤y≤1), LixLayTiO3(0<x<2, 0<y<3), LixGeyPzSw(0<x<4, 0<y<1, 0<z<1, 0<w<5), LixNy(0<x<4, 0<y<2), LixSiySz(0<x<3,0<y<2, 0<z<4), LixPySz(0≤x<3, 0<y<3, 0<z<7), Li2O, LiF, LiOH, Li2CO3, LiAlO2, Li2O-Al2O3-SiO2-P2O5-TiO2-GeO2, Li3 + xLa3M2O12(M = Te, Nb, 또는 Zr)(0≤x≤5)로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 입자를 포함하거나; 또는
ii)상기 입자의 가교체인 리튬금속전지용 음극.
According to claim 1,
In the passivation layer, at least one particle is i) silsesquioxane having a cage structure, a metal-organic framework ( MOF), Li 1 + x + y Al x Ti 2 -x Si y P 3 -y O 12 (0<x<2, 0≤y<3), BaTiO 3 , Pb(Zr p Ti 1-p )O 3 (0≤p≤1) (PZT), Pb 1 - x La x Zr 1 -y Ti y O 3 (PLZT)(O≤x<1, O≤y<1),Pb(Mg 3 Nb 2/3 )O 3 -PbTiO 3 (PMN-PT), HfO 2 , SrTiO 3 , SnO 2 , CeO 2 , Na 2 O, MgO, NiO, CaO, BaO, ZnO, ZrO 2 , Y 2 O 3 , Al 2 O 3 , TiO 2 , SiO 2 , SiC, Li 3 PO 4 , Li x Ti y (PO 4 ) 3 (0<x<2,0<y<3), Li x Al y Ti z (PO 4 ) 3 (0<x<2, 0<y<1, 0<z<3), Li 1 +x +y (Al p Ga 1 -p ) x (Ti q Ge 1-q ) 2-x Si y P 3-y O 12 (O≤x≤1, O≤y≤1), Li x La y TiO 3 (0<x<2, 0<y<3), LixGeyPzSw(0<x<4, 0<y<1, 0<z<1, 0<w<5), Li x N y (0<x< 4, 0<y<2), Li x Si y S z (0<x<3,0<y<2, 0<z<4), Li x P y S z (0≤x<3, 0<y<3,0<z<7), Li 2 O, LiF, LiOH, Li 2 CO 3 , LiAlO 2 , Li 2 O-Al 2 O 3 -SiO 2 -P 2 O 5 -TiO 2 -GeO 2 , Li 3 + x La 3 M 2 O 12 (M = Te, Nb, or Zr) (0≤x≤5) comprising one or more particles selected from; or
ii) A negative electrode for a lithium metal battery, which is a crosslinked body of the particles.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 보호막은 이온 전도성 고분자를 더 포함하는 리튬금속전지용 음극.
According to claim 1,
The protective film is an anode for a lithium metal battery further comprising an ion conductive polymer.
제1O항에 있어서,
상기 이온 전도성 고분자가 호모폴리머, 공중합체, 또는 가교 고분자인 리튬금속전지용 음극.
11. The method of claim 10,
A negative electrode for a lithium metal battery wherein the ion conductive polymer is a homopolymer, a copolymer, or a crosslinked polymer.
제10항에 있어서,
상기 이온 전도성 고분자는 폴리스티렌 또는 스티렌계 반복단위를 함유하는 블록 공중합체인 리튬금속전지용 음극.
11. The method of claim 10,
The ion conductive polymer is a lithium metal battery negative electrode that is a block copolymer containing polystyrene or styrene-based repeating units.
제1항에 있어서,
상기 보호막이 사이즈가 서로 다른 유기 입자, 무기 입자 및 유무기 입자 중에서 선택된 하나 이상의 입자를 포함하는 단층막(single layer) 또는 다층막(multilayer)인 리튬금속전지용 음극.
The method of claim 1,
The negative electrode for a lithium metal battery, wherein the protective film is a single layer or a multilayer film including one or more particles selected from organic particles, inorganic particles, and organic/inorganic particles having different sizes.
제1항에 있어서,
상기 입자는 평균입경이 1.1 내지 50㎛인 마이크로스피어(microsphere)인 리튬금속전지용 음극.
According to claim 1,
The particle is a negative electrode for a lithium metal battery having an average particle diameter of 1.1 to 50㎛ microspheres.
제1항에 있어서,
상기 입자는 1:1 중량비의 평균입경이 3㎛인 폴리(스티렌-co-디비닐벤젠) 공중합체 마이크로스피어와 평균입경이 8㎛인 폴리(스티렌-co-디비닐벤젠) 공중합체 마이크로스피어를 포함하거나, 1:1 중량비의 평균입경이 3㎛인 폴리(스티렌-co-디비닐벤젠) 공중합체 마이크로스피어와 평균입경이 1.3㎛인 폴리(스티렌-co-디비닐벤젠) 공중합체 마이크로스피어를 포함하거나 또는 1:1 중량비의 평균입경이 3㎛인 폴리(스티렌-co-디비닐벤젠) 공중합체 마이크로스피어와 평균입경이 1.1㎛인 폴리(스티렌-co-디비닐벤젠) 공중합체 마이크로스피어를 포함하는 리튬금속전지용 음극.
According to claim 1,
The particles include poly(styrene-co-divinylbenzene) copolymer microspheres having an average particle diameter of 3 μm and poly(styrene-co-divinylbenzene) copolymer microspheres having an average particle diameter of 8 μm in a 1:1 weight ratio. or a 1:1 weight ratio of poly(styrene-co-divinylbenzene) copolymer microspheres having an average particle diameter of 3 μm and poly(styrene-co-divinylbenzene) copolymer microspheres having an average particle diameter of 1.3 μm. or a 1:1 weight ratio of poly(styrene-co-divinylbenzene) copolymer microspheres having an average particle diameter of 3 μm and poly(styrene-co-divinylbenzene) copolymer microspheres having an average particle diameter of 1.1 μm. A negative electrode for a lithium metal battery comprising.
제1항에 있어서,
상기 보호막의 입자는 가교 고분자를 포함하며,
상기 가교 고분자의 가교도(degree of crosslinking)는 10 내지 30%인 리튬금속전지용 음극.
According to claim 1,
The particles of the protective film include a cross-linked polymer,
The crosslinking degree of the crosslinking polymer (degree of crosslinking) is 10 to 30% of the negative electrode for a lithium metal battery.
제1항에 있어서,
상기 보호막의 기공도는 25 내지 50%인 리튬금속전지용 음극.
According to claim 1,
The porosity of the protective film is 25 to 50% of the negative electrode for a lithium metal battery.
제1항에 있어서,
상기 보호막의 두께가 1 내지 10㎛인 리튬금속전지용 음극.
According to claim 1,
A negative electrode for a lithium metal battery having a thickness of 1 to 10 μm of the protective film.
제1항에 있어서,
상기 보호막이 이온성 액체, 1족 또는 2족 원소를 함유하는 금속염 및 질소 함유 첨가제 중에서 선택된 하나 이상, 보론 나이트라이드(boron nitride), 또는 그 혼합물을 더 포함하는 리튬금속전지용 음극.
According to claim 1,
The protective film is an ionic liquid, a metal salt containing a Group 1 or 2 element, and at least one selected from a nitrogen-containing additive, boron nitride, or a negative electrode for a lithium metal battery further comprising a mixture thereof.
제19항에 있어서,
상기 이온성 액체가 i)암모늄계, 피롤리디늄계, 피리디늄계, 피리미디늄계, 이미다졸륨계, 피페리디늄계, 피라졸륨계, 옥사졸륨계, 피리다지늄계, 포스포늄계, 설포늄계, 트리아졸륨계 및 그 혼합물 중에서 선택된 하나 이상의 양이온과,
ii)BF4 -, PF6 -, AsF6 -, SbF6 -, AlCl4 -, HSO4 -, ClO4 -, CH3SO3 -, CF3CO2 -, Cl-, Br-, I-, SO4 2-, CF3SO3 -, (FSO2)2N-, (C2F5SO2)2N-, (C2F5SO2)(CF3SO2)N-, 및 (CF3SO2)2N- 중에서 선택된 적어도 하나로부터 선택된 1종 이상의 음이온을 포함하는 화합물 중에서 선택된 하나 이상인 리튬금속전지용 음극.
20. The method of claim 19,
The ionic liquid is i) ammonium-based, pyrrolidinium-based, pyridinium-based, pyrimidinium-based, imidazolium-based, piperidinium-based, pyrazolium-based, oxazolium-based, pyridazinium-based, phosphonium-based, sulfonium-based, At least one cation selected from triazolium series and mixtures thereof,
ii)BF 4 - , PF 6 - , AsF 6 - , SbF 6 - , AlCl 4 - , HSO 4 - , ClO 4 - , CH 3 SO 3 - , CF 3 CO 2 - , Cl - , Br - , I - , SO 4 2 - , CF 3 SO 3 - , (FSO 2 ) 2 N - , (C 2 F 5 SO 2 ) 2 N - , (C 2 F 5 SO 2 )(CF 3 SO 2 )N - , and (CF 3 SO 2 ) 2 N - At least one negative electrode for a lithium metal battery selected from compounds containing one or more anions selected from at least one selected from.
제19항에 있어서,
상기 1족 원소 또는 2족 원소를 함유하는 금속염은 Cs, Rb, K, Ba, Sr, Ca, Na, 및 Mg 중에서 선택된 하나 이상을 함유하는 금속염인 하나 이상이고,
상기 질소 함유 첨가제는 무기 나이트레이트(inorganic nitrate), 유기 나이트레이트(organic nitrate), 무기 나이트라이트(inorganic nitrite), 유기 나이트라이트(organic nitrite), 유기 니트로 화합물, 유기 니트로소 화합물, N-O 화합물 및 질화리튬(Li3N)으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상인 리튬금속전지용 음극.
20. The method of claim 19,
The metal salt containing the group 1 element or group 2 element is at least one metal salt containing at least one selected from Cs, Rb, K, Ba, Sr, Ca, Na, and Mg,
The nitrogen-containing additive includes inorganic nitrate, organic nitrate, inorganic nitrite, organic nitrite, organic nitro compound, organic nitroso compound, NO compound, and nitrite. At least one negative electrode for a lithium metal battery selected from the group consisting of lithium (Li 3 N).
제1항에 있어서,
상기 리튬염이 LiSCN, LiN(CN)2, LiClO4, LiBF4, LiAsF6, LiPF6, LiCF3SO3, LiC(CF3SO2)3, LiN(SO2C2F5)2, LiN(SO2CF3)2, LiN(SO2F)2, LiSbF6, LiPF3(CF2CF3)3, LiPF3(CF3)3 및 LiB(C2O4)2 중에서 선택된 하나 이상인, 리튬금속전지용 음극.
According to claim 1,
The lithium salt is LiSCN, LiN(CN) 2 , LiClO 4 , LiBF 4 , LiAsF 6 , LiPF 6 , LiCF 3 SO 3 , LiC(CF 3 SO 2 ) 3 , LiN(SO 2 C 2 F 5 ) 2 , LiN (SO 2 CF 3 ) 2 , LiN(SO 2 F) 2 , LiSbF 6 , LiPF 3 (CF 2 CF 3 ) 3 , LiPF 3 (CF 3 ) 3 and at least one selected from LiB(C 2 O 4 ) 2 , Anode for lithium metal batteries.
양극, 제1항 내지 제5항, 제8항, 제10항 내지 제22항 중 어느 한 항의 음극 및 이들 사이에 개재된 전해질을 포함하는 리튬금속전지.A lithium metal battery comprising a positive electrode, the negative electrode of any one of claims 1 to 5, 8, 10 to 22, and an electrolyte interposed therebetween. 제23항에 있어서,
상기 리튬금속전지에서 리튬전착층의 두께가 40㎛ 이하인 리튬금속전지.
24. The method of claim 23,
A lithium metal battery having a thickness of 40 μm or less of a lithium electrodeposition layer in the lithium metal battery.
제23항에 있어서,
상기 음극 상부에 리튬전착층이 배치되며, 리튬전착층의 리튬전착밀도가 0.2 내지 0.3 g/cm3인 리튬금속전지.
24. The method of claim 23,
A lithium electrodeposition layer is disposed on the anode, and the lithium electrodeposition density of the lithium electrodeposition layer is 0.2 to 0.3 g/cm 3 A lithium metal battery.
제23항에 있어서,
상기 리튬금속전지에서 보호막을 구비하지 않고 음극으로서 리튬 금속을 채용한 리튬금속전지 대비 리튬전착밀도 증가율이 50% 이상인 리튬금속전지.
24. The method of claim 23,
A lithium metal battery having a lithium electrodeposition density increase rate of 50% or more compared to a lithium metal battery employing lithium metal as an anode without a protective film in the lithium metal battery.
제23항에 있어서,
상기 전해질이 액체 전해질, 고체 전해질, 겔 전해질, 및 고분자 이온성 액체(polymer ionic liquid) 중에서 선택된 하나 이상을 포함하는 리튬금속전지.
24. The method of claim 23,
A lithium metal battery wherein the electrolyte comprises at least one selected from a liquid electrolyte, a solid electrolyte, a gel electrolyte, and a polymer ionic liquid.
제24항에 있어서,
상기 리튬금속전지가 세퍼레이터를 포함하는 리튬금속전지.
25. The method of claim 24,
A lithium metal battery wherein the lithium metal battery includes a separator.
제23항에 있어서,
상기 리튬금속전지는 세퍼레이터를 더 포함하며, 상기 전해질은 액체 전해질이며, 상기 리튬금속전지가 음극, 세퍼레이터, 액체 전해질 및 양극이 순차적으로 적층된 구조를 갖는 리튬금속전지.
24. The method of claim 23,
The lithium metal battery further includes a separator, the electrolyte is a liquid electrolyte, and the lithium metal battery has a structure in which a negative electrode, a separator, a liquid electrolyte and a positive electrode are sequentially stacked.
KR1020170049894A 2016-04-29 2017-04-18 Negative electrode for lithium metal battery and lithium metal battery comprising the same KR102429876B1 (en)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US15/581,072 US10847799B2 (en) 2016-04-29 2017-04-28 Negative electrode for lithium metal battery and lithium metal battery comprising the same
EP17168678.5A EP3240087B1 (en) 2016-04-29 2017-04-28 Negative electrode for lithium metal battery and lithium metal battery comprising the same
CN201710290599.0A CN107394115B (en) 2016-04-29 2017-04-28 Negative electrode for lithium metal battery and lithium metal battery including the same
JP2017091056A JP7005090B2 (en) 2016-04-29 2017-05-01 Negative electrode for lithium metal batteries and lithium metal batteries containing them
US17/081,161 US20210083291A1 (en) 2016-04-29 2020-10-27 Negative electrode for lithium metal battery and lithium metal battery comprising the same

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR20160053531 2016-04-29
KR1020160053531 2016-04-29

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20170124075A KR20170124075A (en) 2017-11-09
KR102429876B1 true KR102429876B1 (en) 2022-08-05

Family

ID=60385866

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020170049894A KR102429876B1 (en) 2016-04-29 2017-04-18 Negative electrode for lithium metal battery and lithium metal battery comprising the same

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102429876B1 (en)

Families Citing this family (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10944120B2 (en) 2016-10-25 2021-03-09 Samsung Electronics Co., Ltd. Polymer electrolyte, method of preparing the polymer electrolyte, and lithium metal battery including the same
KR102439828B1 (en) * 2017-11-30 2022-09-01 주식회사 엘지에너지솔루션 Porous Polymer for Hosting Lithium Negative Electrode and Lithium Secondary Battery Comprising the Same
KR102305481B1 (en) * 2017-12-04 2021-09-27 주식회사 엘지에너지솔루션 Lithium Metal Electrode, Method for Preparing the Same and Lithium Secondary Battery
KR102566407B1 (en) * 2017-12-20 2023-08-14 삼성전자주식회사 Negative electrolyte for lithium metal battery, lithium metal battery including the same, and manufacturing method thereof
KR102439829B1 (en) 2018-03-08 2022-09-01 주식회사 엘지에너지솔루션 Lithium electrode for lithium secondary battery, preparation methode thereof and lithium secondary battery comprising the same
KR102592147B1 (en) * 2018-04-20 2023-10-23 삼성전자주식회사 Composite separator, preparing method thereof, and lithium secondary battery including the same
KR102651781B1 (en) * 2018-08-20 2024-03-26 주식회사 엘지에너지솔루션 A negative electrode for a lithium secondary battery formed with a highly Elongated polymer protective layer, method for preparing the same, and a lithium secondary battery including the negative electrode
KR102415166B1 (en) 2019-01-11 2022-06-29 주식회사 엘지에너지솔루션 Lithium Metal Electrode and Lithium Secondary Battery Comprising the Same
WO2020184900A1 (en) * 2019-03-08 2020-09-17 주식회사 엘지화학 Negative electrode for lithium secondary battery, method for manufacturing same, and lithium secondary battery including same
KR20200122660A (en) 2019-04-18 2020-10-28 주식회사 엘지화학 A electrolyte membrane for all solid-state battery and an all solid-state battery comprising the same
WO2021045431A1 (en) * 2019-09-06 2021-03-11 주식회사 엘지화학 Method for manufacturing anode for lithium secondary battery
CN111584876B (en) * 2020-06-02 2023-09-12 未名电池科技(深圳)有限公司 Metal negative electrode and application thereof
KR20220059278A (en) * 2020-11-02 2022-05-10 주식회사 엘지에너지솔루션 Negative electrode for lithium metal battery, manufacturing method thereof, and lithium metal battery comprising the same
WO2022092980A1 (en) * 2020-11-02 2022-05-05 주식회사 엘지에너지솔루션 Negative electrode for lithium metal battery, manufacturing method thereof, and lithium metal battery comprising same
CN112820858A (en) * 2021-01-07 2021-05-18 北京理工大学 Lithium metal negative electrode protected by phosphorus-sulfur-based interfacial film and preparation method thereof
KR20230082757A (en) * 2021-12-02 2023-06-09 재단법인 포항산업과학연구원 Lithium metal anode, method of preparing the same and lithium secondary battery using the same
KR20240013517A (en) * 2022-07-22 2024-01-30 삼성에스디아이 주식회사 Anode for lithium metal battery, Lithium metal battery comprising anode and Preparation method for anode for lithium metal battery
KR20240039499A (en) * 2022-09-19 2024-03-26 삼성에스디아이 주식회사 Anode for lithium metal battery, Lithium metal battery comprising anode and Preparation method for anode for lithium metal battery

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010225544A (en) 2009-03-25 2010-10-07 Tdk Corp Electrode for lithium ion secondary battery, and lithium ion secondary battery
JP2015041606A (en) * 2013-08-23 2015-03-02 日本ゼオン株式会社 Porous film composition for lithium ion secondary batteries, separator with protection layer for lithium ion secondary batteries, electrode with protection layer for lithium ion secondary batteries, and lithium ion secondary battery

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100542213B1 (en) * 2003-10-31 2006-01-10 삼성에스디아이 주식회사 Negative electrode of lithium metal battery and lithium metal battery comprisng same
KR20160026644A (en) * 2014-08-29 2016-03-09 삼성전자주식회사 Composite, prepraring method thereof, electrolyte comprising the composite, and lithium secondary battery comprising the electrolyte
KR101715845B1 (en) * 2014-09-26 2017-03-27 삼성전자주식회사 Electrolyte, preparing method thereof, and secondary battery comprising the electrolyte

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010225544A (en) 2009-03-25 2010-10-07 Tdk Corp Electrode for lithium ion secondary battery, and lithium ion secondary battery
JP2015041606A (en) * 2013-08-23 2015-03-02 日本ゼオン株式会社 Porous film composition for lithium ion secondary batteries, separator with protection layer for lithium ion secondary batteries, electrode with protection layer for lithium ion secondary batteries, and lithium ion secondary battery

Also Published As

Publication number Publication date
KR20170124075A (en) 2017-11-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102429876B1 (en) Negative electrode for lithium metal battery and lithium metal battery comprising the same
KR102464364B1 (en) Negative electrode for lithium metal battery and lithium metal battery comprising the same
US20210083291A1 (en) Negative electrode for lithium metal battery and lithium metal battery comprising the same
US11063292B2 (en) Composite electrolyte structure and lithium metal battery including the same
EP3396736B1 (en) Negative electrode for lithium metal battery, method of preparing negative electrode, and lithium metal battery including the same
EP3244471B1 (en) Negative electrode for lithium metal battery and lithium metal battery comprising the same
KR102566407B1 (en) Negative electrolyte for lithium metal battery, lithium metal battery including the same, and manufacturing method thereof
KR102411660B1 (en) Negative electrode for lithium battery and lithium battery comprising the same
KR102645089B1 (en) Lithium metal battery
KR102618538B1 (en) Lithium metal battery including lithium metal anode, method of protecting the lithium metal anode, and protective layer prepared according to the method
KR102452944B1 (en) Electrolyte composite, and negative electrode and lithium second battery including the electrolyte composite
KR102230650B1 (en) Composite, prepraring method thereof, electrolyte comprising the composite, and lithium secondary battery comprising the electrolyte
KR102496375B1 (en) Electrode composite separator assembly for lithium battery and lithium battery including the same
KR102592691B1 (en) Electrolyte for lithium second battery, and lithium second battery comprising the electrolyte
KR102592147B1 (en) Composite separator, preparing method thereof, and lithium secondary battery including the same
KR20190070007A (en) Composite electrolyte, Protecting film comprising composite electrolyte, and Protected anode and Lithium battery comprising proting film
KR20180121391A (en) Negative electrode for lithium metal battery, preparing method thereof and lithium metal battery comprising the same
KR102578822B1 (en) Electrolyte for lithium secondary battery and lithium secondary battery comprising the same

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
AMND Amendment
E601 Decision to refuse application
AMND Amendment
X701 Decision to grant (after re-examination)
GRNT Written decision to grant