KR102505092B1 - A composition for a gel polymer electrolyte, a gel polymer electrolyte and a manufacturing method thereof, and a secondary battery comprising the same - Google Patents

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Abstract

겔 고분자 전해질용 조성물이 제공된다. 상기 겔 고분자 전해질용 조성물은 고분자를 포함하는 다공성 지지체, 소듐(sodium) 또는 리튬(lithium) 중 어느 하나를 포함하는 액체 전해질, 및 2개 이상의 이중결합 작용기를 갖는 이온성 액체 가교제를 포함할 수 있다. A composition for a gel polymer electrolyte is provided. The composition for the gel polymer electrolyte may include a porous support containing a polymer, a liquid electrolyte containing either sodium or lithium, and an ionic liquid crosslinking agent having two or more double bond functional groups. .

Description

겔 고분자 전해질용 조성물, 겔 고분자 전해질 및 그 제조 방법, 그리고 이를 포함하는 이차전지. {A composition for a gel polymer electrolyte, a gel polymer electrolyte and a manufacturing method thereof, and a secondary battery comprising the same}A composition for a gel polymer electrolyte, a gel polymer electrolyte and a method for preparing the same, and a secondary battery including the same. {A composition for a gel polymer electrolyte, a gel polymer electrolyte and a manufacturing method thereof, and a secondary battery comprising the same}

본 발명은 겔 고분자 전해질용 조성물, 겔 고분자 전해질 및 그 제조 방법, 그리고 이를 포함하는 이차전지에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 이온성 가교제를 이용한 겔 고분자 전해질용 조성물, 겔 고분자 전해질 및 그 제조 방법, 그리고 이를 포함하는 이차전지에 관련된 것이다. The present invention relates to a composition for a gel polymer electrolyte, a gel polymer electrolyte and a manufacturing method thereof, and a secondary battery including the same, and more specifically, a composition for a gel polymer electrolyte using an ionic crosslinking agent, a gel polymer electrolyte and a manufacturing method thereof, And it is related to a secondary battery including the same.

리튬 이차전지는 외부 전원을 이용해 에너지를 충전할 수 있는 이차전지의 일종으로 높은 에너지 밀도, 긴 수명 특성 등 많은 장점을 가지고 있어 스마트폰, 태블릿 컴퓨터, 전기 자동차 등의 다양한 분야에 적용되고 있다. 그러나 한정적인 리튬 광물 자원의 양, 그로 인한 높은 생산 단가의 문제 및 리튬 이차전지의 안전성 문제 등으로 인해, 이를 대체할 수 있는 신규 전지 시스템이 필요한 상황이다. 소듐 이차전지는 원재료가 풍부하며 값이 싸기 때문에 생산 단가를 낮출 수 있으며, 환경오염의 염려가 적기 때문에 중대형 에너지 저장장치용 신규 전지 시스템으로 활발히 연구되고 있다. 일반적으로 소듐 이차전지는 가연성 유기 용매를 사용한 액체 전해질을 사용하기 때문에, 리튬 이차전지와 같은 안전성의 문제를 갖는다. 과충전시 음극에서의 소듐 덴드라이트 성장으로 인한, 혹은 외부 충격에 의한 내부단락이 발생하면, 전지 내부 온도가 상승하게 된다. 또한 전지 외부에서 발생한 발화 및 화재도 전지 내부 온도를 상승시키는 요인이 된다. Lithium secondary battery is a type of secondary battery that can charge energy using an external power source, and has many advantages such as high energy density and long lifespan, so it is applied to various fields such as smartphones, tablet computers, and electric vehicles. However, due to the limited amount of lithium mineral resources, the resulting high production cost, and safety issues of lithium secondary batteries, there is a need for a new battery system that can replace them. Sodium secondary batteries are being actively studied as new battery systems for medium and large-sized energy storage devices because raw materials are plentiful and cheap, so production costs can be lowered, and there is little concern about environmental pollution. In general, since the sodium secondary battery uses a liquid electrolyte using a flammable organic solvent, it has the same safety problem as the lithium secondary battery. When an internal short circuit occurs due to sodium dendrite growth in the negative electrode during overcharging or an external shock, the internal temperature of the battery rises. In addition, ignition and fire occurring outside the battery also increase the internal temperature of the battery.

이러한 상황에 의하여 소듐 이차전지의 온도가 상승하게 되면 전해액의 휘발 및 분해에 의한 가연성 가스 생성, 전해액과 전극의 반응에 따른 발열 반응, 양극의 분해에 의한 산소 발생 등으로 인하여 화재가 발생하는 문제를 가지고 있다. 따라서 중대형 에너지 저장장치에 소듐 이차전지를 적용하는 관점에서 안전성을 담보하기 어려운 실정이다.In this situation, when the temperature of the sodium secondary battery rises, the problem of fire due to the generation of combustible gas due to volatilization and decomposition of the electrolyte, the exothermic reaction due to the reaction between the electrolyte and the electrode, and the generation of oxygen due to the decomposition of the anode is solved. Have. Therefore, it is difficult to ensure safety from the point of view of applying sodium secondary batteries to medium and large-sized energy storage devices.

이에 따라, 유기 액체 전해질을 대체할 수 있는 이온성 액체 전해질 및 겔 고분자 전해질에 대한 연구가 활발히 진행 중에 있다. 이온성 액체란 상온 이하의 융점을 갖는, 이온만으로 구성되는 액체 상태의 염을 말한다. 이온성 액체 전해질은 우수한 난연 특성을 갖지만 액상이 갖는 특성으로 인하여 누액의 문제점을 안고 있으며, 고점도 특성으로 인하여 전지 특성이 우수하지 못하다. 겔 고분자 전해질은 전구체 용액에 포함된 가교제의 중합 반응에 의해 반고형으로 제조되고, 전지의 안전성 문제를 부분적으로 해결할 수 있다. Accordingly, research on ionic liquid electrolytes and gel polymer electrolytes that can replace organic liquid electrolytes is being actively conducted. An ionic liquid refers to a salt in a liquid state composed only of ions and having a melting point below room temperature. Ionic liquid electrolytes have excellent flame retardant properties, but suffer from liquid leakage due to liquid phase properties, and poor battery properties due to high viscosity properties. The gel polymer electrolyte is prepared in a semi-solid form by a polymerization reaction of a crosslinking agent included in a precursor solution, and can partially solve the safety problem of a battery.

예를 들어, 대한민국 특허 공개번호 10-2020-0060924(출원번호: 10-2018-0146117, 출원인: 연세대학교 산학협력단)에는, 소듐 이온 전도성 고체전해질, 및 고체전해질의 일면에 형성되는 코팅층을 포함하며, 상기 코팅층은 비스무트(Bi), 주석(Sn) 및 납(Pb)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함하는 고체전해질 구조체가 개시되어 있다. For example, Korean Patent Publication No. 10-2020-0060924 (Application No.: 10-2018-0146117, Applicant: Yonsei University Industry-University Cooperation Foundation) includes a sodium ion conductive solid electrolyte and a coating layer formed on one side of the solid electrolyte, , The coating layer discloses a solid electrolyte structure including at least one selected from the group consisting of bismuth (Bi), tin (Sn), and lead (Pb).

대한민국 특허 공개번호 10-2020-0060924Republic of Korea Patent Publication No. 10-2020-0060924

본 발명이 해결하고자 하는 일 기술적 과제는, 난연성이 향상된 겔 고분자 전해질용 조성물, 겔 고분자 전해질 및 그 제조 방법, 그리고 이를 포함하는 이차전지를 제공하는 데 있다. One technical problem to be solved by the present invention is to provide a composition for a gel polymer electrolyte with improved flame retardancy, a gel polymer electrolyte and a manufacturing method thereof, and a secondary battery including the same.

본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, 열적 안정성 및 화학적 안정성이 향상된 겔 고분자 전해질용 조성물, 겔 고분자 전해질 및 그 제조 방법, 그리고 이를 포함하는 이차전지를 제공하는 데 있다. Another technical problem to be solved by the present invention is to provide a composition for a gel polymer electrolyte with improved thermal stability and chemical stability, a gel polymer electrolyte and a manufacturing method thereof, and a secondary battery including the same.

본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 전기적 특성이 우수한 겔 고분자 전해질용 조성물, 겔 고분자 전해질 및 그 제조 방법, 그리고 이를 포함하는 이차전지를 제공하는 데 있다. Another technical problem to be solved by the present invention is to provide a composition for a gel polymer electrolyte having excellent electrical properties, a gel polymer electrolyte and a manufacturing method thereof, and a secondary battery including the same.

본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는 신뢰성이 향상된 겔 고분자 전해질용 조성물, 겔 고분자 전해질 및 그 제조 방법, 그리고 이를 포함하는 이차전지를 제공하는 데 있다. Another technical problem to be solved by the present invention is to provide a composition for a gel polymer electrolyte with improved reliability, a gel polymer electrolyte and a manufacturing method thereof, and a secondary battery including the same.

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 상술된 것에 제한되지 않는다. The technical problem to be solved by the present invention is not limited to the above.

상술된 기술적 과제들을 해결하기 위해 본 발명은 겔 고분자 전해질용 조성물을 제공한다. In order to solve the above technical problems, the present invention provides a composition for a gel polymer electrolyte.

일 실시 예에 따르면, 상기 겔 고분자 전해질용 조성물은 고분자를 포함하는 다공성 지지체, 소듐(sodium) 또는 리튬(lithium) 중 어느 하나를 포함하는 액체 전해질, 및 2개 이상의 이중결합 작용기를 갖는 이온성 액체 가교제를 포함하되, 상기 이중결합 작용기는 상기 이온성 액체 가교제의 가교 반응을 매개하는 것을 포함할 수 있다. According to one embodiment, the composition for the gel polymer electrolyte is a porous support containing a polymer, a liquid electrolyte containing any one of sodium or lithium, and an ionic liquid having two or more double bond functional groups. Including a crosslinking agent, the double bond functional group may include mediating a crosslinking reaction of the ionic liquid crosslinking agent.

일 실시 예에 따르면, 상기 이온성 액체 가교제는, 아래의 <화학식 1>로 표기되는 것을 포함할 수 있다. According to one embodiment, the ionic liquid crosslinking agent may include one represented by the following <Chemical Formula 1>.

<화학식 1><Formula 1>

Figure 112020086002608-pat00001
Figure 112020086002608-pat00001

R: 탄소수 1 내지 8의 알킬기.R: An alkyl group having 1 to 8 carbon atoms.

X+: 이미다졸륨, 암모늄, 피리디늄, 피라졸륨, 피페리디늄, 트리아졸륨, 티아졸륨, 옥사졸륨, 피리다지늄, 피리미디늄, 피라지늄, 포스포늄, 피롤리디늄 및 설포늄 중 어느 하나의 양이온. X + : among imidazolium, ammonium, pyridinium, pyrazolium, piperidinium, triazolium, thiazolium, oxazolium, pyridazinium, pyrimidinium, pyrazinium, phosphonium, pyrrolidinium and sulfonium any one cation.

Y-: BF4, PF6, ClO4, CF3SO3, N(CF3SO2)2, N(C2F5SO2)2, C(CF2SO2)3, AsF6, SbF6, AlCl4, NbF6, CF3CO2 중 어느 하나의 음이온. Y - : BF 4 , PF 6 , ClO 4 , CF 3 SO 3 , N(CF 3 SO 2 ) 2 , N(C 2 F 5 SO 2 ) 2 , C(CF 2 SO 2 ) 3 , AsF 6 , SbF 6 , AlCl 4 , NbF 6 , CF 3 CO 2 An anion of any one.

일 실시 예에 따르면, 상기 이온성 액체 가교제는, 상기 겔 고분자 전해질용 조성물 100 wt%를 기준으로 30 wt% 이상 포함될 수 있다. According to one embodiment, the ionic liquid crosslinking agent may be included in an amount of 30 wt% or more based on 100 wt% of the composition for a gel polymer electrolyte.

일 실시 예에 따르면, 상기 고분자는, 폴리아미드이미드, 폴리에테르이미드, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리비닐리덴플루오라이드, 폴리테트라플루오루에틸렌, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 및 폴리아크릴로니트릴 중 어느 하나를 포함할 수 있다. According to one embodiment, the polymer is polyamideimide, polyetherimide, polyethylene, polypropylene, polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene, polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, and polyacrylonitrile. may include any one of them.

일 실시 예에 따르면, 상기 다공성 지지체는, 상기 고분자를 포함하는 복수의 섬유들을 포함할 수 있다. According to one embodiment, the porous support may include a plurality of fibers including the polymer.

상술된 기술적 과제들을 해결하기 위해 본 발명은 겔 고분자 전해질을 제공한다. In order to solve the above technical problems, the present invention provides a gel polymer electrolyte.

일 실시 예에 따르면, 상기 겔 고분자 전해질은 상술된 실시 예에 따른 겔 고분자 전해질용 조성물이 화학 가교 결합된 것을 포함할 수 있다. According to one embodiment, the gel polymer electrolyte may include a composition for a gel polymer electrolyte according to the above-described embodiment chemically cross-linked.

상술된 기술적 과제들을 해결하기 위해 본 발명은 이차전지를 제공한다. In order to solve the above technical problems, the present invention provides a secondary battery.

일 실시 예에 따르면, 상기 이차전지는 대향하여 배치되는 양극과 음극, 및 상기 양극과 음극 사이에 배치되는 상술된 실시 예에 따른 겔 고분자 전해질을 포함할 수 있다. According to one embodiment, the secondary battery may include a positive electrode and a negative electrode disposed to face each other, and a gel polymer electrolyte according to the above-described embodiment disposed between the positive electrode and the negative electrode.

상술된 기술적 과제들을 해결하기 위해 본 발명은 겔 고분자 전해질의 제조 방법을 제공한다. In order to solve the above technical problems, the present invention provides a method for preparing a gel polymer electrolyte.

일 실시 예에 따르면, 상기 겔 고분자 전해질의 제조 방법은 고분자를 포함하는 다공성 지지체를 준비하는 단계, 2개 이상의 이중결합 작용기를 포함하는 이온성 액체 가교제, 및 소듐(sodium) 또는 리튬(lithium)을 포함하는 액체 전해질을 준비하는 단계, 상기 다공성 지지체에 상기 액체 전해질과 상기 이온성 액체 가교제가 혼합된 용액을 제공하여, 겔 고분자 전해질용 조성물을 제조하는 단계, 및 상기 겔 고분자 전해질용 조성물을 열처리하여, 상기 겔 고분자 전해질용 조성물을 화학 가교 결합시키는 단계를 포함할 수 있다. According to one embodiment, the preparation method of the gel polymer electrolyte includes preparing a porous support containing a polymer, an ionic liquid crosslinking agent containing two or more double bond functional groups, and sodium or lithium. Preparing a liquid electrolyte comprising, preparing a composition for a gel polymer electrolyte by providing a mixed solution of the liquid electrolyte and the ionic liquid crosslinking agent to the porous support, and heat-treating the composition for a gel polymer electrolyte , chemically cross-linking the composition for a gel polymer electrolyte.

일 실시 예에 따르면, 상기 겔 고분자 전해질용 조성물을 화학 가교 결합시키는 단계에서, 상기 겔 고분자 전해질용 조성물은, 70℃ 이상의 온도에서 1 시간 이상 동안 열처리되는 것을 포함할 수 있다. According to one embodiment, in the step of chemically cross-linking the composition for a gel polymer electrolyte, the composition for a gel polymer electrolyte may include heat treatment at a temperature of 70° C. or higher for 1 hour or more.

일 실시 예에 따르면, 상기 이온성 액체 가교제, 및 상기 액체 전해질을 준비하는 단계는, 2개 이상의 이중결합 작용기를 포함하는 상기 이온성 액체 가교제를 준비하는 단계, 소듐 또는 리튬을 포함하는 베이스 소스와 용매를 혼합하여 상기 액체 전해질을 제조하는 단계, 및 상기 이온성 액체 가교제와 상기 액체 전해질을 혼합하는 단계를 포함할 수 있다. According to an embodiment, preparing the ionic liquid crosslinking agent and the liquid electrolyte may include preparing the ionic liquid crosslinking agent including two or more double bond functional groups, a base source including sodium or lithium, and It may include preparing the liquid electrolyte by mixing a solvent, and mixing the ionic liquid crosslinking agent and the liquid electrolyte.

일 실시 예에 따르면, 상기 베이스 소스가 소듐을 포함하는 경우, 상기 용매는 에틸렌 카보네이트(ethylene carbonate, EC)를 포함할 수 있다. According to one embodiment, when the base source includes sodium, the solvent may include ethylene carbonate (EC).

일 실시 예에 따르면, 상기 베이스 소스가 리튬을 포함하는 경우, 상기 용매는 디메틸 카보네이트(dimethyl carbonate, DMC)를 포함할 수 있다. According to one embodiment, when the base source includes lithium, the solvent may include dimethyl carbonate (DMC).

일 실시 예에 따르면, 상기 베이스 소스가 리튬을 포함하는 경우 상기 겔 고분자 전해질용 조성물을 열처리하는 온도는, 상기 베이스 소스가 소듐을 포함하는 경우 상기 겔 고분자 전해질용 조성물을 열처리하는 온도보다 낮은 것을 포함할 수 있다.According to one embodiment, when the base source contains lithium, the temperature at which the composition for a gel polymer electrolyte is heat-treated is lower than the temperature at which the composition for a gel polymer electrolyte is heat-treated when the base source contains sodium. can do.

본 발명의 실시 예에 따른 겔 고분자 전해질의 제조 방법은, 고분자를 포함하는 다공성 지지체를 준비하는 단계, 가교 결합을 매개하는 2개 이상의 이중결합 작용기를 포함하는 이온성 액체 가교제, 및 소듐(sodium) 또는 리튬(lithium)을 포함하는 액체 전해질을 준비하는 단계, 상기 다공성 지지체에 상기 액체 전해질과 상기 이온성 액체 가교제가 혼합된 용액을 제공하여, 겔 고분자 전해질용 조성물을 제조하는 단계, 및 상기 겔 고분자 전해질용 조성물을 열처리하여, 상기 겔 고분자 전해질용 조성물을 화학 가교 결합시키는 단계를 포함할 수 있다. A method for preparing a gel polymer electrolyte according to an embodiment of the present invention includes preparing a porous support containing a polymer, an ionic liquid crosslinking agent containing two or more double bond functional groups mediating crosslinking, and sodium or preparing a liquid electrolyte containing lithium, preparing a composition for a gel polymer electrolyte by providing a mixed solution of the liquid electrolyte and the ionic liquid crosslinking agent to the porous support, and the gel polymer A step of chemically cross-linking the composition for a gel polymer electrolyte by heat-treating the composition for an electrolyte may be included.

이에 따라, 상기 겔 고분자 전해질이 적용된 이차전지는, 높은 이온 전도도 및 충방전 특성을 가질 뿐만 아니라, 액체 전해질이 적용된 종래의 이차전지와 비교하여 난연성이 향상되어, 높은 열적 안정성을 가질 수 있다.Accordingly, the secondary battery to which the gel polymer electrolyte is applied not only has high ion conductivity and charge and discharge characteristics, but also has improved flame retardancy compared to a conventional secondary battery to which a liquid electrolyte is applied, and can have high thermal stability.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 겔 고분자 전해질의 제조 방법을 설명하는 순서도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 겔 고분자 전해질의 제조 공정을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 겔 고분자 전해질용 조성물이 포함하는 가교제의 합성 과정을 나타내는 화학식이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 겔 고분자 전해질용 조성물이 포함하는 가교제의 화학식이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 겔 고분자 전해질용 조성물이 포함하는 가교제의 가교 반응을 나타내는 화학식이다.
도 6은 본 발명의 실험 예에 따른 고분자 분리막을 촬영한 사진이다.
도 7은 본 발명의 실시 예 1에 따른 겔 고분자 전해질을 촬영한 사진이다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 고분자 전해질의 열적 안정성을 실험한 사진이다.
도 9는 본 발명의 실시 예 및 비교 예에 따른 고분자 전해질의 난연성을 실험한 사진이다.
도 10은 도 9의 실험 결과를 도시한 그래프이다.
도 11은 본 발명의 비교 예 1에 따른 고분자 분리막의 젖음성을 실험한 사진이다.
도 12는 본 발명의 실험 예에 따른 고분자 분리막의 젖음성을 실험한 사진이다.
도 13은 본 발명의 비교 예 1 및 실험 예에 따른 고분자 분리막의 접촉각을 비교한 사진이다.
도 14는 본 발명의 실험 예에 따른 이온성 액체 가교제의 1HNMR 스펙트럼을 나타내는 도면이다.
도 15는 본 발명의 실시 예 1에 따른 겔 고분자 전해질의 이온 전도도를 나타내는 그래프이다.
도 16은 본 발명의 실시 예 3 및 비교 예 3에 따른 이차전지의 충방전 특성을 비교한 그래프이다.
도 17은 본 발명의 실시 예 3에 따른 이차전지의 신뢰성을 나타내는 그래프이다.
도 18 및 도 19는 본 발명의 실험 예 3에 따른 겔 고분자 전해질의 1HNMR 스펙트럼을 나타내는 도면이다.
도 20은 본 발명의 실시 예 1에 따른 겔 고분자 전해질과 비교 예 2에 따른 고분자 전해질의 전기 화학적 안정성을 비교하는 그래프이다.
1 is a flowchart illustrating a method for preparing a gel polymer electrolyte according to an embodiment of the present invention.
2 is a view showing a manufacturing process of a gel polymer electrolyte according to an embodiment of the present invention.
3 is a chemical formula showing a synthesis process of a crosslinking agent included in a composition for a gel polymer electrolyte according to an embodiment of the present invention.
4 is a chemical formula of a crosslinking agent included in a composition for a gel polymer electrolyte according to an embodiment of the present invention.
5 is a chemical formula showing a crosslinking reaction of a crosslinking agent included in a composition for a gel polymer electrolyte according to an embodiment of the present invention.
6 is a photograph of a polymer separator according to an experimental example of the present invention.
7 is a photograph of a gel polymer electrolyte according to Example 1 of the present invention.
8 is a photograph of the thermal stability of a polymer electrolyte according to an embodiment of the present invention.
9 is a photograph showing flame retardancy of polymer electrolytes according to Examples and Comparative Examples of the present invention.
10 is a graph showing the experimental results of FIG. 9 .
11 is a photograph showing wettability of a polymer separator according to Comparative Example 1 of the present invention.
12 is a photograph showing wettability of a polymer separator according to an experimental example of the present invention.
13 is a photograph comparing contact angles of polymer separators according to Comparative Example 1 and Experimental Example of the present invention.
14 is a diagram showing a 1 HNMR spectrum of an ionic liquid crosslinking agent according to an experimental example of the present invention.
15 is a graph showing the ionic conductivity of the gel polymer electrolyte according to Example 1 of the present invention.
16 is a graph comparing charge and discharge characteristics of secondary batteries according to Example 3 and Comparative Example 3 of the present invention.
17 is a graph showing reliability of a secondary battery according to Example 3 of the present invention.
18 and 19 are views showing 1 HNMR spectrum of the gel polymer electrolyte according to Experimental Example 3 of the present invention.
20 is a graph comparing the electrochemical stability of the gel polymer electrolyte according to Example 1 of the present invention and the polymer electrolyte according to Comparative Example 2.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명할 것이다. 그러나 본 발명의 기술적 사상은 여기서 설명되는 실시 예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시 예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the technical idea of the present invention is not limited to the embodiments described herein and may be embodied in other forms. Rather, the embodiments introduced herein are provided so that the disclosed content will be thorough and complete, and the spirit of the present invention will be sufficiently conveyed to those skilled in the art.

본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한, 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. In this specification, when an element is referred to as being on another element, it means that it may be directly formed on the other element or a third element may be interposed therebetween. Also, in the drawings, the thicknesses of films and regions are exaggerated for effective explanation of technical content.

또한, 본 명세서의 다양한 실시 예 들에서 제1, 제2, 제3 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 따라서, 어느 한 실시 예에 제 1 구성요소로 언급된 것이 다른 실시 예에서는 제 2 구성요소로 언급될 수도 있다. 여기에 설명되고 예시되는 각 실시 예는 그것의 상보적인 실시 예도 포함한다. 또한, 본 명세서에서 '및/또는'은 전후에 나열한 구성요소들 중 적어도 하나를 포함하는 의미로 사용되었다.In addition, although terms such as first, second, and third are used to describe various elements in various embodiments of the present specification, these elements should not be limited by these terms. These terms are only used to distinguish one component from another. Therefore, what is referred to as a first element in one embodiment may be referred to as a second element in another embodiment. Each embodiment described and illustrated herein also includes its complementary embodiments. In addition, in this specification, 'and/or' is used to mean including at least one of the elements listed before and after.

명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 또한, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 배제하는 것으로 이해되어서는 안 된다. 또한, 본 명세서에서 "연결"은 복수의 구성 요소를 간접적으로 연결하는 것, 및 직접적으로 연결하는 것을 모두 포함하는 의미로 사용된다.In the specification, expressions in the singular number include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In addition, the terms "comprise" or "having" are intended to designate that the features, numbers, steps, components, or combinations thereof described in the specification exist, but one or more other features, numbers, steps, or components. It should not be construed as excluding the possibility of the presence or addition of elements or combinations thereof. In addition, in this specification, "connection" is used to mean both indirectly and directly connecting a plurality of components.

또한, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.In addition, in the following description of the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known function or configuration may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description will be omitted.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 겔 고분자 전해질의 제조 방법을 설명하는 순서도이고, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 겔 고분자 전해질의 제조 공정을 나타내는 도면이고, 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 겔 고분자 전해질용 조성물이 포함하는 가교제의 합성 과정을 나타내는 화학식이고, 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 겔 고분자 전해질용 조성물이 포함하는 가교제의 화학식이고, 도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 겔 고분자 전해질용 조성물이 포함하는 가교제의 가교 반응을 나타내는 화학식이다. 1 is a flow chart illustrating a method for manufacturing a gel polymer electrolyte according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a view showing a manufacturing process of a gel polymer electrolyte according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3 is an embodiment of the present invention. A chemical formula showing a synthesis process of a crosslinking agent included in the composition for a gel polymer electrolyte according to an example, and FIG. 4 is a chemical formula of a crosslinking agent included in a composition for a gel polymer electrolyte according to an embodiment of the present invention. FIG. 5 is an embodiment of the present invention. A chemical formula showing a crosslinking reaction of a crosslinking agent included in the composition for a gel polymer electrolyte according to the example.

도 1 내지 도 5를 참조하면, 다공성 지지체(100)가 준비될 수 있다(S100). 일 실시 예에 따르면, 상기 다공성 지지체(100)를 준비하는 단계는, 고분자가 용매와 혼합된 고분자 용액을 준비하는 단계, 상기 고분자 용액을 타겟 롤러 상에 전기방사하는 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 고분자는, 폴리아미드이미드, 폴리에테르이미드, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리비닐리덴플루오라이드, 폴리테트라플루오루에틸렌, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 및 폴리아크릴로니트릴 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 1 to 5, a porous support 100 may be prepared (S100). According to one embodiment, preparing the porous support 100 may include preparing a polymer solution in which a polymer is mixed with a solvent, and electrospinning the polymer solution onto a target roller. For example, the polymer is any one of polyamideimide, polyetherimide, polyethylene, polypropylene, polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene, polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, and polyacrylonitrile. may contain one.

보다 구체적으로, 폴리아미드이미드(polyamideimide, PAI)를 디메틸아세트아미드(N,N-Dimethylacetamide, DMAc) 용매에 17 wt%로 첨가하고 60℃의 온도에서 교반하여 상기 고분자 용액을 제조할 수 있다. 이후, 상기 고분자 용액을 10 kV의 인가전압, 및 0.4 ml/h의 용액공급 속도 조건으로, 180 rpm의 타겟 롤러 상에 전기방사하여, 상기 다공성 지지체(100)를 제조할 수 있다. 이에 따라, 상기 다공성 지지체(100)는, 상기 고분자를 포함하는 복수의 섬유들로 구성되는 부직포 형태를 가질 수 있다. 또한, 상기 다공성 지지체(100)는 복수의 고분자 섬유들로 구성됨에 따라, 다공성 구조를 가질 수 있다. More specifically, the polymer solution may be prepared by adding 17 wt% of polyamideimide (PAI) to a dimethylacetamide (N,N-Dimethylacetamide, DMAc) solvent and stirring at a temperature of 60°C. Thereafter, the porous support 100 may be prepared by electrospinning the polymer solution on a target roller at 180 rpm under conditions of an applied voltage of 10 kV and a solution supply rate of 0.4 ml/h. Accordingly, the porous support 100 may have a nonwoven fabric form composed of a plurality of fibers containing the polymer. In addition, as the porous support 100 is composed of a plurality of polymer fibers, it may have a porous structure.

이온성 액체 가교제, 및 액체 전해질이 준비될 수 있다(S200). An ionic liquid crosslinking agent and a liquid electrolyte may be prepared (S200).

일 실시 예에 따르면, 상기 이온성 액체 가교제를 준비하는 단계는, 브롬(Br)을 포함하는 소스 및 아민(Amine)을 포함하는 소스를 용매와 혼합하여 제1 예비 용액을 제조하는 단계, 상기 제1 예비 용액에 염화 이온(chloride)을 포함하는 소스 및 용매가 혼합된 용액을 주입하여 제2 예비 용액을 제조하는 단계, 상기 제2 예비 용액과 이미다졸(imidazole)을 포함하는 소스를 용매와 혼합하여 제3 예비 용액을 제조하는 단계, 및 상기 제3 예비 용액을 리튬을 포함하는 소스와 교반하여 음이온 교환하는 단계를 포함할 수 있다. According to one embodiment, the step of preparing the ionic liquid crosslinking agent is mixing a source containing bromine (Br) and a source containing amine (Amine) with a solvent to prepare a first preliminary solution, the first Preparing a second preliminary solution by injecting a mixed solution of a source containing chloride and a solvent into a preliminary solution, mixing the second preliminary solution and a source containing imidazole with the solvent preparing a third preliminary solution, and anion exchange by stirring the third preliminary solution with a source containing lithium.

보다 구체적으로, 도 3에 도시된 바와 같이, 13.03g의 브로모헥산올(6-bromo-hexanol)과 8.7g의 트리에틸아민(triethylamine)을 100mL의 테트라하이드로퓨란(tetrahydrofuran, THF) 용매와 혼합하여 상기 제1 예비 용액을 제조할 수 있다. 상기 제1 예비 용액을 0℃로 유지하며 알곤 분위기를 형성한 후, 상기 제1 예비 용액에 7.8g의 아크릴로일 클로라이드(acryloyl chloride)와 100mL의 테트라하이드로퓨란(THF)를 혼합한 용액을 천천히 주액하고, 상온에서 24시간 동안 교반하여 상기 제2 예비 용액을 제조할 수 있다. 이후, 10.82g의 상기 제2 예비 용액과 7.56g의 알릴이미다졸(1-allylimidazole)을 400mL의 에탄올 용매에 혼합하고 70℃에서 48시간 동안 교반하여 상기 제3 예비 용액을 제조할 수 있다. 최종적으로, 30mL의 증류수에 10g의 상기 제3 예비 용액과 10g의 리튬트리플루오로메탄설포닐이미드(lithium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide)를 혼합하고 70℃에서 24시간 동안 교반하여 음이온 교환함으로써, 상기 이온성 액체 가교제가 제조될 수 있다. 이에 따라, 상기 이온성 액체 가교제는 도 4에 도시된 화학 구조를 가질 수 있다. More specifically, as shown in FIG. 3, 13.03 g of 6-bromo-hexanol and 8.7 g of triethylamine were mixed with 100 mL of tetrahydrofuran (THF) solvent. Thus, the first preliminary solution may be prepared. After maintaining the first preliminary solution at 0 ° C and forming an argon atmosphere, a mixture of 7.8 g of acryloyl chloride and 100 mL of tetrahydrofuran (THF) was slowly added to the first preliminary solution. The second preliminary solution may be prepared by injecting and stirring at room temperature for 24 hours. Thereafter, 10.82 g of the second preliminary solution and 7.56 g of allylimidazole (1-allylimidazole) may be mixed in 400 mL of an ethanol solvent and stirred at 70 ° C. for 48 hours to prepare the third preliminary solution. Finally, by mixing 10 g of the third preliminary solution and 10 g of lithium trifluoromethanesulfonyl imide in 30 mL of distilled water and stirring at 70 ° C. for 24 hours to anion exchange, the Ionic liquid crosslinkers can be prepared. Accordingly, the ionic liquid crosslinking agent may have a chemical structure shown in FIG. 4 .

도 4에 도시된 바와 같이, 상기 이온성 액체 가교제는 2개 이상의 이중결합 작용기를 가질 수 있다. 상기 이중결합 작용기는, 후술되는 겔 고분자 전해질용 조성물을 화학 가교 결합시키는 단계에서, 상기 이온성 액체 가교제의 가교 반응을 매개할 수 있다. 즉, 상기 이온성 액체 가교제는, 가교 반응을 매개하는 이중결합 작용기를 2개 이상 가질 수 있다. As shown in FIG. 4, the ionic liquid crosslinking agent may have two or more double bond functional groups. The double bond functional group may mediate a crosslinking reaction of the ionic liquid crosslinking agent in the step of chemically crosslinking a composition for a gel polymer electrolyte, which will be described later. That is, the ionic liquid crosslinking agent may have two or more double bond functional groups that mediate a crosslinking reaction.

이에 따라, 상기 이온성 액체 가교제의 가교 반응을 통해 제조되는 겔 고분자 전해질은, 가교 밀도가 상대적으로 높은 고분자 네트워크를 형성할 수 있다. 가교 밀도가 높은 고분자 네트워크는, 후술되는 겔 고분자 전해질용 조성물이 포함하는 액체 전해질의 휘발을 억제하여, 가연성 가스의 생성을 감소시킬 수 있다. 이로 인해, 후술되는 겔 고분자 전해질은 난연성이 향상될 수 있다. Accordingly, the gel polymer electrolyte prepared through the crosslinking reaction of the ionic liquid crosslinking agent may form a polymer network having a relatively high crosslinking density. A polymer network having a high crosslinking density can suppress volatilization of a liquid electrolyte included in a composition for a gel polymer electrolyte described later, and reduce generation of combustible gas. Due to this, the flame retardancy of the gel polymer electrolyte to be described later can be improved.

이와 달리, 가교 반응을 매개하는 이중결합 작용기가 2개 미만인 가교제를 통해 제조되는 고분자 전해질의 경우, 가교 밀도가 상대적으로 낮게 형성될 수 있다. 이에 따라, 가교 반응을 매개하는 이중결합 작용기가 2개 이상인 상기 이온성 액체 가교제를 통해 제조되는 겔 고분자 전해질과 비교하여, 난연성이 낮은 문제점이 발생될 수 있다. In contrast, in the case of a polymer electrolyte prepared through a crosslinking agent having less than two double bond functional groups mediating the crosslinking reaction, the crosslinking density may be relatively low. Accordingly, compared to a gel polymer electrolyte prepared through the ionic liquid crosslinking agent having two or more double bond functional groups mediating the crosslinking reaction, a problem of low flame retardancy may occur.

일 실시 예에 따르면, 상기 액체 전해질은, 소듐(sodium) 또는 리튬(lithium)을 포함하는 베이스 소스가 용매와 혼합되어 제조될 수 있다. 보다 구체적으로, 일 실시 예에 따르면, 상기 소스 용액은 에틸렌 카보네이트(ethylene carbonate, EC) 및 프로필렌 카보네이트(propylene carbonate, PC)가 50:50 vol%의 비율을 갖는 용매에 1.0M 농도의 소듐트리플루오로메탄설포닐이미드(sodium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide, NaTFSI)가 혼합되어 제조될 수 있다. 이와 달리, 다른 실시 예에 따르면, 상기 소스 용액은 에틸렌 카보네이트(ethylene carbonate, EC) 및 디메틸 카보네이트(dimethyl carbonate, DMC)가 30:70 vol%의 비율을 갖는 용매에 1.0M 농도의 리튬트리플루오로메탄설포닐이미드(lithium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide, LiTFSI)가 혼합되어 제조될 수 있다. According to one embodiment, the liquid electrolyte may be prepared by mixing a base source containing sodium or lithium with a solvent. More specifically, according to one embodiment, the source solution is sodium trifluoride at a concentration of 1.0M in a solvent in which ethylene carbonate (EC) and propylene carbonate (PC) have a ratio of 50:50 vol%. It may be prepared by mixing sodium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide (NaTFSI) with methanesulfonylimide. Unlike this, according to another embodiment, the source solution is ethylene carbonate (ethylene carbonate, EC) and dimethyl carbonate (dimethyl carbonate, DMC) in a solvent having a ratio of 30:70 vol%, 1.0 M concentration of lithium trifluoro Methanesulfonylimide (lithium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide, LiTFSI) may be mixed and prepared.

상기 다공성 지지체(100)에, 상기 액체 전해질과 상기 이온성 액체 가교제가 혼합된 용액(200)이 제공될 수 있다. 이에 따라, 겔 고분자 전해질용 조성물(300)이 제조될 수 있다(S300). 보다 구체적으로, 상기 액체 전해질과 상기 이온성 액체 가교제가 혼합된 용액(200)에 상기 다공성 지지체(100)가 침지됨으로써, 상기 겔 고분자 전해질용 조성물(300)이 제조될 수 있다. A mixed solution 200 of the liquid electrolyte and the ionic liquid crosslinking agent may be provided to the porous support 100 . Accordingly, a composition 300 for a gel polymer electrolyte may be prepared (S300). More specifically, the composition 300 for the gel polymer electrolyte may be prepared by immersing the porous support 100 in the solution 200 in which the liquid electrolyte and the ionic liquid crosslinking agent are mixed.

일 실시 예에 따르면, 상기 겔 고분자 전해질용 조성물 내에서, 상기 이온성 액체 가교제는 30 wt% 이상의 함량으로 포함될 수 있다. 이 경우, 후술되는 겔 고분자 전해질은, 반고형의 겔 형태를 가질 수 있다. 이와 달리, 상기 이온성 액체 가교제가 30 wt% 미만의 함량으로 포함되는 경우, 후술되는 겔 고분자 전해질의 유동성이 높아져, 반고형의 겔 형태를 갖지 못하는 문제점이 발생될 수 있다. According to one embodiment, in the composition for a gel polymer electrolyte, the ionic liquid crosslinking agent may be included in an amount of 30 wt% or more. In this case, the gel polymer electrolyte described later may have a semi-solid gel form. On the other hand, when the ionic liquid crosslinking agent is included in an amount of less than 30 wt%, the flowability of the gel polymer electrolyte described below may increase, causing a problem of not having a semi-solid gel form.

일 실시 예에 따르면, 상기 겔 고분자 전해질용 조성물은 열 개시제를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 열 개시제는 AIBN(azobisisobutyronitrile), 아세틸 퍼옥사이드(acetyl peroxide), 및 벤조일 퍼옥사이드(benzoyl peroxide) 중 어느 하나를 포함할 수 있다. According to one embodiment, the composition for the gel polymer electrolyte may further include a thermal initiator. For example, the thermal initiator may include any one of azobisisobutyronitrile (AIBN), acetyl peroxide, and benzoyl peroxide.

상기 겔 고분자 전해질용 조성물이 열처리되어, 도 5에 도시된 바와 같이, 화학 가교 결합될 수 있다. 이에 따라, 겔 고분자 전해질이 제조될 수 있다(S400). 일 실시 예에 따르면, 상기 겔 고분자 전해질용 조성물은 70℃ 이상의 온도에서 1시간 이상 동안 열처리될 수 있다. 이에 따라, 상기 겔 고분자 전해질용 조성물은 96% 이상의 높은 전환율을 가질 수 있다. The composition for a gel polymer electrolyte may be subjected to heat treatment and chemically cross-linked as shown in FIG. 5 . Accordingly, a gel polymer electrolyte may be prepared (S400). According to one embodiment, the composition for a gel polymer electrolyte may be heat-treated at a temperature of 70° C. or higher for 1 hour or more. Accordingly, the composition for a gel polymer electrolyte may have a high conversion rate of 96% or more.

일 실시 예에 따르면, 상기 베이스 소스가 리튬을 포함하는 경우 상기 겔 고분자 전해질용 조성물이 열처리되는 온도는, 상기 베이스 소스가 소듐을 포함하는 경우 상기 겔 고분자 전해질용 조성물이 열처리되는 온도와 다를 수 있다. 예를 들어, 상기 베이스 소스가 리튬을 포함하는 경우 상기 겔 고분자 전해질용 조성물이 열처리되는 온도는, 상기 베이스 소스가 소듐을 포함하는 경우 상기 겔 고분자 전해질용 조성물이 열처리되는 온도보다 낮을 수 있다. According to one embodiment, when the base source contains lithium, the temperature at which the composition for a gel polymer electrolyte is heat treated may be different from the temperature at which the composition for a gel polymer electrolyte is heat treated when the base source contains sodium. . For example, when the base source contains lithium, the temperature at which the composition for a gel polymer electrolyte is heat treated may be lower than the temperature at which the composition for a gel polymer electrolyte is heat treated when the base source contains sodium.

보다 구체적으로, 상술된 바와 같이, 상기 베이스 소스가 리튬을 포함하는 경우 상기 액체 전해질을 제조하기 위한 용매로서 디메틸 카보네이트(DMC)가 사용되고, 상기 베이스 소스가 소듐을 포함하는 경우 상기 액체 전해질을 제조하기 위한 용매로서 에틸렌 카보네이트(EC)가 사용될 수 있다. 디메틸 카보네이트(DMC)는 에틸렌 카보네이트(EC)와 비교하여 끓는점이 상대적으로 낮음으로, 에틸렌 카보네이트(EC)와 같은 온도에서 열처리되는 경우, 디메틸 카보네이트(DMC)가 휘발되는 문제점이 발생될 수 있다. 이에 따라, 상기 베이스 소스가 리튬을 포함하는 경우 상기 겔 고분자 전해질용 조성물이 열처리되는 온도는, 상기 베이스 소스가 소듐을 포함하는 경우 상기 겔 고분자 전해질용 조성물이 열처리되는 온도보다 낮을 수 있다.More specifically, as described above, dimethyl carbonate (DMC) is used as a solvent for preparing the liquid electrolyte when the base source contains lithium, and when the base source contains sodium To prepare the liquid electrolyte Ethylene carbonate (EC) can be used as a solvent for Since dimethyl carbonate (DMC) has a relatively low boiling point compared to ethylene carbonate (EC), when heat-treated at the same temperature as ethylene carbonate (EC), dimethyl carbonate (DMC) may volatilize. Accordingly, when the base source contains lithium, the temperature at which the composition for a gel polymer electrolyte is heat treated may be lower than the temperature at which the composition for a gel polymer electrolyte is heat treated when the base source contains sodium.

상기 겔 고분자 전해질은, 이차전지의 전해질로 사용될 수 있다. 예를 들어, 상기 겔 고분자 전해질은, 소듐 금속 음극과 Na3V2(PO4)3 양극 사이에 배치될 수 있다. 상기 겔 고분자 전해질이 적용된 이차전지는 높은 이온 전도도 및 충방전 특성을 가질 뿐만 아니라, 액체 전해질이 적용된 종래의 이차전지와 비교하여 난연성이 향상되어, 높은 열적 안정성을 가질 수 있다. The gel polymer electrolyte may be used as an electrolyte for a secondary battery. For example, the gel polymer electrolyte may be disposed between a sodium metal negative electrode and a Na 3 V 2 (PO 4 ) 3 positive electrode. The secondary battery to which the gel polymer electrolyte is applied not only has high ionic conductivity and charge/discharge characteristics, but also has improved flame retardancy compared to a conventional secondary battery to which a liquid electrolyte is applied, and thus can have high thermal stability.

이상, 본 발명의 실시 예에 따른 겔 고분자 전해질용 조성물, 겔 고분자 전해질, 및 그 제조 방법, 그리고 이를 포함하는 이차전지가 설명되었다. 이하, 본 발명의 실시 예에 따른 겔 고분자 전해질용 조성물, 겔 고분자 전해질, 및 그 제조 방법, 그리고 이를 포함하는 이차전지의 구체적인 실험 예 및 특성 평가 결과가 설명된다. In the above, a composition for a gel polymer electrolyte according to an embodiment of the present invention, a gel polymer electrolyte, a method for preparing the same, and a secondary battery including the same have been described. Hereinafter, specific experimental examples and characteristic evaluation results of a composition for a gel polymer electrolyte, a gel polymer electrolyte, and a manufacturing method thereof according to an embodiment of the present invention, and a secondary battery including the same will be described.

실험 예에 따른 고분자 분리막 제조Polymer Separation Membrane Manufacturing According to Experimental Examples

폴리아미드이미드(polyamideimide, PAI)를 디메틸아세트아미드(N,N-Dimethylacetamide, DMAc) 용매에 17 wt%로 첨가하고 60℃의 온도에서 교반하여 고분자 용액을 제조하였다. 이후, 상기 고분자 용액을 10 kV의 인가전압, 및 0.4 ml/h의 용액공급 속도 조건으로, 180 rpm의 타겟 롤러 상에 전기방사하여, 실험 예에 따른 고분자 분리막을 제조하였다. A polymer solution was prepared by adding 17 wt% of polyamideimide (PAI) to a dimethylacetamide (N,N-Dimethylacetamide, DMAc) solvent and stirring at a temperature of 60°C. Thereafter, the polymer solution was electrospun on a target roller at 180 rpm under conditions of an applied voltage of 10 kV and a solution supply rate of 0.4 ml/h to prepare a polymer separator according to the experimental example.

실험 예에 따른 이온성 액체 가교제 제조Preparation of ionic liquid crosslinking agent according to experimental example

13.03g의 브로모헥산올(6-bromo-hexanol)과 8.7g의 트리에틸아민(triethylamine)을 100mL의 테트라하이드로퓨란(tetrahydrofuran, THF) 용매와 혼합하여 제1 예비 용액을 제조하였다. 상기 제1 예비 용액을 0℃로 유지하며 알곤 분위기를 형성한 후, 상기 제1 예비 용액에 7.8g의 아크릴로일 클로라이드(acryloyl chloride)와 100mL의 테트라하이드로퓨란(THF)를 혼합한 용액을 천천히 주액하고, 상온에서 24시간 동안 교반하여 제2 예비 용액을 제조하였다. 이후, 10.82g의 상기 제2 예비 용액과 7.56g의 알릴이미다졸(1-allylimidazole)을 400mL의 에탄올 용매에 혼합하고 70℃에서 48시간 동안 교반하여 제3 예비 용액을 제조하였다. 최종적으로, 30mL의 증류수에 10g의 상기 제3 예비 용액과 10g의 리튬트리플루오로메탄설포닐이미드(lithium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide)를 혼합하고 70℃에서 24시간 동안 교반하여 음이온 교환함으로써, 실험 예에 따른 이온성 액체 가교제를 제조하였다. A first pre-solution was prepared by mixing 13.03 g of 6-bromo-hexanol and 8.7 g of triethylamine with 100 mL of tetrahydrofuran (THF) solvent. After maintaining the first preliminary solution at 0 ° C and forming an argon atmosphere, a mixture of 7.8 g of acryloyl chloride and 100 mL of tetrahydrofuran (THF) was slowly added to the first preliminary solution. After pouring, a second preliminary solution was prepared by stirring at room temperature for 24 hours. Thereafter, 10.82 g of the second preliminary solution and 7.56 g of allylimidazole (1-allylimidazole) were mixed in 400 mL of an ethanol solvent and stirred at 70 ° C. for 48 hours to prepare a third preliminary solution. Finally, by mixing 10 g of the third preliminary solution and 10 g of lithium trifluoromethanesulfonyl imide (lithium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide) in 30 mL of distilled water and stirring at 70 ° C. for 24 hours to anion exchange, experiment An ionic liquid crosslinker according to the example was prepared.

실험 예에 따른 액체 전해질 제조Preparation of liquid electrolyte according to experimental example

에틸렌 카보네이트(ethylene carbonate, EC) 및 프로필렌 카보네이트(propylene carbonate, PC)가 50:50 vol%의 비율을 갖는 용매에 1.0M 농도의 소듐트리플루오로메탄설포닐이미드(sodium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide, NaTFSI)를 혼합하여, 실험 예에 따른 액체 전해질을 제조하였다. Sodium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide at a concentration of 1.0M in a solvent in which ethylene carbonate (EC) and propylene carbonate (PC) have a ratio of 50:50 vol%, NaTFSI) was mixed to prepare a liquid electrolyte according to the experimental example.

실시 예 1에 따른 겔 고분자 전해질 제조Preparation of gel polymer electrolyte according to Example 1

상술된 실험 예에 따른 액체 전해질 및 이온성 액체 가교제가 혼합된 용액에 실험 예에 따른 고분자 분리막을 침지시킨 후 열처리하여, 실시 예 1에 따른 겔 고분자 전해질을 제조하였다. A gel polymer electrolyte according to Example 1 was prepared by immersing the polymer separator according to the Experimental Example in a mixed solution of the liquid electrolyte and the ionic liquid crosslinking agent according to the above-described Experimental Example and then heat-treating.

실시 예 2에 따른 겔 고분자 전해질 제조Preparation of gel polymer electrolyte according to Example 2

상술된 실험 예에 따른 액체 전해질, 이온성 액체 가교제, 및 AIBN(azobisisobutyronitrile)이 혼합된 용액에 실험 예에 따른 고분자 분리막을 침지시킨 후 열처리하여, 실시 예 2에 따른 겔 고분자 전해질을 제조하였다. A gel polymer electrolyte according to Example 2 was prepared by immersing the polymer separator according to the Experimental Example in a mixed solution of the liquid electrolyte, the ionic liquid crosslinking agent, and azobisisobutyronitrile (AIBN) according to the above-described Experimental Example and then heat-treating.

실시 예 3에 따른 이차전지 제조Manufacturing a secondary battery according to Example 3

소듐 금속 음극과 대향하도록 배치되는 Na3V2(PO4)3 양극 사이에, 상술된 실시 예 1에 따른 겔 고분자 전해질이 제공된, 실시 예 3에 따른 이차전지를 제조하였다. A secondary battery according to Example 3 was prepared in which the gel polymer electrolyte according to Example 1 was provided between the Na 3 V 2 (PO 4 ) 3 positive electrode disposed to face the sodium metal negative electrode.

비교 예 1에 따른 고분자 분리막 준비Preparation of a polymer separator according to Comparative Example 1

폴리에틸렌(polyethylene, PE) 필름을 연신하여 제조된, 비교 예 1에 따른 고분자 분리막을 준비하였다. A polymer separator according to Comparative Example 1 prepared by stretching a polyethylene (PE) film was prepared.

비교 예 2에 따른 고분자 전해질 제조Preparation of polymer electrolyte according to Comparative Example 2

상술된 비교 예 1에 따른 고분자 분리막에 실시 예에 따른 액체 전해질을 적셔, 비교 예 2에 따른 고분자 전해질을 제조하였다. The polymer electrolyte according to Comparative Example 2 was prepared by soaking the polymer separator according to Comparative Example 1 with the liquid electrolyte according to the embodiment.

비교 예 3에 따른 이차전지Secondary battery according to Comparative Example 3

소듐 금속 음극과 대향하도록 배치되는 Na3V2(PO4)3 양극 사이에, 상술된 비교 예 2에 따른 고분자 전해질이 제공된, 비교 예 3에 따른 이차전지를 제조하였다. A secondary battery according to Comparative Example 3 was manufactured, in which the polymer electrolyte according to Comparative Example 2 was provided between the Na 3 V 2 (PO 4 ) 3 positive electrode disposed to face the sodium metal negative electrode.

상술된 실시 예 1 내지 3 및 비교 예 1 내지 3의 구성이 아래의 <표 1>을 통해 정리된다. The configurations of Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 3 described above are summarized in <Table 1> below.

구분division 구성composition 최종 형태final form 실시 예 1Example 1 PAI 분리막 + 액체 전해질 + 이온성 액체 가교제PAI Separator + Liquid Electrolyte + Ionic Liquid Crosslinking Agent 겔 고분자 전해질gel polyelectrolyte 실시 예 2Example 2 PAI 분리막 + 액체 전해질 + 이온성 액체 가교제 + AIBNPAI Separator + Liquid Electrolyte + Ionic Liquid Crosslinker + AIBN 겔 고분자 전해질gel polyelectrolyte 실시 예 3Example 3 소듐 금속 음극/PAI 분리막 + 액체 전해질 + 이온성 액체 가교제/ Na3V2(PO4)3 양극Sodium metal cathode/PAI separator + liquid electrolyte + ionic liquid cross-linking agent/ Na 3 V 2 (PO 4 ) 3 anode 이차전지secondary battery 비교 예 1Comparative Example 1 PE 분리막PE separator 고분자 분리막polymer separator 비교 예 2Comparative Example 2 PE 분리막 + 액체 전해질PE separator + liquid electrolyte 고분자 전해질polyelectrolyte 비교 예 3Comparative Example 3 소듐 금속 음극/ PE 분리막 + 액체 전해질/ Na3V2(PO4)3 양극Sodium metal cathode/ PE separator + liquid electrolyte/ Na 3 V 2 (PO 4 ) 3 anode 이차전지secondary battery

도 6은 본 발명의 실험 예에 따른 고분자 분리막을 촬영한 사진이다. 6 is a photograph of a polymer separator according to an experimental example of the present invention.

도 6을 참조하면, 상기 실험 예에 따른 고분자 분리막을 SEM(Scanning Electron Microscope) 촬영하였다. 도 6에서 확인할 수 있듯이, 상기 고분자 분리막은, 복수의 고분자 섬유들로 구성되어 있고 다공성 구조를 갖는 것을 확인할 수 있었다. Referring to FIG. 6, the polymer separator according to the experimental example was photographed using a scanning electron microscope (SEM). As can be seen in FIG. 6, it was confirmed that the polymer separator was composed of a plurality of polymer fibers and had a porous structure.

도 7은 본 발명의 실시 예 1에 따른 겔 고분자 전해질을 촬영한 사진이다. 7 is a photograph of a gel polymer electrolyte according to Example 1 of the present invention.

도 7을 참조하면, 상기 실시 예 1에 따른 겔 고분자 전해질을 준비하되, 이온성 액체 가교제의 함량을 10 wt%, 20 wt%, 25 wt%, 30 wt%, 및 40 wt%로 제어하고, 각각의 함량에 따라 제조된 겔 고분자 전해질의 상태를 촬영하였다. Referring to FIG. 7, a gel polymer electrolyte was prepared according to Example 1, but the content of the ionic liquid crosslinking agent was controlled to 10 wt%, 20 wt%, 25 wt%, 30 wt%, and 40 wt%, The state of the gel polymer electrolyte prepared according to each content was photographed.

도 7에서 확인할 수 있듯이, 이온성 액체 가교제의 함량이 10 wt%, 20 wt%, 및 25 wt%인 겔 고분자 전해질은, 유동성이 높아 반고형의 겔 상태를 갖지 못하지만, 이온성 액체 가교제의 함량이 30 wt% 및 40 wt%인 겔 고분자 전해질은 반고형의 겔 상태를 갖는 것을 확인할 수 있었다. 이에 따라, 상기 실시 예에 따른 겔 고분자 전해질을 제조하는 경우, 겔 고분자 전해질용 조성물이 포함하는 이온성 액체 가교제의 함량을 30 wt% 이상으로 제어함으로써, 겔 고분자 전해질이 반고형의 겔 상태로 제조됨을 알 수 있다. As can be seen in FIG. 7, the gel polymer electrolytes containing 10 wt%, 20 wt%, and 25 wt% of the ionic liquid crosslinking agent do not have a semi-solid gel state due to high fluidity, but the content of the ionic liquid crosslinking agent It was confirmed that the 30 wt% and 40 wt% gel polymer electrolytes had a semi-solid gel state. Accordingly, when preparing the gel polymer electrolyte according to the above embodiment, the gel polymer electrolyte is prepared in a semi-solid gel state by controlling the content of the ionic liquid crosslinking agent included in the composition for the gel polymer electrolyte to 30 wt% or more. it can be known that

도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 고분자 전해질의 열적 안정성을 실험한 사진이다. 8 is a photograph of the thermal stability of a polymer electrolyte according to an embodiment of the present invention.

도 8을 참조하면, 상기 실시 예 1에 따른 겔 고분자 전해질 및 비교 예 1에 따른 고분자 분리막을 150℃의 온도에서 1시간 동안 보관하고 형태 변화를 촬영하였다. 도 8에서 확인할 수 있듯이, 비교 예 1에 따른 고분자 분리막의 경우 형태 변화가 발생되었지만, 실시 예 1에 따른 겔 고분자 전해질의 경우 형태 변화가 발생되지 않는 것을 확인할 수 있었다. 이에 따라, 상기 실시 예 1에 따른 겔 고분자 전해질은 우수한 열적 안정성을 갖는 것을 알 수 있었다. Referring to FIG. 8 , the gel polymer electrolyte according to Example 1 and the polymer separator according to Comparative Example 1 were stored at a temperature of 150° C. for 1 hour, and shape changes were photographed. As can be seen in FIG. 8, it was confirmed that the shape change occurred in the polymer separator according to Comparative Example 1, but the shape change did not occur in the case of the gel polymer electrolyte according to Example 1. Accordingly, it was found that the gel polymer electrolyte according to Example 1 had excellent thermal stability.

도 9는 본 발명의 실시 예 및 비교 예에 따른 고분자 전해질의 난연성을 실험한 사진이고, 도 10은 도 9의 실험 결과를 도시한 그래프이다. FIG. 9 is a photograph showing the flame retardancy of polymer electrolytes according to Examples and Comparative Examples of the present invention, and FIG. 10 is a graph showing the test results of FIG. 9 .

도 9의 (a) 내지 (c)를 참조하면, 상기 비교 예 2에 따른 고분자 전해질, 실시 예 1에 따른 겔 고분자 전해질, 및 실시 예 2에 따른 겔 고분자 전해질을 연소시킨 후 발화 정도를 촬영하여 나타내었고, 도 10을 참조하면, 상기 비교 예 2에 따른 고분자 전해질, 실시 예 1에 따른 겔 고분자 전해질, 및 실시 예 2에 따른 겔 고분자 전해질을 연소시킨 후 자기 소화 시간(self-extinguishing time, s/g)을 측정하여 나타내었다. 9 (a) to (c), after burning the polymer electrolyte according to Comparative Example 2, the gel polymer electrolyte according to Example 1, and the gel polymer electrolyte according to Example 2, the degree of ignition was photographed. 10, the self-extinguishing time (s) after burning the polymer electrolyte according to Comparative Example 2, the gel polymer electrolyte according to Example 1, and the gel polymer electrolyte according to Example 2 / g) was measured and expressed.

도 9의 (a) 내지 (c)에서 확인할 수 있듯이, 상기 비교 예 2에 따른 고분자 전해질은 육안으로 뚜렷이 확인될 정도로 발화가 일어났지만, 상기 실시 예 1에 따른 고분자 전해질은 비교 예 2에 따른 고분자 전해질 보다 발화 정도가 적었으며, 상기 실시 예 2에 따른 고분자 전해질은 발화되지 않은 것을 확인할 수 있었다. 또한, 도 10에서 확인할 수 있듯이, 상기 실시 예 1 및 실시 예 2에 따른 고분자 전해질은, 비교 예 1에 따른 고분자 전해질 보다 자기 발화 시간이 현저히 작은 것을 확인할 수 있었다. 이에 따라, 상기 실시 예 1및 실시 예 2에 따른 겔 고분자 전해질은 우수한 난연성을 갖는 것을 알 수 있었다.As can be seen in (a) to (c) of FIG. 9, the polymer electrolyte according to Comparative Example 2 was ignited to the extent that it was clearly visible to the naked eye, but the polymer electrolyte according to Example 1 was the polymer according to Comparative Example 2. The degree of ignition was lower than that of the electrolyte, and it was confirmed that the polymer electrolyte according to Example 2 was not ignited. In addition, as can be seen in FIG. 10 , it was confirmed that the self-ignition time of the polymer electrolytes according to Examples 1 and 2 was significantly shorter than that of the polymer electrolytes according to Comparative Example 1. Accordingly, it was found that the gel polymer electrolytes according to Examples 1 and 2 had excellent flame retardancy.

도 11은 본 발명의 비교 예 1에 따른 고분자 분리막의 젖음성을 실험한 사진이고, 도 12는 본 발명의 실험 예에 따른 고분자 분리막의 젖음성을 실험한 사진이다. 11 is a photograph of the wettability test of the polymer separator according to Comparative Example 1 of the present invention, and FIG. 12 is a photograph of the wettability test of the polymer separator according to Experimental Example of the present invention.

도 11 및 도 12를 참조하면, 상기 비교 예 1에 따른 고분자 분리막 및 실험 예에 따른 고분자 분리막을 준비한 후, 각각의 고분자 분리막에 액체를 떨어뜨려 젖음성을 실험하였다. 각 도면의 (a)는 액체를 떨어뜨린 직후를 촬영한 사진을 나타내고, (b)는 (a)의 상태에서 5분이 지난 상태를 나타낸다. 11 and 12, after preparing the polymer separator according to Comparative Example 1 and the polymer separator according to Experimental Example, wettability was tested by dropping a liquid on each polymer separator. (a) of each figure shows a photograph taken immediately after dropping the liquid, and (b) shows a state after 5 minutes from the state of (a).

도 11에서 확인할 수 있듯이, 상기 비교 예 1에 따른 고분자 분리막은 액체의 흡수가 일어나지 않았지만, 도 12에서 확인할 수 있듯이, 상기 실험 예에 따른 고분자 분리막은 액체의 흡수가 일어난 것을 일어난 것을 확인할 수 있었다. 이에 따라, 폴리아미드이미드(PAI)로 제조된 상기 실험 예에 따른 고분자 분리막은, 폴리에틸렌(PE)으로 제조된 상기 비교 예 1에 따른 고분자 분리막 보다 젖음성이 우수한 것을 알 수 있었다. As can be seen in FIG. 11, the polymer separator according to Comparative Example 1 did not absorb liquid, but as can be seen in FIG. 12, it was confirmed that liquid absorption occurred in the polymer separator according to Experimental Example. Accordingly, it was found that the polymer separator according to Experimental Example made of polyamideimide (PAI) had better wettability than the polymer separator according to Comparative Example 1 made of polyethylene (PE).

도 13은 본 발명의 비교 예 1 및 실험 예에 따른 고분자 분리막의 접촉각을 비교한 사진이다. 13 is a photograph comparing contact angles of polymer separators according to Comparative Example 1 and Experimental Example of the present invention.

도 13의 (a)를 참조하면, 상기 비교 예 1에 따른 고분자 분리막의 접촉각을 측정하여 나타내었고, 도 13의 (b)를 참조하면, 상기 실험 예에 따른 고분자 분리막의 접촉각을 측정하여 나타내었다. 도 13의 (a) 및 (b)에서 확인할 수 있듯이, 상기 비교 예 1에 따른 고분자 분리막은 57.5°의 접촉각을 나타내는 반면, 실험 예에 따른 고분자 분리막은 17.2°의 접촉각을 나타내는 것을 확인할 수 있었다. 즉, 폴리아미드이미드(PAI)로 제조된 상기 실험 예에 따른 고분자 분리막은, 폴리에틸렌(PE)으로 제조된 상기 비교 예 1에 따른 고분자 분리막 보다 접촉각이 낮은 것을 알 수 있었다. Referring to FIG. 13 (a), the contact angle of the polymer separator according to Comparative Example 1 was measured and shown, and referring to FIG. 13 (b), the contact angle of the polymer separator according to Experimental Example was measured and shown. . As can be seen in (a) and (b) of FIG. 13, the polymer separator according to Comparative Example 1 exhibited a contact angle of 57.5 °, whereas the polymer separator according to Experimental Example exhibited a contact angle of 17.2 °. That is, it was found that the polymer separator according to Experimental Example made of polyamideimide (PAI) had a lower contact angle than the polymer separator according to Comparative Example 1 made of polyethylene (PE).

도 14는 본 발명의 실험 예에 따른 이온성 액체 가교제의 1HNMR 스펙트럼을 나타내는 도면이다. 14 is a diagram showing a 1 HNMR spectrum of an ionic liquid crosslinking agent according to an experimental example of the present invention.

도 14를 참조하면, 상기 실험 예에 따른 이온성 액체 가교제의 1HNMR(nuclear magnetic resonace) 스펙트럼 나타내었고, 이를 통해 상기 실험 예에 따른 이온성 액체 가교제는, 도 4에 도시된 화학 구조를 갖는 것을 확인할 수 있었다. Referring to FIG. 14, 1 HNMR (nuclear magnetic resonance) spectrum of the ionic liquid crosslinking agent according to the experimental example is shown, and through this, the ionic liquid crosslinking agent according to the experimental example has the chemical structure shown in FIG. I was able to confirm.

도 15는 본 발명의 실시 예 1에 따른 겔 고분자 전해질의 이온 전도도를 나타내는 그래프이다. 15 is a graph showing the ionic conductivity of the gel polymer electrolyte according to Example 1 of the present invention.

도 15를 참조하면, 상기 실시 예 1에 따른 겔 고분자 전해질을 준비하되, 이온성 액체 가교제의 함량을 10 wt%, 20 wt%, 25 wt%, 30 wt%, 및 40 wt%로 제어하고, 각각의 함량에 따라 제조된 겔 고분자 전해질의 이온 전도도를 측정하여 나타내었다. 도 15에서 확인할 수 있듯이, 이온성 액체 가교제의 함량이 증가함에 따라 이온 전도도가 감소되지만, 이온성 액체 가교제의 함량이 30 wt%인 겔 고분자 전해질은 약 2.1 mS/cm의 높은 이온 전도도를 나타내는 것을 확인할 수 있었다. Referring to FIG. 15, a gel polymer electrolyte was prepared according to Example 1, but the content of the ionic liquid crosslinking agent was controlled to 10 wt%, 20 wt%, 25 wt%, 30 wt%, and 40 wt%, The ion conductivity of the gel polymer electrolyte prepared according to each content was measured and shown. As can be seen in FIG. 15, the ionic conductivity decreases as the content of the ionic liquid crosslinking agent increases, but the gel polymer electrolyte with 30 wt% of the ionic liquid crosslinking agent shows a high ionic conductivity of about 2.1 mS/cm. I was able to confirm.

도 16은 본 발명의 실시 예 3 및 비교 예 3에 따른 이차전지의 충방전 특성을 비교한 그래프이다. 16 is a graph comparing charge and discharge characteristics of secondary batteries according to Example 3 and Comparative Example 3 of the present invention.

도 16을 참조하면, 상기 실시 예 3에 따른 이차전지 및 비교 예 3에 따른 이차전지에 대해, 각각 2.5~4.0 V 전압 범위에서 0.2C의 전류밀도로 충방전 실험을 진행하였다. Referring to FIG. 16, the secondary battery according to Example 3 and the secondary battery according to Comparative Example 3 were each subjected to a charge/discharge experiment at a current density of 0.2 C in a voltage range of 2.5 to 4.0 V.

도 16에서 확인할 수 있듯이, 상기 실시 예 3에 따른 이차전지는 유동성이 없는 반고형의 겔 고분자 전해질이 적용되었음에도 불구하고, 액체 전해질이 적용된 상기 비교 예 3에 따른 이차전지와 비교하여 비슷한 수준의 방전 용량과 높은 용량 유지율을 나타내는 것을 확인할 수 있었다. As can be seen in FIG. 16, the secondary battery according to Example 3 has a similar level of discharge compared to the secondary battery according to Comparative Example 3 to which a liquid electrolyte is applied, even though a non-flowable semi-solid gel polymer electrolyte is applied. It was confirmed that it exhibited a high capacity and a high capacity retention rate.

도 17은 본 발명의 실시 예 3에 따른 이차전지의 신뢰성을 나타내는 그래프이다. 17 is a graph showing reliability of a secondary battery according to Example 3 of the present invention.

도 17을 참조하면, 상기 실시 예 3에 따른 이차전지에 대해 충방전 실험을 진행하되, 충방전 싸이클(cycle)을 복수회 수행하고, 싸이클에 따른 전압 곡선을 나타내었다. 도 17에서 확인할 수 있듯이, 상기 실시 예 3에 따른 이차전지는 충방전 싸이클(cycle)의 횟수가 증가함에도 불구하고, 전압 곡선이 실질적으로 일정하게 나타나는 것을 확인할 수 있었다. 이에 따라, 상기 실시 예 3에 따른 이차전지는 우수한 신뢰성을 갖는 것을 알 수 있었다. Referring to FIG. 17, a charge/discharge experiment was performed on the secondary battery according to Example 3, a charge/discharge cycle was performed multiple times, and a voltage curve according to the cycle was shown. As can be seen in FIG. 17, it can be seen that the voltage curve of the secondary battery according to Example 3 appears substantially constant even though the number of charge/discharge cycles increases. Accordingly, it was found that the secondary battery according to Example 3 had excellent reliability.

도 18 및 도 19는 본 발명의 실험 예 3에 따른 겔 고분자 전해질의 1HNMR 스펙트럼을 나타내는 도면이다. 18 and 19 are views showing 1 HNMR spectrum of the gel polymer electrolyte according to Experimental Example 3 of the present invention.

도 18을 참조하면, 상기 실험 예 3에 따른 겔 고분자 전해질이 가교되기 전 상태에 대해 1HNMR 스펙트럼을 나타내었고, 도 19를 참조하면, 상기 실험 예 3에 따른 겔 고분자 전해질이 70℃의 온도에서 1시간 동안 가교된 상태에 대해 1HNMR 스펙트럼을 나타내었다. 이 밖에도, 상기 실험 예 3에 따른 겔 고분자 전해질의 가교 온도 및 시간을 다양하게 제어한 후, 각각에 대해 전환율을 측정하였다. 가교 시간을 1시간으로 제어한 후 가교 온도를 변화시키면서 측정된 전환율은 아래의 <표 2>를 통해 정리되고, 가교 온도를 70℃로 제어한 후 가교 시간을 변화시키면서 측정된 전환율은 아래의 <표 3>을 통해 정리된다. Referring to FIG. 18, the 1 HNMR spectrum was shown for the state before crosslinking of the gel polymer electrolyte according to Experimental Example 3, and referring to FIG. 19, the gel polymer electrolyte according to Experimental Example 3 at a temperature of 70 ° C. 1 HNMR spectrum is shown for the cross-linked state for 1 hour. In addition, after variously controlling the crosslinking temperature and time of the gel polymer electrolyte according to Experimental Example 3, the conversion rate was measured for each. After controlling the crosslinking time to 1 hour, the conversion rate measured while changing the crosslinking temperature is summarized in <Table 2> below, and the conversion rate measured while changing the crosslinking time after controlling the crosslinking temperature to 70 ° C is shown in <Table 2> below. It is organized through Table 3>.

가교 온도crosslinking temperature 전환율conversion rate 가교 전before bridge 0 %0 % 50℃50℃ 33.0 %33.0% 60℃60℃ 60.5 %60.5% 70℃70℃ 96.5 %96.5%

가교 시간bridge time 전환율conversion rate 가교 전before bridge 0 %0 % 30분30 minutes 40.3 %40.3% 1시간1 hours 96.5 %96.5% 2시간2 hours 97.1 %97.1%

<표 2> 및 <표 3>에서 확인할 수 있듯이, 상기 실시 예 3에 따른 겔 고분자 전해질을 제조하는 경우, 가교 온도를 70℃ 이상으로 제어하고 가교 시간을 1시간 이상으로 제어함으로써, 96% 이상의 높은 전환율을 얻을 수 있는 것을 확인할 수 있었다. As can be seen in <Table 2> and <Table 3>, when preparing the gel polymer electrolyte according to Example 3, by controlling the crosslinking temperature to 70 ° C. or more and the crosslinking time to 1 hour or more, 96% or more It was confirmed that a high conversion rate could be obtained.

도 20은 본 발명의 실시 예 1에 따른 겔 고분자 전해질과 비교 예 2에 따른 고분자 전해질의 전기 화학적 안정성을 비교하는 그래프이다. 20 is a graph comparing the electrochemical stability of the gel polymer electrolyte according to Example 1 of the present invention and the polymer electrolyte according to Comparative Example 2.

도 20을 참조하면, 상기 실시 예 1에 따른 겔 고분자 전해질 및 비교 예 2에 따른 고분자 전해질에 대해, Applied potential(V vs Na/Na+)에 따른 Current density(mA/cm2)를 측정하여 나타내었다. Referring to FIG. 20, for the gel polymer electrolyte according to Example 1 and the polymer electrolyte according to Comparative Example 2, the current density (mA/cm 2 ) according to the applied potential (V vs Na/Na+) was measured and shown. .

도 20에서 확인할 수 있듯이, 상기 비교 예 2에 따른 고분자 전해질의 경우, Applied potential이 증가함에 따라, Current density가 급격하게 증가하지만, 상기 실시 예 1에 따른 겔 고분자 전해질의 경우, 5.0~5.5 Applied potential 구간에서 Current density가 증가하다가 5.5 Applied potential 이후 다시 감소하는 것을 확인할 수 있었다. 이에 따라, 폴리아미드이미드(PAI) 고분자 분리막으로 제조된 상기 실시 예 1에 따른 겔 고분자 전해질은, 폴리에텔린(PE) 고분자 분리막으로 제조된 상기 비교 예 2에 따른 고분자 전해질보다 전기화학적 안정성이 높은 것을 알 수 있었다. As can be seen in FIG. 20, in the case of the polymer electrolyte according to Comparative Example 2, as the applied potential increases, the current density increases rapidly, but in the case of the gel polymer electrolyte according to Example 1, the applied potential is 5.0 to 5.5. It was confirmed that the current density increased in the section and then decreased again after 5.5 applied potential. Accordingly, the gel polymer electrolyte according to Example 1 made of a polyamideimide (PAI) polymer separator has higher electrochemical stability than the polymer electrolyte according to Comparative Example 2 made of a polyethylene (PE) polymer separator. could find out

이상, 본 발명을 바람직한 실시 예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.In the above, the present invention has been described in detail using preferred embodiments, but the scope of the present invention is not limited to specific embodiments, and should be interpreted according to the appended claims. In addition, those skilled in the art should understand that many modifications and variations are possible without departing from the scope of the present invention.

100: 다공성 지지체
200: 액체 전해질 및 이온성 액체 가교제가 혼합된 용액
300: 겔 고분자 전해질용 조성물
100: porous support
200: mixed solution of liquid electrolyte and ionic liquid crosslinking agent
300: composition for gel polymer electrolyte

Claims (13)

고분자를 포함하는 다공성 지지체, 소듐(sodium) 또는 리튬(lithium) 중 어느 하나를 포함하는 액체 전해질, 및 2개 이상의 이중결합 작용기를 갖는 이온성 액체 가교제를 포함하되,
상기 이중결합 작용기는 상기 이온성 액체 가교제의 가교 반응을 매개하는 것을 포함하고,
상기 이온성 액체 가교제는, 아래의 <화학식 1>로 표기되는 것을 포함하는 겔 고분자 전해질용 조성물.
<화학식 1>
Figure 112022104002409-pat00023

R: 탄소수 1 내지 8의 알킬기.
X+: 이미다졸륨, 암모늄, 피리디늄, 피라졸륨, 피페리디늄, 트리아졸륨, 티아졸륨, 옥사졸륨, 피리다지늄, 피리미디늄, 피라지늄, 포스포늄, 피롤리디늄 및 설포늄 중 어느 하나의 양이온.
Y-: BF4, PF6, ClO4, CF3SO3, N(CF3SO2)2, N(C2F5SO2)2, C(CF2SO2)3, AsF6, SbF6, AlCl4, NbF6, CF3CO2 중 어느 하나의 음이온.
A porous support containing a polymer, a liquid electrolyte containing either sodium or lithium, and an ionic liquid crosslinking agent having two or more double bond functional groups,
The double bond functional group includes mediating a crosslinking reaction of the ionic liquid crosslinking agent,
The ionic liquid crosslinking agent is a composition for a gel polymer electrolyte comprising one represented by the following <Chemical Formula 1>.
<Formula 1>
Figure 112022104002409-pat00023

R: An alkyl group having 1 to 8 carbon atoms.
X + : among imidazolium, ammonium, pyridinium, pyrazolium, piperidinium, triazolium, thiazolium, oxazolium, pyridazinium, pyrimidinium, pyrazinium, phosphonium, pyrrolidinium and sulfonium any one cation.
Y - : BF 4 , PF 6 , ClO 4 , CF 3 SO 3 , N(CF 3 SO 2 ) 2 , N(C 2 F 5 SO 2 ) 2 , C(CF 2 SO 2 ) 3 , AsF 6 , SbF 6 , AlCl 4 , NbF 6 , CF 3 CO 2 An anion of any one.
삭제delete 제1 항에 있어서,
상기 이온성 액체 가교제는, 상기 겔 고분자 전해질용 조성물 100 wt%를 기준으로 30 wt% 이상 포함되는 겔 고분자 전해질용 조성물.
According to claim 1,
The ionic liquid crosslinking agent is a composition for a gel polymer electrolyte containing 30 wt% or more based on 100 wt% of the composition for a gel polymer electrolyte.
제1 항에 있어서,
상기 고분자는, 폴리아미드이미드, 폴리에테르이미드, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리비닐리덴플루오라이드, 폴리테트라플루오루에틸렌, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 및 폴리아크릴로니트릴 중 어느 하나를 포함하는 겔 고분자 전해질용 조성물.
According to claim 1,
The polymer includes any one of polyamideimide, polyetherimide, polyethylene, polypropylene, polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene, polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, and polyacrylonitrile. A composition for a gel polymer electrolyte.
제1 항에 있어서,
상기 다공성 지지체는, 상기 고분자를 포함하는 복수의 섬유들을 포함하는 겔 고분자 전해질용 조성물.
According to claim 1,
The porous support is a composition for a gel polymer electrolyte comprising a plurality of fibers containing the polymer.
제1 항에 따른 겔 고분자 전해질용 조성물이 화학 가교 결합된 것을 포함하는, 겔 고분자 전해질.
A gel polymer electrolyte comprising a chemically cross-linked composition for a gel polymer electrolyte according to claim 1.
대향하여 배치되는 양극과 음극; 및
상기 양극과 음극 사이에 배치되는 제6 항에 따른 겔 고분자 전해질을 포함하는 이차전지.
an anode and a cathode disposed opposite to each other; and
A secondary battery comprising the gel polymer electrolyte according to claim 6 disposed between the positive electrode and the negative electrode.
고분자를 포함하는 다공성 지지체를 준비하는 단계;
2개 이상의 이중결합 작용기를 포함하는 이온성 액체 가교제, 및 소듐(sodium) 또는 리튬(lithium)을 포함하는 액체 전해질을 준비하는 단계;
상기 다공성 지지체에 상기 액체 전해질과 상기 이온성 액체 가교제가 혼합된 용액을 제공하여, 겔 고분자 전해질용 조성물을 제조하는 단계; 및
상기 겔 고분자 전해질용 조성물을 열처리하여, 상기 겔 고분자 전해질용 조성물을 화학 가교 결합시키는 단계를 포함하되,
상기 이온성 액체 가교제는, 아래의 <화학식 1>로 표기되는 것을 포함하는 겔 고분자 전해질의 제조 방법.
<화학식 1>
Figure 112022131533228-pat00024

R: 탄소수 1 내지 8의 알킬기.
X+: 이미다졸륨, 암모늄, 피리디늄, 피라졸륨, 피페리디늄, 트리아졸륨, 티아졸륨, 옥사졸륨, 피리다지늄, 피리미디늄, 피라지늄, 포스포늄, 피롤리디늄 및 설포늄 중 어느 하나의 양이온.
Y-: BF4, PF6, ClO4, CF3SO3, N(CF3SO2)2, N(C2F5SO2)2, C(CF2SO2)3, AsF6, SbF6, AlCl4, NbF6, CF3CO2 중 어느 하나의 음이온.
Preparing a porous support containing a polymer;
Preparing a liquid electrolyte containing an ionic liquid crosslinking agent containing two or more double bond functional groups and sodium or lithium;
preparing a composition for a gel polymer electrolyte by providing a mixed solution of the liquid electrolyte and the ionic liquid crosslinking agent to the porous support; and
Heat-treating the composition for a gel polymer electrolyte to chemically cross-link the composition for a gel polymer electrolyte,
The ionic liquid crosslinking agent is a method for producing a gel polymer electrolyte comprising one represented by the following <Formula 1>.
<Formula 1>
Figure 112022131533228-pat00024

R: An alkyl group having 1 to 8 carbon atoms.
X + : among imidazolium, ammonium, pyridinium, pyrazolium, piperidinium, triazolium, thiazolium, oxazolium, pyridazinium, pyrimidinium, pyrazinium, phosphonium, pyrrolidinium and sulfonium any one cation.
Y - : BF 4 , PF 6 , ClO 4 , CF 3 SO 3 , N(CF 3 SO 2 ) 2 , N(C 2 F 5 SO 2 ) 2 , C(CF 2 SO 2 ) 3 , AsF 6 , SbF 6 , AlCl 4 , NbF 6 , CF 3 CO 2 An anion of any one.
제8 항에 있어서,
상기 겔 고분자 전해질용 조성물을 화학 가교 결합시키는 단계에서,
상기 겔 고분자 전해질용 조성물은, 70℃ 이상의 온도에서 1 시간 이상 동안 열처리되는 것을 포함하는 겔 고분자 전해질의 제조 방법.
According to claim 8,
In the step of chemically cross-linking the composition for a gel polymer electrolyte,
The composition for the gel polymer electrolyte, a method for producing a gel polymer electrolyte comprising a heat treatment for at least 1 hour at a temperature of 70 ℃ or more.
제8 항에 있어서,
상기 이온성 액체 가교제, 및 상기 액체 전해질을 준비하는 단계는,
2개 이상의 이중결합 작용기를 포함하는 상기 이온성 액체 가교제를 준비하는 단계; 및
소듐 또는 리튬을 포함하는 베이스 소스와 용매를 혼합하여 상기 액체 전해질을 제조하는 단계를 포함하는 겔 고분자 전해질의 제조 방법.
According to claim 8,
Preparing the ionic liquid crosslinking agent and the liquid electrolyte,
Preparing the ionic liquid crosslinking agent containing two or more double bond functional groups; and
Method for producing a gel polymer electrolyte comprising the step of preparing the liquid electrolyte by mixing a base source containing sodium or lithium and a solvent.
제10 항에 있어서,
상기 베이스 소스가 소듐을 포함하는 경우, 상기 용매는 에틸렌 카보네이트(ethylene carbonate, EC)를 포함하는 겔 고분자 전해질의 제조 방법.
According to claim 10,
When the base source contains sodium, the solvent is a method for producing a gel polymer electrolyte comprising ethylene carbonate (ethylene carbonate, EC).
제10 항에 있어서,
상기 베이스 소스가 리튬을 포함하는 경우, 상기 용매는 디메틸 카보네이트(dimethyl carbonate, DMC)를 포함하는 겔 고분자 전해질의 제조 방법.
According to claim 10,
When the base source contains lithium, the solvent is a method for producing a gel polymer electrolyte comprising dimethyl carbonate (DMC).
제10 항에 있어서,
상기 베이스 소스가 리튬을 포함하는 경우 상기 겔 고분자 전해질용 조성물을 열처리하는 온도는, 상기 베이스 소스가 소듐을 포함하는 경우 상기 겔 고분자 전해질용 조성물을 열처리하는 온도보다 낮은 것을 포함하는 겔 고분자 전해질의 제조 방법.
According to claim 10,
When the base source contains lithium, the temperature at which the composition for the gel polymer electrolyte is heat-treated is lower than the temperature at which the composition for the gel polymer electrolyte is heat-treated when the base source contains sodium Preparation of a gel polymer electrolyte comprising method.
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