KR19990012519A - Polymer electrolyte composition comprising an ionomer having a copolymer of methyl methacrylate and maleic acid metal salt and a process for producing the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 메틸메타크릴레이트 및 말레산금속염이 공중합된 이오노머를 포함하는 고분자 전해질 조성물 및 그의 제조방법에 관한 것이다. 본 발명의 고분자 전해질 조성물은 메틸메타크릴레이트 및 말레산금속염이 공중합되고, 이온 농도가 1 내지 8몰%인 이오노머 20 내지 25중량%; 가소제 65 내지 75중량%; 및, 리튬염 5 내지 10중량%를 포함한다. 본 발명의 고분자 전해질 조성물은 메틸메타크릴레이트 및 말레산을 공중합시키고 알칼리성의 금속염 용액으로 적정하여 이오노머를 합성하고, 가소제 및 리튬염과 혼합함으로써 간편하게 제조된다. 본 발명의 고분자 전해질 조성물은 기계적 물성, 이온전도도 및 상용성이 우수하고 투명하여, 리튬 고분자 이차전지의 전해질로 이용될 수 있을 뿐만 아니라 전기변색소자로의 응용도 가능하다. 특히, 리튬 고분자 이차전지의 전해질로 이용될 경우, 충방전 효율이 우수하고 고분자 전해질과 부극활물질간의 계면 저항이 작은 전지가 제조된다.The present invention relates to a polymer electrolyte composition comprising an ionomer copolymerized with methyl methacrylate and a maleic acid metal salt, and a process for producing the same. The polymer electrolyte composition of the present invention comprises 20 to 25% by weight of an ionomer copolymerized with methyl methacrylate and maleic acid metal salt and having an ion concentration of 1 to 8 mol%; 65 to 75% by weight plasticizer; And 5 to 10% by weight of a lithium salt. The polymer electrolyte composition of the present invention is easily prepared by copolymerizing methyl methacrylate and maleic acid, titrating with an alkaline metal salt solution to synthesize an ionomer, and mixing with a plasticizer and a lithium salt. The polymer electrolyte composition of the present invention is excellent in mechanical properties, ionic conductivity and compatibility, and is transparent and can be used not only as an electrolyte of a lithium polymer secondary battery but also as an electrochromic device. Particularly, when used as an electrolyte for a lithium polymer secondary battery, a battery having excellent charging / discharging efficiency and small interface resistance between a polymer electrolyte and a negative electrode active material is produced.

Description

메틸메타크릴레이트 및 말레산금속염이 공중합된 이오노머를 포함하는 고분자 전해질 조성물 및 그의 제조방법Polymer electrolyte composition comprising an ionomer copolymerized with methyl methacrylate and maleic acid metal salt and a process for producing the same

본 발명은 메틸메타크릴레이트 및 말레산금속염이 공중합된 이오노머(ionomer)를 포함하는 고분자 전해질 조성물 및 그의 제조방법에 관한 것이다. 좀 더 구체적으로, 본 발명은 메틸메타크릴레이트 및 말레산금속염이 공중합된 이오노머, 가소제 및 리튬염을 포함하는 고분자 전해질 조성물 및 전기 고분자 전해질 조성물을 간편하게 제조하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a polymer electrolyte composition comprising an ionomer in which methyl methacrylate and a maleic acid metal salt are copolymerized, and a process for producing the same. More particularly, the present invention relates to a polymer electrolyte composition comprising an ionomer, a plasticizer and a lithium salt copolymerized with methyl methacrylate and a maleic acid metal salt, and a process for easily producing an electro-polymeric electrolyte composition.

전기, 전자, 통신 및 컴퓨터 산업이 급속히 발전함에 따라 고성능,고안정성의 이차 전지에 대한 수요는 점차 증대되어 왔으며, 특히, 전기, 전자 제품의 경박단소화 및 휴대화 추세에 따라 이 분야의 핵심 부품인 이차 전지도 박막화, 소형화가 요구되어지고 있다.As the electric, electronic, communication, and computer industries rapidly develop, the demand for high performance and high stability secondary batteries has been gradually increasing. Particularly, due to the thinness and simplicity of electric and electronic products, A secondary battery such as a lithium secondary battery has been required to be thinner and smaller.

이러한 요구에 부응하여 유연성이 있는 박막전지는 차세대 신용사회의 첨단 제품인 스마트 카드(smart card)용 저장지원(memory back-up) 전지로 사용될 수 있을 뿐만 아니라, 적층에 의해 고전압 및 대용량화가 용이하여 전기 자동차용 전원으로도 개발될 수 있다. 특히, 최근 가장 각광을 받고 있는 고성능 전지시스템의 하나는 리튬 고분자 이차전지(LPB, lithium polymer battery)로, 리튬 고분자 이차전지는 종래의 전지가 필수적으로 함유하고 있는 납(Pb)이나 카드뮴(Cd)등의 중금속 물질을 함유하지 않아 환경오염의 문제가 없는 장점을 갖고 있다. 리튬 고분자 이차전지는 부극활물질, 전해질 및 정극활물질로 구성되는데, 부극활물질로는 리튬, 리튬-알루미늄 합금 또는 탄소, 전해질로는 고체 고분자 전해질(SPE, solid polymer electrolyte), 정극활물질로는 전이금속 화합물, 고분자 전해질 및 전자 전도성 물질로 구성된 복합재료가 주로 사용된다.In response to these demands, the flexible thin film battery can be used not only as a memory back-up battery for a smart card, which is a high-end product of the next generation credit society, but also because it is easy to make high voltage and large capacity by stacking, It can also be developed as a vehicle power source. Particularly, a lithium polymer secondary battery (LPB) is one of the most popular high performance battery systems in recent years, and a lithium polymer secondary battery is a lithium polymer secondary battery in which lead (Pb) and cadmium (Cd) It does not contain any heavy metal substances and has no advantage of environmental pollution. The lithium polymer secondary battery is composed of a negative electrode active material, an electrolyte and a positive electrode active material. Examples of the negative electrode active material include lithium, a lithium-aluminum alloy or carbon, a solid polymer electrolyte (SPE) , A polymer electrolyte, and an electronic conductive material.

이와 같이, 전해질로 고체 고분자 전해질을 사용함으로써, 전지를 박막화할 수 있고, 크기나 모양을 원하는대로 조절할 수 있는데, 이러한 고체 고분자 전해질의 특성으로 말미암아, 우수한 전도 특성을 나타내는 고체 고분자 전해질을 개발하려는 시도가 이루어지고 있다.Thus, by using a solid polymer electrolyte as an electrolyte, a battery can be made thin, and its size and shape can be controlled as desired. An attempt to develop a solid polymer electrolyte exhibiting excellent conduction characteristics owing to the characteristics of such solid polymer electrolyte .

최근에는 무정형 구조를 가지는 고분자, 에틸렌카보네이트나 프로필렌카보네이트와 같은 극성용매인 가소제 및 리튬 염을 혼합하여, 상온에서 10-3S/cm의 높은 이온전도도를 갖는 고체 고분자 전해질을 제조하는 방법이 보고되었다.Recently, a method has been reported in which a polymer having an amorphous structure, a plasticizer such as ethylene carbonate or propylene carbonate, and a lithium salt are mixed to prepare a solid polymer electrolyte having a high ionic conductivity of 10 -3 S / cm at room temperature .

예를 들면, 미합중국특허 제 5,219,679호에는 폴리아크릴로니트릴, 에틸렌카보네이트나 프로필렌카보네이트 및 리튬퍼클로레이트(LiClO4)를 혼합하여 고체 고분자 전해질을 제조하는 방법이 개시되어 있다. 그러나, 폴리아크릴로니트릴을 이용하여 고분자 전해질을 제조할 경우, 고분자 전해질의 이온전도도와 기계적 물성은 우수하지만, 가소제와 고분자의 상용성이 좋지 않아 고분자 내부에 함침되어 있던 가소제가 고분자 표면으로 흘러나오는 문제점이 있었다. 또한, 높은 이온전도도를 얻기 위해 극성용매인 가소제의 함량을 증가시키면 고체 고분자 전해질의 기계적 물성이 점점 저하되는 결점이 있었다.For example, U.S. Patent No. 5,219,679 discloses a method of preparing a solid polymer electrolyte by mixing polyacrylonitrile, ethylene carbonate, propylene carbonate, and lithium perchlorate (LiClO 4 ). However, when the polyelectrolyte is prepared using polyacrylonitrile, the ionic conductivity and mechanical properties of the polymer electrolyte are excellent, but the compatibility of the plasticizer and the polymer is not good, so that the plasticizer impregnated in the polymer flows to the polymer surface There was a problem. In addition, when the content of the plasticizer as a polar solvent is increased in order to obtain a high ionic conductivity, the mechanical properties of the solid polymer electrolyte deteriorate.

본케 등은 폴리메틸메타크릴레이트, 에틸렌카보네이트나 프로필렌카보네이트 및 리튬퍼클로레이트를 혼합하여 고체 고분자 전해질을 제조하는 방법을 발표하였다(참조: O. Bohnke et al., Solid State Ionics, 66:97(1993)). 그러나, 폴리메틸메타크릴레이트를 이용하여 고분자 전해질을 제조할 경우, 높은 이온전도도를 얻기 위해 극성용매인 가소제의 함량을 증가시켜야 하므로, 고분자 전해질의 기계적 물성이 나빠져 고분자 전해질이 필름 형태로 제조될 수 없는 단점이 있었다. 또한, 고분자 전해질에 충방전에 기여하지 못하는 고정화되지 않은 음이온이 존재하여 전기 전해질을 이용하여 제조된 전지의 충방전 효율이 감소되는 단점이 있었다.(O. Bohnke et al., Solid State Ionics, 66: 97 (1993)) disclose a method of preparing solid polymer electrolytes by mixing polymethyl methacrylate, ethylene carbonate, propylene carbonate and lithium perchlorate. ). However, when the polymer electrolyte is prepared using polymethyl methacrylate, the content of the plasticizer, which is a polar solvent, must be increased in order to obtain a high ionic conductivity, so that the mechanical properties of the polymer electrolyte deteriorate, There was no disadvantage. In addition, there is a disadvantage that the charge / discharge efficiency of a battery manufactured using an electric electrolyte is reduced due to the presence of an immobilized anion which does not contribute to charging / discharging of the polymer electrolyte.

따라서, 기계적 물성이 우수하여 필름의 형태로 제조될 수 있으면서도, 이온전도도 및 상용성이 우수한 고분자 전해질의 개발이 절실히 요구되었다. 특히, 가소제와의 상용성이 폴리아크릴로니트릴에 비해 우수한 폴리메틸메타크릴레이트를 이용하여 고분자 전해질을 제조하고자 할 경우, 고분자 전해질의 기계적 물성과 이온전도도 및 전지의 충방전 효율을 증가시키기 위해 구조가 개선된 폴리메틸메타크릴레이트의 개발이 절실히 요구되었다.Accordingly, there has been a desperate need to develop a polymer electrolyte which is excellent in mechanical properties and can be produced in the form of a film, but has excellent ionic conductivity and compatibility. Particularly, when a polymer electrolyte is prepared by using polymethyl methacrylate, which is superior in compatibility with a plasticizer than polyacrylonitrile, the mechanical properties and ionic conductivity of the polymer electrolyte and the structure The development of improved polymethylmethacrylate has been urgently required.

이에, 본 발명자들은 상술한 폴리메틸메타크릴레이트를 이용하여 제조한 리튬 고분자 이차전지(LPB)의 핵심 구성물인 고체 고분자 전해질이 갖는 문제점을 극복하고자 예의 연구 노력한 결과, 메틸메타크릴레이트 및 말레산금속염이 공중합된 이오노머, 가소제 및 리튬염을 포함하는 고분자 전해질이 우수한 기계적 물성, 이온전도도 및 상용성을 가지고, 전기 전해질을 이용하여 제조된 전지의 충방전 효율이 우수하고 고분자 전해질과 부극활물질간의 계면 저항이 작음을 확인하고, 본 발명을 완성하게 되었다.Accordingly, the present inventors have made extensive efforts to overcome the problems of the solid polymer electrolyte which is a core component of the lithium polymer secondary battery (LPB) produced using the above-mentioned polymethyl methacrylate, and as a result, it has been found that methyl methacrylate and maleic acid metal salt The polymer electrolyte comprising the copolymerized ionomer, the plasticizer and the lithium salt has excellent mechanical properties, ionic conductivity and compatibility and is excellent in the charge and discharge efficiency of a battery produced using the electrolyte. The polymer electrolyte having an interface resistance between the polymer electrolyte and the negative electrode active material And the present invention has been completed.

결국, 본 발명의 주된 목적은 메틸메타크릴레이트 및 말레산금속염이 공중합된 이오노머, 가소제 및 리튬염을 포함하는 고분자 전해질 조성물을 제공하는 것이다.As a result, a main object of the present invention is to provide a polymer electrolyte composition comprising an ionomer, a plasticizer and a lithium salt copolymerized with methyl methacrylate and a maleic acid metal salt.

본 발명의 다른 목적은 전기 고분자 전해질 조성물을 제조하는 방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a method for producing an electric polymer electrolyte composition.

제 1도는 본 발명의 메틸메타크릴레이트 및 말레산금속염이 공중합된 이오노머를 포함하는 고분자 전해질 조성물의 이오노머의 이온 농도에 따른 이온전도도를 도시한 그래프이다.FIG. 1 is a graph showing the ionic conductivity according to the ion concentration of the ionomer in the polymer electrolyte composition comprising the ionomer copolymerized with methyl methacrylate and maleic acid metal salt of the present invention.

제 2도는 본 발명의 메틸메타크릴레이트 및 말레산금속염이 공중합된 이오노머를 포함하는 고분자 전해질 조성물의 이오노머의 이온 농도에 따른 계면저항을 도시한 그래프이다.FIG. 2 is a graph showing the interfacial resistance according to the ion concentration of the ionomer in the polymer electrolyte composition comprising the ionomer copolymerized with the methyl methacrylate and the maleic acid metal salt of the present invention.

이하, 본 발명에 의한 메틸메타크릴레이트 및 말레산금속염이 공중합된 이오노머를 포함하는 고분자 전해질 조성물 및 그의 제조방법을 보다 구체적으로 설명하고자 한다.Hereinafter, a polymer electrolyte composition comprising an ionomer copolymerized with methyl methacrylate and a maleic acid metal salt according to the present invention and a method for producing the same will be described in more detail.

본 발명에서는 고분자 주쇄에 이온기인 말레산의 리튬염을 도입하여 고분자 전해질의 이온전도도를 향상시키고, 극성용매인 가소제의 함량을 감소시켜 고분자 전해질의 기계적 물성의 저하를 방지하고, 가소제와의 상용성을 증가시킬 뿐만 아니라, 본 발명의 고분자 전해질을 이용하여 제조된 전지의 고분자 전해질과 부극활물질간의 계면 저항을 감소시킨다. 또한, 고분자 주쇄에 도입된 이온기의 양이온이 용해된 음이온과 이온-이온 상호작용을 하여 실질적인 충방전에 기여하지 않는 음이온의 이동을 막아주기 때문에, 본 발명의 고분자 전해질을 이용하여 제조된 전지의 충방전 효율을 향상시킨다.In the present invention, the ionic conductivity of the polymer electrolyte is improved by introducing a lithium salt of maleic acid, which is an ionic group, into the main chain of the polymer, and the content of the plasticizer as a polar solvent is reduced to prevent deterioration of the mechanical properties of the polymer electrolyte. But also reduces the interfacial resistance between the polymer electrolyte and the negative electrode active material of the battery using the polymer electrolyte of the present invention. In addition, since the cation of the ion group introduced into the polymer main chain interacts with the anion in which the ion is dissolved, the migration of the anion which does not contribute to the substantial charge and discharge is prevented, so that the battery produced using the polymer electrolyte of the present invention Thereby improving charge and discharge efficiency.

본 발명의 고분자 전해질 조성물은 메틸메타크릴레이트 및 말레산금속염이 공중합되고, 이온 농도가 1 내지 8몰%인 하기 구조식(I)의 이오노머 20 내지 25중량%; 가소제 65 내지 75중량%; 및, 리튬염 5 내지 10중량%를 포함한다.The polymer electrolyte composition of the present invention comprises 20 to 25% by weight of an ionomer of the structural formula (I) copolymerized with methyl methacrylate and maleic acid metal salt and having an ion concentration of 1 to 8 mol%; 65 to 75% by weight plasticizer; And 5 to 10% by weight of a lithium salt.

상기에서, 말레산금속염으로는 말레산리튬 또는 말레산나트륨, 가장 바람직하게는 말레산리튬을 사용한다.As the maleic acid metal salt, lithium maleate or sodium maleate, most preferably lithium maleate is used.

이오노머의 이온농도는 1 내지 8몰%이며, 1몰% 미만이거나 8몰% 초과인 경우에는 제조된 고분자 전해질의 이온전도도가 작고 계면저항이 커, 제조된 고분자 전해질은 리튬 고분자 이차전지의 전해질로 이용될 수 없다. 또한, 고분자 전해질 조성물 중 이오노머의 함량은 20 내지 25중량%이며, 20중량% 미만인 경우에는 필름형태의 고분자 전해질이 제조되지 않고, 25중량% 초과인 경우에는 이온전도도가 작아 제조된 고분자 전해질이 실용화될 수 없다.When the ionomer concentration is 1 to 8 mol% and less than 1 mol% or more than 8 mol%, the ionic conductivity of the prepared polymer electrolyte is small and the interface resistance is large. Thus, the produced polymer electrolyte is an electrolyte of a lithium polymer secondary battery Can not be used. In addition, the content of the ionomer in the polymer electrolyte composition is 20 to 25% by weight. When the content is less than 20% by weight, the film-type polymer electrolyte can not be produced. When the content is more than 25% by weight, Can not be.

가소제로는 에틸렌 카보네이트, 프로필렌 카보네이트, 디메틸 카보네이트, 디에틸 카보네이트 또는 디메톡시에탄, 가장 바람직하게는 에틸렌 카보네이트를 사용하며, 고분자 전해질 조성물 중 가소제의 함량은 65 내지 75중량%이다. 함량이 65중량% 미만인 경우에는 이온전도도가 작고, 75중량% 초과인 경우에는 필름형태의 고분자 전해질이 제조되지 않아 제조된 고분자 전해질이 실용화될 수 없다.As the plasticizer, ethylene carbonate, propylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate or dimethoxyethane, most preferably ethylene carbonate is used, and the content of the plasticizer in the polymer electrolyte composition is 65 to 75% by weight. When the content is less than 65% by weight, the ionic conductivity is low. When the content is more than 75% by weight, the polymer electrolyte in the form of a film can not be produced, so that the produced polymer electrolyte can not be put to practical use.

리튬염으로는 LiClO4, LiCF3SO3, LiBF4또는 LiPF6, 가장 바람직하게는 LiClO4를 사용하며, 고분자 전해질 조성물 중 리튬염의 함량이 5중량% 미만인 경우에는 이온전도도가 작아 제조된 고분자 전해질이 실용화될 수 없다.LiClO 4 , LiCF 3 SO 3 , LiBF 4 or LiPF 6 , and most preferably LiClO 4 are used as the lithium salt, and when the content of the lithium salt in the polymer electrolyte composition is less than 5% by weight, the ionic conductivity of the polymer electrolyte Can not be practically used.

본 발명의 고분자 전해질 조성물의 제조방법을 공정에 따라 설명하면 다음과 같다.The process for producing the polymer electrolyte composition of the present invention will be described below.

제 1공정: 메틸메타크릴레이트 및 말레산의 공중합체의 합성Step 1: Synthesis of copolymer of methyl methacrylate and maleic acid

메틸메타크릴레이트 96.0 내지 99.5몰% 및 말레산 0.5 내지 4.0몰%를 유기용매, 바람직하게는 테트라히드로퓨란에 용해시켜 반응기에 주입하고, 반응물 및 유기용매에 포함된 용존산소를 제거한다. 그런 다음, 반응물 전체에 대하여 1 내지 5중량%인 개시제, 바람직하게는 과산화수소, 벤조일퍼옥사이드(BPO, benzoylperoxide) 또는 2,2'-아조비스이소부티로니트릴(AIBN, 2,2'-azobisisobutyronitrile), 보다 바람직하게는 2,2'-아조비스이소부티로니트릴을 용매, 바람직하게는 테트라히드로퓨란에 용해시켜 주입하고 교반한 다음, 50 내지 80℃에서 반응시키고, 반응물을 비용매, 바람직하게는 메탄올에서 침전시킨 후 건조시켜 메틸메타크릴레이트 및 말레산의 공중합체를 합성한다.96.0 to 99.5 mol% of methyl methacrylate and 0.5 to 4.0 mol% of maleic acid are dissolved in an organic solvent, preferably tetrahydrofuran, and injected into the reactor to remove dissolved oxygen contained in the reactants and the organic solvent. Then, an initiator, preferably hydrogen peroxide, benzoylperoxide (BPO), or 2,2'-azobisisobutyronitrile (IBN), in an amount of 1 to 5 wt% , More preferably 2,2'-azobisisobutyronitrile is dissolved in a solvent, preferably tetrahydrofuran, and the mixture is stirred and reacted at 50 to 80 ° C, and the reaction product is treated with a non-solvent, Precipitated in methanol and then dried to synthesize a copolymer of methyl methacrylate and maleic acid.

제 2공정: 이오노머의 합성Step 2: Synthesis of ionomer

전기 공정에서 합성된 산성인 공중합체를 농도가 0.02 내지 0.5N 인 알칼리성의 금속염 용액, 바람직하게는 0.02 내지 0.2N인 수산화리튬 수용액으로 적정하고 건조하여, 이온 농도가 1 내지 8몰%인 상기 구조식(I)의 이오노머를 합성한다.The acidic copolymer synthesized in the electrical process is titrated with an alkaline metal salt solution having a concentration of 0.02 to 0.5N, preferably an aqueous lithium hydroxide solution having a concentration of 0.02 to 0.2N, and dried to obtain an ionic compound having an ionic concentration of 1 to 8 mol% (I).

제 3공정: 고분자 전해질 조성물의 제조Step 3: Production of polymer electrolyte composition

전기 공정에서 합성된 이오노머 20 내지 25중량%를 극성용매, 바람직하게는 테트라히드로퓨란에 용해시키고, 가소제 65 내지 75중량% 및 리튬염 5 내지 10중량%와 혼합한 다음, 혼합액을 주형기(molder), 바람직하게는 테플론 플레이트 위에 주조(casting)하고 용매를 휘발시켜, 필름 형태의 투명한 고분자 전해질 조성물을 제조한다.20 to 25% by weight of the ionomer synthesized in the electric process is dissolved in a polar solvent, preferably tetrahydrofuran, mixed with 65 to 75% by weight of a plasticizer and 5 to 10% by weight of a lithium salt, ), Preferably on a Teflon plate, and the solvent is volatilized to prepare a film-type transparent polymer electrolyte composition.

상기에서, 가소제로는 에틸렌 카보네이트, 프로필렌 카보네이트, 디메틸 카보네이트, 디에틸 카보네이트 또는 데메톡시에탄, 가장 바람직하게는 에틸렌 카보네이트를 사용하고, 리튬염으로는 LiClO4, LiCF3SO3, LiBF4또는 LiPF6, 가장 바람직하게는 LiClO4를 사용한다.As the plasticizer, ethylene carbonate, propylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate or demethoxyethane, most preferably ethylene carbonate is used. As the lithium salt, LiClO 4 , LiCF 3 SO 3 , LiBF 4 or LiPF 6 , And most preferably LiClO 4 .

이하, 실시예에 의하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명하고자 한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples.

이들 실시예는 오로지 본 발명을 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 요지에 따라 본 발명의 범위가 이들 실시예에 국한되지 않는다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.It is to be understood by those skilled in the art that these embodiments are merely illustrative of the present invention and that the scope of the present invention is not limited to these embodiments in accordance with the gist of the present invention.

[실시예 1-7][Example 1-7]

고분자 전해질 조성물의 제조Preparation of Polymer Electrolyte Composition

메틸메타크릴레이트 및 말레산을 하기 표 1의 양으로 각각 250ml 의 테트라히드로퓨란에 용해시켜 반응기에 주입하고, 반응기 내부로 고순도 질소를 50cc/min의 유량으로 약 1시간동안 흘려주었다. 그런 다음, 개시제인 2,2'-아조비스이소부티로니트릴 0.05g을 10ml의 테트라히드로퓨란에 용해시켜 주입하고 교반한 다음, 60℃에서 약 5시간정도 반응시키고, 반응물을 메탄올에서 침전시킨 후 120℃의 진공오븐에서 24시간동안 건조시켜, 메타크릴레이트 및 말레산의 공중합체를 합성하였다. 전기에서 합성된 산성인 공중합체를 각각 0.05N 수산화리튬 수용액으로 적정하고 150℃의 진공오븐에서 15시간동안 건조하여, 이온 농도가 하기 표1과 같은 이오노머를 합성하였다.Methyl methacrylate and maleic acid were dissolved in 250 ml of tetrahydrofuran, respectively, in the amounts shown in Table 1, and the high-purity nitrogen was flowed into the reactor at a flow rate of 50 cc / min for about 1 hour. Then, 0.05 g of 2,2'-azobisisobutyronitrile as an initiator was dissolved in 10 ml of tetrahydrofuran, and the mixture was stirred. The mixture was reacted at 60 ° C for about 5 hours, and the reaction product was precipitated in methanol And dried in a vacuum oven at 120 캜 for 24 hours to synthesize a copolymer of methacrylate and maleic acid. The acidic copolymers synthesized in the prior art were each titrated with a 0.05 N lithium hydroxide aqueous solution and dried in a vacuum oven at 150 캜 for 15 hours to synthesize ionomers having ion concentrations as shown in Table 1 below.

[표 1][Table 1]

상기에서 합성된 이오노머 23.2 중량%를 각각 테트라히드로퓨란에 용해시키고, 에틸렌카보네이트 69.8중량% 및 리튬퍼클로레이트 7.0중량%와 약 12시간정도 교반하면서 충분히 혼합한 다음, 혼합액을 테플론 플레이트 위에 주조(casting)하고 용매를 휘발시켜 필름 형태의 투명한 고분자 전해질 조성물을 제조하였다.23.2% by weight of the ionomer synthesized above was dissolved in tetrahydrofuran, sufficiently mixed with 69.8% by weight of ethylene carbonate and 7.0% by weight of lithium perchlorate with stirring for about 12 hours, and the mixture was cast on a Teflon plate The solvent was volatilized to prepare a film-type transparent polymer electrolyte composition.

[실시예 8][Example 8]

고분자 전해질의 이온전도도Ionic conductivity of polymer electrolyte

상기 실시예 1 내지 8 에서 각각 제조된 필름 형태의 고분자 전해질을 펀치로 절단하여 직경 12mm인 디스크 형태의 시편을 제조하고, 주파수 응답 분석기(Solatron 1225, 독일)를 이용하여 온도를 변화시키면서 이온전도도를 측정하여, 그 결과를 제 1도에 나타내었다. 제 1도에서, X-축은 이오노머의 이온 농도, Y-축은 이온전도도를 나타낸다. 제 1도에서 보듯이, 본 발명의 고분자 전해질은 상온에서의 이온전도도가 우수하며, 이오노머의 이온 농도를 변화시켜 고분자 전해질의 이온전도도를 조절할 수 있음을 알 수 있었다. 또한, 본 발명의 고분자 전해질의 이온전도도는 이오노머의 이온농도가 4.5몰%인 경우에 가장 크며, 이온농도가 그 이상으로 증가하면 계속 감소하여, 8몰% 초과인 경우에는 제조된 고분자 전해질을 리튬 고분자 이차전지의 전해질로 이용할 수 없음을 알 수 있었다.The film type polymer electrolyte prepared in each of Examples 1 to 8 was cut with a punch to prepare a disk shaped specimen having a diameter of 12 mm and ion conductivity was measured using a frequency response analyzer (Solatron 1225, Germany) The results are shown in FIG. 1. In FIG. 1, the X-axis shows the ionic concentration of the ionomer and the Y-axis shows the ionic conductivity. As shown in FIG. 1, the polymer electrolyte of the present invention has excellent ion conductivity at room temperature, and ion conductivity of the polymer electrolyte can be controlled by changing the ion concentration of the ionomer. In addition, the ion conductivity of the polymer electrolyte of the present invention is largest when the ion concentration of the ionomer is 4.5 mol%, and decreases continuously when the ion concentration is further increased. When the ion concentration exceeds 8 mol%, the produced polymer electrolyte is lithium It can not be used as an electrolyte of a polymer secondary battery.

[실시예 9][Example 9]

고분자 전해질의 계면저항 측정Interfacial Resistance Measurement of Polymer Electrolyte

상기 실시예 1 내지 8에서 각각 제조된 필름 형태의 고분자 전해질을 펀치로 절단하여 직경 12mm인 디스크 형태의 시편을 제조하고, 제조된 시편을 전해질로, 리튬을 부극활물질 및 정극활물질로 사용하여 전지를 제조하였다. 주파수 응답 분석기(Solatron 1225, 독일)를 이용하고 10nmHz 내지 10MHz 진동수 범위에서 소인(sweep)하여 제조된 전지의 임피던스를 측정하고, 전지 제조직후의 계면저항 및 정상상태에서의 계면저항을 분석하여, 그 결과를 제 2도에 나타내었다. 제 2도에서 보듯이, 본 발명의 고분자 전해질은 그래프상에서 0몰%의 이온농도에 해당하는 폴리메틸메타크릴레이트를 포함하는 고분자 전해질보다 계면 저항이 우수함을 알 수 있었다. 또한, 본 발명의 고분자 전해질의 계면저항은 이오노머의 이온농도가 4.5몰%인 경우에 가장 작으며, 이온농도가 그 이상으로 증가하면 계속 증가하여, 8몰% 초과인 경우에는 제조된 고분자 전해질을 리튬 고분자 이차전지의 전해질로 이용할 수 없음을 알 수 있었다.The film-shaped polymer electrolyte prepared in each of Examples 1 to 8 was cut with a punch to prepare a disk-shaped specimen having a diameter of 12 mm. Using the prepared specimen as an electrolyte and lithium as a negative electrode active material and a positive electrode active material, . Impedance of a battery manufactured by using a frequency response analyzer (Solatron 1225, Germany) and sweeping in a frequency range of 10 nm to 10 MHz was measured, and the interface resistance immediately after the battery production and the interface resistance in the steady state were analyzed, The results are shown in FIG. As shown in FIG. 2, the polymer electrolyte of the present invention is superior in the interfacial resistance to the polymer electrolyte containing polymethyl methacrylate corresponding to an ion concentration of 0 mol% on the graph. In addition, the interfacial resistance of the polymer electrolyte according to the present invention is the smallest when the ion concentration of the ionomer is 4.5 mol%, and increases continuously when the ion concentration is further increased. When the ion concentration exceeds 8 mol% It can not be used as an electrolyte of a lithium polymer secondary battery.

이상에서 상세히 설명하고 입증하였듯이, 본 발명은 메틸메타크릴레이트와 말레산금속염이 공중합된 이오노머, 가소제 및 리튬염을 포함하는 고분자 전해질 조성물 및 그의 제조방법을 제공한다. 본 발명의 고분자 전해질 조성물은 기계적 물성, 이온전도도 및 상용성이 우수하고 투명하여, 리튬 고분자 이차전지의 전해질로 이용될 수 있을 뿐만 아니라 전기변색소자로의 응용도 가능하다. 특히, 리튬 고분자 이차전지의 전해질로 이용될 경우, 충방전 효율이 우수하고 고분자 전해질과 부극활물질간의 계면 저항이 작은 전지가 제조된다. 또한, 본 발명의 고분자 전해질 조성물은 간편하게 제조될 수 있을 뿐만 아니라, 이오노머의 이온 농도를 변화시킴으로써 이온전도도가 조절될 수 있다.As described and demonstrated in detail above, the present invention provides a polymer electrolyte composition comprising an ionomer, a plasticizer, and a lithium salt copolymerized with methyl methacrylate and a maleic acid metal salt, and a process for producing the same. The polymer electrolyte composition of the present invention is excellent in mechanical properties, ionic conductivity and compatibility, and is transparent and can be used not only as an electrolyte of a lithium polymer secondary battery but also as an electrochromic device. Particularly, when used as an electrolyte for a lithium polymer secondary battery, a battery having excellent charging / discharging efficiency and small interface resistance between a polymer electrolyte and a negative electrode active material is produced. In addition, the polymer electrolyte composition of the present invention can be easily produced, and ion conductivity can be controlled by changing the ion concentration of the ionomer.

Claims (6)

메틸메타크릴레이트 및 말레산금속염이 공중합되고, 이온 농도가 1 내지 8몰%인 하기 구조식 (I)의 이오노머 20 내지 25중량%; 가소제 65 내지 75중량%; 및, 리튬염 5 내지 10중량%를 포함하는 고분자 전해질 조성물:From 20 to 25% by weight of an ionomer of structural formula (I), wherein the copolymer is methyl methacrylate and maleic acid metal salt and has an ion concentration of 1 to 8 mol%; 65 to 75% by weight plasticizer; And 5 to 10% by weight of a lithium salt. 제 1항에 있어서,The method according to claim 1, 말레산금속염은 말레산리튬인 것을 특징으로 하는 고분자 전해질 조성물.Wherein the maleic acid metal salt is lithium maleate. 제 1항에 있어서,The method according to claim 1, 가소제는 에틸렌 카보네이트, 프로필렌 카보네이트, 디메틸 카보네이트, 디에틸 카보네이트 또는 디메톡시에탄인 것을 특징으로 하는The plasticizer is preferably ethylene carbonate, propylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate or dimethoxyethane. 고분자 전해질 조성물.Polymer electrolyte composition. 제 1항에 있어서,The method according to claim 1, 리튬염은 LiClO4, LiCF3SO3, LiBF4또는 LiPF6인 것을 특징으로 하는Lithium salt, characterized in that LiClO 4, LiCF 3 SO 3, LiBF 4 or LiPF 6 고분자 전해질 조성물.Polymer electrolyte composition. (i) 메틸메타크릴레이트 96.0 내지 99.5몰% 및 말레산 0.5 내지 4.0몰%을 유기용매에 용해시켜 반응기에 주입하고, 반응물 및 유기용매에 포함된 용존산소를 제거한 후, 반응물 전체에 대하여 1 내지 5중량%의 개시제를 가하고 50 내지 80℃에서 반응시켜 메틸메타크릴레이트 및 말레산의 공중합체를 합성하는 공정;(i) 96.0 to 99.5 mol% of methyl methacrylate and 0.5 to 4.0 mol% of maleic acid are dissolved in an organic solvent and injected into a reactor to remove dissolved oxygen contained in the reactants and the organic solvent, Adding 5% by weight of an initiator and reacting at 50 to 80 캜 to synthesize a copolymer of methyl methacrylate and maleic acid; (ii) 전기 공정에서 합성된 공중합체를 농도가 0.02 내지 0.5N인 알칼리성의 금속염 용액으로 적정하여 이온 농도가 1 내지 8몰%인 이오노머를 합성하는 공정; 및,(ii) titrating the copolymer synthesized in the electrical process with an alkaline metal salt solution having a concentration of 0.02 to 0.5 N to synthesize an ionomer having an ion concentration of 1 to 8 mol%; And (iii) 전기 공정에서 합성된 이오노머 20 내지 25중량%를 극성용매에 용해시키고, 가소제 65 내지 75중량% 및 리튬염 5 내지 10중량%와 혼합한 다음, 혼합액을 주형기에 주조하고 용매를 휘발시키는 공정을 포함하는 고분자 전해질 조성물의 제조방법.(iii) 20 to 25% by weight of the ionomer synthesized in the electric process is dissolved in a polar solvent, mixed with 65 to 75% by weight of a plasticizer and 5 to 10% by weight of a lithium salt, and then the mixture is cast in a mold and the solvent is volatilized Wherein the polymer electrolyte composition is a polymer electrolyte. 제 5항에 있어서,6. The method of claim 5, 알칼리성의 금속염 용액은 농도가 0.02 내지 0.2N인 수산화리튬 수용액인 것을 특징으로 하는Wherein the alkaline metal salt solution is an aqueous solution of lithium hydroxide having a concentration of 0.02 to 0.2N 고분자 전해질 조성물의 제조방법.A method for producing a polymer electrolyte composition.
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