KR19990061369A

KR19990061369A - Polysiloxane-Based Polymer Solid Electrolyte with Side Chain of Anionic Polyether

Info

Publication number: KR19990061369A
Application number: KR1019970081628A
Authority: KR
Inventors: 장세흠; 한기종; 김영규; 황하근
Original assignee: 김덕중; 사단법인 고등기술연구원 연구조합
Priority date: 1997-12-31
Filing date: 1997-12-31
Publication date: 1999-07-26

Abstract

본 발명은 음이온성 폴리에테르(anionic polyether)를 측쇄(side chain)로 가진 리튬 폴리머 전지용 고분자 고체 전해질에 관한 것으로, 기존의 폴리실록산계 고분자를 근간으로 하고 음이온성 폴리에테르를 측쇄로하여 제조된 리튬 폴리머 전지용의, 하기 화학식 1의 고분자 고체 전해질은 이온 전도도 메커니즘의 변화가 없고, 고분자 특유의 무정형성과 기계적 및 전기 화학적 안정성으로 인해서 상온을 포함한 넓은 온도 범위에서도 높은 이온 전도도를 지니므로 상용화가 가능하다.The present invention relates to a polymer solid electrolyte for a lithium polymer battery having anionic polyether as a side chain, and is based on an existing polysiloxane-based polymer and manufactured by using anionic polyether as a side chain. For the battery, the polymer solid electrolyte of Formula 1 has no change in the ionic conductivity mechanism, and has high ion conductivity even in a wide temperature range including room temperature due to the amorphousness and mechanical and electrochemical stability peculiar to the polymer.

상기 식에서, R₁,A, B, C, D, E, Y, m, n, o, p, q, r, s 및 w는 명세서 중에 정의한 바와 같다.Wherein R ₁ , A, B, C, D, E, Y, m, n, o, p, q, r, s and w are as defined in the specification.

Description

Polysiloxane-Based Polymer Solid Electrolyte with Side Chain of Anionic Polyether

본 발명은 고체 전지(battery), 센서(sensor), 연료 전지(fuel cell) 등에 광범위하게 사용될 수 있는 고분자 이온 전해질, 특히 음이온성 폴리에테르를 측쇄로 하는 리튬 폴리머 전지용 고분자 고체 전해질에 관한 것이다BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a polymer ion electrolyte that can be used in a wide range of batteries, sensors, fuel cells, and the like, in particular, a polymer solid electrolyte for lithium polymer batteries having an anionic polyether as a side chain.

고분자 고체 전해질은 고체 전지, 센서, 연료 전지 등으로의 응용가능성 및 이들 장치의 막대한 시장성으로 인해서 최근 10년간 활발한 연구개발이 진행되어 다양한 종류의 고분자 전해질이 개발되었다. 특히, 고분자 고체 전해질은 기존의 액체 전해질과 비교할 때 고분자 전해질 특유의 안정성, 가공 편의성, 환경 친화성으로 인하여 차세대 핵심 첨단소재의 하나로 인식되고 있다.Polymeric solid electrolytes have been actively researched and developed in recent decades due to their applicability to solid cells, sensors, fuel cells, and the like, and various types of polymer electrolytes have been developed. In particular, the polymer solid electrolyte is recognized as one of the next-generation core high-tech materials due to the stability, processing convenience, and environmental friendliness of the polymer electrolyte in comparison with the conventional liquid electrolyte.

일반적인 고분자 전해질은 폴리(에틸렌 옥사이드)(poly(ethylene oxide); PEO)계 또는 폴리(비닐리덴 플루오라이드)(poly(vinylidene fluoride); PVDF)계의 선형 사슬구조의 고분자 전해질로서 외부의 전기적 전위차와 고분자 사슬의 분절 운동(segment motion)에 의한 리튬 양이온의 물리적 이동에 의해 전해가 이루어진다.A typical polymer electrolyte is a polyelectrolyte having a linear chain structure of poly (ethylene oxide) (PEO) or poly (vinylidene fluoride) (polyvinyl fluoride) (PVDF) system. Electrolysis is performed by physical movement of lithium cations by segment motion of the polymer chains.

그러나, 대부분의 PEO계 고분자 전해질은 상온에서 전도도가 낮은 단점이 있고, PVDF계 고분자 전해질은 상온 이온전도도가 낮고 박막 균일성에 제한이 있어 만족할 만한 효과를 얻을 수 없었다.However, most PEO-based polymer electrolytes have a low conductivity at room temperature, and PVDF-based polymer electrolytes have low room temperature ionic conductivity and limited film uniformity, and thus, satisfactory effects cannot be obtained.

상기 PEO계 고분자 전해질의 문제점을 해결하기 위하여 구조의 다양화, 리튬 양이온의 함침, 적절한 카운터 음이온(counter anion)과 가소제의 사용 등이 고려되고 있다. 고분자 전해질의 기본 골격 구조를 변화시켜 이온 전도도를 향상시키려는 노력의 일환으로 실록산 폴리머(siloxane polymer) 또는 포스파젠 폴리머(phosphazene polymer) 등을 이용한 고분자 전해질, 기계적 특성을 향상시키기 위한 경화제의 첨가, 또는 카운터 음이온의 편중 문제를 해결한 전위조절 고분자 전해질(charge balanced polymer electrolyte) 등에 대한 연구 개발이 무수히 진행되어 미국특허 제 5,296,318 호, 제 5,153,080 호 및 제 5,548,255 호 등과 같이 많은 연구 결과가 발표된 바 있다.In order to solve the problems of the PEO-based polymer electrolyte, a variety of structures, impregnation of lithium cations, appropriate counter anions and plasticizers are considered. Polymer electrolytes using siloxane polymers or phosphazene polymers, as well as the addition of curing agents to improve mechanical properties, in an effort to improve the ionic conductivity by changing the basic skeleton structure of the polymer electrolytes. There have been numerous researches and developments on charge balanced polymer electrolytes that solve the problem of negative ion bias, and many research results have been published, such as US Pat. Nos. 5,296,318, 5,153,080, and 5,548,255.

그러나, 상술한 문헌에 게재된 방법 및 연구결과 등은 여전히 넓은 온도 범위에서 높은 이온 전도도를 갖지 못하는 등의 고분자 고체 전해질로서 요구되는 물리, 화학적인 특성 및 전기적 특성을 만족시키지 못하는 문제점이 있다.However, the methods and research results disclosed in the above-mentioned documents still have a problem in that they do not satisfy the physical, chemical and electrical properties required as a polymer solid electrolyte such as not having high ionic conductivity over a wide temperature range.

따라서, 본 발명의 목적은 물리, 화학적 특정 및 전기적 특성의 만족도가 높으며, 넓은 온도 범위에서도 높은 이온 전도도를 가지므로 상용화가 가능한 새로운 리튬 폴리머 전지용 고분자 고체 전해질을 제공하는 것이다.Accordingly, it is an object of the present invention to provide a new polymer solid electrolyte for lithium polymer batteries having high satisfaction with physical, chemical specific and electrical properties, and having high ionic conductivity even in a wide temperature range, which can be commercialized.

상기 목적에 따라, 본 발명은 폴리실록산계 고분자를 기본으로 하고 음이온성 폴리에테르를 측쇄로 갖는 하기 화학식 1의 고분자 고체 전해질을 제공한다:In accordance with the above object, the present invention provides a polymer solid electrolyte of formula 1 based on polysiloxane-based polymer and having an anionic polyether as a side chain:

화학식 1Formula 1

상기 식에서,Where

A 는이고;A is ego;

B 는이고;B is ego;

C 는이고;C is ego;

D 는이고;D is ego;

E 는이고;E is ego;

R₁및 R₂는 C_1-10의 치환 또는 비치환 알킬기이고;R ₁ and R ₂ are C _1-10 substituted or unsubstituted alkyl groups;

Y 는Y is

이고;ego;

m + n + o + p + q + r + s는 1이고;m + n + o + p + q + r + s is 1;

w는 2 또는 3이고;w is 2 or 3;

t, u 및 v는 정수이며;t, u and v are integers;

X는X is

이다.to be.

본 발명의 화학식 1의 고분자 전해질에는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상적으로 사용되는 카운터 음이온 또는 가소제를 첨가시켜 이온 전도도를 더욱 향상시킬 수 있으며, 경화제를 첨가하여 고체 고분자 전해질의 기계적 특성을 향상시킬 수도 있다.The polymer electrolyte of Formula 1 of the present invention may further improve the ionic conductivity by adding a counter anion or a plasticizer commonly used in the art to which the present invention belongs, and may also improve the mechanical properties of the solid polymer electrolyte by adding a curing agent. have.

또한, 본 발명의 고체 고분자 전해질을 이용하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상적으로 사용되는 방법으로 고분자 전해질 필름을 얻고, 이를 리튬 폴리머 전지에 적용함으로써 리튬 폴리머 전지의 물리, 화학적 특성뿐만 아니라 전기적 특성의 요구 물성을 만족시킬 수 있다.In addition, by using the solid polymer electrolyte of the present invention to obtain a polymer electrolyte film by a method commonly used in the art to which the present invention belongs, and applying it to a lithium polymer battery, the physical and chemical characteristics of the lithium polymer battery as well as the electrical properties of It can satisfy the required physical properties.

본 발명의 화학식 1의, 음이온성 폴리에테르를 측쇄로 갖는 폴리실록산계 고분자 전해질은 이온전도도 메카니즘의 변화가 없고, 고분자 특유의 무정형성과 기계적 및 전기 화학적 안정성으로 인해서 상온을 포함한 넓은 온도범위에서도 높은 이온전도도를 갖는 상용화가 가능하다. 또한, 폴리머 필름, 연료 전지, 축전기, 전기화학전지 등의 제작에도 응용될 수 있다.The polysiloxane-based polymer electrolyte of the general formula (1) having anionic polyether as a side chain has no change in ion conductivity mechanism, and has high ion conductivity even in a wide temperature range including room temperature due to the amorphousness and mechanical and electrochemical stability of the polymer. Commercialization with is possible. In addition, it can be applied to the production of polymer films, fuel cells, capacitors, electrochemical cells and the like.

Claims

A polymer solid electrolyte for a lithium polymer battery represented by Formula 1 below:

Formula 1

Where

A is ego;

B is ego;

C is ego;

D is ego;

E is ego;

R ₁ and R ₂ are C _1-10 substituted or unsubstituted alkyl groups;

Y is

ego;

m + n + o + p + q + r + s is 1;

w is 2 or 3;

t, u and v are integers;

X is

to be.