KR20000003089A - 이성분계 고체고분자 전해질, 이의 제조방법, 이를 이용한 복합전극 및 리튬고분자 전지 - Google Patents

이성분계 고체고분자 전해질, 이의 제조방법, 이를 이용한 복합전극 및 리튬고분자 전지 Download PDF

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Abstract

본발명은 PAN계 화합물과 PVC계 화합물을 중량비로 10:1 내지 1:5로 혼합하여 이루어지는 PAN계/PVC계 혼합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 이성분계 고체고분자 전해질, 이의 제조방법 및 이를 이용한 복합전극 및 리튬고분자전지에 관한 것으로, 본발명에 의한 고체고분자 전해질들은 이온전도도가 리튬 고분자 전지용 전해질로서 충분히 사용할 수 있을 정도로 우수하고 접착력 및 기계적 강도도 우수하여 전지제조가 용이할 뿐만 아니라 이를 이용한 전지는 전극용량 및 싸이클 수명 특성과 같은 전지성능도 우수하게 나타나 리튬고분자 전지용 고체고분자 전해질로서 매우 적합한 것으로 나타났다.

Description

이성분계 고체고분자 전해질, 이의 제조방법, 이를 이용한 복합 전극 및 리튬고분자 전지
본 발명은 이성분계 고체고분자 전해질 및 이를 이용한 리튬고분자 전지의 제조방법에 관한 것이다.
종래의 고체고분자 전해질은 주로 폴리에틸렌 옥사이드(PEO)로 제조되었으나 최근에는 상온에서 10-3S/cm이상의 이온전도도를 나타내는 젤 또는 하이브리드 형태의 고체고분자 전해질이 개발되었다.
이중에서도 리튬 고분자 전지로 이용가능성이 높은 고체고분자 전해질로는 K.M. Abraham 등의 미합중국 특허 제 5,219,679호 및 D.L. Chau의 미합중국 특허출원 5,240,790호에 기재된 젤형태의 폴리아크릴로니트릴(이하 PAN라 한다)계 고체고분자 전해질과, A.S. Gozdz 등의 미합중국 특허 제 5,296,318호 및 5,460,904호에 기재된 하이브리드 형태의 폴리비닐리덴-플루오라이드(이하 PVdF라 한다)계 고체 고분자 전해질이 있다. 이 두 종류의 고체고분자 전해질은 모두 이온전도도가 우수하다.
젤형태의 PAN계 전해질의 경우는 접착력이 우수하여 복합전극과 금속기판과의 접착이 잘 이루어지기 때문에 전지의 충방전시 접촉저항이 작고 활물질의 탈락이 적게 일어나는 장점이 있으나 전해질이 다소 물러서 기계적 안정성, 즉, 강도가 떨어지는 단점이 있다. 특히 이러한 특성은 전극 및 전지의 제조시 상당한 문제점을 야기하기 때문에 기계적 안정도를 높이는 것이 매우 중요하다.
하이브리드 형태의 PVdF계 전해질은 고분자 매트릭스를 서브미크론이하로 다공성을 갖도록 만들어 유기 용매 전해질을 이 작은 기공에 주입시켜 제조하는 것으로, 이 작은 기공에 들어간 유기용매 전해질은 누액이 일어나지 않고 안전한 전해질로 사용할 수 있는 장점이 있으나, 고체고분자 제조시 가소제의 추출과정과 유기용매 전해질의 함침과정이 요구되어 제조공정이 까다롭다. 또한, PVdF계 전해질은 기계적 강도는 우수하지만 접착력이 불량하여 전극 및 전지 제조시 가열 박층화 공정과 추출공정이 필요한 단점이 있다.
또한, 근래 M.Alamgir와 K.M.Abraham이 J.Electrochem. Soc.,140,L96(1993)에 발표한 폴리비닐클로라이드(이하 PVC라 한다)계 고체고분자 전해질은 상온에서 10-3S/cm의 수준까지 이르고 기계적 강도가 우수한 특성을 나타내지만 저온특성이 나쁘고, 접촉저항이 큰 단점이 있었다.
본 발명은 상술한 바와 같은 PAN계 및 PVC계를 블렌딩하여 이성분계 고체 고분자 전해질을 제조함으로써 PAN계 전해질의 장점인 우수한 접착력과 이온전도도, PVC계 전해질의 우수한 기계적 강도와 이온전도도를 유지함으로써 PAN계 전해질의 단점인 기계적 안정성 문제를 해결하는 리튬 고분자 전지용 고체 고분자 전해질의 제조방법을 제공하고자 한다. 또한 본발명의 고체 고분자 전해질을 사용하여 복합 음·양극을 제조하고 이들을 적층하여 접착력과 기계적 안정성이 우수한 리튬고분자 전지의 제조방법을 제공하고자 한다.
도 1 은 본 발명의 고체고분자 전해질에 대한 이온전도도를 나타낸 그래프.
도 2 는 본 발명의 리튬고분자 전지에 대한 충방전 특성을 나타낸 그래프.
도 3 은 본 발명의 리튬고분자 전지에 대한 전극용량 및 수명시험 결과를 나타낸 그래프.
본 발명은 이성분계 고체고분자 전해질, 이의 제조방법, 이를 이용한 복합 전극 및 리튬고분자 전지의 제조방법에 관한 것이다.
본발명의 고체고분자 전해질은 PAN계 화합물과 PVC계 화합물을 10:1 내지 1:5의 중량비로 혼합하여 구성된다. 이중, PAN계 화합물은 폴리아크릴로니트릴, 폴리(아크릴로니트릴-메틸아크릴레이트), 폴리(아크릴로니트릴-코-메틸메타크릴레이트)코폴리머로 이루어진 그룹으로부터 선택되고, PVC계 화합물은 폴리비닐클로라이드, 폴리(비닐리덴 클로라이드-코-아크릴로니트릴)로 이루어진 그룹으로부터 선택된다. PAN계/PVC계 혼합물의 혼합비는 고체고분자 전해질의 물리적 성질에 따라 변화되는데 접착력이 요구되는 경우에는 PAN계 화합물의 비율이 높아지고 기계적 강도가 요구되는 경우에는 PVC계 화합물의 비가 높아지게 된다.
본발명의 고체 고분자 전해질에는 필요에 따라, 가소제, 유기용매 전해질, SiO2등이 추가로 포함될 수 있다.
가소제는 DMA(dimethyl acetamide), DMF(N,N-dimethylformamide), DMC(dimethyl carbonate), EC(ethylene carbonate), EMC(ethyl methyl carbonate), PC(propylene carbonate)로 이루어진 그룹으로부터 선택되며, 중량비로 PAN계/PVC계 혼합물의 1 내지 5배로 첨가된다.
유기용매 전해질은 리튬염이 용해된 EC(ethylene carbonate)-DMC(dimethyl carbonate) 용액, 또는 리튬염이 용해된 EC(ethylene carbonate)-DEC(diethyl carbonate) 용액으로 이루어진 그룹으로부터 선택되며, 중량비로 PAN계/PVC계 혼합물의 1 내지 5배로 첨가된다. PAN계/PVC계 혼합물과 리튬염이 함유된 유기용매 전해질의 비는 고체고분자 전해질의 이온전도도 및 기계적 안정성에 영향을 미치는데 PAN계/PVC계 혼합물의 비율이 높아지면 기계적 안정성은 좋아지나 이온전도도가 불량하게 되고, 리튬염이 함유된 유기 전해질의 비율이 높아지면 이온전도도는 좋아지나 기계적 안정성이 불량해진다.
또한, 고체고분자 전해질의 기계적 강도 및 이온전도도를 높이기 위하여 SiO2를 PAN계/PVC계 혼합물의 0∼20중량% 첨가한다.
본발명의 고체 고분자 전해질은 상술한바와 같은 PAN계 화합물과 PVC계 화합물을 10:1 내지 1:5의 중량비로 혼합한 혼합물에 가소제, 유기용매전해질, SiO2를 혼합하고 이를 가열하여 제조한다. PAN계 화합물과 PVC계 화합물을 10:1 내지 1:5의 중량비로 혼합한 혼합물 및 필요에 따라 PAN계/PVC계 혼합물에 대해 1 내지 5배의 가소제, 1 내지 5배의 유기용매전해질, 0 내지 20중량%의 SiO2를 혼합하고 이를 충분히 혼합하고(바람직하게는 12시간이상) 110∼180℃까지 가열하여 10분 내지 2시간 정도 고분자 블렌딩을 실시한다. 고체고분자 전해질의 매트릭스가 충분히 형성되고 꿀과 같은 정도의 점도가 얻어지면 다이캐스팅이나 닥터블레이드법과 같은 통상적인 캐스팅방법으로 캐스팅하여 고체고분자 전해질을 제조한다.
본발명은 또한 상술한 고체 고분자 전해질을 포함하는 복합 음극과 양극 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
복합 음극은 적당량의 활물질, 바람직하게는 25∼35 중량%의 흑연, 코크스 등의 음극활물질, 0.5∼2 중량%의 아세틸렌블랙, 흑연 등의 도전재, 15∼25중량%의 본발명에 의한 고체고분자 전해질, 40∼60중량%의 DMA, DMF등의 전술한 가소제로 구성된다. 본발명에 의한 복합음극은 상술한 물질들을 혼합한 후 110∼180℃에서 10분∼2시간 가열하여 고체고분자 전해질의 매트릭스가 충분히 형성되어 꿀과 같은 정도의 점도가 얻어지면 다이캐스팅이나 닥터블레이드법 등의 통상적인 캐스팅법으로캐스팅하여 복합 음극을 얻는다.
복합 양극은 적당량의 활물질, 바람직하게는 25∼35 중량%의 LiCoO2, LiMn2O4등의 양극활물질, 0.5∼2 중량%의 아세틸렌 블랙, 흑연 등의 도전재, 15∼25중량%의 본발명에 의한 고체고분자 전해질, 40∼60중량%의 DMA, DMF 등의 전술한 가소제로 구성된다. 본발명에 의한 복합음극은 상술한 물질들을 혼합한 후 110∼180℃에서 10분∼2시간 가열하여 고체고분자 전해질의 매트릭스가 충분히 형성되어 꿀과 같은 정도의 점도가 얻어지면 다이캐스팅이나 닥터블레이드법 등의 통상적인 캐스팅 방법으로 캐스팅하여 상온에서 12시간 정도 건조시키고 1Kg/cm2의 압력으로 압연하여 복합 양극을 얻는다.
본발명은 또한 상술한바와 같이 제조한 복합음극, 이성분계 고체고분자전해질, 복합양극, 이성분계 고체고분자전해질, 복합음극의 순으로 여러 층을 순차적으로 적층하여 블루백에 넣고 진공밀봉을 하여 제조된 리튬고분자 전지에 관한 것이다.
이하 본발명을 하기의 실시예에 의해 구체적으로 설명하고자 하나 이는 본발명의 예시에 불과할 뿐 본발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
실시예 1
폴리아크릴로니트릴 (Polyscienc사로부터 구입. 분자량 150,000) 2g, 폴리비닐클로라이드 (Aldrich사(社)로부터 구입, 분자량 150,000) 1g을 혼합하고, 여기에 실리카 0.15g, 1M LiPF6가 용해된 EC-DMC용액 6g, 가소제로서 DMA 용액 10g 을 가하고, 12시간 정도 혼합하였다. 혼합 후 130℃로 1시간 정도 가열하고 고체고분자 전해질 매트릭스를 형성하였다. 그 후 꿀과 같은 정도의 점도가 되었을 때 닥터블레이드법으로 캐스팅하여 고체고분자 전해질을 얻었다. 카본 복합음극은 Gr.(graphite) 6g, AB(acetylene black) 0.3g, 상기 조성의 고체고분자 전해질 3.7g, DMA 용액 10g을 혼합한 후 130℃로 1시간 동안 가열하여 고체고분자 전해질 매트릭스가 충분히 형성되도록 하고 꿀과 같은 정도의 점도가 얻어졌을 때 구리박판 위에 닥터블레이드법으로 캐스팅하여 상온에서 12시간 건조시킨 후 1Kg/cm2의 압력으로 압연하여 전극을 얻었다. LiCoO2복합양극은 LiCoO25.7g, AB 0.6g, 상기 조성의 고체고분자 전해질 3.7g, DMA 용액 10g 을 혼합한 후 130℃로 1시간 동안 가열하여 고체고분자 전해질 매트릭스가 충분히 형성되도록 하고 꿀과 같은 정도의 점도가 얻어졌을 때 알루미늄 박판 위에 닥터블레이드법으로 캐스팅하여 상온에서 12시간 건조시킨 후 1Kg/cm2의 압력으로 압연하여 전극을 얻었다. 전지는 카본 복합음극, 고체고분자 전해질, LiCoO2복합양극으로 구성하고 충방전율 C/3 로 양극을 기준으로한 전극용량 및 싸이클 수명을 조사하였다.
비교예 1
종래의 방법에 따라 폴리아크릴로니트릴 3g에 1M LiPF6가 용해된 EC-PC 용액 9g을 가하고 12시간 정도 혼합하였다. 혼합후 130℃로 1시간 정도 가열하여 고체고분자 전해질 매트릭스를 형성하고, 그후 꿀과 같은 정도의 점도가 되었을 때 닥터블레이드법으로 캐스팅하여 고체고분자 전해질을 얻었다. 카본 복합음극의 조성은 Gr. 6g, AB 0.3g, 상기조성의 고체고분자 전해질 3.7g, EC-PC 용액 10g을 혼합한 후 130℃로 1시간 동안 가열하여 고체고분자 전해질 매트릭스가 충분히 형성되도록 하고 꿀과 같은 정도의 점도가 얻어졌을 때 구리박판 위에 닥터블레이드법으로 캐스팅하여 상온에서 12시간 건조시킨 후 1Kg/cm2의 압력으로 압연하여 전극을 얻었다. LiCoO2복합양극의 조성은 LiCoO25.7g, AB 0.6g, 상기조성의 고체고분자 전해질 3.7g, EC-PC 용액 10g 을 혼합한 후 130℃로 1시간 동안 가열하여 고체고분자 전해질 매트릭스가 충분히 형성되도록 하고 꿀과 같은 정도의 점도가 얻어졌을 때 알루미늄 박판 위에 닥터블레이드법으로 캐스팅하여 상온에서 12시간 건조시킨 후 1Kg/cm2의 압력으로 압연하여 전극을 얻었다. 전지는 카본 복합음극, 고체고분자 전해질, LiCoO2복합양극으로 구성하고 충방전율 C/3 로 양극을 기준으로한 전극용량 및 싸이클 수명을 조사하였다.
실시예 2
폴리아크릴로니트릴 (Polyscienc사로부터 구입. 분자량 150,000) 2g, 폴리비닐클로라이드 (Aldrich사(社)로부터 구입, 분자량 150,000) 1g을 혼합하고, 여기에 실리카 0.15g, 1M LiPF6가 용해된 EC-DMC용액 6g, 가소제로서 DMF 용액 10g 을 가하고, 12시간 정도 혼합하였다. 혼합 후 130℃로 1시간 정도 가열하고 고체고분자 전해질 매트릭스를 형성하였다. 그 후 꿀과 같은 정도의 점도가 되었을 때 실시예 1과 동일한 방법으로 캐스팅하여 고체고분자 전해질을 얻었다. 카본 복합음극은 Gr.(graphite) 6g, AB(acetylene black) 0.3g, 상기 조성의 고체고분자 전해질 3.7g, DMF 용액 10g을 혼합한 후 130℃로 1시간 동안 가열하여 고체고분자 전해질 매트릭스가 충분히 형성되도록 하고 꿀과 같은 정도의 점도가 얻어졌을 때 실시예 1과 동일한 방법으로 구리박판 위에 캐스팅하여 건조시킨 후 압연하여 전극을 얻었다. LiCoO2복합양극은 LiCoO25.7g, AB 0.6g, 상기 조성의 고체고분자 전해질 3.7g, DMF 용액 10g 을 혼합한 후 130℃로 1시간 동안 가열하여 고체고분자 전해질 매트릭스가 충분히 형성되도록 하고 꿀과 같은 정도의 점도가 얻어졌을 때 실시예 1과 동일한 방법으로 알루미늄 박판 위에 캐스팅하여 건조시킨 후 압연하여 전극을 얻었다. 전지는 카본 복합음극, 고체고분자 전해질, LiCoO2복합양극으로 구성하고 충방전율 C/3 로 양극을 기준으로한 전극용량 및 싸이클 수명을 조사하였다.
실시예 3
폴리아크릴로니트릴 (Polyscienc사로부터 구입. 분자량 150,000) 2g, 폴리비닐클로라이드 (Aldrich사(社)로부터 구입. 분자량 150,000) 1g을 혼합하고, 여기에 실리카 0.15g, 1M LiPF6가 용해된 EC-DEC용액 6g, 가소제로서 DMA 용액 10g 을 가하고, 12시간 정도 혼합하였다. 혼합 후 130℃로 1시간 정도 가열하고 고체고분자 전해질 매트릭스를 형성하였다. 그 후 꿀과 같은 정도의 점도가 되었을 때 실시예 1과 동일한 방법으로 캐스팅하여 고체고분자 전해질을 얻었다. 카본 복합음극은 Gr.(graphite) 6g, AB(acetylene black) 0.3g, 상기 조성의 고체고분자 전해질 3.7g, DMA 용액 10g을 혼합한 후 130℃로 1시간 동안 가열하여 고체고분자 전해질 매트릭스가 충분히 형성되도록 하고 꿀과 같은 정도의 점도가 얻어졌을 때 실시예 1과 동일한 방법으로 구리박판 위에 캐스팅하여 건조시킨 후 압연하여 전극을 얻었다. LiCoO2복합양극은 LiCoO25.7g, AB 0.6g, 상기 조성의 고체고분자 전해질 3.7g, DMA 용액 10g 을 혼합한 후 130℃로 1시간 동안 가열하여 고체고분자 전해질 매트릭스가 충분히 형성되도록 하고 꿀과 같은 정도의 점도가 얻어졌을 때 실시예 1과 동일한 방법으로 알루미늄 박판 위에 캐스팅하여 건조시킨 후 압연하여 전극을 얻었다. 전지는 카본 복합음극, 고체고분자 전해질, LiCoO2복합양극으로 구성하고 충방전율 C/3 로 양극을 기준으로한 전극용량 및 싸이클 수명을 조사하였다.
실시예 4
폴리(아크릴로니트릴-메틸아크릴레이트) (94:6 코폴리머. Polyscienc사로부터 구입. 분자량 100,000) 2g, 폴리비닐클로라이드(Aldrich사로부터 구입. 분자량 150,000) 1g을 혼합하고, 여기에 실리카 0.15g, 1M LiPF6가 용해된 EC-DEC용액 6g, 가소제로서 DMA 용액 10g 을 가하고, 12시간 정도 혼합하였다. 혼합 후 130℃로 1시간 정도 가열하고 고체고분자 전해질 매트릭스를 형성하였다. 그 후 꿀과 같은 정도의 점도가 되었을 때 실시예 1과 동일한 방법으로 캐스팅하여 고체고분자 전해질을 얻었다. 카본 복합음극은 Gr.(graphite) 6g, AB(acetylene black) 0.3g, 상기 조성의 고체고분자 전해질 3.7g, DMA 용액 10g을 혼합한 후 130℃로 1시간 동안 가열하여 고체고분자 전해질 매트릭스가 충분히 형성되도록 하고 꿀과 같은 정도의 점도가 얻어졌을 때 실시예 1과 동일한 방법으로 구리박판 위에 캐스팅하여 건조시킨 후 압연하여 전극을 얻었다. LiCoO2복합양극은 LiCoO25.7g, AB 0.6g, 상기 조성의 고체고분자 전해질 3.7g, DMA 용액 10g 을 혼합한 후 130℃로 1시간 동안 가열하여 고체고분자 전해질 매트릭스가 충분히 형성되도록 하고 꿀과 같은 정도의 점도가 얻어졌을 때 실시예 1과 동일한 방법으로 알루미늄 박판 위에 캐스팅하여 건조시킨 후 압연하여 전극을 얻었다. 전지는 카본 복합음극, 고체고분자 전해질, LiCoO2복합양극으로 구성하고 충방전율 C/3 로 양극을 기준으로한 전극용량 및 싸이클 수명을 조사하였다.
실시예 5
폴리아크릴로니트릴(Polyscienc사로부터 구입. 분자량 150,000) 2g, 폴리(비닐리덴클로라이드-코-아크릴로니트릴)(Aldrich사로부터 구입. 분자량 100,000) 1g을 혼합하고, 여기에 실리카 0.15g, 1M LiPF6가 용해된 EC-DMC용액 6g, 가소제로서 DMA 용액 10g 을 가하고, 12시간 정도 혼합하였다. 혼합 후 130℃로 1시간 정도 가열하고 고체고분자 전해질 매트릭스를 형성하였다. 그 후 꿀과 같은 정도의 점도가 되었을 때 캐스팅하여 고체고분자 전해질을 얻었다. 카본 복합음극은 Gr.(graphite) 6g, AB(acetylene black) 0.3g, 상기 조성의 고체고분자 전해질 3.7g, DMA 용액 10g을 혼합한 후 130℃로 1시간 동안 가열하여 고체고분자 전해질 매트릭스가 충분히 형성되도록 하고 꿀과 같은 정도의 점도가 얻어졌을 때 실시예 1과 동일한 방법으로 구리박판 위에 캐스팅하여 건조시킨 후 압연하여 전극을 얻었다. LiCoO2복합양극은 LiCoO25.7g, AB 0.6g, 상기 조성의 고체고분자 전해질 3.7g, DMA 용액 10g 을 혼합한 후 130℃로 1시간 동안 가열하여 고체고분자 전해질 매트릭스가 충분히 형성되도록 하고 꿀과 같은 정도의 점도가 얻어졌을 때 실시예 1과 동일한 방법으로 알루미늄 박판 위에 캐스팅하여 건조시킨 후 압연하여 전극을 얻었다. 전지는 카본 복합음극, 고체고분자 전해질, LiCoO2복합양극으로 구성하고 충방전율 C/3 로 양극을 기준으로한 전극용량 및 싸이클 수명을 조사하였다.
실시예 6
실시예 1 내지 5 및 비교예에 따라 제조한 고체고분자 전해질들의 이온전도도 측정.
상기의 실시예 1 내지 5 및 비교예에 따라 제조한 고체고분자 전해질들의 이온전도도를 임피던스(impedence) 측정법으로 측정하여 그 결과를 도 1에 나타내었다. 모든 전해질이 상온에서 10-3S/cm 이상의 이온전도도를 나타냈고 0℃에서도 거의 10-3S/cm 정도를 나타내고 있어 리튬 고분자 전지용 전해질로서 충분히 사용할 수 있음을 알 수 있다.
실시예 7
실시예 1 내지 5 및 비교예에 따라 제조한 고체고분자 전해질의 접착력 및 기계적 강도의 측정
상기의 실시예 1 내지 5 및 비교예에 따라 제조한 고체고분자 전해질의 접착력 및 기계적 강도를 측정하였다. 제조된 고체고분자 전해질의 기계적 강도는 ASTM D82-88에 규정된 방법에 따라 Instron사(社)의 UTM 장비를 사용하여 인장항복강도로서 측정하였다. 처리하지 않은 PAN계 고분자 전해질의 인장 항복 강도는 300kg·f/cm2으로 측적되었으며, 본발명에 의한 고체고분자 전해질의 경우는 약 330∼400kg·f/cm2의 인장강도값을 갖는 것으로 나타나 기계적 강도가 10∼30%이상 개선되었다. 비교예 1 에서 제조한 것은 접착력이 너무 좋아 이로 인해 다루기가 힘들고, 또한 기계적 강도가 약하여 전지 제조상에 상당한 문제가 있음이 나타났으며, 특히 양산공정에 부적합한 것으로 판단되었다. 이에 반하여 본 발명에서 제조한 실시예의 고체고분자 전해질들은 접착력도 전극과의 적층시 분리되지 않고 일체형을 이룰수 있을 정도로 우수하고 손으로 잡아당겨도 찢어지지 않을 정도로 기계적 강도도 우수하여 전지제조가 용이할 뿐만 아니라 전지성능도 우수하게 나타나 리튬고분자 전지용 고체고분자 전해질로서 매우 적합한 것으로 나타났다.
실시예 8
실시예 1 내지 5 및 비교예에 따라 제조한 리튬고분자 전지의 충방전 특성
실시예 1에서 제조한 리튬고분자 전지의 충방전 특성을 C/3정전류, 4.2V 정전압으로 충전하고, C/3정전류로 방전하는 충방전방법으로 측정하여 도 2에 표시하였다. 도 2의 그래프로부터, 충방전효율이 싸이클수에 관계없이 거의 100%였고, 충방전 곡선의 모양을 보면 200싸이클에서도 초기와 거의 일정하게 나타나 본 발명의 리튬고분자 전지가 매우 우수한 전지임을 알 수 있다.
실시예 9
실시예 1 내지 5 및 비교예 1의 방법대로 제조한 리튬고분자 전지들의 전극용량 및 싸이클 특성의 측정
실시예 1 내지 5 및 비교예 1의 방법대로 제조한 리튬고분자 전지들의 전극용량(LiCoO2활물질 기준) 및 싸이클 특성을 C/3 충방전율의 정전류 충방전방법으로 측정하여 도 3에 나타내었다. 도 3에서 알 수 있는 바와 같이 본 발명의 방법으로 제조한 전지들은 전극용량 및 싸이클 수명 특성이 우수하게 나타났으나, 비교예 1 의 방법으로 제조한 전지는 전극용량 및 싸이클 수명 특성이 매우 불량하게 나타났다.
상술한 실시예 6 내지 9에 나타난 바와 같이 본발명에 의한 고체고분자 전해질들은이온전도도가 리튬 고분자 전지용 전해질로서 충분히 사용할 수 있을 정도로 우수하고 접착력 및 기계적 강도도 우수하여 전지제조가 용이할 뿐만 아니라 이를 이용한 전지는 전극용량 및 싸이클 수명 특성과 같은 전지성능도 우수하게 나타나 리튬 고분자 전지용 고체고분자 전해질로서 매우 적합한 것으로 나타났다.

Claims (9)

  1. PAN계 화합물과 PVC계 화합물을 10:1 내지 1:5의 중량비로 혼합하여 이루어지는 PAN계/PVC계 혼합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 이성분계 고체고분자 전해질.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 PAN계 화합물은 폴리아크릴로니트릴, 폴리(아크릴로니트릴-메틸아크릴레이트), 폴리(아크릴로니트릴-코-메틸메타크릴레이트)코폴리머로 이루어진 그룹으로부터 선택되고, 상기 PVC계 화합물은 폴리비닐클로라이드, 폴리(비닐리덴클로라이드-코-아크릴로니트릴)로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 이성분계 고체 고분자 전해질.
  3. 제 1항 또는 2항중 어느 한 항에 있어서, 상기 PAN계/PVC계 혼합물에 대하여 중량비로 1 내지 5배로 DMA(dimethyl acetamide), DMF(N,N-dimethylformamide) DMC(dimethyl carbonate), EC(ethylene carbonate), EMC(ethyl methyl carbonate), PC(propylene carbonate)로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 가소제를 추가로 함유하는 것을 특징으로 하는 이성분계 고체 고분자 전해질.
  4. 제 1항 또는 2항중 어느 한 항에 있어서, 상기 PAN계/PVC계 혼합물에 대하여 중량비로 1 내지 5배로 리튬염이 용해된 EC(ethylene carbonate)-DMC(dimethyl carbonate) 용액, 리튬염이 용해된 EC(ethylene carbonate)-EMC(ethyl methyl carbonate) 및 리튬염이 용해된 EC(ethylene carbonate)-DEC(diethyl carbonate) 용액으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 유기용매 전해질을 추가로 함유하는 것을 특징으로 하는 이성분계 고체 고분자 전해질.
  5. 제 1 또는 제 2항중 어느 한항에 있어서, 상기 PAN계/PVC계 혼합물의 0∼20중량%로 SiO2를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 이성분계 고체 고분자 전해질.
  6. PAN계 화합물과 PVC계 화합물을 10:1 내지 1:5의 중량비로 혼합한 혼합물에, 이 혼합물에 대해 1 내지 5배의 가소제, 1 내지 5배의 유기용매전해질, 0 내지 20중량%의 SiO2를 혼합하고 110∼180℃까지 가열하여 10분 내지 2시간 정도 고분자 블렌딩을 실시하여 고체고분자 전해질의 매트릭스를 형성하고 이를 캐스팅하는 것으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 이성분계 고체고분자 전해질의 제조방법.
  7. 25∼35중량%의 음극활물질, 0.5∼2 중량%의 도전재, 15∼25중량%의 제 1항 내지 제 5항의 이성분계 고체고분자 전해질 , 40∼60중량%의 가소제로 구성되는 복합음극.
  8. 25∼35 중량%의 양극활물질, 0.5∼2 중량%의 도전재, 15∼25중량%의 제 1항 내지 제 5항의 이성분계 고체고분자 전해질, 40∼60중량%의 가소제로 구성되는 복합양극.
  9. 제 7항의 복합음극/제 1항 내지 제 5항의 이성분계 고체고분자전해질/제 8항의 복합양극/제 1항 내지 제 5항의 이성분계 고체고분자전해질/제 7항의 복합음극의 순으로 적층하여 구성되는 것을 특징으로 하는 리튬고분자 전지.
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