KR20080082239A - Method of improving ionic conductivity of polymer electrolyte using supercritical fluid - Google Patents

Method of improving ionic conductivity of polymer electrolyte using supercritical fluid Download PDF

Info

Publication number
KR20080082239A
KR20080082239A KR1020070022826A KR20070022826A KR20080082239A KR 20080082239 A KR20080082239 A KR 20080082239A KR 1020070022826 A KR1020070022826 A KR 1020070022826A KR 20070022826 A KR20070022826 A KR 20070022826A KR 20080082239 A KR20080082239 A KR 20080082239A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
polymer
ion conductivity
supercritical fluid
lithium
improving
Prior art date
Application number
KR1020070022826A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
곽근호
Original Assignee
삼성에스디아이 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 삼성에스디아이 주식회사 filed Critical 삼성에스디아이 주식회사
Priority to KR1020070022826A priority Critical patent/KR20080082239A/en
Publication of KR20080082239A publication Critical patent/KR20080082239A/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01BCABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B1/00Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors
    • H01B1/06Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors mainly consisting of other non-metallic substances
    • H01B1/12Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors mainly consisting of other non-metallic substances organic substances
    • H01B1/122Ionic conductors
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01BCABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B1/00Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors
    • H01B1/06Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors mainly consisting of other non-metallic substances
    • H01B1/12Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors mainly consisting of other non-metallic substances organic substances
    • H01B1/124Intrinsically conductive polymers
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01BCABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B1/00Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors
    • H01B1/20Conductive material dispersed in non-conductive organic material

Abstract

A method for improving the ion conductivity of a polymer electrolyte is provided to increase the low ion conductivity of a polymer electrolyte such as polyethers, etc. due to high crystallinity by using a supercritical fluid. A method for improving the ion conductivity of a polymer electrolyte comprises the step of treating a polymer solid electrolyte with a supercritical fluid. Preferably the supercritical fluid is a carbon dioxide supercritical fluid, and the treatment is carried out at a temperature of 40-100 deg.C and at a pressure of 5-20 MPa. Preferably the method comprises the steps of putting the prepared species into a high pressure reactor and transferring a carbon dioxide gas; leaving it alone under the temperature and pressure condition in a carbon dioxide gas; and rapidly cooling the reactor in liquid N2 to a temperature of 30 deg.C or less and discharging the remaining carbon dioxide gas.

Description

초임계유체를 이용한 고분자 전해질의 이온전도도 향상 방법 {method of improving ionic conductivity of polymer electrolyte using supercritical fluid}Method for improving ionic conductivity of polymer electrolyte using supercritical fluid

도1은 본 발명인 고분자 전해질의 초임계 CO2 처리방법에 사용된 초임계 CO2 처리장치의 개략적 구성도이다.1 is a schematic configuration diagram of a supercritical CO 2 treatment apparatus used in the supercritical CO 2 treatment method of the present invention polymer electrolyte.

도2는 고분자 전해질이 초임계 CO2 처리조건(온도, 압력)이 이온전도도에 어떤 영향을 미치는지를 보여주는 그래프이다.2 is a graph showing how the polymer electrolyte affects the ionic conductivity of the supercritical CO 2 treatment conditions (temperature, pressure).

도3은 초임계 CO2 의 처리 전과 후에 대하여 고분자 전해질의 이온전도도 및 유리전이온도가 고분자 전해질 내의 Li+ 농도에 따라 어떻게 변하는지를 보여주는 그래프이다.3 is a graph showing how the ion conductivity and glass transition temperature of the polymer electrolyte change depending on Li + concentration in the polymer electrolyte before and after the treatment of supercritical CO 2 .

도4는 초임계 CO2 처리 전과 후의 이온전도도가 시간의 흐름에 따라 변화가 있는지를 보여주는 그래프이다.4 is a graph showing whether the ion conductivity before and after the supercritical CO 2 treatment changes with time.

본 발명은 고분자 고체전해질의 낮은 이온전도도를 개선하기 위한 것으로 더욱 상세하게는 폴리에테르계 고분자 등 통상의 고분자 고체전해질에 대한 추가적 처리를 실시함으로써 고분자 고체전해질의 이온전도도를 향상시키는 방법에 관한 것이다. The present invention is to improve the low ionic conductivity of the polymer solid electrolyte, and more particularly, to a method for improving the ion conductivity of the polymer solid electrolyte by performing an additional treatment for a conventional polymer solid electrolyte, such as a polyether polymer.

고분자 전해질은 무기계 전해질에서는 발현되지 않는 재료물성을 지니고 있으므로 휴대용 전원으로서의 리튬 폴리머 전지와 같은 고분자전지, 이온센서, 연료전지, 표시소자, 바이오 셀, 커패시터, 약물전달시스템 등 다양한 분야로의 응용이 가능한 재료이다. 그러나 가령, 폴리에테르계 고분자 전해질은 결정성이 높아 이온전도도가 매우 낮으며, 특히 상온에서는 전지에 실용화할 정도의 만족할만한 이온전도도를 보이지 않는다.Since polymer electrolyte has material properties that are not expressed in inorganic electrolyte, it can be applied to various fields such as polymer battery, ion sensor, fuel cell, display device, bio cell, capacitor, drug delivery system such as lithium polymer battery as portable power source. Material. However, for example, polyether-based polymer electrolytes have high crystallinity and very low ion conductivity. In particular, polyether-based polymer electrolytes do not show satisfactory ionic conductivity at room temperature.

1970년대 이후 이온전도성이 높은 고분자재료를 얻기 위한 노력으로 수많은 종류의 폴리에테르 유도체가 합성되었으며, 특히 상온에서의 전도성을 높이기 위하여 폴리에테르 전해질에 가소제를 첨가하거나, 또는 유/무기 충진제의 도입, 블랜드, 공중합 및 벌크한 측쇄기의 도입, 폴리에테르-금속염의 하이브리드화, 불활성인 이온성 액체의 도입 등 이온전도성을 향상시키기 위한 다양한 연구들이 시도되어 왔다.Since the 1970s, many kinds of polyether derivatives have been synthesized in an effort to obtain high ion conductive polymer materials. In particular, plasticizers are added to polyether electrolytes, or organic / inorganic fillers are introduced and blended to increase conductivity at room temperature. Various studies have been attempted to improve the ion conductivity, such as the introduction of copolymerized and bulky side chain groups, hybridization of polyether-metal salts and introduction of inert ionic liquids.

그러나 이온전도성을 높이기 위한 상기의 방법들에 의하여도 만족할만한 결과는 얻을 수 없었다.However, satisfactory results were not obtained even by the above methods for increasing ion conductivity.

본 발명이 이루고자하는 과제는 종래 폴리에테르계 등 고분자 전해질의 높은 결정성으로 인한 낮은 이온전도도를 개선하는 것이다. SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to improve low ion conductivity due to high crystallinity of a polymer electrolyte, such as a conventional polyether.

본 발명은 고분자재료에 대해 추가적인 처리를 실시함으로써 이온전도성이 향상된 고분자 전해질을 형성하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. An object of the present invention is to provide a method of forming a polymer electrolyte having improved ion conductivity by performing further treatment on a polymer material.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 고분자 전해질 이온전도도 향상 방법은, 고분자 고체전해질을 초임계유체로 처리하는 것을 특징으로 한다.The method for improving the polymer electrolyte ion conductivity of the present invention for achieving the above object is characterized by treating the polymer solid electrolyte with a supercritical fluid.

본 발명에서 고분자 고체 전해질로는 아래의 화학식 1로 표시되는 메타크릴레이트(methacrylate) 유도체를 단량체로 하는 고분자와 과염소산 리튬(lithium perchlorate, LiClO4), 사불화붕산 리튬(lithium tetrafluoroborate, LiBF4), 육불화인산 리튬(lithium hexafluorophosphate, LiPF6), 삼불화메탄술폰산 리튬(lithium trifluoromethansulfonate, LiCF3SO3) 및 리튬 비스트리플루오로메탄술포닐아미드(lithium bistrifluoromethansulfonylamide, LiN(CF3SO2)2)로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 이온성 리튬염의 복합체가 사용될 수 있다.In the present invention, as the polymer solid electrolyte, a polymer having a methacrylate derivative represented by the following Chemical Formula 1 as a monomer, lithium perchlorate (LiClO 4 ), lithium tetrafluoroborate (LiBF 4 ), With lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ), lithium trifluoromethansulfonate (LiCF 3 SO 3 ) and lithium bistrifluoromethansulfonylamide (LiN (CF 3 SO 2 ) 2 ) Complexes of at least one ionic lithium salt selected from the group consisting of can be used.

[화학식 1][Formula 1]

CH2=C(CH3)-COO(CH2CH2O)n-HCH 2 = C (CH 3 ) -COO (CH 2 CH 2 O) n -H

본 발명에서 초임계유체는 이산화탄소의 초임계유체일 수 있으며, In the present invention, the supercritical fluid may be a supercritical fluid of carbon dioxide,

고분자 고체전해질에 대한 초임계유체를 이용한 처리는 온도 40 내지 100℃, 압력 5 내지 20MPa의 조건에서 10 내지 120분 동안 이루어질 수 있다. The treatment using the supercritical fluid for the polymer solid electrolyte may be performed for 10 to 120 minutes at a temperature of 40 to 100 ° C. and a pressure of 5 to 20 MPa.

본 발명에서 고분자 고체전해질은 리튬 폴리머 전지 등 전지에 사용되는 것일 수 있다. In the present invention, the polymer solid electrolyte may be used in a battery such as a lithium polymer battery.

이하 도면을 참조하면서 실시예를 통해 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.

먼저, 본 발명 방법의 중요한 요소를 이루는 초임계상태에 대해 개략적으로 살펴본다. 물질은 임계압력(Pc)과 임계온도(Tc) 이상에서 액체와 기체의 중간적인 물리적 특성을 보이는 상태로 존재할 수 있다. 이렇게 액체와 기체의 중간적 특성을 보이는 상태의 유체 물질을 초임계유체라 한다. First, the supercritical state, which constitutes an important element of the method of the present invention, is outlined. The material may be present in a state exhibiting intermediate physical properties of liquid and gas above the critical pressure P c and the critical temperature T c . The fluid material in the state showing the intermediate characteristics of liquid and gas is called supercritical fluid.

초임계유체는 기체에 비해 높은 밀도와 액체보다 낮은 점도, 그리고 월등한 확산성을 갖는다. 초임계유체의 이러한 물리적 특성은 물질 전달, 물질의 용해 또는 가소화에 유리하다. 또한 초임계유체의 물리적 특성은 온도와 압력에 의해 변화한다. 그러므로, 온도와 압력을 변화시킴으로써 초임계유체의 열역학적 또는 물질전달 특성을 제어할 수 있다. Supercritical fluids have higher densities than gases, lower viscosities than liquids, and superior diffusivity. These physical properties of supercritical fluids are advantageous for mass transfer, dissolution or plasticization of materials. In addition, the physical properties of supercritical fluids change with temperature and pressure. Therefore, it is possible to control the thermodynamic or mass transfer properties of the supercritical fluid by varying the temperature and pressure.

특히 이산화탄소는 다른 물질에 비해 비교적 낮은 온도와 압력 조건에서 임계상태에 도달하며 (임계 압력 Pc=7.4 MPa, 임계 온도 Tc =31℃) 풍부한 공급원 및 환경적 안정성, 경제성 등의 장점을 가진다. 이런 장점 및 특성에 따라 초임계 이상화탄소는 공정 상의 추출, 분리용 용매로서 사용될 수 있다. In particular, carbon dioxide reaches a critical state (critical pressure P c = 7.4 MPa, critical temperature T c = 31 ° C) at relatively low temperatures and pressures compared to other materials and has the advantages of abundant sources, environmental stability and economy. According to these advantages and characteristics, supercritical carbon dioxide can be used as a solvent for extraction and separation in a process.

본 발명은 이러한 초임계유체의 특성을 이용한 것으로, 고분자 전해질의 이 온전도도를 높이기 위한 것이다. 고분자 전해질을 초임계유체로 처리하면, 초임계유체의 높은 확산성과 가소성으로 인하여, 고분자 매트릭스 내부의 용질이 재분포되거나, 고분자 사슬이 재배열될 수 있다. 이러한 현상은 초임계유체를 이루는 분자와 고분자 사슬에 존재하는 에테르 혹은 카르보닐기 같은 극성원자단 간의 상호작용에 기인하는 것으로 보인다. 이에 따라 고분자 매트릭스의 유리전이온도(Tg) 및 고분자-염 복합체를 이루고 있는 부분의 로컬 점도도 변화될 수 있다. The present invention utilizes the characteristics of such a supercritical fluid and is intended to increase the ion conductivity of the polymer electrolyte. When the polymer electrolyte is treated with a supercritical fluid, the solute inside the polymer matrix may be redistributed or the polymer chain may be rearranged due to the high diffusivity and plasticity of the supercritical fluid. This phenomenon appears to be due to the interaction between the molecules forming the supercritical fluid and polar atom groups such as ether or carbonyl groups in the polymer chain. Accordingly, the glass transition temperature (T g ) and the local viscosity of the portion constituting the polymer-salt composite of the polymer matrix may also be changed.

본 발명에서 이와 같이 초임계유체를 고분자 전해질에 작용시키면 고분자 매트릭스 구조를 이루는 물질이 확산되어 재분포하게 된다. 이에 따라, 고분자 매트릭스의 미세 구조가 변화하며, 고분자 사슬의 재배열에 의해 전지 작용에 필수적인 이온 전달에 보다 유리한 이동 통로를 얻을 수 있게 된다. In the present invention, when the supercritical fluid is applied to the polymer electrolyte, the material forming the polymer matrix structure is diffused and redistributed. As a result, the microstructure of the polymer matrix is changed, and the rearrangement of the polymer chains enables a more advantageous migration path for ion transfer, which is essential for battery operation.

아래 실시예들의 초임계유체 처리방법은 공통적으로 다음과 같다.The supercritical fluid treatment method of the following embodiments is commonly as follows.

초임계 CO2 처리는 도1에 도시된 것과 같은, 전송펌프 (delivery pump:10), 자동압력 조절기(20), 그리고 스테인레스 고압 반응기 (SUS reactor:30) 등으로 구성된 초임계 CO2 추출 시스템 (JASCO Co.)을 사용하였다. 제작된 시편을 고압반응기(30)에 넣고 전송펌프(10)를 통해 10 ml/min의 속도로 CO2 가스를 전송 시킨 후, 실시예에 제시되는 일정한 압력과 온도의 조건하에서 30분 동안 처리하였다. 처리 후, 반응기를 액체질소에 넣어 30℃ 이하로 급냉시킨 후 잔류 CO2가스를 배출시켰다. 처리된 시편은 매트릭스 내의 잔류 CO2 분자를 제거하기 위해서 30℃ 에서 24시 간 진공건조 시켰다.Supercritical CO 2 treatment comprises a supercritical CO 2 extraction system consisting of a delivery pump: 10, a pressure regulator 20, a stainless high pressure reactor (SUS reactor: 30), and the like, as shown in FIG. JASCO Co.) was used. The prepared specimen was placed in a high pressure reactor (30), and the CO 2 gas was transferred at a rate of 10 ml / min through the transfer pump 10, and then treated for 30 minutes under the conditions of a constant pressure and temperature shown in the examples. . After the treatment, the reactor was placed in liquid nitrogen, quenched to 30 ° C. or lower, and the residual CO 2 gas was discharged. The treated specimens were vacuum dried at 30 ° C. for 24 hours to remove residual CO 2 molecules in the matrix.

(실시예 1) (Example 1)

무수메탄올에 옥시에칠렌(oxyethylene)에 대하여 Li+의 농도가 2.5mol% 되도록 단량체인 올리고(oligo:oxyethylene glycol) 메타크릴레이트(methacrylate:CH2=C(CH3)-COO(CH2CH2O)8-H, MEO) 10g과 삼불화메탄술폰산 리튬(LiCF3SO3) 0.624g을 녹여 균질의 용액을 준비한 후, 1.0 wt.% (0.106g)의 AIBN 라디칼 개시제를 첨가하였다. 70℃에서 4시간 반응 시켜 PMEO-Li염 복합체 필름을 제작한 후 30℃에서 24시간 진공 건조시켜 시편을 제작하였다. 제작된 시편은 초임계 CO2로 40℃ 에서 각각 5MPa, 10MPa, 15MPa, 20MPa 의 압력 조건하에서 30분 동안 처리하였다.Oligo: oxyethylene glycol methacrylate (methacrylate: CH 2 = C (CH 3 ) -COO (CH 2 CH 2 O) so that the concentration of Li + to 2.5 mol% of oxyethylene in anhydrous methanol 10 g of 8- H, MEO) and 0.624 g of lithium trimethane sulfonate (LiCF 3 SO 3 ) were dissolved to prepare a homogeneous solution, followed by addition of 1.0 wt.% (0.106 g) of AIBN radical initiator. After reacting at 70 ° C. for 4 hours to produce a PMEO-Li salt composite film, a specimen was prepared by vacuum drying at 30 ° C. for 24 hours. The prepared specimens were treated with supercritical CO 2 at 40 ° C. for 30 minutes under pressure conditions of 5 MPa, 10 MPa, 15 MPa, and 20 MPa, respectively.

이렇게 처리된 시편의 이온전도도는 4192A LF Impedance Analyzer (Hewlett-Packard)를 이용하여 100 Hz에서 13 MHz의 주파수 범위에서, 2.0℃/min의 승온 속도로 30℃ 에서 100℃까지 콤플렉스(complex) 임피던스 방법에 의해 측정하였다.The ion conductivity of the specimens treated in this way was measured using the 4192A LF Impedance Analyzer (Hewlett-Packard) in the frequency range of 100 Hz to 13 MHz, and the complex impedance method from 30 ° C. to 100 ° C. at a heating rate of 2.0 ° C./min. Measured by

(실시예 2)(Example 2)

60℃에서 초임계 CO2 로 처리한 것 이외에는 실시예1과 같다.The same procedure as in Example 1 was conducted except that the mixture was treated with supercritical CO 2 at 60 ° C.

(실시예 3)(Example 3)

80℃에서 초임계 CO2 로 처리한 것 이외에는 실시예1과 같다.They were treated at 80 ℃ with supercritical CO 2, except as in Example 1.

(비교예 1)(Comparative Example 1)

초임계 CO2 로 처리하지 않은 것 이외에는 실시예 1과 같다.Seconds, except that no treatment with the critical CO 2 as the first embodiment.

실시예 1 내지 3 및 비교예 1의 측정값을 도2에 나타내었다.The measured values of Examples 1-3 and Comparative Example 1 are shown in FIG.

도2에서 보는 바와 같이 초임계 CO2 로 처리한 본 폴리에테르계 전해질의 이온전도도는 처리 전에 비하여 크게 높아진 것을 알 수 있으며, 온도 40℃, 압력 10 MPa로 처리한 것이 더 높은 이온전도도를 갖는 전해질을 제공함을 알 수 있다. As shown in FIG. 2, it can be seen that the ion conductivity of the present polyether electrolyte treated with supercritical CO 2 is significantly higher than that before the treatment, and the electrolyte having a higher ion conductivity is treated with a temperature of 40 ° C. and a pressure of 10 MPa. It can be seen that it provides.

(실시예 4)(Example 4)

시편 제작 방법은 실시예 1과 동일하다. 제작된 시편은 초임계 CO2로 각각의 압력 조건 (5, 10, 15, 20Mpa)하에서 각기 다른 세가지 온도 조건 (40, 60, 80℃)에서30분 동안 처리하였다. 이렇게 처리된 시편의 이온전도도는 4192A LF Impedance Analyzer (Hewlett-Packard)를 이용하여 100 Hz에서 13 MHz의 주파수 범위에서, 2.0℃ /min의 승온 속도로 30℃ 에서 100℃까지 complex 임피던스 방법에 의해 측정하였다. Specimen preparation method is the same as in Example 1. The fabricated specimens were treated with supercritical CO 2 for 30 minutes at three different temperature conditions (40, 60, 80 ° C) under different pressure conditions (5, 10, 15, 20Mpa). The ion conductivity of the specimens thus treated was measured by a complex impedance method using a 4192A LF Impedance Analyzer (Hewlett-Packard) from 30 ° C to 100 ° C at a heating rate of 2.0 ° C / min in the frequency range of 100 Hz to 13 MHz It was.

유리전이온도 Tg 는 디퍼런셜 스캐닝 칼로리메터(differential scanning calorimeter:DSC)를 사용하여 측정하였으며 TA-50WS가 부착된 Shimadzu사의 DSC-50으로 질소기체 분위기하에서 측정하였다. 측정범위는 -100℃에서 200℃까지 10℃/min의 속도로 승온 시키면서 측정하였다.The glass transition temperature T g was measured using a differential scanning calorimeter (DSC), and measured under a nitrogen gas atmosphere with a DSC-50 of Shimadzu, with TA-50WS attached. The measurement range was measured while raising the temperature at a rate of 10 ° C / min from -100 ° C to 200 ° C.

(실시예 5)(Example 5)

무수 메탄올에 oxyethylene 에 대하여 Li+의 농도가 5.0mol% 되도록 MEO와 삼불화메탄술폰산 리튬을 녹여 균질의 용액을 준비한 것 이외에는 실시예 4와 같다.The same procedure as in Example 4 was conducted except that a homogeneous solution was prepared by dissolving MEO and lithium trifluoride methanesulfonate in anhydrous methanol so that the concentration of Li + was 5.0 mol% with respect to oxyethylene.

(실시예 6)(Example 6)

무수 메탄올에 oxyethylene 에 대하여 Li+의 농도가 10mol% 되도록 MEO와 삼불화메탄술폰산 리튬을 녹여 균질의 용액을 준비한 것 이외에는 실시예 4와 같다.The same procedure as in Example 4 was conducted except that a homogeneous solution was prepared by dissolving MEO and lithium trifluoride methanesulfonate so that the concentration of Li + was 10 mol% with respect to oxyethylene in anhydrous methanol.

(실시예 7)(Example 7)

무수 메탄올에 oxyethylene 에 대하여 Li+의 농도가 20mol% 되도록 MEO와 삼불화메탄술폰산 리튬을 녹여 균질의 용액을 준비한 것 이외에는 실시예 4와 같다.The same procedure as in Example 4 was conducted except that a homogeneous solution was prepared by dissolving MEO and lithium trifluoride methanesulfonate in anhydrous methanol so that the concentration of Li + was 20 mol% with respect to oxyethylene.

(비교예 2)(Comparative Example 2)

초임계 CO2 로 처리하지 않은 것 이외에는 실시예 4와 같다.Seconds, except that no treatment with the critical CO 2 as described in Examples 4.

(비교예 3)(Comparative Example 3)

초임계 CO2 로 처리하지 않은 것 이외에는 실시예 5와 같다.Seconds, except that no treatment with the critical CO 2 as described in Examples 5.

(비교예 4)(Comparative Example 4)

초임계 CO2 로 처리하지 않은 것 이외에는 실시예 6과 같다.Seconds, except that no treatment with the critical CO 2 as in Example 6.

(비교예 5)(Comparative Example 5)

초임계 CO2 로 처리하지 않은 것 이외에는 실시예 7과 같다.Seconds, except that no treatment with the critical CO 2 as in Example 7.

실시예 4 내지 7 및 비교예 2 내지 5의 측정값(이온전도도:90℃ 측정치) 및 Tg)을 도3에 나타내었다. Li+의 모든 농도 영역에서 유리전이온도 Tg 는 초임계 CO2 처리에 의하여 낮아지고, 이온전도도는 높아지는 것을 알 수 있다. The measured values (ion conductivity: measured at 90 ° C.) and T g ) of Examples 4 to 7 and Comparative Examples 2 to 5 are shown in FIG. 3. In all concentration ranges of Li + , the glass transition temperature T g is lowered by supercritical CO 2 treatment, and the ion conductivity is increased.

특히 10mol%의 농도를 갖는 고분자 전해질 시료는 처리 전후 모두 가장 높은 이온전도도를 보였으며, 초임계 CO2의 처리에 의한 이온전도도 상승효과는 20 mol%의 고농도 범위에서 높게 나타났다.In particular, the polymer electrolyte sample having a concentration of 10 mol% showed the highest ion conductivity before and after treatment, and the synergistic effect of the ion conductivity by the treatment of supercritical CO 2 was high in the high concentration range of 20 mol%.

초임계 CO2 처리에 의하여 이온전도도의 상승과 유리전이온도가 하락하는 이유는 다음과 같이 설명할 수 있다.The reason why the increase in ion conductivity and the glass transition temperature decrease by the supercritical CO 2 treatment can be explained as follows.

일반적으로 폴리에테르계 고분자 매트릭스 내에 존재하는 일정 농도 이상의 염은 고분자 내의 에테르기 산소원자와 배위결합을 형성하게 되며 고분자와의 배위결합은 고분자 내에서 가교제의 역할을 하여 고분자사슬의 결정화를 유도한다. 적절한 염농도 이상에서 일어나는 이러한 염의 효과는 고분자 사슬의 분절운동성을 저하시키고, 결국 Tg를 상승시키는 결과를 나타내며 이온전도도를 낮추게 된다.In general, salts having a predetermined concentration or more present in the polyether-based polymer matrix form coordination bonds with ether-based oxygen atoms in the polymer. The effects of these salts, which occur above the appropriate salt concentration, lower the segmental mobility of the polymer chain, which in turn leads to an increase in T g and lower the ionic conductivity.

그러나 초임계 CO2 처리를 하면 고분자 매트릭스 내에 존재하던 이온집합체 형태의 염은 매트릭스 내에서 분산되어 재분포된다. 고분자 매트릭스 내에 고르게 분산된 염은 가교제로서의 역할을 상실하게 되며, 염의 해리도는 높아진다. 따라서 가교제로서의 역할 상실과 염의 해리도 상승은 고분자의 유리전이온도 저하와 이온전도도의 상승이라는 효과를 나타내게 되는 것으로 생각된다.However, the supercritical CO 2 treatment disperses and redistributes salts in the form of ionic aggregates present in the polymer matrix. Salts evenly dispersed in the polymer matrix lose their role as crosslinkers and the dissociation of the salts is high. Therefore, it is thought that loss of role as a crosslinking agent and increase in dissociation degree of salt have the effect of lowering glass transition temperature and increasing ion conductivity of polymer.

초임계 CO2 처리로 인한 이러한 일련의 이온전도도 향상 효과가 일회성에 그치지 않고 장기간에 걸친 전기화학적 안정성이 있는지를 확인하기 위해 실시예 5와 실시예 7, 비교예 3과 비교예 5의 시료에 대하여 3개월에 걸쳐 이온전도도(40℃ 측정치)를 측정하였다. 도4 에서 보는 바와 같이 시간이 경과에 따른 이온전도도의 변화는 미미하였다.In order to confirm whether the series of ionic conductivity improvement effects due to supercritical CO 2 treatment is not only one-time, but also the long-term electrochemical stability, the samples of Examples 5 and 7, 7, and 3 and 5 Ion conductivity (measured at 40 ° C.) was measured over three months. As shown in FIG. 4, the change in ion conductivity over time was insignificant.

본 발명의 고분자 고체전해질 처리방법을 이용하면 고분자 전해질의 이온전도도를 현저히 향상시킬 수 있다.Using the polymer solid electrolyte treatment method of the present invention can significantly improve the ionic conductivity of the polymer electrolyte.

Claims (7)

고분자 고체전해질을 초임계유체로 처리하는 고분자 전해질의 이온전도도 향상 방법.A method of improving the ionic conductivity of a polymer electrolyte in which the polymer solid electrolyte is treated with a supercritical fluid. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 초임계유체는 이산화탄소의 초임계유체인 것을 특징으로 하는 고분자 전해질의 이온전도도 향상 방법.The supercritical fluid is a method of improving ion conductivity of a polymer electrolyte, characterized in that the supercritical fluid of carbon dioxide. 제 2 항에 있어서,The method of claim 2, 상기 처리는 온도범위 40 내지 100℃, 압력범위 5 내지 20MPa의 조건에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 고분자 고체전해질의 이온전도성을 향상시키는 방법.The treatment is a method of improving the ion conductivity of the polymer solid electrolyte, characterized in that the temperature range 40 to 100 ℃, pressure range 5 to 20MPa conditions. 제 3 항에 있어서,The method of claim 3, wherein 상기 처리는, 제작된 시편을 고압반응기에 넣고 이산화탄소(CO2)가스를 전송 시키는 단계, The treatment is a step of putting the produced specimen in a high pressure reactor to transfer carbon dioxide (CO 2 ) gas, 상기 온도범위 및 상기 압력범위에서 10 내지 120분 동안 상기 시편을 상기 이산화탄소 가스 중에 방치하는 단계, Leaving the specimen in the carbon dioxide gas for 10 to 120 minutes in the temperature range and the pressure range, 상기 반응기를 액체질소에 넣어 30℃ 이하로 급냉시킨 후 잔류 이산화탄소 가스를 배출시키는 단계를 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 고분자 고체전해질의 이온전도성을 향상시키는 방법.And quenching the reactor in liquid nitrogen to 30 ° C. or less, and then discharging the residual carbon dioxide gas. 제 4 항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 시편을 30℃ 에서 일전 시간 진공건조 시키는 단계를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 고분자 고체전해질의 이온전도성을 향상시키는 방법.Method of improving the ion conductivity of the polymer solid electrolyte, characterized in that further comprising the step of vacuum drying the specimen at 30 ℃ one hour. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 고분자 고체 전해질은 하기 화학식 1로 표시되는 메타크릴레이트(methacrylate) 유도체를 단량체로 하는 고분자와 과염소산 리튬(lithium perchlorate, LiClO4), 사불화붕산 리튬(lithium tetrafluoroborate, LiBF4), 육불화인산 리튬(lithium hexafluorophosphate, LiPF6), 삼불화메탄술폰산 리튬(lithium trifluoromethansulfonate, LiCF3SO3) 및 리튬 비스트리플루오로메탄술포닐아미드(lithium bistrifluoromethansulfonylamide, LiN(CF3SO2)2)로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 이온성 리튬염의 복합체인 것을 특징으로 하는 고분자 고체전해질의 이온전도성을 향상시키는 방법The polymer solid electrolyte is a polymer having a methacrylate derivative represented by the following formula (1) as a monomer, lithium perchlorate (LiClO 4 ), lithium tetrafluoroborate (LiBF 4 ), lithium hexafluorophosphate (lithium hexafluorophosphate, LiPF 6 ), lithium trifluoromethansulfonate (LiCF 3 SO 3 ) and lithium bistrifluoromethansulfonylamide (LiN (CF 3 SO 2 ) 2 ) Method for improving the ion conductivity of a polymer solid electrolyte, characterized in that the composite of at least one ionic lithium salt CH2=C(CH3)-COO(CH2CH2O)n-HCH 2 = C (CH 3 ) -COO (CH 2 CH 2 O) n -H (상기식 중 n은 0 내지 20의 수이다.)(Wherein n is a number from 0 to 20). 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 고분자 고체전해질은 리튬 폴리머 전지의 전해질인 것을 특징으로 하는 고분자 고체 전해질의 이온전도성을 향상시키는 방법.The polymer solid electrolyte is a method of improving the ion conductivity of the polymer solid electrolyte, characterized in that the electrolyte of the lithium polymer battery.
KR1020070022826A 2007-03-08 2007-03-08 Method of improving ionic conductivity of polymer electrolyte using supercritical fluid KR20080082239A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020070022826A KR20080082239A (en) 2007-03-08 2007-03-08 Method of improving ionic conductivity of polymer electrolyte using supercritical fluid

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020070022826A KR20080082239A (en) 2007-03-08 2007-03-08 Method of improving ionic conductivity of polymer electrolyte using supercritical fluid

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20080082239A true KR20080082239A (en) 2008-09-11

Family

ID=40021656

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020070022826A KR20080082239A (en) 2007-03-08 2007-03-08 Method of improving ionic conductivity of polymer electrolyte using supercritical fluid

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20080082239A (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016175502A1 (en) * 2015-04-28 2016-11-03 단국대학교 천안캠퍼스 산학협력단 Perfluorinated ionomer nanoparticle dispersion solution, and preparation method therefor

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016175502A1 (en) * 2015-04-28 2016-11-03 단국대학교 천안캠퍼스 산학협력단 Perfluorinated ionomer nanoparticle dispersion solution, and preparation method therefor
US10717861B2 (en) 2015-04-28 2020-07-21 Dankook University Cheonan Campus Industry Academic Cooperation Foundation Perfluorinated ionomer nanoparticle dispersion solution, and preparation method therefor

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Wang et al. Preparation and characterization of gel polymer electrolytes using poly (ionic liquids) and high lithium salt concentration ionic liquids
Saikia et al. Highly conductive and electrochemically stable plasticized blend polymer electrolytes based on PVdF-HFP and triblock copolymer PPG-PEG-PPG diamine for Li-ion batteries
Wang et al. Polymeric ionic liquid enhanced all-solid-state electrolyte membrane for high-performance lithium-ion batteries
Ito et al. Sulfonated polyimide/ionic liquid composite membranes for CO2 separation: transport properties in relation to their nanostructures
Smolarkiewicz et al. Proton-conducting microcrystalline cellulose doped with imidazole. Thermal and electrical properties
Chang et al. Self-healable polymer gels with multi-responsiveness of gel–sol–gel transition and degradability
JP2013060504A (en) Ionic liquid-containing gelatinous composition, gelatinous thin film, and method for manufacturing the same
Correia et al. Physicochemical properties of poly (vinylidene fluoride-trifluoroethylene)/poly (ethylene oxide) blend membranes for lithium ion battery applications: Influence of poly (ethylene oxide) molecular weight
Rao et al. A novel proton conducting ionogel electrolyte based on poly (ionic liquids) and protic ionic liquid
Brinkkötter et al. Influence of cationic poly (ionic liquid) architecture on the ion dynamics in polymer gel electrolytes
Shmukler et al. Polymer electrolytes based on PVdF-HFP doped with protic ionic liquids containing different cations
Wang et al. Grafting modification of epoxidized natural rubber with poly (ethylene glycol) monomethylether carboxylic acid and ionic conductivity of graft polymer composite electrolytes
Song et al. Poly (vinylimidazole-co-butyl acrylate) membranes for CO2 separation
JP5377303B2 (en) Conductive polymer coating manufacturing method
KR20080082239A (en) Method of improving ionic conductivity of polymer electrolyte using supercritical fluid
CN105461927A (en) Bismaleimide polymer allowing long-term storage and preparation method thereof
Wang et al. Synthesis of triazole-dendronized polyacetylenes by metathesis cyclopolymerization and their conductivity
Sinawang et al. Mechanical and self-recovery properties of supramolecular ionic liquid elastomers based on host–guest interactions and correlation with ionic liquid content
Shen et al. Fabrication of glucose-responsive and biodegradable copolymer membrane for controlled release of insulin at physiological pH
Mallela et al. Hyperbranched Poly (Glycidol)‐Grafted Silica Nanoparticles for Enhancing Li‐Ion Conductivity of Poly (Ethylene Oxide)
Forsyth et al. Conductivity and NMR properties of plasticized polyethers complexed with lithium salts
Braun et al. On the Determination of Specific Retention Volumes on Polymer Stationary Phases
Mahun et al. Newly developed gel polymer electrolytes based on crosslinked poly (2-oxazolines)
Tominaga et al. In situ study of ionic conductivity for polyether–LiCF3SO3 electrolytes with subcritical and supercritical CO2
Wang et al. Enhanced Ionic and Electronic Conductivity of Polyacetylene with Dendritic 1, 2, 3‐Triazolium‐Oligo (ethylene glycol) Pendants

Legal Events

Date Code Title Description
WITN Withdrawal due to no request for examination