KR20100011956A - 공융혼합물을 포함하는 전해질 및 이를 구비한 전기화학소자 - Google Patents
공융혼합물을 포함하는 전해질 및 이를 구비한 전기화학소자 Download PDFInfo
- Publication number
- KR20100011956A KR20100011956A KR1020090067924A KR20090067924A KR20100011956A KR 20100011956 A KR20100011956 A KR 20100011956A KR 1020090067924 A KR1020090067924 A KR 1020090067924A KR 20090067924 A KR20090067924 A KR 20090067924A KR 20100011956 A KR20100011956 A KR 20100011956A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- electrolyte
- methyl
- carbonate
- methoxyethyl
- eutectic mixture
- Prior art date
Links
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 title claims abstract description 109
- 239000000374 eutectic mixture Substances 0.000 title claims abstract description 56
- -1 amide compound Chemical class 0.000 claims abstract description 51
- 125000004183 alkoxy alkyl group Chemical group 0.000 claims abstract description 30
- 229910003002 lithium salt Inorganic materials 0.000 claims abstract description 26
- 159000000002 lithium salts Chemical class 0.000 claims abstract description 24
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims abstract description 16
- 239000005518 polymer electrolyte Substances 0.000 claims description 23
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 21
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims description 19
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 claims description 17
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 17
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 16
- 239000000178 monomer Substances 0.000 claims description 16
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 16
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 13
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 13
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 13
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 13
- WEVYAHXRMPXWCK-UHFFFAOYSA-N Acetonitrile Chemical compound CC#N WEVYAHXRMPXWCK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 12
- JBTWLSYIZRCDFO-UHFFFAOYSA-N ethyl methyl carbonate Chemical compound CCOC(=O)OC JBTWLSYIZRCDFO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims description 12
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims description 12
- GTCAXTIRRLKXRU-UHFFFAOYSA-N methyl carbamate Chemical compound COC(N)=O GTCAXTIRRLKXRU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 claims description 12
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 claims description 12
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 12
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 12
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 claims description 12
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 claims description 12
- BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L Carbonate Chemical compound [O-]C([O-])=O BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 11
- 238000006116 polymerization reaction Methods 0.000 claims description 11
- SECXISVLQFMRJM-UHFFFAOYSA-N N-Methylpyrrolidone Chemical compound CN1CCCC1=O SECXISVLQFMRJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 claims description 9
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- PPBRXRYQALVLMV-UHFFFAOYSA-N Styrene Chemical compound C=CC1=CC=CC=C1 PPBRXRYQALVLMV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 239000002243 precursor Substances 0.000 claims description 8
- 125000000391 vinyl group Chemical group [H]C([*])=C([H])[H] 0.000 claims description 8
- KMTRUDSVKNLOMY-UHFFFAOYSA-N Ethylene carbonate Chemical compound O=C1OCCO1 KMTRUDSVKNLOMY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- WYURNTSHIVDZCO-UHFFFAOYSA-N Tetrahydrofuran Chemical compound C1CCOC1 WYURNTSHIVDZCO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 125000003342 alkenyl group Chemical group 0.000 claims description 6
- 125000003282 alkyl amino group Chemical group 0.000 claims description 6
- 125000000217 alkyl group Chemical group 0.000 claims description 6
- 125000003118 aryl group Chemical group 0.000 claims description 6
- 125000004432 carbon atom Chemical group C* 0.000 claims description 6
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 claims description 6
- 229920002554 vinyl polymer Polymers 0.000 claims description 6
- RUOJZAUFBMNUDX-UHFFFAOYSA-N propylene carbonate Chemical compound CC1COC(=O)O1 RUOJZAUFBMNUDX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- DHKHKXVYLBGOIT-UHFFFAOYSA-N 1,1-Diethoxyethane Chemical compound CCOC(C)OCC DHKHKXVYLBGOIT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- FYRSBLKIFWXJSA-UHFFFAOYSA-N 3-(2-methoxyethyl)-1,3-oxazolidin-2-one Chemical compound COCCN1CCOC1=O FYRSBLKIFWXJSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- YEJRWHAVMIAJKC-UHFFFAOYSA-N 4-Butyrolactone Chemical compound O=C1CCCO1 YEJRWHAVMIAJKC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- OIFBSDVPJOWBCH-UHFFFAOYSA-N Diethyl carbonate Chemical compound CCOC(=O)OCC OIFBSDVPJOWBCH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- IAZDPXIOMUYVGZ-UHFFFAOYSA-N Dimethylsulphoxide Chemical compound CS(C)=O IAZDPXIOMUYVGZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- BAPJBEWLBFYGME-UHFFFAOYSA-N Methyl acrylate Chemical compound COC(=O)C=C BAPJBEWLBFYGME-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- FUSUHKVFWTUUBE-UHFFFAOYSA-N buten-2-one Chemical compound CC(=O)C=C FUSUHKVFWTUUBE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- VUPKGFBOKBGHFZ-UHFFFAOYSA-N dipropyl carbonate Chemical compound CCCOC(=O)OCCC VUPKGFBOKBGHFZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 claims description 4
- FVALQWWEQUWPEA-UHFFFAOYSA-N 1-(2-methoxyethyl)azepan-2-one Chemical compound COCCN1CCCCCC1=O FVALQWWEQUWPEA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- QAQJKDRAJZWQCM-UHFFFAOYSA-N 2-methoxyethyl carbamate Chemical compound COCCOC(N)=O QAQJKDRAJZWQCM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 125000003903 2-propenyl group Chemical group [H]C([*])([H])C([H])=C([H])[H] 0.000 claims description 3
- 229910020366 ClO 4 Inorganic materials 0.000 claims description 3
- XTHFKEDIFFGKHM-UHFFFAOYSA-N Dimethoxyethane Chemical compound COCCOC XTHFKEDIFFGKHM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical class [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 108010000020 Platelet Factor 3 Proteins 0.000 claims description 3
- BZHJMEDXRYGGRV-UHFFFAOYSA-N Vinyl chloride Chemical compound ClC=C BZHJMEDXRYGGRV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052736 halogen Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 150000002367 halogens Chemical class 0.000 claims description 3
- QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N nitrogen group Chemical group [N] QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229920002981 polyvinylidene fluoride Polymers 0.000 claims description 3
- ZZXUZKXVROWEIF-UHFFFAOYSA-N 1,2-butylene carbonate Chemical compound CCC1COC(=O)O1 ZZXUZKXVROWEIF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- UAJRSHJHFRVGMG-UHFFFAOYSA-N 1-ethenyl-4-methoxybenzene Chemical compound COC1=CC=C(C=C)C=C1 UAJRSHJHFRVGMG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- OEPOKWHJYJXUGD-UHFFFAOYSA-N 2-(3-phenylmethoxyphenyl)-1,3-thiazole-4-carbaldehyde Chemical compound O=CC1=CSC(C=2C=C(OCC=3C=CC=CC=3)C=CC=2)=N1 OEPOKWHJYJXUGD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- JLBJTVDPSNHSKJ-UHFFFAOYSA-N 4-Methylstyrene Chemical compound CC1=CC=C(C=C)C=C1 JLBJTVDPSNHSKJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- HRPVXLWXLXDGHG-UHFFFAOYSA-N Acrylamide Chemical compound NC(=O)C=C HRPVXLWXLXDGHG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- NLHHRLWOUZZQLW-UHFFFAOYSA-N Acrylonitrile Chemical group C=CC#N NLHHRLWOUZZQLW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- VGGSQFUCUMXWEO-UHFFFAOYSA-N Ethene Chemical compound C=C VGGSQFUCUMXWEO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000005977 Ethylene Substances 0.000 claims description 2
- VVQNEPGJFQJSBK-UHFFFAOYSA-N Methyl methacrylate Chemical compound COC(=O)C(C)=C VVQNEPGJFQJSBK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- GYCMBHHDWRMZGG-UHFFFAOYSA-N Methylacrylonitrile Chemical compound CC(=C)C#N GYCMBHHDWRMZGG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229920003171 Poly (ethylene oxide) Polymers 0.000 claims description 2
- XTXRWKRVRITETP-UHFFFAOYSA-N Vinyl acetate Chemical compound CC(=O)OC=C XTXRWKRVRITETP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 150000004649 carbonic acid derivatives Chemical class 0.000 claims description 2
- 150000005676 cyclic carbonates Chemical class 0.000 claims description 2
- IEJIGPNLZYLLBP-UHFFFAOYSA-N dimethyl carbonate Chemical compound COC(=O)OC IEJIGPNLZYLLBP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- QKBJDEGZZJWPJA-UHFFFAOYSA-N ethyl propyl carbonate Chemical compound [CH2]COC(=O)OCCC QKBJDEGZZJWPJA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- WQBZJYMVYGBAEL-UHFFFAOYSA-N methoxymethyl carbamate Chemical compound COCOC(N)=O WQBZJYMVYGBAEL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- KKQAVHGECIBFRQ-UHFFFAOYSA-N methyl propyl carbonate Chemical compound CCCOC(=O)OC KKQAVHGECIBFRQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229920003229 poly(methyl methacrylate) Polymers 0.000 claims description 2
- 229920002338 polyhydroxyethylmethacrylate Polymers 0.000 claims description 2
- 230000000379 polymerizing effect Effects 0.000 claims description 2
- 239000004926 polymethyl methacrylate Substances 0.000 claims description 2
- 239000004800 polyvinyl chloride Substances 0.000 claims description 2
- 229920000915 polyvinyl chloride Polymers 0.000 claims description 2
- BFKJFAAPBSQJPD-UHFFFAOYSA-N tetrafluoroethene Chemical group FC(F)=C(F)F BFKJFAAPBSQJPD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- YLQBMQCUIZJEEH-UHFFFAOYSA-N tetrahydrofuran Natural products C=1C=COC=1 YLQBMQCUIZJEEH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229920001567 vinyl ester resin Polymers 0.000 claims description 2
- 241000501667 Etroplus Species 0.000 claims 1
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 claims 1
- 239000007773 negative electrode material Substances 0.000 abstract description 3
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 28
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 12
- 239000012299 nitrogen atmosphere Substances 0.000 description 9
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 8
- 229910013870 LiPF 6 Inorganic materials 0.000 description 7
- DLFVBJFMPXGRIB-UHFFFAOYSA-N Acetamide Chemical compound CC(N)=O DLFVBJFMPXGRIB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 6
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 5
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 5
- 238000000113 differential scanning calorimetry Methods 0.000 description 4
- 239000008151 electrolyte solution Substances 0.000 description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 4
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 4
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910012851 LiCoO 2 Inorganic materials 0.000 description 3
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N N,N-Dimethylformamide Chemical compound CN(C)C=O ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N Toluene Chemical compound CC1=CC=CC=C1 YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 3
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 3
- 239000003999 initiator Substances 0.000 description 3
- 239000011244 liquid electrolyte Substances 0.000 description 3
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910021450 lithium metal oxide Inorganic materials 0.000 description 3
- PIZHFBODNLEQBL-UHFFFAOYSA-N 2,2-diethoxy-1-phenylethanone Chemical compound CCOC(OCC)C(=O)C1=CC=CC=C1 PIZHFBODNLEQBL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- OZAIFHULBGXAKX-UHFFFAOYSA-N 2-(2-cyanopropan-2-yldiazenyl)-2-methylpropanenitrile Chemical compound N#CC(C)(C)N=NC(C)(C)C#N OZAIFHULBGXAKX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- SJEBAWHUJDUKQK-UHFFFAOYSA-N 2-ethylanthraquinone Chemical compound C1=CC=C2C(=O)C3=CC(CC)=CC=C3C(=O)C2=C1 SJEBAWHUJDUKQK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- KXDHJXZQYSOELW-UHFFFAOYSA-M Carbamate Chemical compound NC([O-])=O KXDHJXZQYSOELW-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- ZHNUHDYFZUAESO-UHFFFAOYSA-N Formamide Chemical compound NC=O ZHNUHDYFZUAESO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N Hydrogen peroxide Chemical compound OO MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- RAXXELZNTBOGNW-UHFFFAOYSA-O Imidazolium Chemical compound C1=C[NH+]=CN1 RAXXELZNTBOGNW-UHFFFAOYSA-O 0.000 description 2
- XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N Urea Chemical compound NC(N)=O XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 2
- 229910021383 artificial graphite Inorganic materials 0.000 description 2
- RWCCWEUUXYIKHB-UHFFFAOYSA-N benzophenone Chemical compound C=1C=CC=CC=1C(=O)C1=CC=CC=C1 RWCCWEUUXYIKHB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 2
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 2
- ZQMIGQNCOMNODD-UHFFFAOYSA-N diacetyl peroxide Chemical compound CC(=O)OOC(C)=O ZQMIGQNCOMNODD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- JBKVHLHDHHXQEQ-UHFFFAOYSA-N epsilon-caprolactam Chemical compound O=C1CCCCCN1 JBKVHLHDHHXQEQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 2
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- 239000002608 ionic liquid Substances 0.000 description 2
- 229910003473 lithium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide Inorganic materials 0.000 description 2
- QSZMZKBZAYQGRS-UHFFFAOYSA-N lithium;bis(trifluoromethylsulfonyl)azanide Chemical compound [Li+].FC(F)(F)S(=O)(=O)[N-]S(=O)(=O)C(F)(F)F QSZMZKBZAYQGRS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 2
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 2
- 239000011255 nonaqueous electrolyte Substances 0.000 description 2
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 2
- 238000010526 radical polymerization reaction Methods 0.000 description 2
- 150000003254 radicals Chemical class 0.000 description 2
- 238000007086 side reaction Methods 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- 239000007790 solid phase Substances 0.000 description 2
- GEWWCWZGHNIUBW-UHFFFAOYSA-N 1-(4-nitrophenyl)propan-2-one Chemical compound CC(=O)CC1=CC=C([N+]([O-])=O)C=C1 GEWWCWZGHNIUBW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- LGJCFVYMIJLQJO-UHFFFAOYSA-N 1-dodecylperoxydodecane Chemical compound CCCCCCCCCCCCOOCCCCCCCCCCCC LGJCFVYMIJLQJO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- NRKYWOKHZRQRJR-UHFFFAOYSA-N 2,2,2-trifluoroacetamide Chemical compound NC(=O)C(F)(F)F NRKYWOKHZRQRJR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- IZXIZTKNFFYFOF-UHFFFAOYSA-N 2-Oxazolidone Chemical compound O=C1NCCO1 IZXIZTKNFFYFOF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- WYGWHHGCAGTUCH-UHFFFAOYSA-N 2-[(2-cyano-4-methylpentan-2-yl)diazenyl]-2,4-dimethylpentanenitrile Chemical compound CC(C)CC(C)(C#N)N=NC(C)(C#N)CC(C)C WYGWHHGCAGTUCH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- HEQOJEGTZCTHCF-UHFFFAOYSA-N 2-amino-1-phenylethanone Chemical compound NCC(=O)C1=CC=CC=C1 HEQOJEGTZCTHCF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- NLGDWWCZQDIASO-UHFFFAOYSA-N 2-hydroxy-1-(7-oxabicyclo[4.1.0]hepta-1,3,5-trien-2-yl)-2-phenylethanone Chemical compound OC(C(=O)c1cccc2Oc12)c1ccccc1 NLGDWWCZQDIASO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RCEJCSULJQNRQQ-UHFFFAOYSA-N 2-methylbutanenitrile Chemical compound CCC(C)C#N RCEJCSULJQNRQQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OZAIFHULBGXAKX-VAWYXSNFSA-N AIBN Substances N#CC(C)(C)\N=N\C(C)(C)C#N OZAIFHULBGXAKX-VAWYXSNFSA-N 0.000 description 1
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-O Ammonium Chemical compound [NH4+] QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-O 0.000 description 1
- 239000004342 Benzoyl peroxide Substances 0.000 description 1
- OMPJBNCRMGITSC-UHFFFAOYSA-N Benzoylperoxide Chemical compound C=1C=CC=CC=1C(=O)OOC(=O)C1=CC=CC=C1 OMPJBNCRMGITSC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001290 LiPF6 Inorganic materials 0.000 description 1
- XGEGHDBEHXKFPX-UHFFFAOYSA-N N-methylthiourea Natural products CNC(N)=O XGEGHDBEHXKFPX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002033 PVDF binder Substances 0.000 description 1
- NQRYJNQNLNOLGT-UHFFFAOYSA-N Piperidine Chemical compound C1CCNCC1 NQRYJNQNLNOLGT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 125000003368 amide group Chemical group 0.000 description 1
- 150000001408 amides Chemical class 0.000 description 1
- 150000001450 anions Chemical class 0.000 description 1
- 239000012965 benzophenone Substances 0.000 description 1
- 235000019400 benzoyl peroxide Nutrition 0.000 description 1
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 1
- 239000004202 carbamide Substances 0.000 description 1
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 description 1
- 239000011889 copper foil Substances 0.000 description 1
- YQHLDYVWEZKEOX-UHFFFAOYSA-N cumene hydroperoxide Chemical compound OOC(C)(C)C1=CC=CC=C1 YQHLDYVWEZKEOX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000000593 degrading effect Effects 0.000 description 1
- 238000003795 desorption Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- LSXWFXONGKSEMY-UHFFFAOYSA-N di-tert-butyl peroxide Chemical compound CC(C)(C)OOC(C)(C)C LSXWFXONGKSEMY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 1
- 230000005496 eutectics Effects 0.000 description 1
- 230000001747 exhibiting effect Effects 0.000 description 1
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 1
- 125000005843 halogen group Chemical group 0.000 description 1
- 230000020169 heat generation Effects 0.000 description 1
- 150000002432 hydroperoxides Chemical class 0.000 description 1
- 230000000977 initiatory effect Effects 0.000 description 1
- 238000003780 insertion Methods 0.000 description 1
- 230000037431 insertion Effects 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- XGEGHDBEHXKFPX-NJFSPNSNSA-N methylurea Chemical compound [14CH3]NC(N)=O XGEGHDBEHXKFPX-NJFSPNSNSA-N 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 150000001451 organic peroxides Chemical class 0.000 description 1
- 238000013021 overheating Methods 0.000 description 1
- IMACFCSSMIZSPP-UHFFFAOYSA-N phenacyl chloride Chemical compound ClCC(=O)C1=CC=CC=C1 IMACFCSSMIZSPP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 239000003505 polymerization initiator Substances 0.000 description 1
- 239000003211 polymerization photoinitiator Substances 0.000 description 1
- 239000007774 positive electrode material Substances 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 1
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 1
- 125000006850 spacer group Chemical group 0.000 description 1
- YRHRIQCWCFGUEQ-UHFFFAOYSA-N thioxanthen-9-one Chemical compound C1=CC=C2C(=O)C3=CC=CC=C3SC2=C1 YRHRIQCWCFGUEQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000006276 transfer reaction Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
- H01M10/056—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes
- H01M10/0564—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes the electrolyte being constituted of organic materials only
- H01M10/0566—Liquid materials
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C07—ORGANIC CHEMISTRY
- C07F—ACYCLIC, CARBOCYCLIC OR HETEROCYCLIC COMPOUNDS CONTAINING ELEMENTS OTHER THAN CARBON, HYDROGEN, HALOGEN, OXYGEN, NITROGEN, SULFUR, SELENIUM OR TELLURIUM
- C07F1/00—Compounds containing elements of Groups 1 or 11 of the Periodic Table
- C07F1/005—Compounds containing elements of Groups 1 or 11 of the Periodic Table without C-Metal linkages
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
- H01G11/54—Electrolytes
- H01G11/56—Solid electrolytes, e.g. gels; Additives therein
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
- H01M10/052—Li-accumulators
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/13—Energy storage using capacitors
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
- Electric Double-Layer Capacitors Or The Like (AREA)
- Primary Cells (AREA)
Abstract
본 발명은 (a) 특정 구조의 알콕시 알킬기 함유 아미드 화합물과 이온화 가능한 리튬염의 공융혼합물(eutectic mixture); 및 (b) 카보네이트계 화합물을 포함하는 전해질을 개시한다.
본 발명의 전해질은 포함된 공융혼합물로 인하여 우수한 열적 안정성, 화학적 안정성과 낮은 전기화학적 창(electrochemical window)의 하한 값을 나타낸다. 또한, 충분히 낮은 점도와 높은 이온 전도도를 나타내므로, 다양한 음극재를 적용한 전기화학소자의 전해질로서 유용하게 적용될 수 있다.
Description
본 발명은 공융혼합물(eutectic mixture)을 포함하는 전해질 및 이를 구비한 전기화학소자에 관한 것이다.
근래 많이 사용되고 있는 전기화학소자, 예컨대 리튬 이차전지, 전해 컨텐서(condenser), 전기 이중층 커패시터(capacitor), 전기변색(electrochromic) 표시소자, 장래 실용화를 위해 다양한 연구가 진행되고 있는 색소증감형 태양전지 등에는 다양한 종류의 전해질이 사용되고 있으며, 이들의 중요성이 날로 높아져 가고 있다.
특히, 리튬 이차전지는 에너지 밀도가 높고 수명이 긴 전지로 가장 주목을 받고 있다. 통상적으로 리튬 이차전지는 탄소 재료나 리튬 금속 합금으로 된 음극, 리튬금속산화물로 된 양극및 유기용매에 리튬염을 용해시킨 전해질을 구비한다. 리튬금속산화물들은 리튬 이온의 삽입 및 탈리 반응에 의해 구조적 안전성과 용량이 정해지는데, 이들의 용량은 충전 전위가 상승할수록 증가하나, 이에 따라 리튬금속산화물은 구조적으로 불안정하게 된다. 이러한 전극 구조의 불안정은 산소 발생으 로 이어져 전지 내에서 과열을 일으킬 뿐만 아니라, 전해질과 반응하여 전지가 폭발할 수도 있다.
현재 리튬 이차전지의 전해질에 널리 사용되는 유기용매로는 에틸렌 카보네이트(ethylene carbonate), 프로필렌 카보네이트(propylene carbonate), 디메톡시 에탄(dimethoxy ethane), γ-부티로 락톤(GBL), N,N-디메틸 포름아미드(dimethyl formamide), 테트라하이드로푸란 (tetrahydrofurane) 또는 아세토니트릴(acetonitrile) 등이 있다. 이들 유기용매는 일반적으로 휘발성과 인화성이 높으므로, 이를 채용한 리튬 이차전지는 안정성 특히, 고온 안전성에 문제가 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여, 이미다졸륨 계열과 암모늄 계열의 이온성 액체를 리튬 이차전지의 전해질로 사용하는 방법이 제안되었다. 그러나, 이러한 이온성 액체는 음극에서 리튬 이온보다 높은 전압에서 환원되거나, 리튬 이온과 함께 이미다졸륨, 암모늄 양이온이 함께 음극에 삽입되어, 오히려 전지 성능이 열화되는 문제가 있다.
한편, 한국 특허등록공보 10-751203호, 한국 특허공개공보10-2007-85575호 등에는 전해질로서, 아세트아미드, 우레아, 메틸우레아, 카프로락탐, 발레르락탐, 트리플루오르아세트아미드, 카바메이트, 포름아미드 등, 소정 화학식으로 표시되는 아미드 화합물과 리튬염의 공융혼합물이 개시되어 있다. 이러한 공융혼합물은 비교적 넓은 전기화학적 창(electrochemical window) 외에 높은 열적 및 화학적 안정성을 나타내므로, 종래의 유기용매 사용에 따른 전해액의 증발, 인화 등의 문제점이 해결된다.
이에 따라, 전해질로서 유용한 다양한 공융혼합물의 개발이 가속화되고 있으며, 특히 다양한 전기화학적 특성이 요구되는 전기화학소자에 적용할 수 있도록 보다 높은 고온 안정성과 낮은 전기화학적 창(electrochemical window)의 하한 값을 갖는 공융혼합물 전해질에 대한 요구가 증가하고 있다
따라서, 본 발명의 목적은 높은 열적 및 화학적 안정성을 나타내는 전해질 및 이를 구비한 전기화학소자를 제공하는데 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 전술한 목적 외에, 특히 보다 높은 고온 안정성을 갖으면서도 낮은 전기화학적 창(electrochemical window)의 하한 값을 나타내며, 충분히 낮은 점도와 높은 이온 전도도를 나타내는 전해질 및 이를 구비한 전기화학소자를 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 전해질은 (a) 하기 화학식 1 또는 하기 화학식 2로 표시되는 알콕시 알킬기 함유 아미드 화합물과 이온화 가능한 리튬염의 공융혼합물(eutectic mixture); 및 (b) 카보네이트계 화합물을 포함한다.
상기 화학식 1에 있어서,
R, R1 및 R2는 서로 독립적으로 수소, 할로겐 및 탄소수가 1 내지 20인 알킬기, 알킬아민기, 알케닐기 및 아릴기로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나이되, R1과 R2 중 적어도 하나는 CH3-(CH2)p-O(CH2)q로 표시되는 알콕시 알킬기로서, p는 0 내지 8의 정수이고, q는 1 내지 8의 정수이고,
X는 규소, 산소, 질소, 인, 황 및 수소로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나로서, i) X가 수소이면 m은 0이고, ii) X가 산소 또는 황이면 m은 1이고, ⅲ) X가 질소 또는 인이면 m은 2이고, ⅳ) X가 규소이면 m은 3이다.
상기 화학식 2에 있어서,
R은 수소, 탄소수가 1 내지 20인 알킬기, 알킬아민기, 알케닐기, 아릴기 및 알릴기로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나이고, R1은 CH3-(CH2)p-O(CH2)q로 표시되는 알콕시 알킬기로서, p는 0 내지 8의 정수이고, q는 1 내지 8의 정수이고,
X는 규소, 산소, 질소, 인 및 황으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나로서, i) X가 산소 또는 황이면 m은 0이고, ii) X가 질소 또는 인이면 m은 1이고, iii) X가 규소이면 m은 2이며,
n은 1 내지 10의 정수이다.
본 발명의 전해질에 있어서, 상기 알콕시 알킬기 함유 아미드 화합물은 N-메톡시에틸 메틸카바메이트, N-메톡시에틸-N-메틸 메틸카바메이트, N-메톡시메틸-N-메틸 메틸카바메이트, N,N-디메틸 메톡시에틸 카바메이트, N-메틸-메톡시메틸 메톡시에틸 카바메이트, N-메틸-N-메톡시에틸 메톡시에틸 카바메이트, N-메틸-N-메톡시에틸 메톡시메틸 카바메이트, N-메톡시에틸카프로락탐, N-메톡시에틸 옥사졸리디논, N-메톡시에틸-N-메틸 페닐티오카바메이트, N-메톡시에틸-N-메틸 피페리딘카바메이트 등을 들 수 있다.
또한, 본 발명의 전해질에 있어서, 상기 리튬염의 음이온으로는 F-, Cl-, Br-, I-, NO3 -, N(CN)2 -, BF4 -, ClO4 -, PF6 -, (CF3)2PF4 -, (CF3)3PF3 -, (CF3)4PF2 -, (CF3)5PF-, (CF3)6P-, CF3SO3 -, CF3CF2SO3 -, (CF3SO2)2N-, (FSO2)2N-, CF3CF2(CF3)2CO-, (CF3SO2)2CH-, (SF5)3C-, (CF3SO2)3C-, CF3(CF2)7SO3 -, CF3CO2 -, CH3CO2 - , SCN-, (CF3CF2SO2)2N- 등을 예시할 수 있다.
본 발명의 전해질에 있어서, 상기 화학식 1로 표시되는 알콕시 알킬기 함유 아미드 화합물과 이온화 가능한 리튬염의 공융혼합물의 환원전위창은 0.4 내지 0.55 V이고, 상기 화학식 2로 표시되는 알콕시 알킬기 함유 아미드 화합물과 이온화 가능한 리튬염의 공융혼합물의 환원전위창은 0.7 내지 0.9 V인 것이 바람직하 다.
본 발명의 전해질에 있어서, 상기 카보네이트계 화합물은 전해질의 유기용매로서 통상적으로 사용되는 카보네이트 화합물을 사용할 수 있는데, 예를 들어 선형 카보네이트, 환형 카보네이트를 각각 단독으로 또는 이들을 혼합하여 사용할 수 있다.
본 발명의 전해질에 있어서, 전해질의 점도는 4 내지 30 cP 이하인 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 전해질은 액체 전해질일 수 있고, 폴리머 자체로 된 고체상 또는 겔상과 같은 폴리머 전해질일 수 있고, 폴리머 전해질은 상기 공융혼합물 및 중합반응에 의해 폴리머를 형성할 수 있는 단량체(monomer)를 함유하는 전구체 용액의 중합에 의해 형성된 겔상의 폴리머 전해질이거나, 상기 공융혼합물이 폴리머에 함침된 형태의 폴리머 전해질 일 수 있다.
전술한 본 발명의 전해질은 리튬 이차전지와 같은 전기화학소자에 유용하게 적용될 수 있다.
본 발명에 따른 전해질은 다음과 같은 효과를 나타낸다.
첫째, 본 발명의 전해질에 포함된 신규한 공융혼합물은 우수한 열적 안정성과 화학적 안정성 등 공융혼합물의 고유 특성을 나타내므로, 전해질의 증발, 인화, 부반응 등의 문제점이 크게 개선된다.
둘째, 본 발명의 전해질은 전기화학적 창(electrochemical window)의 하한 값, 즉 환원전위창이 낮은 값을 나타낼 수 있으므로, 다양한 전기화학적 특성이 요구되는 전기화학소자의 전해질로서 유용하게 적용될 수 있다.
셋째, 본 발명의 전해질은 충분히 낮은 점도와 이온 전도도를 나타내므로, 이를 구비한 전기화학소자는 양호한 충방전 성능을 나타낸다.
이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
본 발명의 전해질은 전해질은 전해질은 (a) 하기 화학식 1 또는 하기 화학식 2로 표시되는 알콕시 알킬기 함유 아미드 화합물과 이온화 가능한 리튬염의 공융혼합물(eutectic mixture); 및 (b) 카보네이트계 화합물을 포함한다.
<화학식 1>
상기 화학식 1에 있어서,
R, R1 및 R2는 서로 독립적으로 수소, 할로겐 및 탄소수가 1 내지 20인 알킬기, 알킬아민기, 알케닐기 및 아릴기로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나이 되, R1과 R2 중 적어도 하나는 CH3-(CH2)p-O(CH2)q로 표시되는 알콕시 알킬기로서, p는 0 내지 8의 정수이고, q는 1 내지 8의 정수이고,
X는 규소, 산소, 질소, 인, 황 및 수소로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나로서, i) X가 수소이면 m은 0이고, ii) X가 산소 또는 황이면 m은 1이고, ⅲ) X가 질소 또는 인이면 m은 2이고, ⅳ) X가 규소이면 m은 3이다.
<화학식 2>
상기 화학식 2에 있어서,
R은 수소, 탄소수가 1 내지 20인 알킬기, 알킬아민기, 알케닐기, 아릴기 및 알릴기로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나이고, R1은 CH3-(CH2)p-O(CH2)q로 표시되는 알콕시 알킬기로서, p는 0 내지 8의 정수이고, q는 1 내지 8의 정수이고,
X는 규소, 산소, 질소, 인 및 황으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나로서, i) X가 산소 또는 황이면 m은 0이고, ii) X가 질소 또는 인이면 m은 1이고, iii) X가 규소이면 m은 2이며,
n은 1 내지 10의 정수이다.
전기화학소자는 사용시 발열이 많거나 고온에 노출될 경우가 빈번하기 때문에 고온에서의 안정성이 매우 중요한 요소이다.
본 발명자들은 전술한 구조의 알콕시 알킬기 함유 아미드 화합물을 이용하여 리튬염과의 공융혼합물(eutectic mixture)을 형성하였는데, 이러한 공융혼합물은 종래의 비수 전해액 유기용매와는 달리 공융혼합물 특유의 높은 열적 및 화학적 안정성을 나타내며, 이는 종래에 개시된 아세트 아미드, 메틸 카바메이트 등의 아미드계 화합물과 리튬염의 공융혼합물보다 높은 고온 안정성을 나타낸다. 또한, 본 발명의 알콕시 알킬기 함유 아미드 화합물과 리튬염의 공융혼합물은 전기화학적 창(electrochemical window, 전위창이라고도 함)의 하한 값이 낮게 나타날 수 있다. 예를 들어, 상기 화학식 1로 표시되는 알콕시 알킬기 함유 아미드 화합물과 이온화 가능한 리튬염의 공융혼합물의 환원전위창은 0.4 내지 0.55 V이고, 상기 화학식 2로 표시되는 알콕시 알킬기 함유 아미드 화합물과 이온화 가능한 리튬염의 공융혼합물의 환원전위창은 0.7 내지 0.9 V인 것이 바람직하다.
이에 따라, 알콕시 알킬기 함유 아미드 화합물과 리튬염의 공융혼합물을 포함하는 전해질은 이차전지의 고온 안정성 향상에 기여할 뿐만 아니라, 다양한 음극재를 적용한 이차전지의 전해질로서 유용하게 적용될 수 있다.
본 발명의 전해질에 있어서, 공융혼합물을 구성하는 알콕시 알킬기 함유 아미드 화합물로는 N-메톡시에틸 메틸카바메이트, N-메톡시에틸-N-메틸 메틸카바메이트, N-메톡시메틸-N-메틸 메틸카바메이트, N,N-디메틸 메톡시에틸 카바메이트, N-메틸-메톡시메틸 메톡시에틸 카바메이트, N-메틸-N-메톡시에틸 메톡시에틸 카바메이트, N-메틸-N-메톡시에틸 메톡시메틸 카바메이트, N-메톡시에틸카프로락탐, N-메톡시에틸 옥사졸리디논, N-메톡시에틸-N-메틸 페닐티오카바메이트,N-메톡시에틸-N- 메틸 피페리딘카바메이트 등을 들 수 있다.
또한, 본 발명의 전해질에 있어서, 전술한 알콕시 알킬기 함유 아미드 화합물과 함께 공융혼합물을 구성하는 리튬염은 이온화 가능한 리튬염으로서 Li+X-로 표현할 수 있다. 이러한 리튬염의 음이온으로는 특별히 제한되지 않으나, F-, Cl-, Br-, I-, NO3 -, N(CN)2 -, BF4 -, ClO4 -, PF6 -, (CF3)2PF4 -, (CF3)3PF3 -, (CF3)4PF2 -, (CF3)5PF-, (CF3)6P-, CF3SO3 -, CF3CF2SO3 -, (CF3SO2)2N-, (FSO2)2N-, CF3CF2(CF3)2CO-, (CF3SO2)2CH-, (SF5)3C-, (CF3SO2)3C-, CF3(CF2)7SO3 -, CF3CO2 -, CH3CO2 - , SCN-, (CF3CF2SO2)2N- 등을 예시할 수 있다.
본 발명에 따른 전해질에 포함된 공융혼합물의 용융온도는 화학식 1 또는 2의 R, R1, R2, X 등에 따라 달라질 수 있으나, 용융온도가 25 ℃ 이하, 즉 상온(25 ℃)에서 액체 상태로 존재하는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명의 전해질은 카보네이트계 화합물을 포함한다.
이온 전도도는 일반적으로 전해질 용액 안에서 움직이는 이온들의 이동도에 따라 결정되므로, 이온 전도도에 영향을 주는 인자는 전해질 용액의 점도와 용액 내의 이온 농도이다. 용액의 점도가 낮을수록 용액 내에서의 이온의 이동이 자유롭고 이온 전도도는 증가하며, 용액 내에서의 이온의 농도가 높을수록 전하 수송체인 이온의 양이 증가하여 이온 전도도가 증가하게 된다. 본 발명의 전해질은 카보네이트계 화합물을 공융혼합물에 혼합하여 사용하므로서, 전해질의 점도를 낮추어 이온 전도도를 향상시켰다. 이러한 측면에서 본 발명에 따른 전해질의 바람직한 점도(viscosity)는 50 cP 이하이며, 전해질의 이온전도도와 열적 안정성을 고려할 때 4 내지 30 cP인 것이 더욱 바람직하다. 동일한 측면에서, 전해질의 바람직한 이온 전도도는 5 내지 10 mS/cm이다.
전술한 점도와 이온 전도도를 달성하기 위해서, 카보네이트계 화합물은 상기 공융혼합물 100 중량부를 기준으로 5 내지 200 중량부로 혼합되는 것이 바람직하다.
본 발명의 전해질에 포함된 카보네이트계 화합물은 리튬 이차전지의 비수 전해액에 통상적으로 사용되는 카보네이트 화합물이라면 사용이 가능한데, 선형 카보네이트계 화합물, 환형 카보네이트 화합물을 각각 단독으로 또는 이들을 혼합하여 사용할 수 있다. 이러한 카보네이트계 화합물의 비제한적인 예로는 프로필렌 카보네이트(PC), 에틸렌카보네이트(EC), 디에틸카보네이트(DEC), 디메틸카보네이트(DMC), 디프로필카보네이트(DPC), 부티렌 카보네이트, 메틸프로필 카보네이트, 에틸프로필 카보네이트, 디메틸설폭사이드, 아세토니트릴, 디메톡시에탄, 디에톡시에탄, 테트라하이드로퓨란, N-메틸-2-피롤리돈(NMP), 에틸메틸카보네이트(EMC), 감마 부티로락톤 등이 있다. 이들 카보네이트계 화합물은 주지된 바와 같이 할로겐 원자로 치환될 수 있음은 물론이다.
본 발명에 따른 전해질은 당업계에 알려진 통상적인 방법에 따라 제조할 수 있는데, 예를 들어 전술한 알콕시 알킬기 함유 아미드 화합물과 리튬염을 상온에서 혼합한 후 카보네이트 계열 화합물을 첨가하거나, 아미드기 함유 화합물, 카보네이트 계열 화합물 및 리튬염을 상온에서 혼합하여 70℃ 이하의 적당한 온도를 가해 반응시킨 후 정제함으로써 제조될 수 있다. 이 때, 전해질에 함유된 공융혼합물의 알콕시 알킬기 함유 아미드 화합물과 리튬염의 몰비는 이온 전도도와 점도를 고려할 때 바람직하게는 1 내지 8 : 1, 더욱 바람직하게는 2 내지 6 : 1이다.
한편, 본 발명의 전해질은 본 발명의 목적을 저해하지 않는 한도 내에서 다양한 종류의 첨가제나 유기용매를 더 포함할 수 있음은 당업자에게 자명하다고 할 것이다.
본 발명의 전해질은 전해질 형태에 관계없이 모두 적용이 가능한데, 예를 들어 액체 전해질이나, 폴리머 자체로 된 고체상 또는 겔상과 같은 폴리머 전해질로 이용될 수 있다.
본 발명의 전해질이 폴리머 전해질인 경우, 공융혼합물과 카보네이트계 화합물의 혼합물과 단량체(monomer)를 동시에 함유하는 전구체 용액을 중합하여 겔상의 폴리머 전해질로, 또는 공융혼합물과 카보네이트계 화합물의 혼합물이 고체상 또는 겔상과 같은 폴리머에 함침된 형태의 폴리머 전해질로 제조될 수 있다.
우선, 전구체 용액의 중합 반응에 의해 제조된 겔상의 폴리머 전해질에 대해 설명한다.
본 발명의 일측면에 따른 겔상의 폴리머 전해질은 (i) 전술한 (a)의 공융혼합물과 (b)의 카보네이트계 화합물의 혼합물 및 (ii) 단량체(monomer)를 동시에 첨 가한 전구체 용액을 중합시켜 형성될 수 있다.
단량체(monomer)는 중합반응이 진행됨에 따라 공융혼합물과 카보네이트계 화합물의 혼합물과 함께 겔 폴리머를 형성할 수 있는 모든 종류의 단량체가 적용 가능하며, 이의 비제한적인 예로는 비닐 모노머 등이 있다. 비닐 모노머는 공융혼합물과 카보네이트계 화합물의 혼합물과 혼합되어 겔 폴리머를 형성하는 경우 중합이 매우 간단하다는 장점이 있다.
사용 가능한 비닐 모노머의 비제한적인 예로는 아크릴로니트릴, 메틸메타크릴레이트, 메틸아크릴레이트, 메타크릴로니트닐, 메틸스티렌, 비닐에스테르류, 염화비닐, 염화비닐리덴, 아크릴아마이드, 테트라플루오로에틸렌, 비닐아세테이트, 비닐클로라이드, 메틸비닐케톤, 에틸렌, 스티렌, 파라메톡시스티렌, 파라시아노스티렌 등이 있으며, 이들은 각각 단독으로 또는 이들을 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다.
전구체 용액은 통상적인 중합개시제 또는 광개시제를 추가적으로 포함할 수 있는데, 개시제(initiator)는 열이나 자외선에 의해 분해되어 라디칼(radical)을 형성하고, 자유라디칼 중합에 의해 모노머와 반응하여 겔 폴리머 전해질을 형성한다. 또한, 개시제를 사용하지 않고 모노머의 중합을 진행할 수도 있다. 일반적으로 자유라디칼 중합은 반응성이 강한 일시적인 분자들 또는 활성점이 형성되는 개시반응, 활성연쇄말단에 단량체가 부가되어 다시 사슬 끝에 활성점이 형성되는 성장반응, 활성점을 다른 분자들에게 이동시키는 연쇄이동반응, 활성연쇄 중심이 파괴되는 정지반응의 과정을 거치게 된다.
사용 가능한 열중합 개시제로의 비제한적인 예로는 Benzoyl peroxide, Acetyl peroxide, Dilauryl peroxide, Di-tert-butyl peroxide, Cumyl hydroperoxide, Hydrogen peroxide 등의 유기과산화물류나 히드로과산화물류, 2,2-Azobis(2-cyanobutane), 2,2-Azobis(Methylbutyronitrile), AIBN(Azobis(iso-butyronitrile), AMVN (Azobisdimethyl-Valeronitrile) 등의 아조화합물류, 알킬화은류와 같은 유기금속 등이 있다. 또한, 자외선과 같은 빛에 의해 라디칼이 형성되는 광 개시제의 비제한적인 예로는Chloroacetophenone, Diethoxy Acetophenone(DEAP), 1-phenyl-2-hydroxy-2-methyl propaneone(HMPP), 1-Hydroxy cyclrohexyl phenyl ketone, α-Amino Acetophenone, Benzoin Ether, Benzyl Dimethyl ketal, Benzophenone, Thioxanthone, 2-ethylAnthraquinone(2-ETAQ) 등이 있다.
상기 기재된 성분들 이외에, 본 발명에 따른 겔 폴리머 전해질의 전구체 용액은 당업계에 알려진 기타 첨가제 등을 선택적으로함유할 수 있다.
전술한 전구체 용액을 이용하여 당업계에 알려진 통상적인 방법에 따라 겔 폴리머 전해질을 형성하게 되는데, 전기 화학 소자 내부에서 In-Situ 중합 반응에 의하여 겔 폴리머 전해질을 제조하는 것이 바람직하다. In-Situ 중합 반응은 열 또는 자외선 조사를 통해 가능하다. 전구체 용액 내의 (i) 성분 및 (ii) 성분의 함량비는 예를 들어 0.5~0.95 : 0.05~0.5로 조절할 수 있다.. 겔 폴리머의 중합 정도는 반응 인자인 중합 시간, 중합 온도 또는 광조사량 정도에 따라 조절할 수 있으므로, 전해질이 누출되지 않으면서도 폴리머가 과중합되어 부피가 수축되지 않을 정 도로 조절한다.
본 발명에 따른 폴리머 전해질의 다른 제조방법으로서, 공융혼합물과 카보네이트계 화합물의 혼합물을 이미 형성된 고체상 폴리머 또는 겔상 폴리머에 주입하여, 전해질이 폴리머에 함침된 형태로 제조할 수 있다.
사용 가능한 폴리머의 비제한적인 예로는 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리비닐리덴 디플루라이드, 폴리비닐 클로라이드, 폴리에틸렌 옥사이드, 폴리하이드록시에틸메타크릴레이트 등을 각각 단독으로 또는 이들을 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다. 이 방법은 전술한 In-Situ 방법에 비해 제조 공정이 단순화될 수 있다.
본 발명에 따른 폴리머 전해질의 또 다른 제조방법으로서, 공융혼합물과 카보네이트계 화합물의 혼합물과 폴리머를 용매에 용해시킨 후 용매를 제거함으로써 폴리머 전해질을 형성하는 방법이 이용될 수 있다. 이때, 전해질은 폴리머 매트릭스 내부에 함유된 형태가 된다.
사용 가능한 용매로는 특별한 제한은 없으며, 이의 비제한적인 예로는 톨루엔, 아세톤, 아세토니트릴, THF 등이 있다. 또한 용매 제거 방법도 특별한 제한은 없으며, 열을 가하는 등의 통상적인 방법이 이용될 수 있다.
전술한 본 발명의 전해질은 리튬 이차전지와 같은 전기화학소자에 유용하게 적용될 수 있다. 본 발명의 전해질을 적용한 리튬 이차전지는 열적 안정성이 양호하다. 따라서, 본 발명의전해질을 적용한 파우치형 이차전지를 4.2 V까지 충전한 다음 90 ℃에서 4시간 방치한 후에도, 그 두께 변화율이 10 % 이하로 나타날 수있다.
이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 실시예를 들어 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명에 따른 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어져서는 안된다. 본 발명의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되어지는 것이다.
전해질의 제조
실시예 1
N-메톡시에틸-N-메틸 메틸카바메이트 4.1g과 LiPF6 2g을 둥근 바닥 플라스크에 넣고, 질소 분위기하에서 2시간 동안 서서히 교반시킨 후 에틸메틸카보네이트 1.7g을 추가하여 원하는 전해질 7.8g을 수득하였다.
실시예 2
N-메톡시에틸 메틸카바메이트 3.6g과 LiPF6 2g을 둥근 바닥 플라스크에 넣고, 질소 분위기하에서 2시간 동안 서서히 교반시킨 후 에틸메틸카보네이트 1.6g을 추가하여 원하는 전해질 7.2g을 수득하였다.
실시예 3
N-메톡시에틸-N-메틸 메톡시에틸 카바메이트 5.2g과 LiPF6 2g을 둥근 바닥 플라스크에 넣고, 질소 분위기하에서 2시간 동안 서서히 교반시킨 후 에틸메틸카보네이트 2.3g을 추가하여 원하는 전해질 9.5g을 수득하였다.
실시예 4
N-메톡시에틸-옥사졸리디논 4.0g과 LiPF6 2g을 둥근 바닥 플라스크에 넣고, 질소 분위기하에서 2시간 동안 서서히 교반시킨 후 에틸메틸카보네이트 1.7g을 추가하여 원하는 전해질 7.7g을 수득하였다.
실시예 5
N-메톡시에틸-N-메틸 페닐티오카바메이트 3.8g과 LiPF6 2g을 둥근 바닥 플라스크에 넣고, 질소 분위기하에서 2시간 동안 서서히 교반시킨 후 에틸메틸카보네이트 1.7g을 추가하여 원하는 전해질 7.4g을 수득하였다.
실시예 6
N-메톡시에틸-N-메틸 피페리딘카바메이트 3.6g과 LiPF6 2g을 둥근 바닥 플라스크에 넣고, 질소 분위기하에서 2시간 동안 서서히 교반시킨 후 에틸메틸카보네이트 1.7g을 추가하여 원하는 전해질 7.1g을 수득하였다.
비교예 1
정제된 메틸카바메이트 4.7g과 LiTFSI 6g을 둥근 바닥 플라스크에 넣고 상온에서 질소 분위기하에서 2시간 동안 서서히 교반시켜 공융혼합물 10.7g을 수득하였다.
비교예 2
정제된 아세트아미드 3.8g과 LiTFSI 6g을 둥근 바닥 플라스크에 넣고 질소 분위기 하에서 2시간 동안 서서히 교반시켜 공융혼합물 9.8g을 수득하였다.
비교예 3
옥사졸리디논 5.3g과 LiPF6 2g을 둥근 바닥 플라스크에 넣고, 질소 분위기하에서 2시간 동안 서서히 교반하여 공융혼합물 7.3g을 수득하였다.
전해질의 물성 평가
전술한 실시예 및 비교예에 따라 제조한 전해질의 물성을 평가하기 위하여, 하기와 같이 실시하였다.
점도 및 이온 전도도 평가
실시예 1 내지 6의 전해질 및 비교예 1 내지 2의 공융혼합물에 대하여, RS150 점도계를 사용하여 25℃에서 점도를 측정하였고, 이온 전도도는Inolab 740기기를 이용하여 측정하였다. 측정된 결과를 하기 표 1에 기재하였다.
| 점도(cP) | 이온 전도도(mS/cm) | |
| 실시예 1 | 7.4 | 7.1 |
| 실시예 2 | 10.2 | 5.6 |
| 실시예 3 | 9.2 | 5.9 |
| 실시예 4 | 15.6 | 5.1 |
| 실시예 5 | 11.3 | 6.2 |
| 실시예 6 | 13.1 | 5.5 |
| 비교예 1 | 62.0 | 1.7 |
| 비교예 2 | 100.0 | 1.1 |
표 1을 참조하면, 본 발명의 전해질은 점도와 이온 전도도가 종래의 공융혼합물로 된 전해질보다 크게 개선되었음을 알 수 있다.
전위창 평가
상기 화학식 1에 대응하는 아미드 화합물을 구성성분으로 하는 실시예 1 내지 실시예 3의 공융혼합물 및 비교예 1 내지 2의 공융혼합물에 대한 전위창을 Bistat potentiostat을 이용하여 측정하였고, 그 결과를 하기 표 2에 기재하였다. 표 2의 결과를 참조하면, 알콕시 알킬기를 함유하는 아미드 화합물을 구성성분으로 하는 실시예들의 공융혼합물의 환원전위창(전위창의 하한값)이 비교예들의 공융혼합물보다 낮아 환원안정성이 향상되었음을 알 수 있다.
| 실시예 1 | 실시예 2 | 실시예 3 | 비교예 1 | 비교예 2 | |
| 전위창(V) | 0.45~4.5 | 0.5~4.7 | 0.45~4.55 | 0.6~4.7 | 0.7~4.9 |
또한, 상기 화학식 2에 대응하는 아미드 화합물을 구성성분으로 하는 실시예 4의 공융혼합물과 비교예 3의 공융혼합물에 대하여 전위창을 측정하고, 그 결과를 하기 표 3에 나타냈다. 표 3의 결과를 참조하면, 알콕시 알킬기를 함유하는 아미드 화합물을 구성성분으로 하는 실시예 4의 공융혼합물의 환원전위창(전위창의 하한값)이 비교예들의 공융혼합물보다 낮아 환원안정성이 향상되었음을 알 수 있다.
| 전위창 | |
| 실시예 4 | 0.8~4.7 |
| 비교예 3 | 1.1~4.8 |
이차전지의 제조
실시예 7
(양극 제조)
양극활물질로 LiCoO2, 도전재로 인조흑연, 바인더로서 폴리비닐리덴 플루오라이드를 94:3:3의 중량비로 혼합하고, 얻어진 혼합물에 N-메틸피롤리돈을가하여 슬러리를 제조하였다. 제조된 슬러리를 알루미늄 포일에 도포하고, 130℃에서 2시간 동안 건조하여 양극을 제조하였다.
(음극 제조)
음극활물질, 인조흑연, 도전재, 바인더를 94:3:3의 중량비로 혼합하고, N-메틸피롤리돈을 가하여 슬러리를 제조하였다. 제조된 슬러리를 구리 포일에 도포하고, 130℃에서 2시간 동안 건조하여 음극을 제조하였다.
(이차전지 조립)
상기와 같이 제조된 양극 및 음극을 1cm2로 준비하고, 그 사이에 분리막을 개재(介在)시켰다. 여기에 상기 실시예 1에서 제조한 전해질을 주입하여 도 1과 같이이차전지를 완성하였다. 도 1에서, 도면부호 1은 양극, 2는 음극, 3은 분리막과 전해질, 4는 스페이서, 5는 동전 캔 용기, 6은 동전 캔 뚜껑, (7)은 봉합용 고무를 나타낸다.
실시예 8
상기와 같이 제조된 양극 및 음극 사이에 분리막을 개재시킨 상업용 파우치형 전지에, 상기 실시예 1에서 제조한 전해질을 2.3g 주입하여 이차전지를 제작하였다.
비교예 4
전해질로서 에틸렌카보네이트 4.2g과 에틸메틸카보네이트 6.3g을 혼합한 후 LiPF6 1.5g을 용해시켜 제조한 전해액을 사용한 것을 제외하고는 실시예 7과 동일한 방법으로 이차전지를 제작하였다.
비교예 5
전해질로 실시예1의 전해질 대신 비교예 1의 전해질을 사용한 것을 제외하고는 실시예 8과 동일한 방법으로 이차전지를 제조하였다.
충방전 성능 평가
상기 방법에 따라 제조한 이차전지를 0.5㎃로 각각 충방전하여, 사이클에 따른 방전 용량 및 충방전 효율을 측정하였다.
실험결과, 통상적인 카보네이트계 용매를 포함하는 전해질을 사용한 비교예 4의 전지 및 본 발명의 전해질을 사용한 실시예 7의 전지는 도 2에 도시된 바와 같이 모두 삼십 번째 사이클 이후 90% 이상의 방전 용량 및 99%의 충-방전효율을 나타내었다. 도 2에서 실선은 실시예 7을, 점선은 비교예 4를 나타낸다. 이로부터, 본 발명의 전해질은 상온에서 종래 상업화된 액체 전해질과 동등한 성능을 발휘할 수 있음을 알 수 있었다.
전지의 열적 안전성 평가
본 발명에 따른 전해질로 포함하는 리튬 이차 전지의 안전성을 평가하기 위해, 하기와 같은 실험을 수행하였다.
실시예 7 및 비교예 4의 전지들을 23℃에서 4.2V까지 충전한 후, 전지를 분해하여 양극을 채취하였다. 이후 채취된 양극에 대하여 시차 주사 열량계(differential scanning calorimetry: DSC) 를 이용하여 양극과 전해액에 대한 열적 안전성을 평가하였다. 도 3 및 도 4는 각각 실시예 7 및 비교예 4의 전지에 대한 DSC 결과를 도시한 그래프이고, 이를 분석한 결과를 표 4에 나타냈다.
| 실시예 7 | 비교예 4 | |||
| Onset Temp(℃) | 220 | 249 | 203 | 241 |
| Peak area(W/g) | 66 | 501 | 539 | 174 |
도 3 및 도 4를 참조하면, 실시예 7의 전지는 발열량이 가장 큰 봉우리가 249℃에서 시작한 반면, 종래 EC와 EMC가 혼용된 전해액을 구비하는 비교예 4의 전지는 보다 낮은 온도인 203℃ 에서 시작함을 알 수 있다. 따라서 본 발명에 따른 실시예 7의 리튬 이차전지는 전극활물질과 전해액과의 부반응이 유의적으로 억제되어 전지의 열적 안전성이 향상된다는 것을 확인할 수 있었다.
이차 전지의 고온 방치 실험
전술한 방법에 따라 준비한 실시예 8 및 비교예 5의 파우치형 이차전지를 4.2V까지 충전한 후, 90℃에 4시간 방치하여 전지의 두께 변화를 측정하였다. 실험 결과는 표 5와 같다.
| 초기 두께(mm) | 후기 두께(mm) | 증가량(%) | |
| 실시예 8 | 3.85 | 3.92 | 1.8% |
| 비교예 5 | 3.86 | 4.53 | 17.3% |
표 5를 참조하면, 본 발명의 전해질을 이용한 실시예 8의 전지는 종래의 공융혼합물을 전해질로 사용한 비교예 5의 전지보다 우수한 고온 안정성을 보임을 알 수 있다.
도 1은 코인형 이차전지의 개략적인 단면도이고,
도 2는 실시예 7 및 비교예 4에 따른 이차전지의 충방전 효율을 측정한 그래프이다.
도 3은 실시예 7의 리튬 이차전지에 있어서, 충전된 LiCoO2 전극과 전해질의 시차 주사 열량계(DSC) 분석 결과를 나타낸 그래프이다.
도 4는 비교예 4의 리튬 이차전지에 있어서, 충전된 LiCoO2 전극과 전해질의 시차 주사 열량계(DSC) 분석 결과를 나타낸 그래프이다.
Claims (21)
- (a) 하기 화학식 1 또는 하기 화학식 2로 표시되는 알콕시 알킬기 함유 아미드 화합물과 이온화 가능한 리튬염의 공융혼합물(eutectic mixture) 및(b) 카보네이트계 화합물을 포함하는 전해질.<화학식 1>
상기 화학식 1에 있어서,R, R1 및 R2는 서로 독립적으로 수소, 할로겐 및 탄소수가 1 내지 20인 알킬기, 알킬아민기, 알케닐기 및 아릴기로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나이되, R1과 R2 중 적어도 하나는 CH3-(CH2)p-O(CH2)q로 표시되는 알콕시 알킬기로서, p는 0 내지 8의 정수이고, q는 1 내지 8의 정수이고,X는 규소, 산소, 질소, 인, 황 및 수소로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나로서, i) X가 수소이면 m은 0이고, ii) X가 산소 또는 황이면 m은 1이고, ⅲ) X가 질소 또는 인이면 m은 2이고, ⅳ) X가 규소이면 m은 3이다.<화학식 2>
상기 화학식 2에 있어서,R은 수소, 탄소수가 1 내지 20인 알킬기, 알킬아민기, 알케닐기, 아릴기 및 알릴기로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나이고, R1은 CH3-(CH2)p-O(CH2)q로 표시되는 알콕시 알킬기로서, p는 0 내지 8의 정수이고, q는 1 내지 8의 정수이고,X는 규소, 산소, 질소, 인 및 황으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나로서, i) X가 산소 또는 황이면 m은 0이고, ii) X가 질소 또는 인이면 m은 1이고, iii) X가 규소이면 m은 2이며,n은 1 내지 10의 정수이다. - 제 1항에 있어서, 상기 알콕시 알킬기 함유 아미드 화합물은 N-메톡시에틸 메틸카바메이트, N-메톡시에틸-N-메틸 메틸카바메이트, N-메톡시메틸-N-메틸 메틸카바메이트, N,N-디메틸 메톡시에틸 카바메이트, N-메틸-메톡시메틸 메톡시에틸 카바메이트, N-메틸-N-메톡시에틸 메톡시에틸 카바메이트, N-메틸-N-메톡시에틸 메톡시메틸 카바메이트, N-메톡시에틸카프로락탐, N-메톡시에틸 옥사졸리디논, N-메톡시에틸-N-메틸 페닐티오카바메이트 및 N-메톡시에틸-N-메틸 피페리딘카바메이트로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 전해질.
- 제 1항에 있어서, 상기 리튬염의 음이온은 F-, Cl-, Br-, I-, NO3 -, N(CN)2 -, BF4 -, ClO4 -, PF6 -, (CF3)2PF4 -, (CF3)3PF3 -, (CF3)4PF2 -, (CF3)5PF-, (CF3)6P-, CF3SO3 -, CF3CF2SO3 -, (CF3SO2)2N-, (FSO2)2N-, CF3CF2(CF3)2CO-, (CF3SO2)2CH-, (SF5)3C-, (CF3SO2)3C-, CF3(CF2)7SO3 -, CF3CO2 -, CH3CO2 - , SCN- 및 (CF3CF2SO2)2N-로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 전해질.
- 제 1항에 있어서, 상기 공융혼합물은 상기 알콕시 알킬기 함유 아미드 화합물과 리튬염의 몰비가 1 내지 8 : 1인 것을 특징으로 하는 전해질.
- 제 1항에 있어서, 상기 화학식 1로 표시되는 알콕시 알킬기 함유 아미드 화합물과 이온화 가능한 리튬염의 공융혼합물의 환원전위창은 0.4 내지 0.55V이고, 상기 화학식 2로 표시되는 알콕시 알킬기 함유 아미드 화합물과 이온화 가능한 리튬염의 공융혼합물의 환원전위창은 0.7 내지 0.9V인 것을 특징으로 하는 전해질.
- 제 1항에 있어서, 상기 카보네이트계 화합물은 선형 카보네이트, 환형 카보네이트 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나인 것을 특징으 로 하는 전해질.
- 제 6항에 있어서, 상기 카보네이트계 화합물은 프로필렌 카보네이트(PC), 에틸렌 카보네이트(EC), 디에틸카보네이트(DEC), 디메틸카보네이트(DMC), 디프로필카보네이트(DPC), 부티렌 카보네이트, 메틸프로필 카보네이트, 에틸프로필 카보네이트, 디메틸설폭사이드, 아세토니트릴, 디메톡시에탄, 디에톡시에탄, 테트라하이드로퓨란, N-메틸-2-피롤리돈(NMP), 에틸메틸카보네이트(EMC) 및 감마 부티로락톤으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는 전해질.
- 제 1항에 있어서, 상기 카보네이트계 화합물의 함량은 상기 공융혼합물 100 중량부를 기준으로 5 내지 200 중량부인 것을 특징으로 하는 전해질.
- 제 1항에 있어서, 점도가 50 cP 이하인 것을 특징으로 하는 전해질.
- 제 9항에 있어서, 점도가 4 내지 30 cP 이하인 것을 특징으로 하는 전해질.
- 제 1항에 있어서, 상기 전해질의 이온 전도도는 5 내지 10 mS/cm인 것을 특징으로 하는 전해질.
- 제 1항에 있어서, 상기 전해질은 폴리머 전해질인 것을 특징으로 하는 전해질.
- 제 12항에 있어서, 상기 폴리머 전해질은 (i) 상기 (a)의 공융혼합물과 (b)의 카보네이트계 화합물의 혼합물 및 (ii) 단량체(monomer)를 동시에 함유하는 전구체 용액을 중합하여 형성된 겔상의 폴리머 전해질인 것을 특징으로 하는 전해질.
- 제 13항에 있어서, 상기 단량체는 비닐 모노머인 것을 특징으로 하는 전해질.
- 제 14항에 있어서, 상기 비닐 모노머는 아크릴로니트릴, 메틸메타크릴레이트, 메틸아크릴레이트, 메타크릴로니트닐, 메틸스티렌, 비닐에스테르류, 염화비닐, 염화비닐리덴, 아크릴아마이드, 테트라플루오로에틸렌, 비닐아세테이트, 비닐크로라이드, 메틸비닐케톤, 에틸렌, 스티렌, 파라메톡시스티렌 및 파라시아노스티렌으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는 전해질.
- 제 13항에 있어서, 상기 겔상의 폴리머 전해질은 전기 화학 소자 내부에서 In-situ 중합하여 제조된 것을 특징으로 하는 전해질.
- 제 12항에 있어서, 상기 폴리머 전해질은 상기 (a)의 공융혼합물과 (b)의 카보네이트계 화합물의 혼합물이 폴리머에 함침된 폴리머 전해질인 것을 특징으로 하는 전해질.
- 제 17항에 있어서, 상기 폴리머는 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리비닐리덴 디플루라이드, 폴리비닐 클로라이드, 폴리에틸렌 옥사이드 및 폴리하이드록시에틸메타크릴레이트로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는 전해질.
- 양극, 음극 및 전해질을 포함하는 전기화학소자에 있어서,상기 전해질은 제1항의 전해질인 것을 특징으로 하는 전기화학소자.
- 제 19항에 있어서, 상기 전기화학소자는 리튬 이차전지인 것을 특징으로 하는 전기화학소자.
- 제 20항에 있어서, 상기 리튬 이차전지는 파우치형 이차전지이고, 상기 파우치형 이차전지를 4.2V까지충전한 다음 90℃에서 4시간 방치한 후의 두께 변화율이 10% 이하인 것을 특징으로 하는 전기화학소자.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR20080072804 | 2008-07-25 | ||
| KR1020080072804 | 2008-07-25 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20100011956A true KR20100011956A (ko) | 2010-02-03 |
| KR101022590B1 KR101022590B1 (ko) | 2011-03-16 |
Family
ID=41570753
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020090067924A KR101022590B1 (ko) | 2008-07-25 | 2009-07-24 | 공융혼합물을 포함하는 전해질 및 이를 구비한 전기화학소자 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US8481215B2 (ko) |
| JP (1) | JP5620910B2 (ko) |
| KR (1) | KR101022590B1 (ko) |
| CN (1) | CN102160228B (ko) |
| WO (1) | WO2010011110A2 (ko) |
Families Citing this family (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101452031B1 (ko) * | 2011-12-27 | 2014-10-23 | 주식회사 엘지화학 | 리튬 이차전지용 비수 전해질 및 이를 포함하는 리튬이차전지 |
| KR101640134B1 (ko) * | 2013-10-25 | 2016-07-15 | 주식회사 엘지화학 | 리튬 이차전지용 비수 전해액 및 이를 구비한 리튬 이차전지 |
| US9520619B2 (en) * | 2013-11-27 | 2016-12-13 | The Boeing Company | Methods of inerting lithium-containing batteries and associated containers |
| CN103956516B (zh) * | 2014-05-08 | 2016-03-23 | 山东省科学院能源研究所 | 一种锂离子动力电池电解液 |
| US9957459B2 (en) * | 2014-11-03 | 2018-05-01 | Exxonmobil Research And Engineering Company | Low transition temperature mixtures or deep eutectic solvents and processes for preparation thereof |
| US9871273B2 (en) * | 2014-12-18 | 2018-01-16 | Intel Corporation | Surface mount battery and portable electronic device with integrated battery cell |
| KR102245125B1 (ko) * | 2017-05-18 | 2021-04-28 | 주식회사 엘지화학 | 전극 조립체 제조 장치 및 전극 조립체 제조방법 |
| MX2021006795A (es) * | 2018-12-10 | 2021-07-15 | Advansix Resins & Chemicals Llc | Composiciones que incluyen cloruro de polivinilo o cloruro de polivinilo clorado. |
| KR20200099891A (ko) * | 2019-02-15 | 2020-08-25 | 주식회사 유뱃 | 전기화학 소자 및 이의 제조방법 |
| EP3963017A2 (en) * | 2019-05-01 | 2022-03-09 | Novochem Green Additives B.V. | Eutectic composition |
| EP4309228A2 (en) | 2021-09-27 | 2024-01-24 | QuantumScape Battery, Inc. | Electrochemical stack and method of assembly thereof |
| CN113851720B (zh) * | 2021-10-29 | 2023-02-28 | 天津市捷威动力工业有限公司 | 一种锂离子电池非水电解液及其应用 |
| CN115458811B (zh) * | 2022-09-02 | 2023-03-21 | 哈尔滨工业大学（深圳） | 一种基于砜基低共熔溶剂的电解液及其制备方法与锂离子电池 |
Family Cites Families (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000348759A (ja) * | 1999-06-02 | 2000-12-15 | Mitsui Chemicals Inc | 非水電解液およびそれを用いた二次電池 |
| JP2000348760A (ja) | 1999-06-02 | 2000-12-15 | Mitsui Chemicals Inc | 非水電解液およびそれを用いた二次電池 |
| KR100663032B1 (ko) * | 2004-09-21 | 2006-12-28 | 주식회사 엘지화학 | 공융혼합물을 포함하는 전해질 및 이를 이용한 전기 변색소자 |
| KR101108945B1 (ko) | 2004-12-02 | 2012-01-31 | 옥시스 에너지 리미티드 | 리튬-황 전지용 전해질 및 그것을 사용한 리튬-황 전지 |
| EP1924649B1 (en) | 2005-08-19 | 2012-03-07 | LG Chem, Ltd. | Electrolyte comprising eutectic mixture and electrochemical device using the same |
| KR100751203B1 (ko) | 2005-08-19 | 2007-08-22 | 주식회사 엘지화학 | 공융혼합물을 포함하는 전해질 |
| WO2007049922A1 (en) * | 2005-10-27 | 2007-05-03 | Lg Chem, Ltd. | Secondary battery comprising eutectic mixture and preparation method thereof |
| KR100880523B1 (ko) * | 2005-12-30 | 2009-01-28 | 주식회사 엘지화학 | 공융혼합물을 포함하는 전해질을 구비한 전기변색소자 |
-
2009
- 2009-07-24 US US13/055,520 patent/US8481215B2/en active Active
- 2009-07-24 JP JP2011519997A patent/JP5620910B2/ja active Active
- 2009-07-24 KR KR1020090067924A patent/KR101022590B1/ko active IP Right Grant
- 2009-07-24 WO PCT/KR2009/004146 patent/WO2010011110A2/ko active Application Filing
- 2009-07-24 CN CN200980136628.1A patent/CN102160228B/zh active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2010011110A2 (ko) | 2010-01-28 |
| US8481215B2 (en) | 2013-07-09 |
| JP2011529252A (ja) | 2011-12-01 |
| KR101022590B1 (ko) | 2011-03-16 |
| US20110117422A1 (en) | 2011-05-19 |
| WO2010011110A3 (ko) | 2010-05-06 |
| CN102160228B (zh) | 2014-07-09 |
| JP5620910B2 (ja) | 2014-11-05 |
| CN102160228A (zh) | 2011-08-17 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR101041722B1 (ko) | 공융혼합물과 니트릴 화합물을 포함하는 전해질 및 이를 구비한 전기화학소자 | |
| KR101022590B1 (ko) | 공융혼합물을 포함하는 전해질 및 이를 구비한 전기화학소자 | |
| KR101028887B1 (ko) | 아미드 화합물을 포함하는 전해질 및 이를 구비한 전기화학소자 | |
| KR101055144B1 (ko) | 아미드 화합물을 포함하는 전해질 및 이를 구비한 전기화학소자 | |
| KR101046094B1 (ko) | 공융혼합물을 포함하는 전해질 및 이를 구비한 전기화학소자 | |
| KR101472169B1 (ko) | 리튬 이차전지용 전해액 및 이를 구비한 리튬 이차전지 | |
| KR101065574B1 (ko) | 시안화 알킬기로 치환된 아미드 화합물을 포함하는 전해질 및 이를 구비한 전기화학소자 | |
| KR100998102B1 (ko) | 공융혼합물을 포함하는 전해질 및 이를 구비한 전기화학소자 | |
| KR100976960B1 (ko) | 공융혼합물을 포함하는 전해질 및 이를 구비한 리튬이차전지 | |
| KR100997613B1 (ko) | 공융혼합물을 포함하는 전해질 및 이를 구비한전기화학소자 | |
| KR101629507B1 (ko) | 보란 화합물을 포함하는 전해질 및 이를 구비한 전기화학소자 | |
| KR101645528B1 (ko) | 알콕시알킬 니트릴 화합물을 포함하는 전해질 및 이를 구비한 전기화학소자 | |
| KR101129485B1 (ko) | 공융혼합물과 불소화 에테르 화합물을 포함하는 전해질 및 이를 구비한 전기화학소자 | |
| KR101645529B1 (ko) | 아미드 화합물과 에스테르 화합물을 포함하는 전해질 및 이를 구비한 전기화학소자 | |
| KR20120007281A (ko) | 아미드 화합물을 포함하는 전해질 및 이를 구비한 전기화학소자 | |
| KR101600024B1 (ko) | 아미드 화합물을 포함하는 전해질 및 이를 구비한 전기화학소자 | |
| KR20140147478A (ko) | 아미드 화합물을 포함하는 전해질 및 이를 구비한 전기화학소자 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20140103 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20150119 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20160216 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20170216 Year of fee payment: 7 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20180116 Year of fee payment: 8 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20190116 Year of fee payment: 9 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20200116 Year of fee payment: 10 |