KR20160026648A - Composite electrolyte, and lithium battery comprising electrolyte - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a complex electrolyte including a polymeric ionic liquid, inorganic particle, and organic electrolyte as well as a lithium battery including the same. The present invention can improve cycle properties of the lithium battery.

Description

복합전해질 및 이를 포함하는 리튬전지{Composite electrolyte, and lithium battery comprising electrolyte}[0001] The present invention relates to a composite electrolyte and a lithium battery including the composite electrolyte,

복합전해질 및 이를 포함하는 리튬전지에 관한 것이다.A composite electrolyte and a lithium battery including the composite electrolyte.

리튬전지용 음극활물질의 대표적인 예는 흑연과 같은 탄소계 재료이다. 흑연은 용량유지특성 및 전위특성이 우수하다. 또한, 흑연은 리튬의 흡장/방출시 부피 변화가 없어 전지의 안정성이 높다. 흑연의 이론적 전기용량은 372mAh/g 정도로 낮다.A representative example of the negative electrode active material for a lithium battery is a carbon-based material such as graphite. Graphite is excellent in capacity retention characteristics and dislocation characteristics. In addition, graphite does not change in volume when lithium is occluded / released, and thus the stability of the battery is high. The theoretical capacity of graphite is as low as 372 mAh / g.

리튬전지용 음극활물질로서 리튬금속이 사용될 수 있다. 리튬금속은 단위 질량 당 전기용량이 매우 크다. 리튬금속은 리튬 이온의 흡장/방출 과정에서 리튬금속 표면에 덴드라이트 구조가 형성되어 양극과 음극 사이의 단락을 유발시킬 수 있다. 또한, 리튬금속은 충방전시에 액체전해질과의 반응성이 높다.Lithium metal may be used as a negative electrode active material for a lithium battery. Lithium metal has a very high electric capacity per unit mass. The lithium metal may form a dendritic structure on the surface of the lithium metal in the process of intercalating / deintercalating lithium ions, thereby causing a short circuit between the positive electrode and the negative electrode. Further, the lithium metal has high reactivity with the liquid electrolyte at the time of charging and discharging.

리튬금속의 높은 반응성을 억제하기 위하여 리튬금속 표면에 고체전해질을 도입할 수 있다. 예를 들어, 무기전해질의 일종인 LiPON(lithium phosphorous oxynitirde)는 상온에서 리튬이온전도도가 2×10-6 S/cm 이하로서 매우 낮으며 200nm 이상의 두께에서 저항도 매우 크다. 예를 들어, 유리-세라믹 고체전해질의 일종인 LATP는 부러지기 쉽고 고체전해질 내의 전이금속이 리튬과 반응할 수 있다.In order to suppress the high reactivity of the lithium metal, a solid electrolyte may be introduced onto the surface of the lithium metal. For example, lithium phosphorous oxynitride (LiPON), which is a kind of inorganic electrolyte, has a very low lithium ion conductivity of less than 2 × 10 -6 S / cm at room temperature and has a very high resistance at a thickness of 200 nm or more. For example, LATP, a type of glass-ceramic solid electrolyte, is fragile and the transition metal in the solid electrolyte can react with lithium.

따라서, 리튬금속에 대하여 안정하면서도 유연하고 이온전도도가 높은 전해질이 여전히 요구된다.Therefore, there is still a need for an electrolyte that is stable and flexible with respect to lithium metal and has high ion conductivity.

한 측면은 복합전해질을 제공하는 것이다.One aspect is to provide a composite electrolyte.

다른 한 측면은 상기 복합전해질을 포함하는 리튬전지를 제공하는 것이다.Another aspect is to provide a lithium battery including the composite electrolyte.

한 측면에 따라,According to one aspect,

이온성액체고분자(polymeric ionic liquid);Ionic liquid polymeric;

무기입자(inorganic particle): 및Inorganic particles: and

유기전해질(organic electrolyte);을 포함하는 복합전해질이 제공된다.There is provided a composite electrolyte comprising an organic electrolyte.

다른 한 측면에 따라,According to another aspect,

양극;anode;

음극; 및cathode; And

상기 음극 상의 적어도 일부에 배치된 전해질층을 포함하며,And an electrolyte layer disposed on at least a portion of the cathode,

상기 전해질층이 상기에 따른 복합전해질을 포함하는 리튬전지가 제공된다.There is provided a lithium battery in which the electrolyte layer comprises the composite electrolyte according to the above.

한 측면에 따르면 복합전해질을 도입함에 의하여 리튬전지의 사이클특성이 향상될 수 있다.According to one aspect, the cycle characteristics of the lithium battery can be improved by introducing the composite electrolyte.

도 1은 일구현예에 따른 리튬전지의 개략도이다.
도 2는 다른 일구현예에 따른 다층 구조 전해질층의 개략도이다.
도 3은 다른 일구현예에 따른 리튬전지의 개략도이다.
도 4는 다른 일구현예에 따른 리튬전지의 개략도이다.
도 5는 다른 일구현예에 따른 리튬전지의 개략도이다.
도 6은 다른 일구현예에 따른 리튬전지의 개략도이다.
도 7은 다른 일구현예에 따른 리튬전지의 개략도이다.
도 8a 및 8b는 실시예 5에서 제조된 리튬전지의 순환전류전압법(cyclic voltammetry) 측정결과이다.
도 9a는 비교예 9에서 제조된 리튬전지에 대한 시간 경과에 따른 임피던스 측정 결과를 나타내는 나이퀴스트 플롯(Nyquist plot)이다.
도 9b는 실시예 9에서 제조된 리튬전지에 대한 시간 경과에 따른 임피던스 측정 결과를 나타내는 나이퀴스트 플롯(Nyquist plot)이다.
도 10는 실시예 13 내지 16, 비교예 13 내지 14 및 참고예 1에서 제조된 리튬전지의 수명특성 실험 결과이다.
1 is a schematic view of a lithium battery according to one embodiment.
2 is a schematic diagram of a multi-layered electrolyte layer according to another embodiment.
3 is a schematic view of a lithium battery according to another embodiment.
4 is a schematic view of a lithium battery according to another embodiment.
5 is a schematic view of a lithium battery according to another embodiment.
6 is a schematic view of a lithium battery according to another embodiment.
7 is a schematic view of a lithium battery according to another embodiment.
8A and 8B are cyclic voltammetry measurement results of the lithium battery manufactured in Example 5. FIG.
9A is a Nyquist plot showing impedance measurement results with time for a lithium battery manufactured in Comparative Example 9. FIG.
9B is a Nyquist plot showing impedance measurement results with time for the lithium battery manufactured in Example 9. FIG.
10 is a graph showing the life characteristics of the lithium batteries prepared in Examples 13 to 16, Comparative Examples 13 to 14, and Reference Example 1. FIG.

이하에서 예시적인 구현예들에 따른 복합전해질 및 이를 포함하는 리튬전지에 관하여 더욱 상세히 설명한다.Hereinafter, a composite electrolyte according to exemplary embodiments and a lithium battery including the composite electrolyte will be described in more detail.

일구현예에 따른 복합전해질은 이온성액체고분자(polymeric ionic liquid); 무기입자(inorganic particle): 및 유기전해질(organic electrolyte);을 포함한다.The composite electrolyte according to one embodiment includes an ionic liquid polymer; An inorganic particle, and an organic electrolyte.

종래의 전해질은 기계적 강도가 증가할 경우 이온전도도가 부진하고, 이온전도도가 증가할 경우 기계적 강도가 부진하였다. 또한, 전해질과 전극 계면에서 이온 분포의 불균일로 인하여 덴드라이트가 용이하게 형성되었다. 이에 반해, 상기 복합전해질은 이온성액체고분자, 무기입자 및 유기전해질을 동시에 포함함에 의하여 향상된 이온전도도와 기계적 강도를 동시에 제공하면서, 전극/전해질 계면에서 균일한 이온 분포를 확보하여 덴드라이트 형성을 억제할 수 있다.In the conventional electrolyte, when the mechanical strength is increased, the ionic conductivity is poor, and when the ionic conductivity is increased, the mechanical strength is poor. In addition, dendrites were easily formed due to irregularity of ion distribution at the interface between the electrolyte and the electrode. On the other hand, the composite electrolyte simultaneously provides both ionic conductivity and mechanical strength by simultaneously containing ionic liquid polymer, inorganic particles and organic electrolyte, while securing a uniform ion distribution at the electrode / electrolyte interface to suppress dendrite formation can do.

또한, 상기 복합전해질은 전기화학적 안정성도 제공할 수 있다.The composite electrolyte may also provide electrochemical stability.

상기 복합전해질은 리튬에 대하여 0V 내지 5.5V 전압 범위에서 전기화학적으로 안정할 수 있다. 예를 들어, 상기 복합전해질은 리튬에 대하여 0V 내지 5.0V 전압 범위에서 전기화학적으로 안정할 수 있다. 예를 들어, 상기 복합전해질은 리튬에 대하여 0V 내지 4.2V 전압 범위에서 전기화학적으로 안정할 수 있다. 상기 복합전해질이 전기화학적으로 안정한 넓은 전압창(voltage window)을 가짐에 의하여 고전압에서 작동되는 전기화학장치에 적용될 수 있다.The composite electrolyte may be electrochemically stable with respect to lithium in a voltage range of 0 to 5.5V. For example, the composite electrolyte may be electrochemically stable with respect to lithium in a voltage range of 0 to 5.0V. For example, the composite electrolyte may be electrochemically stable with respect to lithium in a voltage range of 0V to 4.2V. The composite electrolyte can be applied to an electrochemical device operated at a high voltage by having an electrochemically stable wide voltage window.

예를 들어, 상기 복합전해질은 리튬에 대하여 0V 근처에서 리튬의 흡장/방출 외에 다른 부반응에 기인한 전류밀도가 0.05 mA/cm2 이하일 수 있다. 예를 들어, 상기 복합전해질은 리튬에 대하여 0V 근처에서 리튬의 흡장/방출 외에 다른 부반응에 기인한 전류밀도가 0.02 mA/cm2 이하일 수 있다. 예를 들어, 상기 복합전해질은 리튬에 대하여 0V 근처에서 리튬의 흡장/방출 외에 다른 부반응에 기인한 전류밀도가 0.01 mA/cm2 이하일 수 있다.For example, the composite electrolyte may have a current density of 0.05 mA / cm 2 or less due to side reactions other than insertion / extraction of lithium at about 0 V with respect to lithium. For example, the composite electrolyte may have a current density of 0.02 mA / cm 2 or less due to side reactions other than insertion / extraction of lithium at about 0 V with respect to lithium. For example, the composite electrolyte may have a current density of 0.01 mA / cm 2 or less due to side reactions other than insertion / extraction of lithium at about 0 V with respect to lithium.

예를 들어, 상기 복합전해질은 리튬에 대하여 5.0V 근처에서 산화 반응에 기인한 전류밀도가 0.05 mA/cm2 이하일 수 있다. 예를 들어, 상기 복합전해질은 리튬에 대하여 5.0V 근처에서 산화 반응에 기인한 전류밀도가 0.04 mA/cm2 이하일 수 있다. 예를 들어, 상기 복합전해질은 리튬에 대하여 5.0V 근처에서 산화 반응에 기인한 전류밀도가 0.02 mA/cm2 이하일 수 있다.For example, the complex electrolyte may have a current density of 0.05 mA / cm 2 or less due to an oxidation reaction at about 5.0 V with respect to lithium. For example, the complex electrolyte may have a current density of 0.04 mA / cm 2 or less due to an oxidation reaction at about 5.0 V with respect to lithium. For example, the composite electrolyte may have a current density of 0.02 mA / cm 2 or less due to an oxidation reaction at about 5.0 V with respect to lithium.

상기 복합전해질은 상온에서 이온전도도가 1×10-4 S/cm 이상일 수 있다. 예를 들어, 상기 복합전해질은 상온에서 이온전도도가 5×10-4 S/cm 이상일 수 있다. 예를 들어, 상기 복합전해질은 상온에서 이온전도도가 1×10-3 S/cm 이상일 수 있다. 상기 복합전해질은 유기전해질을 포함함에 의하여 높은 이온전도도를 제공할 수 있다.The composite electrolyte may have an ion conductivity of 1 x 10 < -4 > S / cm or more at room temperature. For example, the composite electrolyte may have an ion conductivity of 5 × 10 -4 S / cm or more at room temperature. For example, the composite electrolyte may have an ionic conductivity of 1 x 10 -3 S / cm or more at room temperature. The composite electrolyte can provide a high ion conductivity by including an organic electrolyte.

상기 복합전해질은 비자립막(non self-standing film)을 형성할 수 있다. 상기 복합전해질은 유연한 조성의 막을 형성하여 음극의 부피변화를 용이하게 수용할 수 있으며 쉽게 균열되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 복합전해질은 무기입자의 함량이 높은 경우 자립막을 형성하기 어렵고, 다른 기판 또는 지지체 상에 배치되는 형태로 막(film) 또는 층(layer)을 형성할 수 있다. 따라서, 유연성이 없고 쉽게 균열되는 자립막(self-standing film)을 형성하는 종래의 일반적인 무기전해질 및/또는 복합전해질과 구별될 수 있다.The composite electrolyte may form a non self-standing film. The composite electrolyte forms a film of a flexible composition to easily accommodate a volume change of the cathode and may not easily crack. For example, when the content of the inorganic particles is high, the composite electrolyte is difficult to form a self-supporting film and can form a film or a layer in a form disposed on another substrate or a support. Thus, it can be distinguished from conventional inorganic and / or complex electrolytes which form a self-standing film that is not flexible and easily cracked.

상기 복합전해질이 무기입자를 포함함에 의하여 복합전해질의 기계적 강도가 향상될 수 있으며 전도도도 향상될 수 있다.By including the inorganic electrolyte in the composite electrolyte, the mechanical strength of the composite electrolyte can be improved and the conductivity can be improved.

무기입자는 금속산화물, 탄소산화물, 탄소계 재료 및 유무기복합체 중에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있으나 반드시 이들로 한정되지 않으며 당해 기술분야에서 전해질의 이온전도도를 향상시키고 기계적 강도를 증가시킬 수 있는 것이라면 모두 가능하다. 예를 들어, 무기입자는 Al2O3, SiO2, BaTiO3, MOF(Metal Organic Framework), 흑연산화물(graphite oxide), 그래핀산화물(graphene oxide), POSS(Polyhedral Oligomeric Silsesquioxanes), Li2CO3, Li3PO4, Li3N, Li3S4, Li2O, 몬트모릴로나이트(montmorillonite) 중에서 선택된 하나 이상일 수 있다.The inorganic particles may include at least one selected from the group consisting of metal oxides, carbon oxides, carbon-based materials and organic-inorganic composites. However, the inorganic particles are not necessarily limited to them, and if they are capable of improving ionic conductivity and mechanical strength of the electrolyte in the art Everything is possible. For example, the inorganic particles may be selected from the group consisting of Al 2 O 3 , SiO 2 , BaTiO 3 , MOF (Metal Organic Framework), graphite oxide, graphene oxide, POS (Polyhedral Oligomeric Silsesquioxanes), Li 2 CO 3, Li 3 PO 4 , Li3N, Li3S4, Li2O, montmorillonite, and the like.

무기입자의 입경은 100nm 미만일 수 있다. 예를 들어, 무기입자의 입경은 1nm 내지 100nm일 수 있다. 예를 들어, 무기입자의 입경은 5nm 내지 100nm일 수 있다. 예를 들어, 무기입자의 입경은 5nm 내지 70nm일 수 있다. 예를 들어, 무기입자의 입경은 5nm 내지 50nm일 수 있다. 예를 들어, 무기입자의 입경은 5nm 내지 30nm일 수 있다. 예를 들어, 무기입자의 입경은 10nm 내지 30nm일 수 있다.The particle size of the inorganic particles may be less than 100 nm. For example, the particle size of the inorganic particles may be from 1 nm to 100 nm. For example, the particle size of the inorganic particles may be from 5 nm to 100 nm. For example, the particle size of the inorganic particles may be from 5 nm to 70 nm. For example, the particle size of the inorganic particles may be from 5 nm to 50 nm. For example, the particle size of the inorganic particles may be from 5 nm to 30 nm. For example, the particle size of the inorganic particles may be 10 nm to 30 nm.

복합전해질에서 무기입자의 함량은 무기입자와 이온성액체 고분자 총 중량에 대하여 1 내지 95중량%일 수 있다. 예를 들어, 무기입자의 함량은 무기입자와 이온성액체 고분자 총 중량에 대하여 5중량% 내지 90중량%일 수 있다. 예를 들어, 무기입자의 함량은 무기입자와 이온성액체 고분자 총 중량에 대하여 10중량% 내지 90중량%일 수 있다. 예를 들어, 무기입자의 함량은 무기입자와 이온성액체 고분자 총 중량에 대하여 30중량% 내지 90중량%일 수 있다. 예를 들어, 무기입자의 함량은 무기입자와 이온성액체 고분자 총 중량에 대하여 30중량% 초과 내지 90중량%일 수 있다. 예를 들어, 무기입자의 함량은 무기입자와 이온성액체 고분자 총 중량에 대하여 35중량% 내지 90중량%일 수 있다. 예를 들어, 무기입자의 함량은 무기입자와 이온성액체 고분자 총 중량에 대하여 40중량% 내지 90중량%일 수 있다. 예를 들어, 무기입자의 함량은 무기입자와 이온성액체 고분자 총 중량에 대하여 45중량% 내지 90중량%일 수 있다. 예를 들어, 무기입자의 함량은 무기입자와 이온성액체 고분자 총 중량에 대하여 50중량% 내지 90중량%일 수 있다. 예를 들어, 무기입자의 함량은 무기입자와 이온성액체 고분자 총 중량에 대하여 55중량% 내지 90중량%일 수 있다. 예를 들어, 무기입자의 함량은 무기입자와 이온성액체 고분자 총 중량에 대하여 60중량% 내지 90중량%일 수 있다. 복합전해질에서 무기입자의 함량이 95 중량% 이상일 경우 무기입자의 분산이 균일하지 않을 수 있으며 복합전해질막이 충격에 의하여 부서질 수 있다.The content of the inorganic particles in the composite electrolyte may be 1 to 95% by weight based on the total weight of the inorganic particles and the ionic liquid polymer. For example, the content of the inorganic particles may be from 5% by weight to 90% by weight based on the total weight of the inorganic particles and the ionic liquid polymer. For example, the content of the inorganic particles may be 10% by weight to 90% by weight based on the total weight of the inorganic particles and the ionic liquid polymer. For example, the content of the inorganic particles may be 30% by weight to 90% by weight based on the total weight of the inorganic particles and the ionic liquid polymer. For example, the content of the inorganic particles may be more than 30% by weight to 90% by weight based on the total weight of the inorganic particles and the ionic liquid polymer. For example, the content of the inorganic particles may be from 35% by weight to 90% by weight based on the total weight of the inorganic particles and the ionic liquid polymer. For example, the content of the inorganic particles may be 40% by weight to 90% by weight based on the total weight of the inorganic particles and the ionic liquid polymer. For example, the content of the inorganic particles may be 45% by weight to 90% by weight based on the total weight of the inorganic particles and the ionic liquid polymer. For example, the content of the inorganic particles may be 50% by weight to 90% by weight based on the total weight of the inorganic particles and the ionic liquid polymer. For example, the content of the inorganic particles may be 55% by weight to 90% by weight based on the total weight of the inorganic particles and the ionic liquid polymer. For example, the content of the inorganic particles may be 60% by weight to 90% by weight based on the total weight of the inorganic particles and the ionic liquid polymer. When the content of the inorganic particles in the composite electrolyte is 95 wt% or more, the dispersion of the inorganic particles may not be uniform, and the composite electrolyte membrane may be broken by the impact.

상기 무기입자는 다공성일 수 있다. 예를 들어, 상기 무기입자는 메조다공성 입자일 수 있다. 예를 들어, 상기 무기입자는 상술한 Al2O3, SiO2 등의 구체적인 무기입자들이 다공성인 형태를 포함할 수 있다.The inorganic particles may be porous. For example, the inorganic particles may be mesoporous particles. For example, the inorganic particles may include a shape in which specific inorganic particles such as Al 2 O 3 and SiO 2 described above are porous.

상기 복합전해질에서 이온성액체고분자는 이온성액체 단량체를 중합하여 얻어지며 물에 용해되지 않으며 유기용매에 용해될 수 있다. 또한, 이온성액체고분자는 고분자 골격(backbone) 및 상대이온을 포함하며, 상대이온(counter ion)이 Cl-, Br-, I- 등의 할라이드 이온과 같은 무기이온(inorganic ion)이 아니라 유기이온이라는 점에서 종래의 일반적인 다가전해질(polyelectrolyte)과 구별된다. 상기 복합전해질에서 이온성액체고분자를 포함함에 의하여 복합전해질에서 이온의 보다 균일한 분포가 얻어질 수 있다.In the complex electrolyte, the ionic liquid polymer is obtained by polymerizing an ionic liquid monomer, is not soluble in water, and can be dissolved in an organic solvent. The ionic liquid polymer includes a polymer backbone and a counter ion. The counter ion is not an inorganic ion such as a halide ion such as Cl - , Br - , or I - And is distinguished from a conventional polyelectrolyte in that it is a polyelectrolyte. By including the ionic liquid polymer in the composite electrolyte, a more uniform distribution of ions in the composite electrolyte can be obtained.

상기 복합전해질에서 이온성액체고분자는 양이온성액체고분자(cationic polymeric liquid), 음이온성액체고분자(anionic polymeric ionic liquid) 및 양쪽이온성액체고분자(zwitterionic polymeric ionic liquid) 중에서 선택된 하나 이상일 수 있다.In the composite electrolyte, the ionic liquid polymer may be at least one selected from a cationic polymeric liquid, an anionic polymeric ionic liquid, and a zwitterionic polymeric ionic liquid.

상기 양이온성액체고분자는 골격(backbone)에 양이온을 포함하며, 상대이온(counter ion)이 음이온인 이온성액체고분자이다. 예를 들어, 양이온성액체고분자는 하기 1 내지 33의 구조를 가질 수 있다.The cationic liquid polymer is an ionic liquid polymer containing cations in the backbone and counter ions in the anion. For example, the cationic liquid polymer may have the structure of the following 1 to 33.

Figure pat00001
Figure pat00001

Figure pat00002
Figure pat00002

Figure pat00003
Figure pat00003

Figure pat00004
Figure pat00004

상기 음이온성액체고분자는 골격(backbone)에 음이온을 포함하며 상대이온이 양이온인 이온성액체고분자이다. 예를 들어, 음이온성액체고분자는 하기 34 내지 41의 구조를 가질 수 있다.The anionic liquid polymer is an ionic liquid polymer having anions in the backbone and counter ions in the cation. For example, the anionic liquid polymer may have the structure of 34 to 41 below.

Figure pat00005
Figure pat00005

상기 양쪽이온성액체고분자는 골격(backbone)에 양쪽이온을 모두 포함하며 상대이온이 양이온 및/또는 음이온인 이온성액체고분자이다. 예를 들어, 양쪽이온성액체고분자는 하기 42 내지 47의 구조를 가질 수 있다.The amphoteric liquid polymer is an ionic liquid polymer which contains both ions in the backbone and the counter ion is a cation and / or an anion. For example, the amphoteric liquid polymer may have the structure of the following 42 to 47.

Figure pat00006
Figure pat00006

예를 들어, 상기 복합전해질에서 이온성액체고분자가 하기 화학식 1로 표시될 수 있다:For example, in the complex electrolyte, the ionic liquid polymer may be represented by the following Formula 1:

<화학식 1>&Lt; Formula 1 >

Figure pat00007
Figure pat00007

상기 화학식 1에서,

Figure pat00008
는 하나 이상의 헤테로원자를 포함하는 C2-C30의 탄소를 함유하는 3원자 내지 31원자 고리이며, X는 -N(R2)(R3), -N(R2), -P(R2) 또는 -P(R2)(R3)이고, R1 내지 R4는 서로 독립적으로 수소, 비치환된 또는 치환된 C1-C30 알킬기, 비치환된 또는 치환된 C1-C30 알콕시기, 비치환된 또는 치환된 C6-C30 아릴기, 비치환된 또는 치환된 C6-C30 아릴옥시기, 비치환된 또는 치환된 C3-C30 헤테로아릴기, 비치환된 또는 치환된 C3-C30 헤테로아릴옥시기, 비치환된 또는 치환된 C4-C30 사이클로알킬기, 비치환된 또는 치환된 C3-C30 헤테로사이클로알킬기, 또는 비치환된 또는 치환된 C2-C100 알킬렌옥사이드기이고, Y-는 음이온이고, a 및 b는 서로 독립적으로 1 내지 5의 정수이고, n은 500 내지 2800의 정수이다.In Formula 1,
Figure pat00008
(R 2 ) (R 3 ), -N (R 2 ), -P (R 2 ), and -P (R 2 ) Or -P (R 2 ) (R 3 ), R 1 to R 4 independently of one another are hydrogen, an unsubstituted or substituted C 1 -C 30 alkyl group, an unsubstituted or substituted C 1 -C 30 alkoxy group, Unsubstituted or substituted C6-C30 aryl groups, unsubstituted or substituted C6-C30 aryloxy groups, unsubstituted or substituted C3-C30 heteroaryl groups, unsubstituted or substituted C3-C30 heteroaryloxy groups, An unsubstituted or substituted C3-C30 heterocycloalkyl group, or an unsubstituted or substituted C2-C100 alkylene oxide group, Y - is an anion, a and b are Independently of one another, an integer of 1 to 5, and n is an integer of 500 to 2800. [

상기 "하나 이상의 헤테로원자를 포함하는 C2-C30의 탄소를 함유하는 3원자 내지 31원자 고리"는 비치환된 또는 치환된 C2-C30 헤테로고리 또는 비치환된 또는 치환된 C2-C30 헤테로아릴고리이고, 헤테로원자는 질소, 산소, 인 및 황 중에서 선택된 하나이다.The "3-to 31-membered ring containing C2-C30 carbon containing one or more heteroatoms" is an unsubstituted or substituted C2-C30 heterocycle or an unsubstituted or substituted C2-C30 heteroaryl ring , The heteroatom is one selected from nitrogen, oxygen, phosphorus and sulfur.

상기 복합전해질에서 화학식 1의

Figure pat00009
가 하기 화학식 2로 표시될 수 있다:In the composite electrolyte,
Figure pat00009
May be represented by the following formula (2): &lt; EMI ID =

<화학식 2>(2)

Figure pat00010
Figure pat00010

상기 화학식 2 중 Z는 N, S 또는 P를 나타내며, R5 및 R6는 서로 독립적으로 수소, C1-C30 알킬기, C1-C30 알콕시기, C6-C30 아릴기, C6-C30 아릴옥시기, C3-C30 헤테로아릴기, C3-C30 헤테로아릴옥시기, C4-C30 사이클로알킬기, C3-C30 헤테로사이클로알킬기, C2-C30 알케닐기, C2-C30 알키닐기 또는 C2-C100 알킬렌옥사이드기이다.Wherein Z represents N, S or P, and R 5 and R 6 independently represent hydrogen, a C 1 -C 30 alkyl group, a C 1 -C 30 alkoxy group, a C 6 -C 30 aryl group, a C 6 -C 30 aryloxy group, a C 3 -C 30 aryl group, A C3-C30 heteroaryl group, a C3-C30 hetero aryloxy group, a C4-C30 cycloalkyl group, a C3-C30 heterocycloalkyl group, a C2-C30 alkenyl group, a C2-C30 alkynyl group or a C2-C100 alkylene oxide group.

예를 들어, 상기 복합전해질에서 화학식 1로 표시되는 이온성액체고분자가 하기 화학식 3으로 표시되는 이온성액체고분자일 수 있다:For example, in the composite electrolyte, the ionic liquid polymer represented by Chemical Formula 1 may be an ionic liquid polymer represented by Chemical Formula 3:

<화학식 3>(3)

Figure pat00011
Figure pat00011

상기 화학식 3에서, R1 내지 R8은 서로 독립적으로 수소, 비치환된 또는 치환된 C1-C30 알킬기, 비치환된 또는 치환된 C1-C30 알콕시기, 비치환된 또는 치환된 C6-C30 아릴기, 비치환된 또는 치환된 C6-C30 아릴옥시기, 비치환된 또는 치환된 C3-C30 헤테로아릴기, 비치환된 또는 치환된 C3-C30 헤테로아릴옥시기, 비치환된 또는 치환된 C4-C30 사이클로알킬기, 비치환된 또는 치환된 C3-C30 헤테로사이클로알킬기, 또는 비치환된 또는 치환된 C2-C100 알킬렌옥사이드기이고, Y-는 BF4 -, PF6 -, AsF6 -, SbF6 -, AlCl4 -, HSO4 -, ClO4 -, CH3SO3 -, CF3CO2 -, (CF3SO2)2N-, Cl-, Br-, I-, BF4 -, SO4 -, PF6 -, ClO4 -, CF3SO3 -, CF3CO2 -, (C2F5SO2)2N-, (C2F5SO2)(CF3SO2)N- 및 (CF3SO2)2N- 중에서 선택된 적어도 하나이고, a 및 b는 서로 독립적으로 1 내지 5의 정수이고, n은 500 내지 2800의 정수이다.In Formula 3, R 1 to R 8 independently represent hydrogen, an unsubstituted or substituted C1-C30 alkyl group, an unsubstituted or substituted C1-C30 alkoxy group, an unsubstituted or substituted C6-C30 aryl group , Unsubstituted or substituted C6-C30 aryloxy groups, unsubstituted or substituted C3-C30 heteroaryl groups, unsubstituted or substituted C3-C30 heteroaryloxy groups, unsubstituted or substituted C4-C30 C 1-30 alkylcycloalkyl group, unsubstituted or substituted C 3 -C 30 heterocycloalkyl group, or unsubstituted or substituted C 2 -C 100 alkylene oxide group, Y - represents BF 4 - , PF 6 - , AsF 6 - , SbF 6 - , AlCl 4 -, HSO 4 - , ClO 4 -, CH 3 SO 3 -, CF 3 CO 2 -, (CF 3 SO 2) 2 N -, Cl -, Br -, I -, BF 4 -, SO 4 -, PF 6 -, ClO 4 -, CF 3 SO 3 -, CF 3 CO 2 -, (C 2 F 5 SO 2) 2 N -, (C 2 F 5 SO 2) (CF 3 SO 2) N - and (CF 3 SO 2) 2 n - is at least one selected from the group consisting of, wherein a and b are independently an integer of 1 to 5 from each other, n Is an integer from 500 to 2800.

예를 들어, 상기 화학식 3에서 R7 및 R8은 C1-C10 알킬기이고, R1 내지 R4는 수소 또는 C1-C10의 알킬기이고, a 및 b는 1이고, Y-는 BF4 -, PF6 -, ClO4 -, CH3SO3 -, CF3CO2 -, (CF3SO2)2N-, CF3SO3 -, (C2F5SO2)2N- 또는 (C2F5SO2)(CF3SO2)N- 이다.For example, in the above formula (3), R 7 and R 8 are a C 1 -C 10 alkyl group, R 1 to R 4 are hydrogen or a C 1 -C 10 alkyl group, a and b are 1, Y- is BF 4 - 6 -, ClO 4 -, CH 3 SO 3 -, CF 3 CO 2 -, (CF 3 SO 2) 2 N -, CF 3 SO 3 -, (C 2 F 5 SO 2) 2 N - or (C 2 F 5 SO 2 ) (CF 3 SO 2 ) N - .

예를 들어, 상기 이온성액체고분자는 폴리(디알릴디메틸암모늄)트리플루오로메탄술포닐이미드(poly(diallyldimethylammonium)TFSI)일 수 있다.For example, the ionic liquid polymer can be poly (diallyldimethylammonium) trifluoromethanesulfonylimide (poly (diallyldimethylammonium) TFSI).

상기 복합전해질에서 유기전해액은 유기용매 및 이온성액체 중에서 선택된 하나 이상일 수 있다.In the composite electrolyte, the organic electrolytic solution may be at least one selected from an organic solvent and an ionic liquid.

예를 들어, 상기 유기용매는 프로필렌카보네이트, 에틸렌카보네이트, 플루오로에틸렌카보네이트, 비닐에틸렌카보네이트, 부틸렌카보네이트, 디메틸카보네이트, 디에틸카보네이트, 메틸에틸카보네이트, 메틸프로필카보네이트, 에틸프로필카보네이트, 메틸이소프로필카보네이트, 디프로필카보네이트, 디부틸카보네이트, 벤조니트릴, 아세토니트릴, 테트라히드로퓨란, 2-메틸테트라히드로퓨란, γ-부티로락톤, 디옥소란, 4-메틸디옥소란, 디메틸아세트아미드, 디메틸설폭사이드, 디옥산, 1,2-디메톡시에탄, 설포란, 디클로로에탄, 클로로벤젠, 니트로벤젠, 디에틸렌글리콜, 숙시노나이트릴 및 디메틸에테르 중에서 선택된 하나 이상일 수 있으나, 반드시 이들로 한정되지 않으며 당해 기술분야에서 유기용매로 사용될 수 있는 것으로서 리튬금속에 대하여 안정한 것이라면 모두 가능하다.For example, the organic solvent may be at least one selected from the group consisting of propylene carbonate, ethylene carbonate, fluoroethylene carbonate, vinylethylene carbonate, butylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, methyl ethyl carbonate, methylpropyl carbonate, ethylpropyl carbonate, , Dipropyl carbonate, dibutyl carbonate, benzonitrile, acetonitrile, tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, gamma -butyrolactone, dioxolane, 4-methyldioxolane, dimethylacetamide, But is not limited to, one or more selected from the group consisting of dioxane, 1,2-dimethoxyethane, sulfolane, dichloroethane, chlorobenzene, nitrobenzene, diethylene glycol, succinonitrile and dimethyl ether, Which can be used as an organic solvent in the field of lithium metal Anything stable is possible.

예를 들어, 상기 이온성액체는 하기 화학식 4 또는 5로 표시될 수 있다:For example, the ionic liquid may be represented by the following formula 4 or 5:

<화학식 4>&Lt; Formula 4 >

Figure pat00012
Figure pat00012

상기 화학식 4에서,

Figure pat00013
는 적어도 하나의 헤테로원자를 포함하는 C2-C30의 탄소를 함유하는 3원자 내지 31원자 고리를 의미하며, X는 -N(R2)(R3), -N(R2), -P(R2) 또는 -P(R2)(R3)이고, Y-는 음이온이고,In Formula 4,
Figure pat00013
Refers to at least one of the 3 to 31 atoms comprising carbon atoms in the C2-C30 containing hetero ring atoms, and, X is -N (R 2) (R 3 ), -N (R 2), -P ( R 2 ) or -P (R 2 ) (R 3 ), Y - is an anion,

<화학식 5>&Lt; Formula 5 >

Figure pat00014
Figure pat00014

상기 화학식 5에서, X는 -N(R2)(R3), -N(R2), -P(R2) 또는 -P(R2)(R3)이고, R11은 비치환된 또는 치환된 C1-C30 알킬기, 비치환된 또는 치환된 C1-C30 알콕시기, 비치환된 또는 치환된 C6-C30 아릴기, 비치환된 또는 치환된 C6-C30 아릴옥시기, 비치환된 또는 치환된 C3-C30 헤테로아릴기, 비치환된 또는 치환된 C3-C30 헤테로아릴옥시기, 비치환된 또는 치환된 C4-C30 사이클로알킬기, 비치환된 또는 치환된 C3-C30 헤테로사이클로알킬기, 또는 비치환된 또는 치환된 C2-C100 알킬렌옥사이드기이고, Y-는 음이온이 고,In Formula 5, X is -N (R 2) (R 3 ), -N (R 2), -P (R 2) or -P (R 2) (R 3 ), R 11 is an unsubstituted Or an unsubstituted or substituted C 1 -C 30 alkyl group, an unsubstituted or substituted C 1 -C 30 alkoxy group, an unsubstituted or substituted C 6 -C 30 aryl group, an unsubstituted or substituted C 6 -C 30 aryloxy group, An unsubstituted or substituted C3-C30 heteroaryl group, an unsubstituted or substituted C3-C30 heteroaryloxy group, an unsubstituted or substituted C4-C30 cycloalkyl group, an unsubstituted or substituted C3-C30 heterocycloalkyl group, Substituted or substituted C2-C100 alkylene oxide group, Y - is an anion,

상기 화학식 4 및 5에서 R2, R3는 서로 독립적으로 수소, 비치환된 또는 치환된 C1-C30 알킬기, 비치환된 또는 치환된 C1-C30 알콕시기, 비치환된 또는 치환된 C6-C30 아릴기, 비치환된 또는 치환된 C6-C30 아릴옥시기, 비치환된 또는 치환된 C3-C30 헤테로아릴기, 비치환된 또는 치환된 C3-C30 헤테로아릴옥시기, 비치환된 또는 치환된 C4-C30 사이클로알킬기, 비치환된 또는 치환된 C3-C30 헤테로사이클로알킬기, 또는 비치환된 또는 치환된 C2-C100 알킬렌옥사이드기이다.Wherein R 2 and R 3 are independently of each other hydrogen, an unsubstituted or substituted C 1 -C 30 alkyl group, an unsubstituted or substituted C 1 -C 30 alkoxy group, an unsubstituted or substituted C 6 -C 30 aryl Unsubstituted or substituted C6-C30 aryloxy groups, unsubstituted or substituted C3-C30 heteroaryl groups, unsubstituted or substituted C3-C30 heteroaryloxy groups, unsubstituted or substituted C4- C30 cycloalkyl group, an unsubstituted or substituted C3-C30 heterocycloalkyl group, or an unsubstituted or substituted C2-C100 alkylene oxide group.

예를 들어, 상기 화학식 4의

Figure pat00015
는 하기 화학식 6으로 표시되며, 상기 화학식 5의
Figure pat00016
가 화학식 7로 표시되는 양이온일 수 있다:For example,
Figure pat00015
Is represented by the following formula (6), and the formula
Figure pat00016
May be a cation represented by the general formula (7): &lt; EMI ID =

<화학식 6>(6)

Figure pat00017
Figure pat00017

상기 화학식 6에서, Z는 N 또는 P를 나타내며, R12 내지 R18은 서로 독립적으로 수소, 비치환된 또는 치환된 C1-C30 알킬기, 비치환된 또는 치환된 C1-C30 알콕시기, 비치환된 또는 치환된 C6-C30 아릴기, 비치환된 또는 치환된 C6-C30 아릴옥시기, 비치환된 또는 치환된 C3-C30 헤테로아릴기, 비치환된 또는 치환된 C3-C30 헤테로아릴옥시기, 비치환된 또는 치환된 C4-C30 사이클로알킬기, 비치환된 또는 치환된 C3-C30 헤테로사이클로알킬기, 비치환된 또는 치환된 C2-C30 알케닐기, 비치환된 또는 치환된 C2-C30 알키닐기 또는 비치환된 또는 치환된 C2-C100 알킬렌옥사이드기이고,In Formula 6, Z represents N or P, and R 12 to R 18 independently represent hydrogen, an unsubstituted or substituted C1-C30 alkyl group, an unsubstituted or substituted C1-C30 alkoxy group, Unsubstituted or substituted C6-C30 aryl groups, unsubstituted or substituted C6-C30 aryloxy groups, unsubstituted or substituted C3-C30 heteroaryl groups, unsubstituted or substituted C3-C30 heteroaryloxy groups, An unsubstituted or substituted C2-C30 alkenyl group, an unsubstituted or substituted C2-C30 alkynyl group, or an unsubstituted or substituted C2-C30 alkynyl group, Substituted or substituted C2-C100 alkylene oxide group,

<화학식 7>&Lt; Formula 7 >

Figure pat00018
Figure pat00018

상기 화학식 7에서, Z는 N 또는 P를 나타내며, R12 내지 R15는 서로 독립적으로 수소, 비치환된 또는 치환된 C1-C30 알킬기, 비치환된 또는 치환된 C1-C30 알콕시기, 비치환된 또는 치환된 C6-C30 아릴기, 비치환된 또는 치환된 C6-C30 아릴옥시기, 비치환된 또는 치환된 C3-C30 헤테로아릴기, 비치환된 또는 치환된 C3-C30 헤테로아릴옥시기, 비치환된 또는 치환된 C4-C30 사이클로알킬기, 비치환된 또는 치환된 C3-C30 헤테로사이클로알킬기, 비치환된 또는 치환된 C2-C30 알케닐기, 비치환된 또는 치환된 C2-C30 알키닐기 또는 비치환된 또는 치환된 C2-C100 알킬렌옥사이드기이다.In Formula 7, Z represents N or P, and R 12 to R 15 independently represent hydrogen, an unsubstituted or substituted C 1 -C 30 alkyl group, an unsubstituted or substituted C 1 -C 30 alkoxy group, Unsubstituted or substituted C6-C30 aryl groups, unsubstituted or substituted C6-C30 aryloxy groups, unsubstituted or substituted C3-C30 heteroaryl groups, unsubstituted or substituted C3-C30 heteroaryloxy groups, An unsubstituted or substituted C2-C30 alkenyl group, an unsubstituted or substituted C2-C30 alkynyl group, or an unsubstituted or substituted C2-C30 alkynyl group, Substituted or substituted C2-C100 alkylene oxide group.

예를 들어, 이온성액체는 [emim]Cl/AlCl3(emim = ethyl methyl imidazolium), [bmpyr]NTf2(bppyr = butyl methyl pyridinium), [bpy]Br/AlCl3(bpy = 4, 4'-bipyridine), [choline]Cl/CrCl3ㅇ6H2O, [Hpy(CH2)3pyH][NTf2]2 (NTf = trifluoromethanesulfonimide), [emim]OTf/[hmim]I(hmim = hexyl methyl imidazolium), [choline]Cl/HOCH2CH2OH, [Et2MeN(CH2CH2OMe)]BF4 (Et =ethyl, Me = methyl, Pr = propyl, Bu = butyl, Ph = phenyl, Oct = octyl, Hex = hexyl), [Bu3PCH2CH2C8F17]OTf(OTf = trifluoromethane sulfonate), [bmim]PF6(bmim = butyl methyl imidazolium), [bmim]BF4, [omim]PF6(omim = octyl methyl imidazolium), [Oct3PC18H37]I, [NC(CH2)3mim]NTf2(mim = methyl imidazolium), [Pr4N][B(CN)4], [bmim]NTf2, [bmim]Cl, [bmim][Me(OCH2CH2)2OSO3], [PhCH2mim]OTf, [Me3NCH(Me)CH(OH)Ph] NTf2, [pmim][(HO)2PO2] (pmim = propyl methyl imidazolium), [b(6-Me)quin]NTf2(bquin = butyl quinolinium, [bmim][Cu2Cl3], [C18H37OCH2mim]BF4(mim = methyl imidazolium), [heim]PF6(heim = hexyl ethyl imidazolium), [mim(CH2CH2O)2CH2CH2mim][NTf2]2(mim = methyl imidazolium), [obim]PF6(obim = octyl butyl imidazolium), [oquin]NTf2(oquin = octyl quinolinium), [hmim][PF3(C2F5)3], [C14H29mim]Br(mim = methyl imidazolium), [Me2N(C12H25)2]NO3, [emim]BF4, [mm(3-NO2)im][dinitrotriazolate], [MeN(CH2CH2OH)3], [MeOSO3], [Hex3PC14H29]NTf2, [emim][EtOSO3], [choline][ibuprofenate], [emim]NTf2, [emim][(EtO)2PO2], [emim]Cl/CrCl2, [Hex3PC14H29]N(CN)2, 등일 수 있으나 반드시 이들로 한정되지 않으며 당해 기술분야에서 이온성액체로 사용될 수 있는 것이라면 모두 가능하다.For example, the ionic liquid [emim] Cl / AlCl 3 ( emim = ethyl methyl imidazolium), [bmpyr] NTf2 (bppyr = butyl methyl pyridinium), [bpy] Br / AlCl 3 (bpy = 4, 4'- bipyridine, [choline] Cl / CrCl 3 ㅇ 6H 2 O, [Hpy (CH 2 ) 3 pyH] [NTf 2 ] 2 (NTf = trifluoromethanesulfonimide), [emim] OTf / [hmim] I (hmim = hexyl methyl imidazolium ), [choline] Cl / HOCH 2 CH 2 OH, [Et 2 MeN (CH 2 CH 2 OMe)] BF 4 (Et = ethyl, Me = octyl, Hex = hexyl), [ Bu 3 PCH 2 CH 2 C 8 F 17] OTf (OTf = trifluoromethane sulfonate), [bmim] PF 6 (bmim = butyl methyl imidazolium), [bmim] BF 4, [omim] PF 6 (omim = octyl methyl imidazolium) , [Oct 3 PC 18 H 37] I, [NC (CH 2) 3 mim] NTf 2 (mim = methyl imidazolium), [Pr 4 N] [B (CN) 4], [Me 3 NCH (Me) CH (OH) Ph] NTf 2 , [bmim] NTf 2 , [bmim] Cl, [bmim] [Me (OCH 2 CH 2 ) 2 OSO 3 ], [PhCH 2 mim] [pmim] [(HO) 2 PO 2] (pmim = propyl methyl imidazolium), [b (6-Me) quin] NTf 2 (bquin = butyl quinolinium, [bmim] [Cu 2 Cl 3], [C 18 H 37 OCH 2 mime] BF 4 (mime = methy l imidazolium), [heim] PF 6 (heim = hexyl ethyl imidazolium), [mim (CH 2 CH 2 O) 2 CH 2 CH 2 mim] [NTf 2] 2 (mim = methyl imidazolium), [obim] PF 6 (obim = octyl butyl imidazolium), [oquin] NTf 2 (oquin = octyl quinolinium), [hmim] [PF 3 (C 2 F 5) 3], [C 14 H 29 mim] Br (mim = methyl imidazolium), [Me 2 N (C 12 H 25) 2] NO 3, [emim] BF 4, [mm (3-NO 2) im] [dinitrotriazolate], [MeN (CH 2 CH 2 OH) 3], [MeOSO 3 ], [Hex 3 PC 14 H 29 ] NTf 2 , [emim] [EtOSO 3 ], [choline] [ibuprofenate], [emim] NTf 2 , [emim] [(EtO) 2 PO 2 ] / CrCl 2 , [Hex 3 PC 14 H 29 ] N (CN) 2 , and the like, but it is not necessarily limited thereto and can be used as an ionic liquid in the related art.

상기 액체전해질은 유기용매 및/이온성액체를 포함하는 매질과 리튬염을 포함한다. 상기 리튬염은 특별히 한정되지 않으며 당해 기술분야에서 액체전해질의 리튬염으로 사용될 수 있는 것이라면 모두 가능하다. 예를 들어, 상기 리튬염은 예를 들어, LiPF6, LiBF4, LiSbF6, LiAsF6, LiClO4, LiCF3SO3, Li(CF3SO2)2N, LiC4F9SO3, LiAlO2, LiAlCl4, LiN(CxF2x+1SO2)(CyF2y+1SO2)(단 x, y는 자연수), LiCl, LiI 또는 이들의 혼합물 등이다. 예를 들어, 리튬염은 LiPF6일 수 있다.The liquid electrolyte includes a medium containing an organic solvent and / or an ionic liquid and a lithium salt. The lithium salt is not particularly limited and can be used as long as it can be used as a lithium salt of a liquid electrolyte in the related art. For example, the lithium salt can be, for example, LiPF 6 , LiBF 4 , LiSbF 6 , LiAsF 6 , LiClO 4 , LiCF 3 SO 3 , Li (CF 3 SO 2 ) 2 N, LiC 4 F 9 SO 3 , LiAlO 2 , LiAlCl 4 , LiN (C x F 2x + 1 SO 2 ) (C y F 2y + 1 SO 2 ) (where x and y are natural numbers), LiCl, LiI or mixtures thereof. For example, the lithium salt may be LiPF 6.

상기 액체전해질서 리튬염의 농도는 0.01 내지 2.0 M 일 수 있으나, 반드시 이러한 범위로 한정되는 것은 아니며 필요에 따라 적절한 농도가 사용될 수 있다. 상기 농도 범위 내에서 더욱 향상된 전지 특성이 얻어질 수 있다.
The concentration of the liquid electrolyte lithium salt may be 0.01 to 2.0 M, but it is not necessarily limited to this range, and an appropriate concentration may be used if necessary. Further improved battery characteristics within the above range of concentration can be obtained.

다른 구현예에 따른 리튬전지는 양극; 음극; 및 상기 음극 상의 적어도 일부에 배치된 전해질층을 포함하며, 상기 전해질층이 상술한 복합전해질을 포함한다.A lithium battery according to another embodiment includes a positive electrode; cathode; And an electrolyte layer disposed on at least a part of the cathode, wherein the electrolyte layer includes the composite electrolyte described above.

예를 들어, 도 1에 도시되는 바와 같이, 상기 리튬전지(1)는 양극(11); 음극(12); 및 상기 음극 상에 배치된 전해질층(13)을 포함할 수 있다. 상기 양극(11)과 전해질층(13) 사이에 중간층(14)이 배치될 수 있다. 상기 중간층(14)은 전해질층(13)과 다른 조성을 가지는 전해질층, 세퍼레이터 등일 수 잇다.For example, as shown in FIG. 1, the lithium battery 1 includes an anode 11; A cathode 12; And an electrolyte layer 13 disposed on the cathode. An intermediate layer 14 may be disposed between the anode 11 and the electrolyte layer 13. [ The intermediate layer 14 may be an electrolyte layer having a composition different from that of the electrolyte layer 13, a separator, or the like.

상기 리튬전지에서 상술한 복합전해질이 음극 상의 적어도 일부에 배치됨에 의하여 음극 표면이 전기화학적 및 기계적으로 안정화될 수 있다. 따라서, 리튬전지의 충방전시 음극 표면에서 덴드라이트 형성이 억제되며 음극/복합전해질 계면의 안정성이 향상되며, 음극 표면에서 균일한 전류분포가 얻어질 수 있다. 결과적으로, 리튬전지의 사이클 특성이 향상될 수 있다. 또한, 상기 전해질층은 음극 표면을 보호하는 보호층의 역할을 할 수 있다. 예를 들어, 상기 전해질층이 음극 표면을 완전히 피복함에 의하여 음극 표면이 복합전해질을 포함하는 전해질층과 양극 사이에 배치되는 조성이 다른(즉, 음극 표면과 반응성이 높은) 전해질과 직접 접촉하는 것을 방지할 수 있다. 결과적으로, 음극을 보호하여 음극의 안정성을 향상시킬 수 있다.The above-described composite electrolyte in the lithium battery is disposed on at least a portion of the cathode so that the surface of the cathode can be electrochemically and mechanically stabilized. Therefore, when the lithium battery is charged and discharged, the formation of dendrite on the surface of the negative electrode is suppressed, the stability of the interface between the negative electrode and the composite electrolyte is improved, and a uniform current distribution can be obtained on the surface of the negative electrode. As a result, the cycle characteristics of the lithium battery can be improved. In addition, the electrolyte layer may serve as a protective layer for protecting the surface of the negative electrode. For example, when the electrolyte layer completely covers the surface of the negative electrode, the negative electrode surface is in direct contact with an electrolyte having a different composition (that is, highly reactive with the negative electrode surface) disposed between the electrolyte layer including the composite electrolyte and the positive electrode . As a result, the stability of the negative electrode can be improved by protecting the negative electrode.

상기 리튬전지에서 복합전해질을 포함하는 전해질층이 상기 음극 상의 적어도 일부에 코팅될 수 있다. 즉, 상기 전해질층이 단순히 음극 상에 물리적으로 적층된 것이 아니라, 코팅에 의하여 전해질층이 형성됨에 의하여 음극 표면과 전해질층이 균일하고 밀접하게 접촉될 수 있다. 예를 들어, 상기 전해질층과 음극이 일체로 형성될 수 있다. 상기 코팅 방법은 특별히 한정되지 않으며 바코팅, 스핀코팅 등 당해 기술분야에서 전해질층의 코팅방법으로 사용될 수 있는 것이라면 모두 가능하다. 예를 들어, 상기 복합전해질을 포함하는 조성물이 음극 표면 상에 코팅된 후 상온에서 건조되어 전해질층이 형성될 수 있다.In the lithium battery, an electrolyte layer including a composite electrolyte may be coated on at least a portion of the cathode. That is, the electrolyte layer is not simply deposited on the cathode, but the electrolyte layer is formed by the coating, so that the surface of the anode and the electrolyte layer can be uniformly and closely contacted. For example, the electrolyte layer and the cathode may be integrally formed. The coating method is not particularly limited, and any method can be used as long as it can be used as a coating method of the electrolyte layer in the related art such as bar coating and spin coating. For example, a composition containing the composite electrolyte may be coated on the surface of a negative electrode and dried at room temperature to form an electrolyte layer.

상기 리튬전지에서 복합전해질을 포함하는 전해질층의 두께가 40㎛ 이하일 수 있다. 예를 들어, 상기 리튬전지에서 복합전해질을 포함하는 전해질층의 두께가 0.01㎛ 내지 40㎛ 일 수 있다. 예를 들어, 상기 리튬전지에서 복합전해질을 포함하는 전해질층의 두께가 0.1㎛ 내지 40㎛ 일 수 있다. 예를 들어, 상기 리튬전지에서 복합전해질을 포함하는 전해질층의 두께가 1㎛ 내지 40㎛ 일 수 있다. 예를 들어, 상기 리튬전지에서 복합전해질을 포함하는 전해질층의 두께가 1㎛ 내지 30㎛ 일 수 있다. 예를 들어, 상기 리튬전지에서 복합전해질을 포함하는 전해질층의 두께가 1㎛ 내지 20㎛ 일 수 있다. 예를 들어, 상기 리튬전지에서 복합전해질을 포함하는 전해질층의 두께가 1㎛ 내지 15㎛ 일 수 있다. 상기 전해질층의 두께가 지나치게 두꺼우면 계면저항이 증가할 수 있다.In the lithium battery, the thickness of the electrolyte layer including the composite electrolyte may be 40 占 퐉 or less. For example, the thickness of the electrolyte layer including the composite electrolyte in the lithium battery may be 0.01 탆 to 40 탆. For example, in the lithium battery, the thickness of the electrolyte layer including the composite electrolyte may be 0.1 to 40 탆. For example, in the lithium battery, the thickness of the electrolyte layer including the composite electrolyte may be 1 to 40 탆. For example, in the lithium battery, the thickness of the electrolyte layer including the composite electrolyte may be 1 to 30 占 퐉. For example, in the lithium battery, the thickness of the electrolyte layer including the composite electrolyte may be 1 to 20 탆. For example, the thickness of the electrolyte layer including the composite electrolyte in the lithium battery may be 1 to 15 탆. If the thickness of the electrolyte layer is excessively large, the interfacial resistance may increase.

예를 들어, 상기 리튬전지에서 음극이 리튬금속을 포함할 수 있다. 또한, 상기 음극은 리튬과 다른 금속의 합금을 추가적으로 포함할 수 있다. 다른 금속은 Si, Sn 등이나 이들로 한정되지 않으며 리튬과 합금을 형성할 수 있는 금속이라면 모두 가능하다.For example, in the lithium battery, the cathode may include lithium metal. Further, the negative electrode may further include an alloy of lithium and another metal. The other metal is not limited to Si or Sn but may be any metal that can form an alloy with lithium.

상기 리튬전지에서 리튬금속의 두께는 100㎛ 미만일 수 있다. 예를 들어, 상기 리튬전지는 두께 100㎛ 미만의 리튬박막에 대하여도 안정적인 사이클 특성이 얻어질 수 있다. 예를 들어, 상기 리튬전지에서 리튬금속의 두께는 80㎛ 이하일 수 있다. 예를 들어, 상기 리튬전지에서 리튬금속의 두께는 60㎛ 이하일 수 있다. 예를 들어, 상기 리튬전지에서 리튬금속의 두께는 500㎛ 이하일 수 있다. 종래의 리튬전지에서 리튬박막의 두께가 100㎛ 미만으로 감소하면 부반응, 덴드라이트 형성 등에 의하여 열화되는 리튬의 두께가 증가하여 안정적인 사이클 특성을 제공하는 리튬전지가 구현되기 어려웠다.The thickness of the lithium metal in the lithium battery may be less than 100 mu m. For example, the lithium battery can obtain a stable cycle characteristic even for a lithium thin film having a thickness of less than 100 mu m. For example, the thickness of the lithium metal in the lithium battery may be 80 탆 or less. For example, the thickness of the lithium metal in the lithium battery may be 60 탆 or less. For example, the thickness of the lithium metal in the lithium battery may be 500 탆 or less. In a conventional lithium battery, when the thickness of the lithium thin film is reduced to less than 100 占 퐉, the thickness of lithium deteriorated due to side reaction, dendrite formation, or the like is increased and it is difficult to realize a lithium battery that provides stable cycle characteristics.

상기 리튬전지에서 전해질층이 2 이상의 층을 포함하는 다층구조를 가질 수지는 있다. 예를 들어, 도 1의 전해질층(13)은 도 2에 도시되는 바와 같이 제1층(131), 제2층(132) 및 제3층(133)을 포함하는 다층 구조를 가질 수 있다.In the lithium battery, there is a resin having a multi-layer structure in which the electrolyte layer includes two or more layers. For example, the electrolyte layer 13 of FIG. 1 may have a multi-layer structure including a first layer 131, a second layer 132, and a third layer 133 as shown in FIG.

또한, 상기 2 이상의 층들이 서로 다른 조성을 가질 수 있다. 예를 들어, 도 2의 제1층(131), 제2층(132) 및 제3층(133)은 서로 다른 조성을 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 2 이상의 층들이 서로 독립적으로 액체전해질, 겔전해질 및 고체전해질 중에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 다층 구조에서 도 1의 음극(12)에 인접한 도 2의 제3층(133)이 상술한 복합전해질을 포함하고, 제2층(132)이 액체전해질을 포함하고, 제1층(131)이 고체전해질을 포함할 수 있다.In addition, the two or more layers may have different compositions. For example, the first layer 131, the second layer 132, and the third layer 133 of FIG. 2 may have different compositions. For example, the two or more layers may independently include at least one selected from a liquid electrolyte, a gel electrolyte, and a solid electrolyte. For example, in the multilayer structure, the third layer 133 of FIG. 2 adjacent to the cathode 12 of FIG. 1 includes the composite electrolyte described above, the second layer 132 comprises a liquid electrolyte, Layer 131 may comprise a solid electrolyte.

예를 들어, 도 9a~9b에 도시되는 바와 같이, 상기 음극 상에 복합전해질을 포함하는 전해질층이 배치된 리튬전지의 25℃에서 96 시간 경과 후의 임피던스(저항)가 상기 복합전해질이 없는 리튬전지에 비하여 10% 이하일 수 있다. 예를 들어, 리튬금속 상에 복합전해질이 코팅된 전극을 포함하는 대칭셀의 25℃에서 96 시간 경과 후의 임피던스가 상기 복합전해질이 코팅되지 않은 리튬금속으로 이루어진 전극을 포함하는 대칭셀에 비하여 10% 이하일 수 있다. 음극 상에 복합전해질을 포함하는 전해질층이 배치됨에 의하여 음극 표면이 안정화되어 시간의 경과에 따른 음극의 계면저항 증가가 현저히 감소할 수 있다.For example, as shown in FIGS. 9A to 9B, the impedance (resistance) after a lapse of 96 hours at 25 DEG C of the lithium battery in which the electrolyte layer including the composite electrolyte is disposed on the negative electrode is less than the lithium battery To 10%. For example, the impedance after a lapse of 96 hours at 25 캜 of a symmetric cell including an electrode coated with a complex electrolyte on a lithium metal is 10% or more, as compared with a symmetric cell comprising an electrode made of lithium metal not coated with the complex electrolyte. &Lt; / RTI &gt; The surface of the negative electrode is stabilized by disposing the electrolyte layer including the composite electrolyte on the negative electrode, and the increase of the interface resistance of the negative electrode over time can be remarkably reduced.

상기 리튬전지는 양극과 음극 사이에 배치되는 세퍼레이터를 추가적으로 포함할 수 있다. 도 3에 보여지는 바와 같이 리튬전지는 양극(11); 음극(12); 상기 음극 상에 배치된 복합전해질을 포함하는 전해질층(13); 및 상기 양극(11)과 전해질층(13) 사이에 배치된 세퍼레이터(141)를 추가적으로 포함할 수 있다. 상기 세퍼레이터(141)의 조성 등에 관하여는 이하의 전지제조 방법에 대한 부분에서 보다 구체적으로 설명한다. 상기 세퍼레이터(141)는 액체전해질에 함침된 상태로 사용될 수 있다.The lithium battery may further include a separator disposed between the anode and the cathode. As shown in FIG. 3, the lithium battery includes an anode 11; A cathode 12; An electrolyte layer (13) comprising a composite electrolyte disposed on the cathode; And a separator 141 disposed between the anode 11 and the electrolyte layer 13. The composition and the like of the separator 141 will be described more specifically in the following section of the battery manufacturing method. The separator 141 may be used in a state impregnated with a liquid electrolyte.

상기 리튬전지는 양극에 인접한 액체전해질을 추가적으로 포함할 수 있다. 도 4에 보여지는 바와 같이 리튬전지는 양극(11); 음극(12); 상기 음극 상에 배치된 복합전해질을 포함하는 전해질층(13); 및 상기 양극(11)과 전해질층(13) 사이에 배치된 액체전해질(142)을 추가적으로 포함할 수 있다. 상기 액체전해질(142)은 전해질층(13)의 복합전해질이 함유하는 액체전해질과 조성이 같거나 다를 수 있다. 상기 액체전해질(142)의 조성 등에 관하여는 상술한 바와 같다. The lithium battery may further include a liquid electrolyte adjacent to the anode. As shown in FIG. 4, the lithium battery includes an anode 11; A cathode 12; An electrolyte layer (13) comprising a composite electrolyte disposed on the cathode; And a liquid electrolyte 142 disposed between the anode 11 and the electrolyte layer 13. The liquid electrolyte 142 may be the same or different in composition from the liquid electrolyte contained in the composite electrolyte of the electrolyte layer 13. The composition and the like of the liquid electrolyte 142 are as described above.

상기 리튬전지에서 양극은 액체전해질에 함침되는 다공성 양극일 수 있다. 도 5에 보여지는 바와 같이 리튬전지는 다공성 양극(111); 음극(12); 상기 음극 상에 배치된 복합전해질을 포함하는 전해질층(13); 및 상기 양극(11)과 전해질층(13) 사이에 배치된 액체전해질(142)을 포함할 수 있다. 본 명세서에서 다공성 양극(111)은 의도적으로 기공을 형성시킨 양극뿐만 아니라 의도적으로 기공의 형성을 배제하지 않아 양극 내부로 모세관 현상 등에 의하여 액체전해질이 침투될 수 있는 양극도 포함한다. 즉, 상기 다공성 양극(111)은 제조과정에서 형성된 기공을 포함하는 양극도 포함한다. 예를 들어, 상기 다공성 양극(111)은 양극활물질, 도전재, 바인더, 용매 등을 포함하는 양극활물질 조성물을 코팅 및 건조시켜 얻어지는 양극을 포함한다. 상기 양극활물질 조성물에서 얻어지는 다공성 양극(111)은 양극활물질 입자 사이에 존재하는 기공을 포함할 수 있다. 상기 다공성 양극(111)은 액체전해질(142)에 함침될 수 있다. 상기 다공성 양극(111)이 액체전해질(142)에 함침됨에 의하여 양극활물질과 전해액의 접촉이 증가하여 리튬전지의 내부저항이 감소할 수 있다.In the lithium battery, the anode may be a porous anode impregnated with a liquid electrolyte. As shown in FIG. 5, the lithium battery includes a porous anode 111; A cathode 12; An electrolyte layer (13) comprising a composite electrolyte disposed on the cathode; And a liquid electrolyte 142 disposed between the anode 11 and the electrolyte layer 13. In this specification, the porous anode 111 includes not only an anode in which pores are intentionally formed but also an anode in which the liquid electrolyte can be permeated into the anode by capillary phenomenon without intentionally excluding the formation of pores. That is, the porous anode 111 includes an anode including pores formed in the manufacturing process. For example, the porous anode 111 includes a cathode obtained by coating and drying a cathode active material composition including a cathode active material, a conductive material, a binder, a solvent, and the like. The porous anode 111 obtained from the cathode active material composition may include pores existing between the cathode active material particles. The porous anode 111 may be impregnated into the liquid electrolyte 142. As the porous anode 111 is impregnated into the liquid electrolyte 142, the contact between the cathode active material and the electrolyte increases, thereby reducing the internal resistance of the lithium battery.

상기 리튬전지에서 양극은 액체전해질, 겔전해질 및 고체전해질 중에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다. 상기 양극은 리튬이온의 전도도를 향상시키기 위하여 양극 내에 액체전해질, 겔전해질, 고체전해질 등을 포함할 수 있다. 상기 액체전해질, 겔전해질, 고체전해질은 당해 기술분야에서 리튬전지의 전해질로 사용할 수 있는 것으로서 충방전과정에서 양극활물질과 반응하여 양극활물질을 열화시키지 않는 것이라면 모두 가능하다. 상기 액체전해질은 도 5에서 다공성양극(111)에 함침되는 액체전해질과 동일할 수 있다. 상기 겔전해질은 고분자겔전해질일 수 있다. 상기 고체전해질은 고체고분자전해질, 고체무기이온전도체 등일 수 있다.In the lithium battery, the anode may include at least one selected from a liquid electrolyte, a gel electrolyte, and a solid electrolyte. The positive electrode may include a liquid electrolyte, a gel electrolyte, a solid electrolyte, and the like in the positive electrode to improve the conductivity of the lithium ion. The liquid electrolyte, the gel electrolyte, and the solid electrolyte can be used as an electrolyte of a lithium battery in the related art, as long as they do not deteriorate the cathode active material by reacting with the cathode active material during charging and discharging. The liquid electrolyte may be the same as the liquid electrolyte impregnated into the porous anode 111 in FIG. The gel electrolyte may be a polymer gel electrolyte. The solid electrolyte may be a solid polymer electrolyte, a solid inorganic ion conductor, or the like.

상기 리튬전지는 양극; 음극; 및 상기 양극에 인접한 복합전해질층을 포함하며, 상기 음극 상의 적어도 일부에 배치된 고체전해질층을 포함할 수 있다. 도 6에 보여지는 바와 같이, 상기 리튬전지는 양극(11), 음극(12), 상기 양극(11)에 인접하는 복합전해질층(13) 및 상기 복합전해질층(13)과 음극(12) 사이에 배치되는 고체전해질층(143)을 포함할 수 있다. 상기 복합전해질층(13)은 도 2에 도시되는 바와 같이 다층구조를 가질 수 있다. 예를 들어, 도 2에 도시되는 다층 구조의 제1층(131), 제2층(132) 및 제3층(133) 중 하나 이상의 층에 복합전해질이 포함되는 복합전해질층(13)이 양극(11)에 인접하게 배치될 수 있다.The lithium battery includes a positive electrode; cathode; And a composite electrolyte layer adjacent to the anode, and a solid electrolyte layer disposed on at least a portion of the cathode. 6, the lithium battery includes a positive electrode 11, a negative electrode 12, a composite electrolyte layer 13 adjacent to the positive electrode 11, and a negative electrode 12 between the composite electrolyte layer 13 and the negative electrode 12, And a solid electrolyte layer 143 disposed on the solid electrolyte layer. The composite electrolyte layer 13 may have a multilayer structure as shown in FIG. For example, the composite electrolyte layer 13 in which the composite electrolyte is contained in at least one of the first layer 131, the second layer 132, and the third layer 133 of the multilayer structure shown in FIG. 2, (Not shown).

상기 고체전해질층(143)은 이온전도성고분자(ionically conducting polymer), 이온성액체고분자(polymeric ionic liquid, PIL), 무기전해질, 고분자 매트릭스(polymer matrix), 전자전도성고분자(electronically conducting polymer) 중에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있으나 이들로 한정되지 않으며 당해 기술분야에서 고체전해질로 사용될 수 있는 것이라면 모두 가능하다. 상기 고분자 매트릭스는 이온 전도성 또는 전자 전도성을 가지지 않을 수 있다.The solid electrolyte layer 143 may be formed of one selected from the group consisting of an ionically conducting polymer, an ionic liquid polymer (PIL), an inorganic electrolyte, a polymer matrix, and an electronically conducting polymer But are not limited thereto and can be used as solid electrolytes in the art. The polymer matrix may not have ionic conductivity or electron conductivity.

예를 들어, 상기 고체전해질층(143)은 폴리에틸렌옥사이드(PEO), 2 이상의 낮은 Tg를 가지는 고분자블럭을 포함하는 고체그라프트공중합체(solid graft copolymer), 폴리(디알릴디메틸암모늄)트리플루오로메탄술포닐이미드(poly(diallyldimethylammonium)TFSI), Cu3N, Li3N, LiPON, Li3PO4.Li2S.SiS2, Li2S.GeS2.Ga2S3, Li2O.11Al2O3, Na2O.11Al2O3, (Na,Li)1+xTi2-xAlx(PO4)3 (0.1-x-0.9), Li1+xHf2-xAlx(PO4)3 (0.1-x-0.9), Na3Zr2Si2PO12, Li3Zr2Si2PO12, Na5ZrP3O12, Na5TiP3O12, Na3Fe2P3O12, Na4NbP3O12, Na-Silicates, Li0.3La0.5TiO3, Na5MSi4O12 (M은 Nd, Gd, Dy 등의 희토류원소) Li5ZrP3O12, Li5TiP3O12, Li3Fe2P3O12, Li4NbP3O12, Li1+x(M,Al,Ga)x(Ge1-yTiy)2-x(PO4)3 (X-0.8, 0-Y-1.0, M은 Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm 또는 Yb), Li1+x+yQxTi2-xSiyP3-yO12 (0<x-0.4, 0<y-0.6, Q 는 Al 또는 Ga), Li6BaLa2Ta2O12, Li7La3Zr2O12, Li5La3Nb2O12, Li5La3M2O12 (M은 Nb, Ta), Li7+xAxLa3-xZr2O12 (0<x<3, A는 Zn), 중에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다.For example, the solid electrolyte layer 143 can be formed of a polymer selected from the group consisting of polyethylene oxide (PEO), a solid graft copolymer including a polymer block having a low Tg of 2 or more, poly (diallyldimethylammonium) methane sulfonyl imide (poly (diallyldimethylammonium) TFSI), Cu 3 N, Li 3 N, LiPON, Li 3 PO 4 .Li 2 S.SiS 2, Li 2 S.GeS 2 .Ga 2 S 3, Li 2 O .11Al 2 O 3, Na 2 O.11Al 2 O 3, (Na, Li) 1 + x Ti 2-x Al x (PO 4) 3 (0.1-x-0.9), Li 1 + x Hf 2-x Al x (PO 4) 3 ( 0.1-x-0.9), Na 3 Zr 2 Si 2 PO 12, Li 3 Zr 2 Si 2 PO 12, Na 5 ZrP 3 O 12, Na 5 TiP 3 O 12, Na 3 Fe 2 P 3 O 12 , Na 4 NbP 3 O 12 , Na-Silicates, Li 0.3 La 0.5 TiO 3 , Na 5 MSi 4 O 12 (M is rare earth element such as Nd, Gd and Dy) Li 5 ZrP 3 O 12 , Li 5 TiP 3 O 12, Li 3 Fe 2 P 3 O 12, Li 4 NbP 3 O 12, Li 1 + x (M, Al, Ga) x (Ge 1-y Ti y) 2-x (PO 4) 3 (x-0.8, 0- y-1.0, M is Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm , or Yb), Li 1 + x + y Q x Ti 2-x Si y P 3-y O 12 (0 < x-0.4, 0 < y-0.6, Q is Al or G a), Li 6 BaLa 2 Ta 2 O 12, Li 7 La 3 Zr 2 O 12, Li 5 La 3 Nb 2 O 12, Li 5 La 3 M 2 O 12 (M is Nb, Ta), Li 7 + x A x La 3-x Zr 2 O 12 (0 <x <3, A is Zn).

예를 들어, 상기 고체전해질층(143)은 이온 전도성 고분자로서 에테르계 모노머, 아크릴계 모노머, 메타크릴계 모노머 및 실록산계 모노머 중에서 선택된 하나 이상의 이온 전도성 반복단위(ion conductive repeating unit)를 포함할 수 있다.For example, the solid electrolyte layer 143 may include at least one ion conductive repeating unit selected from ether-based monomers, acrylic monomers, methacrylic monomers, and siloxane monomers as the ion conductive polymer .

예를 들어, 상기 이온 전도성 고분자는 폴리에틸렌옥사이드, 폴리프로필렌옥사이드, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리에틸메타크릴레이트, 폴리디메틸실록산, 폴리아크릴산, 폴리메타크릴산, 폴리메틸아크릴레이트, 폴리에틸아크릴레이트, 폴리2-에틸헥실 아크릴레이트, 폴리부틸 메타크릴레이트, 폴리2-에틸헥실메타크릴레이트, 폴리데실아크릴레이트 및 폴리에틸렌비닐아세테이트로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상일 수 있다.For example, the ion conductive polymer may be at least one selected from the group consisting of polyethylene oxide, polypropylene oxide, polymethylmethacrylate, polyethylmethacrylate, polydimethylsiloxane, polyacrylic acid, polymethacrylic acid, polymethyl acrylate, Polyhexyl methacrylate, poly 2-ethylhexyl acrylate, polybutyl methacrylate, poly 2-ethylhexyl methacrylate, polydesyl acrylate, and polyethylene vinyl acetate.

예를 들어, 상기 이온 전도성 고분자는 이온 전도성 반복단위(ion conductive repeating unit)와 구조 반복단위(structural repeating unit)를 포함하는 공중합체일 수 있다.For example, the ion conductive polymer may be a copolymer including an ion conductive repeating unit and a structural repeating unit.

예를 들어, 상기 이온 전도성 반복단위는 아크릴산, 메타크릴산, 메틸 아크릴레이트, 메틸 메타크릴레이트, 에틸 아크릴레이트, 에틸 메타크릴레이트, 2-에틸헥실 아크릴레이트, 부틸 메타크릴레이트, 2-에틸 헥실 메타크릴레이트, 데실 아크릴레이트, 에틸렌 비닐아세테이트, 에틸렌 옥사이드, 프로필렌 옥사이드, 중에서 선택된 하나 이상의 모노머로부터 유래된 것이고, 상기 구조 반복단위는 스티렌, 4-브로모스티렌, 터트부틸스티렌, 디비닐벤젠, 메틸 메타크릴레이트, 이소부틸 메타크릴레이트, 부타디엔, 에틸렌, 프로필렌, 디메틸실록산, 이소부틸렌, N-이소프로필 아크릴아미드, 비닐리덴 플루오라이드, 아크릴로니트릴, 4-메틸 펜텐-1, 부틸렌 테레프탈레이트, 에틸렌 테레프탈레이트 및 비닐피리딘으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 모노머로부터 얻어진 것일 수 있다.For example, the ionic conductive repeating unit may be selected from the group consisting of acrylic acid, methacrylic acid, methyl acrylate, methyl methacrylate, ethyl acrylate, ethyl methacrylate, 2-ethylhexyl acrylate, butyl methacrylate, Methacrylate, decyl acrylate, ethylene vinyl acetate, ethylene oxide, propylene oxide, and the structural repeating unit is at least one monomer selected from the group consisting of styrene, 4-bromostyrene, tert-butylstyrene, divinylbenzene, methyl Acrylates such as methacrylate, isobutyl methacrylate, butadiene, ethylene, propylene, dimethylsiloxane, isobutylene, N-isopropylacrylamide, vinylidene fluoride, acrylonitrile, , Ethylene terephthalate, and vinyl pyridine. Lt; / RTI &gt;

예를 들어, 상기 이온 전도성 고분자는 이온 전도상(conductive phase)과 구조상(structural phase)을 포함하는 블록 공중합체일 수 있다. 상기 이온전도상과 구조상을 포함하는 블록공중합체는 예를 들어, USP 8, 269,197; USP 8,563,168; US 2011/0206994에 개시된 블록공중합체를 포함한다.For example, the ion conductive polymer may be a block copolymer including an ion conductive phase and a structural phase. Block copolymers comprising the ionic conducting and structural phases are described, for example, in USP 8,269,197; USP 8,563,168; US 2011/0206994.

상기 복합전해질을 포함하는 리튬전지는 다음과 같이 만들어질 수 있다. 예를 들어, 도 4에 개시된 양극(11); 음극(12); 상기 음극 상에 배치된 복합전해질을 포함하는 전해질층(13); 및 상기 양극(11)과 전해질층(13) 사이에 배치된 액체전해질(142)을 포함하는 리튬전지는 다음과 같이 제조될 수 있다. 또한, 상기 양극(11)과 전해질층(13) 사이에 세퍼레이터가 추가적으로 배치될 수 잇다.The lithium battery including the composite electrolyte can be made as follows. For example, the anode 11 shown in Fig. 4; A cathode 12; An electrolyte layer (13) comprising a composite electrolyte disposed on the cathode; And a liquid electrolyte 142 disposed between the anode 11 and the electrolyte layer 13 can be manufactured as follows. Further, a separator may be additionally disposed between the anode 11 and the electrolyte layer 13.

먼저, 음극이 준비된다.First, a cathode is prepared.

상기 음극으로서 리튬금속 박막이 그대로 사용될 수 있다. 다르게는, 상기 음극은 집전체 및 상기 집전체 상에 배치되는 음극활물질층을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 음극은 리튬금속 박막이 집전체인 전도성 기판 상에 배치된 상대로 사용될 수 있다. 상기 리튬금속 박막이 집전체와 일체를 형성할 수 있다.The lithium metal thin film can be used as the negative electrode as it is. Alternatively, the negative electrode may include a current collector and a negative electrode active material layer disposed on the current collector. For example, the cathode can be used as a counter electrode disposed on a conductive substrate where a lithium metal thin film is a current collector. The lithium metal thin film can form an integrated body with the current collector.

상기 음극에서 집전체는 스테인레스 스틸, 구리, 니켈, 철 및 코발트로 이루어진 군에서 선택된 하나일 수 있으나, 반드시 이들로 한정되지 않으며, 당해 기술분야에서 사용될 수 있는 전도성이 우수한 금속성 기판이라면 모두 가능하다. 예를 들어, 집전체는 전도성 산화물 기판, 전도성 고분자 기판 등일 수 있다. 또한, 집전체는 기판 전체가 전도성 재료로 이루어진 구조 외에 절연성 기판의 일 표면 상에 전도성 금속, 전도성 금속산화물, 전도성 고분자가 코팅된 형태 등 다양한 구조를 가질 수 있다. 상기 집전체는 유연성 기판일 수 있다. 따라서, 집전체는 쉽게 굽혀질 수 있다. 또한, 굽혀진 후에, 집전체는 원래 형태로 복원이 용이할 수 있다.In the cathode, the current collector may be any one selected from the group consisting of stainless steel, copper, nickel, iron, and cobalt, but is not necessarily limited thereto, and any metallic substrate having excellent conductivity that can be used in the technical field is available. For example, the current collector may be a conductive oxide substrate, a conductive polymer substrate, or the like. The current collector may have various structures such as a structure in which the entire substrate is made of a conductive material, a form in which a conductive metal, a conductive metal oxide, and a conductive polymer are coated on one surface of an insulating substrate. The current collector may be a flexible substrate. Therefore, the current collector can be easily bent. Further, after bending, the current collector may be easily restored to its original shape.

또한, 상기 음극은 리튬금속 외에 다른 음극활물질을 추가적으로 포함할 수 있다. 상기 음극은 리튬금속과 다른 음극활물질의 합금, 리튬금속과 다른 음극활물질의 복합체 또는 리튬금속과 다른 음극활물질의 혼합물일 수 있다.The negative electrode may further include a negative electrode active material in addition to lithium metal. The negative electrode may be an alloy of a lithium metal and another negative active material, a composite of a lithium metal and another negative active material, or a mixture of a lithium metal and another negative active material.

상기 음극에 추가될 수 있는 다른 음극활물질로는 예를 들어, 리튬과 합금 가능한 금속, 전이금속 산화물, 비전이금속산화물 및 탄소계 재료로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다.Other negative electrode active materials that may be added to the negative electrode may include, for example, at least one selected from the group consisting of lithium-alloyable metals, transition metal oxides, non-transition metal oxides, and carbon-based materials.

예를 들어, 상기 리튬과 합금가능한 금속은 Si, Sn, Al, Ge, Pb, Bi, Sb Si-Y 합금(상기 Y는 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 13족 원소, 14족 원소, 전이금속, 희토류 원소 또는 이들의 조합 원소이며, Si는 아님), Sn-Y 합금(상기 Y는 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 13족 원소, 14족 원소, 전이금속, 희토류 원소 또는 이들의 조합 원소이며, Sn은 아님) 등일 수 있다. 상기 원소 Y로는 Mg, Ca, Sr, Ba, Ra, Sc, Y, Ti, Zr, Hf, Rf, V, Nb, Ta, Db, Cr, Mo, W, Sg, Tc, Re, Bh, Fe, Pb, Ru, Os, Hs, Rh, Ir, Pd, Pt, Cu, Ag, Au, Zn, Cd, B, Al, Ga, Sn, In, Ti, Ge, P, As, Sb, Bi, S, Se, Te, Po, 또는 이들의 조합일 수 있다.For example, the metal that can be alloyed with lithium is at least one element selected from the group consisting of Si, Sn, Al, Ge, Pb, Bi, Sb Si-Y alloys (Y is at least one element selected from the group consisting of alkali metals, alkaline earth metals, Group 13 elements, Group 14 elements, (Wherein Y is an alkali metal, an alkaline earth metal, a Group 13 element, a Group 14 element, a transition metal, a rare earth element, or a combination element thereof, and not a Sn element) ) And the like. The element Y may be at least one element selected from the group consisting of Mg, Ca, Sr, Ba, Ra, Sc, Y, Ti, Zr, Hf, Rf, V, Nb, Ta, Db, Cr, Mo, W, Sg, Pb, Ru, Os, Hs, Rh, Ir, Pd, Pt, Cu, Ag, Au, Zn, Cd, B, Al, Ga, Sn, In, Ti, Ge, P, As, Sb, Se, Te, Po, or a combination thereof.

예를 들어, 상기 전이금속 산화물은 리튬 티탄 산화물, 바나듐 산화물, 리튬 바나듐 산화물 등일 수 있다.For example, the transition metal oxide may be lithium titanium oxide, vanadium oxide, lithium vanadium oxide, or the like.

예를 들어, 상기 비전이금속 산화물은 SnO2, SiOx(0<x<2) 등일 수 있다. For example, the non-transition metal oxide may be SnO 2 , SiO x (0 <x <2), or the like.

상기 탄소계 재료로는 결정질 탄소, 비정질 탄소 또는 이들의 혼합물일 수 있다. 상기 결정질 탄소는 무정형, 판상, 린편상(flake), 구형 또는 섬유형의 천연 흑연 또는 인조 흑연과 같은 흑연일 수 있으며, 상기 비정질 탄소는 소프트 카본(soft carbon: 저온 소성 탄소) 또는 하드 카본(hard carbon), 메조페이스 피치(mesophase pitch) 탄화물, 소성된 코크스 등일 수 있다.The carbon-based material may be crystalline carbon, amorphous carbon, or a mixture thereof. The crystalline carbon may be graphite such as natural graphite or artificial graphite in an amorphous, plate-like, flake, spherical or fibrous shape, and the amorphous carbon may be soft carbon or hard carbon carbon, mesophase pitch carbide, calcined coke, and the like.

다르게는, 상기 음극은 리튬금속 대신에 다른 음극활물질을 포함할 수 있다. 상기 음극은 리튬금속 대신에 종래의 일반적인 음극활물질, 도전제, 바인더 및 용매를 포함하는 음극활물질 조성물을 사용하여 제조될 수 있다.Alternatively, the cathode may comprise another anode active material instead of lithium metal. The negative electrode may be prepared by using a negative electrode active material composition containing a conventional negative electrode active material, a conductive agent, a binder and a solvent in place of the lithium metal.

예를 들어, 종래의 일반적인 음극활물질 조성물이 제조된 후, 집전체 위에 직접 코팅되어 음극 극판이 얻어지거나, 별도의 지지체 상에 캐스팅되고 상기 지지체로부터 박리시킨 음극활물질 필름이 집전체에 라미네이션되어 음극 극판이 얻어질 수 있다. 상기 음극은 상기에서 열거한 형태에 한정되지 않고 당해 기술분야에서 사용될 수 있는 모든 다른 형태일 수 있다. 예를 들어, 상기 음극은 집전체 상에 종래의 일반적인 음극활물질, 전해액 등을 포함하는 음극활물질 잉크가 추가적으로 잉크젯 방식 등으로 인쇄되어 제조될 수 있다.For example, after a conventional general negative electrode active material composition is produced, a negative electrode plate is coated directly on the current collector, or a negative electrode active material film that is cast on a separate support and peeled from the support is laminated on the current collector, Can be obtained. The cathode is not limited to those listed above, but may be any other form that can be used in the art. For example, the negative electrode may be manufactured by printing a negative electrode active material ink including a conventional negative electrode active material, an electrolyte, and the like on the current collector, using an ink jet method or the like.

상기 종래의 일반적인 음극활물질은 분말 형태일 수 있다. 상기 분말 형태의 음극활물질은 음극활물질 조성물 또는 음극활물질 잉크에 적용될 수 있다.The conventional negative electrode active material may be in powder form. The powdery negative electrode active material may be applied to the negative electrode active material composition or the negative electrode active material ink.

상기 도전제로는 카본블랙, 흑연미립자 등이 사용될 수 있으나, 이들로 한정되지 않으며, 당해 기술분야에서 도전제로 사용될 수 있는 것이라면 모두 사용될 수 있다.As the conductive agent, carbon black, graphite fine particles, and the like may be used, but not limited thereto, and any conductive agent may be used as long as it can be used in the art.

상기 바인더로는 비닐리덴 플루오라이드/헥사플루오로프로필렌 코폴리머, 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF), 폴리아크릴로니트릴, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리테트라플루오로에틸렌 및 그 혼합물 또는 스티렌 부타디엔 고무계 폴리머 등이 사용될 수 있으나 이들로 한정되지 않으며 당해 기술분야에서 바인더로 사용될 수 있는 것이라면 모두 사용될 수 있다.Examples of the binder include vinylidene fluoride / hexafluoropropylene copolymer, polyvinylidene fluoride (PVDF), polyacrylonitrile, polymethyl methacrylate, polytetrafluoroethylene and mixtures thereof, and styrene butadiene rubber-based polymers May be used, but not limited to, and may be used as long as they can be used as binders in the art.

상기 용매로는 N-메틸피롤리돈, 아세톤 또는 물 등이 사용될 수 있으나 이들로 한정되지 않으며 당해 기술분야에서 사용될 수 있는 것이라면 모두 사용될 수 있다.As the solvent, N-methylpyrrolidone, acetone, water, or the like may be used, but not limited thereto, and any solvent that can be used in the technical field can be used.

상기 종래의 일반적인 음극활물질, 도전제, 바인더 및 용매의 함량은 리튬전지에서 통상적으로 사용되는 수준이다. 리튬전지의 용도 및 구성에 따라 상기 도전제, 바인더 및 용매 중 하나 이상이 생략될 수 있다.The content of the conventional negative electrode active material, the conductive agent, the binder, and the solvent is generally used in a lithium battery. Depending on the use and configuration of the lithium battery, one or more of the conductive agent, the binder and the solvent may be omitted.

다음으로, 복합전해질 조성물이 준비된다.Next, a composite electrolyte composition is prepared.

복합전해질 조성물은 이온성액체 고분자를 포함하는 용액에 무기입자 및 액체전해질을 첨가하여 혼합하여 제조될 수 있다. 복합전해질 조성물의 제조에 사용될 수 있는 이온성액체고분자, 무기입자 및 액체전해질은 상술한 바와 같다. 예를 들어, 복합전해질 조성물은 디메틸포름아미드(DMF) 용매에 폴리(디알릴디메틸암모늄)트리플루오로메탄술포닐이미드(poly(diallyldimethylammonium)TFSI), 알루미나(Al2O3) 및 에틸렌카보네이트(EC), 디에틸카보네이트(DEC), 플루오로에틸렌카보네이트(FEC)의 2:6:2 부피비 혼합용매에 1.3M의 LiPF6가 용해된 액체전해질을 투입 및 혼합하여 제조될 수 있다.The composite electrolyte composition may be prepared by adding inorganic particles and a liquid electrolyte to a solution containing an ionic liquid polymer and mixing them. The ionic liquid polymer, inorganic particles, and liquid electrolyte that can be used in the preparation of the composite electrolyte composition are as described above. For example, the composite electrolyte composition may be prepared by adding poly (diallyldimethylammonium) TFSI, alumina (Al 2 O 3 ), and ethylene carbonate (DMF) to a dimethylformamide (DMF) EC), diethyl carbonate (DEC), and fluoroethylene carbonate (FEC) in a volume ratio of 2: 6: 2 by volume of a liquid electrolyte containing 1.3M LiPF6 dissolved therein.

상기에서 제조된 복합전해질 조성물을 음극 상에 코팅한 후 상온에서 건조시켜 용매(DMF)를 제거하여, 음극 상에 코팅된 복합전해질층을 얻었다.The composite electrolyte composition prepared above was coated on a negative electrode and dried at room temperature to remove the solvent (DMF) to obtain a composite electrolyte layer coated on the negative electrode.

다음으로, 양극이 다음과 같이 제조될 수 있다.Next, the anode can be manufactured as follows.

상기 양극은 상기 음극활물질 대신에 양극활물질로 사용하는 것을 제외하고는 음극활물질 조성물과 동일한 방법을 제조될 수 있다.The anode may be manufactured in the same manner as the anode active material composition except that the anode is used as a cathode active material instead of the anode active material.

양극활물질 조성물에서 도전제, 바인더 및 용매는 음극활물질 조성물의 경우와 동일한 것을 사용할 수 있다. 양극활물질, 도전제, 바인더 및 용매를 혼합하여 양극활물질 조성물을 준비한다. 상기 양극활물질 조성물을 알루미늄 집전체상에 직접 코팅 및 건조하여 양극활물질층이 형성된 양극 극판을 제조할 수 있다. 다르게는, 상기 양극활물질 조성물을 별도의 지지체상에 캐스팅한 다음, 이 지지체로부터 박리하여 얻은 필름을 상기 알루미늄 집전체 상에 라미네이션하여 양극활물질층이 형성된 양극 극판을 제조할 수 있다.As the conductive agent, the binder and the solvent in the positive electrode active material composition, the same materials as those of the negative electrode active material composition may be used. A cathode active material composition, a conductive agent, a binder and a solvent are mixed to prepare a cathode active material composition. The positive electrode active material composition is directly coated on the aluminum current collector and dried to produce a positive electrode plate having a positive electrode active material layer. Alternatively, the cathode active material composition may be cast on a separate support, and then a film obtained by peeling the support from the support may be laminated on the aluminum current collector to produce a cathode plate having a cathode active material layer.

상기 양극활물질은 리튬함유 금속산화물로서, 당업계에서 통상적으로 사용되는 것이면 제한 없이 모두 사용될 수 있다. 예를 들어, 코발트, 망간, 니켈, 및 이들의 조합에서 선택되는 금속과 리튬과의 복합 산화물 중 1종 이상의 것을 사용할 수 있으며, 그 구체적인 예로는, LiaA1-bBbD2(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 및 0 ≤ b ≤ 0.5이다); LiaE1-bBbO2-cDc(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05이다); LiE2-bBbO4-cDc(상기 식에서, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05이다); LiaNi1-b-cCobBcDα(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 < α ≤ 2이다); LiaNi1-b-cCobBcO2-αFα(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 < α < 2이다); LiaNi1-b-cCobBcO2-αF2(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 < α < 2이다); LiaNi1-b-cMnbBcDα(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 < α ≤ 2이다); LiaNi1-b-cMnbBcO2-αFα(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 < α < 2이다); LiaNi1-b-cMnbBcO2-αF2(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 < α < 2이다); LiaNibEcGdO2(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.9, 0 ≤ c ≤ 0.5, 0.001 ≤ d ≤ 0.1이다.); LiaNibCocMndGeO2(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.9, 0 ≤ c ≤ 0.5, 0 ≤ d ≤0.5, 0.001 ≤ e ≤ 0.1이다.); LiaNiGbO2(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0.001 ≤ b ≤ 0.1이다.); LiaCoGbO2(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0.001 ≤ b ≤ 0.1이다.); LiaMnGbO2(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0.001 ≤ b ≤ 0.1이다.); LiaMn2GbO4(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0.001 ≤ b ≤ 0.1이다.); QO2; QS2; LiQS2; V2O5; LiV2O5; LiIO2; LiNiVO4; Li(3-f)J2(PO4)3(0 ≤ f ≤ 2); Li(3-f)Fe2(PO4)3(0 ≤ f ≤ 2); LiFePO4의 화학식 중 어느 하나로 표현되는 화합물을 사용할 수 있다:The cathode active material is a lithium-containing metal oxide, and any of those conventionally used in the art can be used without limitation. For example, at least one of complex oxides of metal and lithium selected from cobalt, manganese, nickel, and combinations thereof may be used. Specific examples thereof include Li a A 1-b B b D 2 In the formula, 0.90? A? 1.8, and 0? B? 0.5); Li a E 1-b B b O 2 -c D c wherein, in the formula, 0.90? A? 1.8, 0? B? 0.5, 0? C? 0.05; LiE (in the above formula, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05) 2-b B b O 4-c D c; Li a Ni 1 -bc Co b B c D ? Wherein, in the formula, 0.90? A? 1.8, 0? B? 0.5, 0? C? 0.05, 0 <? Li a Ni 1- b c Co b B c O 2 -? F ? Wherein? 0.90? A? 1.8, 0? B? 0.5, 0? C? 0.05, 0 <? Li a Ni 1- b c Co b B c O 2-α F 2 wherein 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 <α <2; Li a Ni 1-bc Mn b B c D ? Wherein, in the formula, 0.90? A? 1.8, 0? B? 0.5, 0? C? 0.05, 0 <? Li a Ni 1-bc Mn b B c O 2-α F α wherein 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 <α <2; Li a Ni 1-bc Mn b B c O 2-α F 2 wherein 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 <α <2; Li a Ni b E c G d O 2 wherein 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.9, 0 ≤ c ≤ 0.5, and 0.001 ≤ d ≤ 0.1; Li a Ni b Co c Mn d GeO 2 wherein 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.9, 0 ≤ c ≤ 0.5, 0 ≤ d ≤ 0.5, and 0.001 ≤ e ≤ 0.1; Li a NiG b O 2 (in the above formula, 0.90? A? 1.8, and 0.001? B? 0.1); Li a CoG b O 2 wherein, in the above formula, 0.90? A? 1.8, and 0.001? B? 0.1; Li a MnG b O 2 (in the above formula, 0.90? A? 1.8, 0.001? B? 0.1); Li a Mn 2 G b O 4 wherein, in the above formula, 0.90? A? 1.8, and 0.001? B? 0.1; QO 2; QS 2 ; LiQS 2 ; V 2 O 5 ; LiV 2 O 5 ; LiIO 2 ; LiNiVO 4; Li (3-f) J 2 (PO 4 ) 3 (0? F? 2); Li (3-f) Fe 2 (PO 4 ) 3 (0? F? 2); In the formula of LiFePO 4 may be used a compound represented by any one:

상기 화학식에 있어서, A는 Ni, Co, Mn, 또는 이들의 조합이고; B는 Al, Ni, Co, Mn, Cr, Fe, Mg, Sr, V, 희토류 원소 또는 이들의 조합이고; D는 O, F, S, P, 또는 이들의 조합이고; E는 Co, Mn, 또는 이들의 조합이고; F는 F, S, P, 또는 이들의 조합이고; G는 Al, Cr, Mn, Fe, Mg, La, Ce, Sr, V, 또는 이들의 조합이고; Q는 Ti, Mo, Mn, 또는 이들의 조합이고; I는 Cr, V, Fe, Sc, Y, 또는 이들의 조합이며; J는 V, Cr, Mn, Co, Ni, Cu, 또는 이들의 조합이다.In the above formula, A is Ni, Co, Mn, or a combination thereof; B is Al, Ni, Co, Mn, Cr, Fe, Mg, Sr, V, a rare earth element or a combination thereof; D is O, F, S, P, or a combination thereof; E is Co, Mn, or a combination thereof; F is F, S, P, or a combination thereof; G is Al, Cr, Mn, Fe, Mg, La, Ce, Sr, V, or combinations thereof; Q is Ti, Mo, Mn, or a combination thereof; I is Cr, V, Fe, Sc, Y, or a combination thereof; J is V, Cr, Mn, Co, Ni, Cu, or a combination thereof.

예를 들어, 양극활물질로서 LiCoO2, LiMnxO2x(x=1, 2), LiNi1-xMnxO2x(0<x<1), Ni1-x-yCoxMnyO2 (0≤x≤0.5, 0≤y≤0.5), LiFePO4 등이 사용될 수 있다.For example, LiCoO 2 , LiMn x O 2 x (x = 1, 2), LiNi 1-x Mn x O 2x (0 <x <1), Ni 1-xy Co x Mn y O 2 ? 0.5, 0? Y? 0.5), LiFePO 4, or the like can be used.

물론 상기 화합물 표면에 코팅층을 갖는 것도 사용할 수 있고, 또는 상기 화합물과 코팅층을 갖는 화합물을 혼합하여 사용할 수도 있다. 이 코팅층은 코팅 원소의 옥사이드, 하이드록사이드, 코팅 원소의 옥시하이드록사이드, 코팅 원소의 옥시카보네이트, 또는 코팅 원소의 하이드록시카보네이트의 코팅 원소 화합물을 포함할 수 있다. 이들 코팅층을 이루는 화합물은 비정질 또는 결정질일 수 있다. 상기 코팅층에 포함되는 코팅 원소로는 Mg, Al, Co, K, Na, Ca, Si, Ti, V, Sn, Ge, Ga, B, As, Zr 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있다. 코팅층 형성 공정은 상기 화합물에 이러한 원소들을 사용하여 양극 활물질의 물성에 악영향을 주지 않는 방법(예를 들어 스프레이 코팅, 침지법 등)으로 코팅할 수 있으면 어떠한 코팅 방법을 사용하여도 무방하며, 이에 대하여는 당해 분야에 종사하는 사람들에게 잘 이해될 수 있는 내용이므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.Of course, a compound having a coating layer on the surface of the compound may be used, or a compound having a coating layer may be mixed with the compound. The coating layer may comprise an oxide, a hydroxide of the coating element, an oxyhydroxide of the coating element, an oxycarbonate of the coating element, or a coating element compound of the hydroxycarbonate of the coating element. The compound constituting these coating layers may be amorphous or crystalline. The coating layer may contain Mg, Al, Co, K, Na, Ca, Si, Ti, V, Sn, Ge, Ga, B, As, Zr or a mixture thereof. The coating layer forming step may be any coating method as long as it can coat the above compound by a method which does not adversely affect the physical properties of the cathode active material (for example, spray coating, dipping, etc.) by using these elements, It will be understood by those skilled in the art that a detailed description will be omitted.

상기 양극활물질, 도전제, 바인더 및 용매의 함량은 리튬 전지에서 통상적으로 사용하는 수준이다.The content of the cathode active material, the conductive agent, the binder and the solvent is a level commonly used in a lithium battery.

다음으로, 상기 양극과 음극 사이에 삽입될 세퍼레이터가 준비된다.Next, a separator to be inserted between the positive electrode and the negative electrode is prepared.

상기 세퍼레이터는 리튬전지에서 통상적으로 사용되는 것이라면 모두 사용될 수 있다. 전해질의 이온 이동에 대하여 저저항이면서 전해액 함습 능력이 우수한 것이 사용될 수 있다. 예를 들어, 유리 섬유, 폴리에스테르, 테프론, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 또는 이들의 조합물 중에서 선택된 것으로서, 부직포 또는 직포 형태일 수 있다. 예를 들어, 리튬 이온 전지에는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등과 같은 권취 가능한 세퍼레이터가 사용될 수 있다. 예를 들어, 리튬 이온 폴리머 전지에는 유기전해액 함침 능력이 우수한 세퍼레이터가 사용될 수 있다. 유기전해액 함침 능력이 우수한 세퍼레이터는 하기 방법에 따라 제조될 수 있다.The separator can be used as long as it is commonly used in a lithium battery. A material having low resistance against the ion movement of the electrolyte and excellent in the ability to impregnate the electrolyte may be used. For example, selected from glass fibers, polyester, Teflon, polyethylene, polypropylene, polytetrafluoroethylene (PTFE) or a combination thereof, in the form of a nonwoven fabric or a woven fabric. For example, a rewindable separator such as polyethylene, polypropylene or the like may be used for the lithium ion battery. For example, a separator having excellent ability to impregnate an organic electrolyte can be used for a lithium ion polymer battery. A separator having an excellent ability to impregnate an organic electrolyte can be produced by the following method.

고분자 수지, 충진제 및 용매를 혼합하여 세퍼레이터 조성물이 준비된다. 상기 세퍼레이터 조성물이 전극 상부에 직접 코팅 및 건조되어 세퍼레이터가 형성될 수 있다. 또는, 상기 세퍼레이터 조성물이 지지체상에 캐스팅 및 건조된 후, 상기 지지체로부터 박리시킨 세퍼레이터 필름이 전극 상부에 라미네이션되어 세퍼레이터가 형성될 수 있다.A polymer resin, a filler and a solvent are mixed to prepare a separator composition. The separator composition may be coated directly on the electrode and dried to form a separator. Alternatively, after the separator composition is cast and dried on a support, a separator film peeled from the support may be laminated on the electrode to form a separator.

상기 세퍼레이터 제조에 사용될 수 있는 고분자 수지는 특별히 한정되지 않으며, 전극판의 결합재에 사용되는 물질들이 모두 사용될 수 있다. 예를 들어 비닐리덴플루오라이드/헥사플루오로프로필렌 코폴리머, 폴리비닐리덴플루오라이드, 폴리아크릴로니트릴, 폴리메틸메타크릴레이트 또는 이들의 혼합물 등이 사용될 수 있다.The polymer resin that can be used in the production of the separator is not particularly limited, and any material used for the binder of the electrode plate may be used. For example, vinylidene fluoride / hexafluoropropylene copolymer, polyvinylidene fluoride, polyacrylonitrile, polymethyl methacrylate, or a mixture thereof may be used.

다음으로, 액체전해질이 준비된다.Next, a liquid electrolyte is prepared.

예를 들어, 유기전해액이 준비된다. 유기전해액은 유기용매에 리튬염이 용해되어 제조될 수 있다.For example, an organic electrolytic solution is prepared. The organic electrolytic solution can be prepared by dissolving a lithium salt in an organic solvent.

상기 유기용매는 당해 기술분야에서 유기 용매로 사용될 수 있는 것이라면 모두 사용될 수 있다. 예를 들어, 프로필렌 카보네이트, 에틸렌 카보네이트, 플루오로에틸렌 카보네이트, 비닐에틸렌 카보네이트, 디에틸 카보네이트, 메틸에틸 카보네이트, 메틸프로필 카보네이트, 부틸렌 카보네이트, 벤조니트릴, 아세토니트릴, 테트라히드로퓨란, 2-메틸테트라히드로퓨란, γ-부티로락톤, 디옥소란, 4-메틸디옥소란, N,N-디메틸포름아미드, 디메틸아세트아미드, 디메틸설폭사이드, 디옥산, 1,2-디메톡시에탄, 설포란, 디클로로에탄, 클로로벤젠, 니트로벤젠, 디메틸카보네이트, 메틸이소프로필카보네이트, 숙시노나이트릴, 디에틸글리콜 디메틸에테르, 테트라에틸렌글리콜 디메틸에테르, 트리에틸글리콜 디메틸에테르, 폴리에틸글리콜 디메틸에테르, 에틸프로필카보네이트, 디프로필카보네이트, 디부틸카보네이트, 디에틸렌글리콜, 디메틸에테르 또는 이들의 혼합물 등이다.The organic solvent may be any organic solvent which can be used in the art. Examples of the solvent include propylene carbonate, ethylene carbonate, fluoroethylene carbonate, vinylethylene carbonate, diethyl carbonate, methyl ethyl carbonate, methyl propyl carbonate, butylene carbonate, benzonitrile, acetonitrile, tetrahydrofuran, But are not limited to, furan, gamma -butyrolactone, dioxolane, 4-methyldioxolane, N, N-dimethylformamide, dimethylacetamide, dimethylsulfoxide, dioxane, 1,2-dimethoxyethane, Examples of the solvent include ethane, chlorobenzene, nitrobenzene, dimethyl carbonate, methyl isopropyl carbonate, succinonitrile, diethyl glycol dimethyl ether, tetraethylene glycol dimethyl ether, triethyl glycol dimethyl ether, polyethyl glycol dimethyl ether, ethyl propyl carbonate, Propyl carbonate, dibutyl carbonate, diethylene glycol, dimethyl ether or the like A mixture thereof.

상기 리튬염도 당해 기술분야에서 리튬염으로 사용될 수 있는 것이라면 모두사용될 수 있다. 예를 들어, LiPF6, LiBF4, LiSbF6, LiAsF6, LiClO4, LiCF3SO3, Li(CF3SO2)2N, LiC4F9SO3, LiAlO2, LiAlCl4, LiN(CxF2x+1SO2)(CyF2y+1SO2)(단 x,y는 자연수), LiCl, LiI 또는 이들의 혼합물 등이다.The lithium salt may also be used as long as it can be used in the art as a lithium salt. For example, LiPF 6 , LiBF 4 , LiSbF 6 , LiAsF 6 , LiClO 4 , LiCF 3 SO 3 , Li (CF 3 SO 2 ) 2 N, LiC 4 F 9 SO 3 , LiAlO 2 , LiAlCl 4 , x F 2x + 1 SO 2) (C y F 2y + 1 SO 2 ) (where x and y are natural numbers), LiCl, LiI, or a mixture thereof.

예를 들어, 도 7에서 보여지는 바와 같이, 리튬전지(1)는 양극(3), 음극(2) 및 세퍼레이터(4)를 포함한다. 상술한 양극(3), 음극(2) 및 세퍼레이터(4)가 와인딩되거나 접혀서 전지케이스(5)에 수용된다. 이어서, 상기 전지케이스(5)에 유기전해액이 주입되고 캡(cap) 어셈블리(6)로 밀봉되어 리튬전지(1)가 완성된다. 도면에는 도시되지 않으나, 상기 음극(2) 상에 복합전해질을 포함하는 전해질층이 형성되어 있다. 상기 전지케이스는 원통형, 각형, 박막형 등일 수 있다. 예를 들어, 상기 리튬전지는 박막형전지일 수 있다. 상기 리튬전지는 리튬이온전지일 수 있다.7, the lithium battery 1 includes a positive electrode 3, a negative electrode 2, and a separator 4. The positive electrode 3, the negative electrode 2, The anode 3, the cathode 2 and the separator 4 described above are wound or folded and housed in the battery case 5. Then, an organic electrolytic solution is injected into the battery case 5 and is sealed with a cap assembly 6 to complete the lithium battery 1. Although not shown in the drawing, an electrolyte layer including a composite electrolyte is formed on the cathode 2. The battery case may have a cylindrical shape, a rectangular shape, a thin film shape, or the like. For example, the lithium battery may be a thin film battery. The lithium battery may be a lithium ion battery.

다르게는, 상기 양극 및 음극 사이에 세퍼레이터가 배치되어 전지구조체가 형성될 수 있다. 상기 전지구조체가 바이셀 구조로 적층된 다음, 유기 전해액에 함침되고, 얻어진 결과물이 파우치에 수용되어 밀봉되면 리튬이온폴리머전지가 완성된다.Alternatively, a separator may be disposed between the anode and the cathode to form a battery structure. The cell structure is laminated in a bi-cell structure, then impregnated with an organic electrolyte solution, and the obtained result is received in a pouch and sealed to complete a lithium ion polymer battery.

또한, 상기 전지구조체는 복수개 적층되어 전지팩을 형성하고, 이러한 전지팩이 고용량 및 고출력이 요구되는 모든 기기에 사용될 수 있다. 예를 들어, 노트북, 스마트폰, 전기차량(EV) 등에 사용될 수 있다.In addition, a plurality of battery assemblies may be stacked to form a battery pack, and such battery pack may be used for all devices requiring high capacity and high output. For example, a notebook, a smart phone, an electric vehicle (EV), and the like.

상기 리튬전지는 반드시 리튬이온전지 또는 리튬폴리머전지로 한정되지 않으며, 리튬공기전지, 리튬전고체전지 등을 포함할 수 있다.
The lithium battery is not limited to a lithium ion battery or a lithium polymer battery, and may include a lithium air battery, a lithium total solid battery, or the like.

이하의 실시예 및 비교예를 통하여 본 발명이 더욱 상세하게 설명된다. 단, 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것으로서 이들만으로 본 발명의 범위가 한정되는 것이 아니다.The present invention will be described in more detail by way of the following examples and comparative examples. However, the examples are for illustrating the present invention, and the scope of the present invention is not limited thereto.

(복합전해질의 제조) (Preparation of composite electrolyte)

제조예 1: 이온성액체고분자의 제조Preparation Example 1: Preparation of ionic liquid polymer

리튬 비스트리플루오로술포닐이미드(Lithium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide: LiTFSi) 8.52g을 증류수 10ml에 녹인 용액과 4g의 하기 화학식 11로 표시되는 폴리(디알릴디메틸암모늄) 클로라이드(#409022 Aldrich, 중량평균분자량: 200,000~350,000, 20wt% in water)를 100ml 증류수에 녹인 용액을 250ml의 구형 플라스크에 함께 넣었다. 상기 반응 혼합물을 상온(20℃)에서 1시간 교반하면 침전물인 흰색 결정이 형성되었다. 얻어진 흰색 결정을 여과하고 이를 진공오븐에서 105℃에서 건조하여 하기 화학식 12의 폴리(디알릴디메틸암모늄)TFSI를 얻었다. 폴리(디알릴디메틸암모늄) TFSI의 회수율은 중량 기준으로 약 93.5%이었다.(Diallyldimethylammonium) chloride (# 409022 Aldrich, weight (weight)) represented by the following general formula (11) was obtained by dissolving 8.52 g of lithium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide: LiTFSi in 10 ml of distilled water, Average molecular weight: 200,000 ~ 350,000, 20% by weight in water) in 100 ml of distilled water was put in a 250 ml spherical flask. When the reaction mixture was stirred at room temperature (20 ° C) for 1 hour, a precipitate, white crystal, was formed. The obtained white crystals were filtered and dried in a vacuum oven at 105 ° C. to obtain poly (diallyldimethylammonium) TFSI represented by the following formula (12). The recovery of poly (diallyldimethylammonium) TFSI was about 93.5% by weight.

[화학식 12][Chemical Formula 12]

Figure pat00019
Figure pat00019

상기 화학식 11 중에서, n은 약 2500이었다.In the above formula (11), n was about 2,500.

[화학식 11](11)

Figure pat00020
Figure pat00020

상기 화학식 12중에서, n은 약 2500이었다In the above formula (12), n is about 2500

실시예 1: 복합전해질 및 음극의 제조Example 1: Preparation of composite electrolyte and negative electrode

제조예 1에서 제조된 화학식 12의 폴리(디알릴디메틸암모늄)TFSI, 평균 입경 10nm의 알루미나(Al2O3) 입자(Nanoamor, 10nm, 99% purity, 160m2/g, Lot#1041-070510), 액체전해질(EC(에틸렌카보네이트):DEC(디에틸카보네이트):FEC(플루오로에틸렌카보네이트)의 2:6:2 부피비 혼합용매에 1.3M의 LiPF6가 용해된 전해질)을 2:3:3의 중량비로 디메틸포름아미드 (DMF)에 10중량% 폴리(디알릴디메틸암모늄)TFSI 용액이 얻어지도록 첨가하고 상온(20℃)에서 1시간 교반하여 복합전해질 형성용 조성물을 준비하였다. 상기 조성물을 구리 집전체 상에 형성된 두께 40㎛의 리튬금속 박막 상에 닥터블레이트(Doctor blade)로 코팅하고, 고온(40℃)에서 건조 후 상온진공건조 (20℃, 12hr)하여 리튬금속 상부에 두께 15㎛의 복합전해질층이 코팅된 구조를 가지는 음극을 제조하였다. 상기 복합전해질층에서 알루미나와 이온성액체고분자의 총 중량에 대하여 알루미나의 함량은 60 중량%이었다.Poly (diallyldimethylammonium) TFSI of Formula 12 prepared in Preparation Example 1, alumina (Al 2 O 3 ) particles (Nanoamor, 10 nm, 99% purity, 160 m 2 / g, Lot # 1041-070510) , An electrolytic solution in which 1.3 M of LiPF 6 was dissolved in a liquid electrolyte (EC (ethylene carbonate): DEC (diethyl carbonate): FEC (fluoroethylene carbonate) mixed solvent of 2: 6: 2 by volume ratio) (Diallyldimethylammonium) TFSI solution was obtained in dimethylformamide (DMF) at a weight ratio of 1: 1, and the mixture was stirred at room temperature (20 DEG C) for 1 hour to prepare a composite electrolyte-forming composition. The composition was coated on a lithium metal thin film having a thickness of 40 탆 formed on a copper current collector with a doctor blade and dried at a high temperature (40 캜), followed by vacuum drying (20 캜, 12 hr) A negative electrode having a structure in which a composite electrolyte layer having a thickness of 15 mu m was coated was prepared. The content of alumina in the composite electrolyte layer was 60% by weight based on the total weight of the alumina and the ionic liquid polymer.

실시예 2Example 2

복합전해질층에서 알루미나와 이온성액체고분자의 총 중량에 대하여 알루미나의 함량이 30중량%가 되도록 복합전해질 형성용 조성물의 조성을 변경한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 음극을 제조하였다.A negative electrode was prepared in the same manner as in Example 1, except that the composite electrolyte composition was changed so that the alumina content was 30% by weight based on the total weight of the alumina and the ionic liquid polymer in the composite electrolyte layer.

실시예 3Example 3

복합전해질층에서 알루미나와 이온성액체고분자의 총 중량에 대하여 알루미나의 함량이 90중량%가 되도록 복합전해질 형성용 조성물의 조성을 변경한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 음극을 제조하였다.A negative electrode was prepared in the same manner as in Example 1, except that the composition of the composite electrolyte-forming composition was changed so that the content of alumina was 90% by weight based on the total weight of the alumina and the ionic liquid polymer in the composite electrolyte layer.

실시예 4Example 4

평균 입경 10nm의 알루미나(Al2O3) 입자(Nanoamor, 10nm, 99% purity, 160m2/g, Lot#1041-070510) 대신에 평균 입경 30 nm의 실리카(SiO2) 입자(Dittotechnology, DT-SIO-N50S)을 사용하고,Silica (SiO 2 ) particles (Dittotechnology, DT- 1 ) having an average particle diameter of 30 nm were used instead of alumina (Al 2 O 3 ) particles having an average particle diameter of 10 nm (Nanoamor, 10 nm, 99% purity, 160 m 2 / g, Lot # 1041-070510) SIO-N50S) is used,

복합전해질층에서 실리카와 이온성액체고분자의 총 중량에 대하여 실리카의 함량이 40중량%가 되도록 복합전해질 형성용 조성물의 조성을 변경한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 음극을 제조하였다.A negative electrode was prepared in the same manner as in Example 1, except that the composition of the composite electrolyte-forming composition was changed so that the content of silica in the composite electrolyte layer was 40% by weight based on the total weight of the silica and the ionic liquid polymer.

비교예 1: 무기입자 미첨가Comparative Example 1: Inorganic particles were not added

무기입자(Al2O3)를 첨가하지 않은 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 음극을 제조하였다.A negative electrode was prepared in the same manner as in Example 1, except that the inorganic particles (Al 2 O 3 ) were not added.

구체적으로, 제조예 1에서 제조된 화학식 12의 폴리(디알릴디메틸암모늄)TFSI, 액체전해질(EC(에틸렌카보네이트):DEC(디에틸카보네이트):FEC(플루오로에틸렌카보네이트)의 2:6:2 부피비 혼합용매에 1.3M의 LiPF6가 용해된 전해질)을 2:3의 중량비로 디메틸포름아미드(DMF)에 10중량% 폴리(디알릴디메틸암모늄)TFSI 용액이 얻어지도록 첨가한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 음극을 제조하였다.Specifically, poly (diallyldimethylammonium) TFSI of Formula 12 prepared in Preparation Example 1, 2: 6: 2 of liquid electrolyte (EC (ethylene carbonate): DEC (diethyl carbonate): FEC (fluoroethylene carbonate) (Electrolytic solution in which 1.3 M of LiPF 6 was dissolved in a mixed solvent at a volume ratio of 2: 3) was added to obtain a 10 wt% poly (diallyldimethylammonium) TFSI solution in dimethylformamide (DMF) at a weight ratio of 2: 3 A negative electrode was prepared in the same manner as in Example 1.

비교예 2: 유기용매 및 무기입자 미첨가Comparative Example 2: Addition of organic solvent and inorganic particles

무기입자(Al2O3)를 첨가하지 않고 액체전해질 대신에 리튬염만을 첨가한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 음극을 제조하였다.A negative electrode was prepared in the same manner as in Example 1 except that only the lithium salt was added instead of the liquid electrolyte without adding the inorganic particles (Al 2 O 3 ).

구체적으로, 제조예 1에서 제조된 화학식 12의 폴리(디알릴디메틸암모늄)TFSI, 고분자에 대하여 단량체(반복단위)와 리튬염(LiPF6)을 18:1의 몰비율로 디메틸포름아미드(DMF)에 10중량% 폴리(디알릴디메틸암모늄)TFSI 용액이 얻어지도록 첨가한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 음극을 제조하였다.Specifically, poly (diallyldimethylammonium) TFSI of Formula 12 prepared in Preparation Example 1, monomer (repeating unit) and lithium salt (LiPF 6 ) were dissolved in dimethylformamide (DMF) in a molar ratio of 18: Except that a 10 wt% poly (diallyldimethylammonium) TFSI solution was obtained in the same manner as in Example 1.

비교예 3: 이온성액체고분자 미첨가Comparative Example 3: Ionic liquid polymer not added

이온성액체고분자를 첨가하지 않는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 음극을 제조하였으나, 리튬금속 박막 상에 전해질층이 성막되지 못하였다.The negative electrode was prepared in the same manner as in Example 1 except that the ionic liquid polymer was not added, but the electrolyte layer was not formed on the lithium metal thin film.

비교예 4: 종래의 이온전도성고분자 사용Comparative Example 4: Use of Conventional Ionic Conducting Polymer

이온성액체고분자 대신에 폴리에틸렌옥사이드(PEO)를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 음극을 제조하였다.
A negative electrode was prepared in the same manner as in Example 1, except that polyethylene oxide (PEO) was used instead of the ionic liquid polymer.

(반전지(half cell) 제조)(Manufacture of half cell)

실시예 5Example 5

상기 실시예 1에서 제조된 조성물을 구리 집전체 및 SUS 집전체 위에 각각 닥터 블레이드(Doctor blade)로 코팅하고, 고온(40℃)에서 건조 후 상온진공건조 (25℃, 12hr)하여 두께 15㎛의 복합전해질층이 코팅된 구조를 가지는 전극을 제조하였다. 상기 복합전해질층에서 알루미나와 이온성액체고분자의 총 중량에 대하여 알루미나의 함량은 60 중량%이었다.The composition prepared in Example 1 was coated on a copper current collector and a SUS current collector with a Doctor blade and dried at a high temperature (40 ° C), followed by vacuum drying at room temperature (25 ° C, 12 hours) An electrode having a structure in which a composite electrolyte layer was coated was prepared. The content of alumina in the composite electrolyte layer was 60% by weight based on the total weight of the alumina and the ionic liquid polymer.

제조된 전극을 작동 전극(working electrode)으로 하고, 각각 구리 집전체 및 SUS 집전체 위에 코팅된 리튬금속 박막을 상대 전극(counter electrode)으로 하고, 격리막으로 폴리프로필렌 격리막(separator, Celgard 3501)을 사용하고, 1.3M LiPF6가 EC(에틸렌 카보네이트)+DEC(디에틸렌 카보네이트)+FEC(플루오로에틸렌카보네이트)(2:6:2 부피비)에 녹아있는 용액을 전해질로 사용하여 코인 셀을 제조하였다.The prepared electrode was used as a working electrode and a lithium metal thin film coated on the copper current collector and the SUS current collector was used as a counter electrode and a polypropylene separator (Celgard 3501) was used as a separator And a solution in which 1.3 M LiPF 6 was dissolved in EC (ethylene carbonate) + DEC (diethylene carbonate) + FEC (fluoroethylene carbonate) (2: 6: 2 by volume) was used as an electrolyte to prepare a coin cell.

실시예 6~8Examples 6 to 8

실시예 1에서 제조된 조성물 대신에 실시예 2 내지 4에서 제조된 조성물을 각각 사용한 것을 제외하고는 실시예 5와 동일한 방법으로 리튬전지를 제조하였다.A lithium battery was prepared in the same manner as in Example 5, except that the compositions prepared in Examples 2 to 4 were used in place of the compositions prepared in Example 1, respectively.

비교예 5~8Comparative Examples 5 to 8

상기 실시예 1에서 제조된 조성물 대신에 상기 비교예 1 내지 4에서 제조된 조성물을 사용한 것을 제외하고는 실시예 5와 동일한 방법으로 리튬전지를 제조하였다.
A lithium battery was prepared in the same manner as in Example 5, except that the composition prepared in Comparative Examples 1 to 4 was used instead of the composition prepared in Example 1 above.

(대칭셀(symmetry cell) 제조)(Manufactured by symmetry cell)

실시예 9Example 9

상기 실시예 1에서 제조된 전극을 작동 전극(working electrode)으로 각각 사용하고, 격리막으로 폴리프로필렌 격리막(separator, Celgard® 3501)을 사용하고, 1.3M LiPF6가 EC(에틸렌 카보네이트)+DEC(디에틸렌 카보네이트)+FEC(플루오로에틸렌카보네이트)(2:6:2 부피비)에 녹아있는 용액을 전해질로 사용하여 코인 셀(대칭 셀)을 제조하였다.The electrode prepared in Example 1 was used as a working electrode and a polypropylene separator (Celgard ® 3501) was used as a separator. 1.3M LiPF 6 was added to a mixture of EC (ethylene carbonate) + DEC Coin cell (symmetric cell) was prepared by using a solution in which the electrolyte solution was dissolved in an electrolyte (ethylene carbonate) + FEC (fluoroethylene carbonate) (2: 6: 2 by volume) as an electrolyte.

실시예 10~12Examples 10 to 12

실시예 1에서 제조된 전극 대신에 실시예 2 내지 4에서 제조된 전극을 각각 사용한 것을 제외하고는 실시예 9와 동일한 방법으로 대칭 셀을 제조하였다.A symmetric cell was fabricated in the same manner as in Example 9, except that the electrodes prepared in Examples 2 to 4 were used in place of the electrodes prepared in Example 1, respectively.

비교예 9~12Comparative Examples 9 to 12

상기 실시예 1에서 제조된 전극 대신에 상기 비교예 1 내지 4에서 제조된 전극을 사용한 것을 제외하고는 실시예 9와 동일한 방법으로 대칭 셀을 제조하였다.
A symmetric cell was fabricated in the same manner as in Example 9, except that the electrodes prepared in Comparative Examples 1 to 4 were used in place of the electrodes prepared in Example 1 above.

(온전지(full cell) 제조)(Full cell manufacture)

실시예 13Example 13

상기 실시예 1에서 제조된 음극, LiCoO2를 양극활물질로 포함하는 양극, 격리막으로 폴리프로필렌 격리막(separator, Celgard® 3501)을 사용하고, 1.3M LiPF6가 EC(에틸렌 카보네이트)+DEC(디에틸렌 카보네이트)+FEC(플루오로에틸렌카보네이트)(2:6:2 부피비)에 녹아있는 용액을 전해질로 사용하여 코인 셀을 제조하였다.A polypropylene separator (Celgard ® 3501) was used as the anode, LiCoO 2 as the positive electrode active material, and a separator (separator, Celgard ® 3501), and 1.3M LiPF 6 was mixed with EC (ethylene carbonate) + DEC Carbonate) + FEC (fluoroethylene carbonate) (2: 6: 2 by volume) was used as an electrolyte to prepare a coin cell.

상기 양극은 다음과 같이 제조되었다.The positive electrode was prepared as follows.

LiCoO2 분말과 탄소도전재(Super-P; Timcal Ltd.)를 90:5의 무게비로 균일하게 혼합한 후 PVDF(polyvinylidene fluoride) 바인더 용액을 첨가하여 활물질:탄소도전제:바인더=90:5:5의 무게비가 되도록 양극활물질 슬러리를 제조하였다.LiCoO 2 powder and a Super-P (Timcal Ltd.) were uniformly mixed at a weight ratio of 90: 5, and then a PVDF (polyvinylidene fluoride) binder solution was added to prepare an active material: Lt; RTI ID = 0.0 &gt; wt / 5 &lt; / RTI &gt;

15㎛ 두께의 알루미늄 호일 위에 상기 양극활물질 슬러리를 코팅한 후 건조하여 양극을 제조하였다.The cathode active material slurry was coated on an aluminum foil having a thickness of 15 탆 and dried to prepare a cathode.

실시예 14~16Examples 14 to 16

실시예 1에서 제조된 음극 대신에 실시예 2 내지 4에서 제조된 음극을 각각 사용한 것을 제외하고는 실시예 13과 동일한 방법으로 리튬전지를 제조하였다.A lithium battery was prepared in the same manner as in Example 13 except that the negative electrodes prepared in Examples 2 to 4 were used in place of the negative electrodes prepared in Example 1, respectively.

비교예 13~16Comparative Examples 13 to 16

상기 실시예 1에서 제조된 음극 대신에 상기 비교예 1 내지 4에서 제조된 음극을 사용한 것을 제외하고는 실시예 13과 동일한 방법으로 리튬전지를 제조하였다.A lithium battery was prepared in the same manner as in Example 13, except that the negative electrode prepared in Comparative Examples 1 to 4 was used in place of the negative electrode prepared in Example 1 above.

비교예 16의 리튬전지에서는 비교예 4에서 제조된 음극에서 리튬금속 박막 상의 복합전해질층이 액체전해질과 접촉하면서 전해질층이 스웰링(swelling)되었다.
In the lithium battery of Comparative Example 16, the electrolyte layer was swelled while the composite electrolyte layer on the lithium metal thin film was in contact with the liquid electrolyte in the negative electrode manufactured in Comparative Example 4. [

평가예 1: 전기화학적 안정성 평가Evaluation Example 1: Evaluation of electrochemical stability

실시예 5~8 및 비교예 5~8에서 제조된 리튬전지에 대하여 순환전류전압법(cyclic voltametry)으로 1mV/sec의 스캔 속도로 0~6V(vs. Li)의 전압범위에 대하여 리튬금속 상에 코팅된 복합전해질층의 전기화학적 안정성을 평가하여 실시예 5에 대한 결과를 도 8a 및 8b에 나타내었다.Lithium batteries prepared in Examples 5 to 8 and Comparative Examples 5 to 8 were subjected to a cyclic voltametry at a scan rate of 1 mV / sec for a voltage range of 0 to 6 V (vs. Li) The electrochemical stability of the coated electrolyte layer was evaluated, and the results for Example 5 are shown in FIGS. 8A and 8B.

리튬에 대하여 0~1.5V 부근에서는 구리집전체를 채용한 전극(작동전극 및 상대전극)을 사용하였고, 리튬에 대하여 3~6V 부금에서는 SUS 집전체를 사용한 전극을 사용하여 순환전류전압법 실험을 수행하였다.Electrodes (working electrode and counter electrode) employing a copper current collector were used at about 0 to 1.5 V with respect to lithium, and an experiment using a SUS current collector at a voltage of 3 to 6 V for lithium was carried out. Respectively.

도 8a에서 보여지는 바와 같이 0V 부근에서 리튬의 흡장/방출 외에는 복합전해질층의 분해 없이 다른 부반응이 발생하지 않았다.As shown in FIG. 8A, other side reactions did not occur without decomposition of the composite electrolyte layer except for the insertion / extraction of lithium at around 0V.

도 8b에서 보여지는 바와 같이 약 5.0V까지 산화 등의 부반응에 의한 전류가 0.02mA/cm2으로서 미미하였다.As shown in FIG. 8B, the current due to side reactions such as oxidation up to about 5.0 V was as small as 0.02 mA / cm 2 .

따라서, 상기 복합전해질이 0~5V 범위에서 전기화학적으로 안정함을 보여주었다.
Thus, it has been shown that the composite electrolyte is electrochemically stable in the range of 0 to 5V.

평가예 2: 임피던스 측정Evaluation example 2: Impedance measurement

실시예 9~12 및 비교예 9~12에서 제조된 대칭셀에 대하여 임피던스 분석기(Solartron 1260A Impedance/Gain-Phase Analyzer)를 사용하여 2-프로브(probe)법으로 상기 막전극접합체의 저항을 측정하였다. 전류밀도는 0.4 A/cm2 이었고 진폭 ±10mV, 주파수 범위는 0.1Hz 내지 1MHz 였다.The resistance of the membrane electrode assembly was measured by a two-probe method using an impedance analyzer (Solartron 1260A Impedance / Gain-Phase Analyzer) for the symmetric cells prepared in Examples 9 to 12 and Comparative Examples 9 to 12 . The current density was 0.4 A / cm 2 , the amplitude was ± 10 mV, and the frequency range was 0.1 Hz to 1 MHz.

비교예 9 및 실시예 9의 대칭셀의 제조 후 시간에 따른 임피던스 측정 결과에 대한 나이퀴스트 플롯(Nyguist plot)을 도 9a 및 9b에 각각 나타내었다. 도 9a 및 9b에서 전극의 계면저항은 반원의 위치 및 크기와 관련된다. 반원의 좌측 x축 절편과 우측 x축 절편의 차이는 전극에서의 저항(Rovr, overall resistance)을 나타낸다. 도 9a 및 9b의 그래프를 분석한 결과를 하기 표 1에 나타내었다.9a and 9b show Nyguist plots of impedance measurement results according to time after fabrication of the symmetric cells of Comparative Examples 9 and 9, respectively. The interface resistance of the electrodes in Figures 9A and 9B is related to the position and size of the semicircle. The difference between the left x-axis section and the right x-axis section of the semicircle represents the resistance (R ovr , overall resistance) at the electrode. The results of analysis of the graphs of FIGS. 9A and 9B are shown in Table 1 below.

저항(Rovr) [ohmㆍcm2]The resistance (R ovr ) [ohm-cm 2 ] 경과시간Elapsed time 12hr12hr 72hr72hr 96hr96hr 비교예 9Comparative Example 9 498498 16481648 20982098 실시예 9Example 9 128128 145145 162162

상기 표 1 및 도 9a 및 9b에서 보여지는 바와 같이, 실시예 9의 대칭셀은 복합전해질 코팅층을 도입함에 의하여 리튬금속을 그대로 사용한 비교예 9의 대칭셀에 비하여 96시간 경과 후의 저항이 1/10 이하로 감소하였다.As shown in Table 1 and FIGS. 9A and 9B, the symmetric cell of Example 9 had a resistance after 96 hours as compared with the symmetric cell of Comparative Example 9 in which the lithium metal was used as it was by introducing the composite electrolyte coating layer, Respectively.

즉, 실시예 9의 대칭셀에서는 복합전해질이 리튬금속 표면을 안정화시켜 시간 경과에 따른 계면저항의 증가가 현저히 감소하였다.That is, in the symmetric cell of Example 9, the surface of the lithium metal was stabilized by the composite electrolyte, and the increase of the interfacial resistance with time was remarkably decreased.

평가예 3: 충방전 실험Evaluation Example 3: Charge-discharge experiment

상기 실시예 13~16 및 비교예 13~16에서 제조된 리튬전지를 상온(25℃)에서 리튬 금속 대비 3.0 ~ 4.4 V의 전압 범위에서 1.9 mA/cm2 의 정전류로 100회 충방전시켰다. 첫 번째 사이클에서의 충방전 실험 결과의 일부를 도 10 및 하기 표 2에 나타내었다.The lithium batteries prepared in Examples 13 to 16 and Comparative Examples 13 to 16 were charged and discharged 100 times at a constant current of 1.9 mA / cm 2 at a room temperature (25 ° C) in a voltage range of 3.0 to 4.4 V versus lithium metal. Part of the charge-discharge test results in the first cycle are shown in FIG. 10 and Table 2 below.

도 10에서 참고예 1(reference example 1)은 복합전해질이 코팅되지 않은 리튬 금속 자체를 음극으로 사용한 것을 제외하고는 실시예 13과 동일한 리튬전지이다.Reference Example 1 in FIG. 10 is the same lithium battery as Example 13, except that lithium metal itself not coated with a composite electrolyte was used as a negative electrode.

하기 표 2에 초기방전용량, 초기충방전효율 및 용량유지율을 나타내었다. 표 1에서 초기방전용량은 첫번째 사이클에서의 방전용량이다. 표 1에서 초기충방전효율(initial coulombic efficiency)은 첫번째 사이클에서 충전용량과 방전용량의 비율이다. 용량유지율은 하기 수학식 3로부터 계산된다.Table 2 shows initial discharge capacity, initial charge / discharge efficiency, and capacity retention rate. The initial discharge capacity in Table 1 is the discharge capacity in the first cycle. In Table 1, the initial coulombic efficiency is the ratio of the charge capacity to the discharge capacity in the first cycle. The capacity retention rate is calculated from the following equation (3).

<수학식 3>&Quot; (3) &quot;

용량유지율(%)= [100th 사이클 방전용량/1st 사이클 방전용량]×100Capacity retention rate (%) = [100th cycle discharge capacity / 1st cycle discharge capacity] × 100

초기
방전용량
[mAh/g]
Early
Discharge capacity
[mAh / g]
초기
충방전효율
[%]
Early
Charge / discharge efficiency
[%]
100th 사이클
용량유지율
[%]
100th cycle
Capacity retention rate
[%]
실시예 13Example 13 176.46176.46 97.5397.53 87.987.9 실시예 14Example 14 177.04177.04 97.797.7 58.158.1 실시예 15Example 15 175.96175.96 96.6396.63 90.590.5 실시예 16Example 16 174.323174.323 97.797.7 60.360.3 비교예 13Comparative Example 13 174.46174.46 97.4597.45 64.464.4 비교예 14Comparative Example 14 168.77168.77 95.6295.62 48.948.9 비교예 15Comparative Example 15 -- -- --

상기 표 2 및 도 10에서 보여지는 바와 같이, 복합전해질층이 코팅된 음극을 포함하는 실시예 13, 15의 리튬전지는 비교예 13, 14의 리튬전지에 비하여 수명특성이 현저히 향상되었다. 비교예 15의 리튬전지는 음극의 제조가 불가하여 전지특성 측정이 불가하였다. 또한, 실시예 13 내지 16의 리튬전지는 비교예 13 내지 14의 리튬전지에 비하여 초기 방전용량이 향상되었다.As shown in Table 2 and FIG. 10, the life characteristics of the lithium batteries of Examples 13 and 15 including the anode coated with the composite electrolyte layer were significantly improved as compared with the lithium batteries of Comparative Examples 13 and 14. The lithium battery of Comparative Example 15 was incapable of producing a negative electrode, and thus the battery characteristic measurement was impossible. In addition, the lithium batteries of Examples 13 to 16 improved the initial discharge capacity as compared with the lithium batteries of Comparative Examples 13 to 14. [

1: 리튬전지 2: 음극
3: 양극 4: 세퍼레이터
5: 전지케이스 6: 캡 어셈블리
11: 양극 111: 다공성 양극
12: 음극 13: 전해질층
14: 중간층 141: 세퍼레이터
142: 액체전해질 143: 고체전해질
20: 기공
1: Lithium battery 2: cathode
3: anode 4: separator
5: Battery case 6: Cap assembly
11: anode 111: porous anode
12: cathode 13: electrolyte layer
14: intermediate layer 141: separator
142: Liquid electrolyte 143: Solid electrolyte
20: Groundwork

Claims (35)

이온성액체고분자(polymeric ionic liquid);
무기입자(inorganic particle): 및
유기전해질(organic electrolyte);을 포함하는 복합전해질.
Ionic liquid polymeric;
Inorganic particles: and
An organic electrolyte.
제 1 항에 있어서, 상기 무기입자가 금속산화물, 탄소산화물, 탄소계 재료 및 유무기복합체 중에서 선택된 하나 이상을 포함하는 복합전해질.The composite electrolyte according to claim 1, wherein the inorganic particles comprise at least one selected from a metal oxide, a carbon oxide, a carbon-based material, and an organic-inorganic hybrid material. 제 1 항에 있어서, 상기 무기입자가 Al2O3, SiO2, BaTiO3, 흑연산화물(graphite oxide), 그래핀산화물(graphene oxide), MOF(Metal Organic Framework), POSS(Polyhedral Oligomeric Silsesquioxanes), Li2CO3, Li3PO4, Li3N, Li3S4, Li2O, 몬트모릴로나이트(montmorillonite) 중 선택된 하나 이상을 포함하는 복합전해질.The method of claim 1, wherein the inorganic particles are selected from the group consisting of Al 2 O 3 , SiO 2 , BaTiO 3 , graphite oxide, graphene oxide, MOF (Metal Organic Framework), POS (Polyhedral Oligomeric Silsesquioxanes) A composite electrolyte comprising at least one selected from Li 2 CO 3 , Li 3 PO 4 , Li 3 N, Li 3 S 4 , Li 2 O, and montmorillonite. 제 1 항에 있어서, 상기 무기입자의 입경이 100nm 미만인 복합전해질.The composite electrolyte according to claim 1, wherein a particle diameter of the inorganic particles is less than 100 nm. 제 1 항에 있어서, 상기 무기입자의 함량이 무기입자와 이온성액체 고분자의 총 중량에 대하여 1 내지 95중량%인 복합전해질.The composite electrolyte according to claim 1, wherein the content of the inorganic particles is 1 to 95% by weight based on the total weight of the inorganic particles and the ionic liquid polymer. 제 1 항에 있어서, 상기 무기입자의 함량이 무기입자와 이온성액체 고분자의 총 중량에 대하여 30 초과 내지 90중량%인 복합전해질.The composite electrolyte according to claim 1, wherein the content of the inorganic particles is in a range of 30 to 90% by weight based on the total weight of the inorganic particles and the ionic liquid polymer. 제 1 항에 있어서, 상기 이온성액체고분자가 양이온성액체고분자, 음이온성액체고분자 및 양쪽이온성액체고분자 중에서 선택된 하나 이상인 복합전해질.The composite electrolyte according to claim 1, wherein the ionic liquid polymer is at least one selected from a cationic liquid polymer, an anionic liquid polymer, and a zwitterionic liquid polymer. 제 1 항에 있어서, 상기 이온성액체고분자가 하기 화학식 1로 표시되는 복합전해질:
<화학식 1>
Figure pat00021

상기 화학식 1에서,
Figure pat00022
는 하나 이상의 헤테로원자를 포함하는 C2-C30의 탄소를 함유하는 3원자 내지 31원자 고리이며,
X는 -N(R2)(R3), -N(R2), -P(R2) 또는 -P(R2)(R3)이고,
R1 내지 R4는 서로 독립적으로 수소, 비치환된 또는 치환된 C1-C30 알킬기, 비치환된 또는 치환된 C1-C30 알콕시기, 비치환된 또는 치환된 C6-C30 아릴기, 비치환된 또는 치환된 C6-C30 아릴옥시기, 비치환된 또는 치환된 C3-C30 헤테로아릴기, 비치환된 또는 치환된 C3-C30 헤테로아릴옥시기, 비치환된 또는 치환된 C4-C30 사이클로알킬기, 비치환된 또는 치환된 C3-C30 헤테로사이클로알킬기, 또는 비치환된 또는 치환된 C2-C100 알킬렌옥사이드기이고,
Y-는 음이온이고,
a 및 b는 서로 독립적으로 1 내지 5의 정수이고,
n은 500 내지 2800의 정수이다.
2. The composite electrolyte according to claim 1, wherein the ionic liquid polymer is represented by the following formula (1): < EMI ID =
&Lt; Formula 1 &gt;
Figure pat00021

In Formula 1,
Figure pat00022
Quot; is a 3 to 31 membered ring containing a C2-C30 carbon containing at least one heteroatom,
X is a -N (R 2) (R 3 ), -N (R 2), -P (R 2) or -P (R 2) (R 3 ),
R 1 to R 4 independently of one another are hydrogen, an unsubstituted or substituted C 1 -C 30 alkyl group, an unsubstituted or substituted C 1 -C 30 alkoxy group, an unsubstituted or substituted C 6 -C 30 aryl group, An unsubstituted or substituted C3-C30 heteroaryl group, an unsubstituted or substituted C3-C30 heteroaryloxy group, an unsubstituted or substituted C4-C30 cycloalkyl group, an unsubstituted or substituted C3- A substituted or unsubstituted C3-C30 heterocycloalkyl group, or an unsubstituted or substituted C2-C100 alkylene oxide group,
Y - is an anion,
a and b are each independently an integer of 1 to 5,
and n is an integer of 500 to 2800. [
제 8 항에 있어서, 상기 화학식 1의
Figure pat00023
가 하기 화학식 2로 표시되는 복합전해질:
<화학식 2>
Figure pat00024

상기 화학식 2 중 Z는 N, S 또는 P를 나타내며,
R5 및 R6는 서로 독립적으로 수소, C1-C30 알킬기, C1-C30 알콕시기, C6-C30 아릴기, C6-C30 아릴옥시기, C3-C30 헤테로아릴기, C3-C30 헤테로아릴옥시기, C4-C30 사이클로알킬기, C3-C30 헤테로사이클로알킬기, C2-C30 알케닐기, C2-C30 알키닐기 또는 C2-C100 알킬렌옥사이드기이다.
A compound according to claim 8,
Figure pat00023
Is a complex electrolyte represented by the following general formula (2): < EMI ID =
(2)
Figure pat00024

Z in formula (2) represents N, S or P,
R 5 and R 6 independently represent hydrogen, a C 1 -C 30 alkyl group, a C 1 -C 30 alkoxy group, a C 6 -C 30 aryl group, a C 6 -C 30 aryloxy group, a C 3 -C 30 heteroaryl group, a C 3 -C 30 heteroaryloxy group, C4-C30 cycloalkyl group, a C3-C30 heterocycloalkyl group, a C2-C30 alkenyl group, a C2-C30 alkynyl group or a C2-C100 alkylene oxide group.
제 1 항에 있어서, 상기 화학식 1로 표시되는 이온성액체고분자가 하기 화학식 3으로 표시되는 이온성액체고분자인 복합전해질:
<화학식 3>
Figure pat00025

상기 화학식 3에서, R1 내지 R8은 서로 독립적으로 수소, 비치환된 또는 치환된 C1-C30 알킬기, 비치환된 또는 치환된 C1-C30 알콕시기, 비치환된 또는 치환된 C6-C30 아릴기, 비치환된 또는 치환된 C6-C30 아릴옥시기, 비치환된 또는 치환된 C3-C30 헤테로아릴기, 비치환된 또는 치환된 C3-C30 헤테로아릴옥시기, 비치환된 또는 치환된 C4-C30 사이클로알킬기, 비치환된 또는 치환된 C3-C30 헤테로사이클로알킬기, 또는 비치환된 또는 치환된 C2-C100 알킬렌옥사이드기이고,
Y-는 BF4 -, PF6 -, AsF6 -, SbF6 -, AlCl4 -, HSO4 -, ClO4 -, CH3SO3 -, CF3CO2 -, (CF3SO2)2N-, Cl-, Br-, I-, BF4 -, SO4 -, PF6 -, ClO4 -, CF3SO3 -, CF3CO2 -, (C2F5SO2)2N-, (C2F5SO2)(CF3SO2)N- 및 (CF3SO2)2N- 중에서 선택된 적어도 하나이고,
a 및 b는 서로 독립적으로 1 내지 5의 정수이고,
n은 500 내지 2800의 정수이다.
The composite electrolyte according to claim 1, wherein the ionic liquid polymer represented by Formula 1 is an ionic liquid polymer represented by Formula 3:
(3)
Figure pat00025

In Formula 3, R 1 to R 8 independently represent hydrogen, an unsubstituted or substituted C1-C30 alkyl group, an unsubstituted or substituted C1-C30 alkoxy group, an unsubstituted or substituted C6-C30 aryl group , Unsubstituted or substituted C6-C30 aryloxy groups, unsubstituted or substituted C3-C30 heteroaryl groups, unsubstituted or substituted C3-C30 heteroaryloxy groups, unsubstituted or substituted C4-C30 A cycloalkyl group, an unsubstituted or substituted C3-C30 heterocycloalkyl group, or an unsubstituted or substituted C2-C100 alkylene oxide group,
Y - is BF 4 -, PF 6 -, AsF 6 -, SbF 6 -, AlCl 4 -, HSO 4 -, ClO 4 -, CH 3 SO 3 -, CF 3 CO 2 -, (CF 3 SO 2) 2 N -, Cl -, Br - , I -, BF 4 -, SO 4 -, PF 6 -, ClO 4 -, CF 3 SO 3 -, CF 3 CO 2 -, (C 2 F 5 SO 2) 2 N - , (C 2 F 5 SO 2 ) (CF 3 SO 2 ) N - and (CF 3 SO 2 ) 2 N -
a and b are each independently an integer of 1 to 5,
and n is an integer of 500 to 2800. [
제 1 항에 있어서, 상기 유기전해질이 유기용매 및 이온성액체 중에서 선택된 하나 이상을 포함하는 복합전해질.The composite electrolyte according to claim 1, wherein the organic electrolyte comprises at least one selected from an organic solvent and an ionic liquid. 제 11 항에 있어서, 상기 유기용매가 프로필렌카보네이트, 에틸렌카보네이트, 플루오로에틸렌카보네이트, 비닐에틸렌카보네이트 부틸렌카보네이트, 디메틸카보네이트, 디에틸카보네이트, 메틸에틸카보네이트, 메틸프로필카보네이트, 에틸프로필카보네이트, 메틸이소프로필카보네이트, 디프로필카보네이트, 디부틸카보네이트, 벤조니트릴, 아세토니트릴, 테트라히드로퓨란, 2-메틸테트라히드로퓨란, γ-부티로락톤, 디옥소란, 4-메틸디옥소란, 디메틸아세트아미드, 디메틸설폭사이드, 디옥산, 1,2-디메톡시에탄, 설포란,디클로로에탄, 클로로벤젠, 니트로벤젠, 디에틸렌글리콜, 숙시노나이트릴 및 디메틸에테르 중에서 선택된 하나 이상을 포함하는 복합전해질.12. The method according to claim 11, wherein the organic solvent is selected from the group consisting of propylene carbonate, ethylene carbonate, fluoroethylene carbonate, vinylethylene carbonate butylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, methyl ethyl carbonate, methylpropyl carbonate, ethylpropyl carbonate, The organic solvent is preferably selected from the group consisting of a carbonate, a dipropyl carbonate, a dibutyl carbonate, a benzonitrile, an acetonitrile, a tetrahydrofuran, a 2-methyltetrahydrofuran, a -butyrolactone, a dioxolane, A complex electrolyte comprising at least one selected from the group consisting of lithium, sodium, sodium, potassium, sodium, sodium, potassium, sodium, 제 11 항에 있어서, 상기 이온성액체가 하기 화학식 4 또는 5로 표시되는 복합전해질:
<화학식 4>
Figure pat00026

상기 화학식 4에서,
Figure pat00027
는 적어도 하나의 헤테로원자를 포함하는 C2-C30의 탄소를 함유하는 3원자 내지 31원자 고리를 의미하며,
X는 -N(R2)(R3), -N(R2), -P(R2) 또는 -P(R2)(R3)이고,
Y-는 음이온이고,
<화학식 5>
Figure pat00028

상기 화학식 5에서,
X는 -N(R2)(R3), -N(R2), -P(R2) 또는 -P(R2)(R3)이고,
R11은 비치환된 또는 치환된 C1-C30 알킬기, 비치환된 또는 치환된 C1-C30 알콕시기, 비치환된 또는 치환된 C6-C30 아릴기, 비치환된 또는 치환된 C6-C30 아릴옥시기, 비치환된 또는 치환된 C3-C30 헤테로아릴기, 비치환된 또는 치환된 C3-C30 헤테로아릴옥시기, 비치환된 또는 치환된 C4-C30 사이클로알킬기, 비치환된 또는 치환된 C3-C30 헤테로사이클로알킬기, 또는 비치환된 또는 치환된 C2-C100 알킬렌옥사이드기이고,
Y-는 음이온이고,
상기 화학식 4 및 5에서 R2, R3는 서로 독립적으로 수소, 비치환된 또는 치환된 C1-C30 알킬기, 비치환된 또는 치환된 C1-C30 알콕시기, 비치환된 또는 치환된 C6-C30 아릴기, 비치환된 또는 치환된 C6-C30 아릴옥시기, 비치환된 또는 치환된 C3-C30 헤테로아릴기, 비치환된 또는 치환된 C3-C30 헤테로아릴옥시기, 비치환된 또는 치환된 C4-C30 사이클로알킬기, 비치환된 또는 치환된 C3-C30 헤테로사이클로알킬기, 또는 비치환된 또는 치환된 C2-C100 알킬렌옥사이드기이다.
12. The composite electrolyte according to claim 11, wherein the ionic liquid is represented by the following formula (4) or (5):
&Lt; Formula 4 >
Figure pat00026

In Formula 4,
Figure pat00027
Quot; means a 3- to 31-membered ring containing a C2-C30 carbon containing at least one heteroatom,
X is a -N (R 2) (R 3 ), -N (R 2), -P (R 2) or -P (R 2) (R 3 ),
Y - is an anion,
&Lt; Formula 5 >
Figure pat00028

In Formula 5,
X is a -N (R 2) (R 3 ), -N (R 2), -P (R 2) or -P (R 2) (R 3 ),
R 11 is an unsubstituted or substituted C 1 -C 30 alkyl group, an unsubstituted or substituted C 1 -C 30 alkoxy group, an unsubstituted or substituted C 6 -C 30 aryl group, an unsubstituted or substituted C 6 -C 30 aryloxy group , An unsubstituted or substituted C3-C30 heteroaryl group, an unsubstituted or substituted C3-C30 heteroaryloxy group, an unsubstituted or substituted C4-C30 cycloalkyl group, an unsubstituted or substituted C3-C30 hetero A cycloalkyl group, or an unsubstituted or substituted C2-C100 alkylene oxide group,
Y - is an anion,
Wherein R 2 and R 3 are independently of each other hydrogen, an unsubstituted or substituted C 1 -C 30 alkyl group, an unsubstituted or substituted C 1 -C 30 alkoxy group, an unsubstituted or substituted C 6 -C 30 aryl Unsubstituted or substituted C6-C30 aryloxy groups, unsubstituted or substituted C3-C30 heteroaryl groups, unsubstituted or substituted C3-C30 heteroaryloxy groups, unsubstituted or substituted C4- C30 cycloalkyl group, an unsubstituted or substituted C3-C30 heterocycloalkyl group, or an unsubstituted or substituted C2-C100 alkylene oxide group.
제 13 항에 있어서, 상기 화학식 4의
Figure pat00029
가 하기 화학식 6으로 표시되며, 상기 화학식 5의
Figure pat00030
가 화학식 7로 표시되는 양이온인 복합전해질:
<화학식 6>
Figure pat00031

상기 화학식 6에서,
Z는 N 또는 P를 나타내며,
R12 내지 R18은 서로 독립적으로 수소, 비치환된 또는 치환된 C1-C30 알킬기, 비치환된 또는 치환된 C1-C30 알콕시기, 비치환된 또는 치환된 C6-C30 아릴기, 비치환된 또는 치환된 C6-C30 아릴옥시기, 비치환된 또는 치환된 C3-C30 헤테로아릴기, 비치환된 또는 치환된 C3-C30 헤테로아릴옥시기, 비치환된 또는 치환된 C4-C30 사이클로알킬기, 비치환된 또는 치환된 C3-C30 헤테로사이클로알킬기, 비치환된 또는 치환된 C2-C30 알케닐기, 비치환된 또는 치환된 C2-C30 알키닐기 또는 비치환된 또는 치환된 C2-C100 알킬렌옥사이드기이고,
<화학식 7>
Figure pat00032

상기 화학식 7에서,
Z는 N 또는 P를 나타내며,
R12 내지 R15는 서로 독립적으로 수소, 비치환된 또는 치환된 C1-C30 알킬기, 비치환된 또는 치환된 C1-C30 알콕시기, 비치환된 또는 치환된 C6-C30 아릴기, 비치환된 또는 치환된 C6-C30 아릴옥시기, 비치환된 또는 치환된 C3-C30 헤테로아릴기, 비치환된 또는 치환된 C3-C30 헤테로아릴옥시기, 비치환된 또는 치환된 C4-C30 사이클로알킬기, 비치환된 또는 치환된 C3-C30 헤테로사이클로알킬기, 비치환된 또는 치환된 C2-C30 알케닐기, 비치환된 또는 치환된 C2-C30 알키닐기 또는 비치환된 또는 치환된 C2-C100 알킬렌옥사이드기이다.
14. The method according to claim 13,
Figure pat00029
Is represented by the following formula (6), and the formula
Figure pat00030
Is a cation represented by the general formula (7): < EMI ID =
(6)
Figure pat00031

In Formula 6,
Z represents N or P,
R 12 to R 18 independently represent hydrogen, an unsubstituted or substituted C 1 -C 30 alkyl group, an unsubstituted or substituted C 1 -C 30 alkoxy group, an unsubstituted or substituted C 6 -C 30 aryl group, An unsubstituted or substituted C3-C30 heteroaryl group, an unsubstituted or substituted C3-C30 heteroaryloxy group, an unsubstituted or substituted C4-C30 cycloalkyl group, an unsubstituted or substituted C3- An unsubstituted or substituted C3-C30 heterocycloalkyl group, an unsubstituted or substituted C2-C30 alkenyl group, an unsubstituted or substituted C2-C30 alkynyl group or an unsubstituted or substituted C2-C100 alkylene oxide group,
&Lt; Formula 7 &gt;
Figure pat00032

In Formula 7,
Z represents N or P,
R 12 to R 15 independently represent hydrogen, an unsubstituted or substituted C 1 -C 30 alkyl group, an unsubstituted or substituted C 1 -C 30 alkoxy group, an unsubstituted or substituted C 6 -C 30 aryl group, An unsubstituted or substituted C3-C30 heteroaryl group, an unsubstituted or substituted C3-C30 heteroaryloxy group, an unsubstituted or substituted C4-C30 cycloalkyl group, an unsubstituted or substituted C3- An unsubstituted or substituted C3-C30 heterocycloalkyl group, an unsubstituted or substituted C2-C30 alkenyl group, an unsubstituted or substituted C2-C30 alkynyl group, or an unsubstituted or substituted C2-C100 alkylene oxide group.
양극;
음극; 및
상기 음극 상의 적어도 일부에 배치된 전해질층을 포함하며,
상기 전해질층이 제 1 항에 따른 복합전해질을 포함하는 리튬전지.
anode;
cathode; And
And an electrolyte layer disposed on at least a portion of the cathode,
Wherein the electrolyte layer comprises the composite electrolyte according to claim 1.
제 15 항에 있어서, 상기 전해질층이 상기 음극 상의 적어도 일부에 코팅된 리튬전지.16. The lithium battery according to claim 15, wherein the electrolyte layer is coated on at least a part of the negative electrode. 제 15 항에 있어서, 상기 전해질층의 두께가 40㎛ 이하인 리튬전지.The lithium battery according to claim 15, wherein the thickness of the electrolyte layer is 40 占 퐉 or less. 제 15 항에 있어서, 상기 음극이 리튬금속을 포함하는 리튬전지.16. The lithium battery according to claim 15, wherein the negative electrode comprises lithium metal. 제 18 항에 있어서, 상기 리튬금속의 두께가 100㎛ 미만인 리튬전지.19. The lithium battery according to claim 18, wherein the thickness of the lithium metal is less than 100 mu m. 제 15 항에 있어서, 상기 전해질층이 2 이상의 층을 포함하는 다층구조를 가지는 리튬전지.16. The lithium battery according to claim 15, wherein the electrolyte layer has at least two layers. 제 20 항에 있어서, 상기 2 이상의 층들이 서로 다른 조성을 가지는 리튬전지.The lithium battery according to claim 20, wherein the two or more layers have different compositions. 제 20 항에 있어서, 상기 2 이상의 층들이 서로 독립적으로 액체전해질, 겔전해질 및 고체전해질 중에서 선택된 하나 이상을 포함하는 리튬전지.The lithium battery according to claim 20, wherein the two or more layers independently comprise at least one selected from a liquid electrolyte, a gel electrolyte and a solid electrolyte. 제 15 항에 있어서, 상기 리튬전지의 25℃에서 96 시간 경과 후의 임피던스가 복합전해질이 부재(free)인 리튬전지에 비하여 10% 이하인 리튬전지.The lithium battery according to claim 15, wherein the impedance of the lithium battery after lapse of 96 hours at 25 캜 is 10% or less as compared to a free lithium battery. 제 15 항에 있어서, 상기 양극과 음극 사이에 배치되는 세퍼레이터를 추가적으로 포함하는 리튬전지.16. The lithium battery according to claim 15, further comprising a separator disposed between the anode and the cathode. 제 15 항에 있어서, 상기 양극에 인접한 액체전해질을 추가적으로 포함하는 리튬전지.16. The lithium battery according to claim 15, further comprising a liquid electrolyte adjacent to the anode. 제 25 항에 있어서, 상기 양극이 액체전해질에 함침되는 다공성 양극인 리튬전지.The lithium battery according to claim 25, wherein the anode is a porous anode impregnated with a liquid electrolyte. 제 15 항에 있어서, 상기 양극이 액체전해질, 겔전해질 및 고체전해질 중에서 선택된 하나 이상을 포함하는 리튬전지.16. The lithium battery according to claim 15, wherein the anode comprises at least one selected from a liquid electrolyte, a gel electrolyte and a solid electrolyte. 양극; 음극; 및
상기 양극에 인접한 제 1 항에 따른 복합전해질층을 포함하며,
상기 복합전해질층과 음극 사이에 배치된 고체전해질층을 포함하는 리튬전지.
anode; cathode; And
And a composite electrolyte layer according to claim 1 adjacent to said anode,
And a solid electrolyte layer disposed between the composite electrolyte layer and the cathode.
제 28 항에 있어서, 상기 고체전해질층이 이온전도성고분자(ionically conducting polymer), 이온성액체고분자(polymeric ionic liquid, PIL), 무기전해질, 고분자 매트릭스(polymer matrix), 전자전도성고분자(electronically conducting polymer) 중에서 선택된 하나 이상을 포함하는 리튬전지.The method of claim 28, wherein the solid electrolyte layer comprises an ionically conducting polymer, a polymeric ionic liquid (PIL), an inorganic electrolyte, a polymer matrix, an electronically conducting polymer, &Lt; / RTI &gt; lithium battery. 제 29 항에 있어서, 상기 고체전해질층이 폴리에틸렌옥사이드(PEO), 2 이상의 낮은 Tg를 가지는 고분자블럭을 포함하는 고체그라프트공중합체(solid graft copolymer), 폴리(디알릴디메틸암모늄)트리플루오로메탄술포닐이미드(poly(diallyldimethylammonium)TFSI), Cu3N, Li3N, LiPON, Li3PO4.Li2S.SiS2, Li2S.GeS2.Ga2S3, Li2O.11Al2O3, Na2O.11Al2O3, (Na,Li)1+xTi2-xAlx(PO4)3 (0.1-x-0.9), Li1+xHf2-xAlx(PO4)3 (0.1-x-0.9), Na3Zr2Si2PO12, Li3Zr2Si2PO12, Na5ZrP3O12, Na5TiP3O12, Na3Fe2P3O12, Na4NbP3O12, Na-Silicates, Li0.3La0.5TiO3, Na5MSi4O12 (M은 Nd, Gd, 및 Dy 중에서 선택된 희토류원소) Li5ZrP3O12, Li5TiP3O12, Li3Fe2P3O12, Li4NbP3O12, Li1+x(M,Al,Ga)x(Ge1-yTiy)2-x(PO4)3 (X-0.8, 0-Y-1.0, M은 Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm 또는 Yb), Li1+x+yQxTi2-xSiyP3-yO12 (0<x-0.4, 0<y-0.6, Q 는 Al 또는 Ga), Li6BaLa2Ta2O12, Li7La3Zr2O12, Li5La3Nb2O12, Li5La3M2O12 (M은 Nb 또는 Ta), Li7+xAxLa3-xZr2O12 (0<x<3, A는 Zn), 중에서 선택된 하나 이상을 포함하는 리튬전지.The method of claim 29, wherein the solid electrolyte layer is selected from the group consisting of polyethylene oxide (PEO), solid graft copolymer comprising a polymer block having a low Tg of at least 2, poly (diallyl dimethyl ammonium) trifluoromethane sulfonyl imide (poly (diallyldimethylammonium) TFSI), Cu 3 N, Li 3 N, LiPON, Li 3 PO 4 .Li 2 S.SiS 2, Li 2 S.GeS 2 .Ga 2 S 3, Li 2 O. 11Al 2 O 3, Na 2 O.11Al 2 O 3, (Na, Li) 1 + x Ti 2-x Al x (PO 4) 3 (0.1-x-0.9), Li 1 + x Hf 2-x Al x (PO 4 ) 3 (0.1-x-0.9), Na 3 Zr 2 Si 2 PO 12 , Li 3 Zr 2 Si 2 PO 12 , Na 5 ZrP 3 O 12 , Na 5 TiP 3 O 12 , Na 3 Fe 2 P 3 O 12 , Na 4 NbP 3 O 12 , Na-Silicates, Li 0.3 La 0.5 TiO 3 , Na 5 MSi 4 O 12 (M is a rare earth element selected from Nd, Gd and Dy) Li 5 ZrP 3 O 12 , Li 5 TiP 3 O 12, Li 3 Fe 2 P 3 O 12, Li 4 NbP 3 O 12, Li 1 + x (M, Al, Ga) x (Ge 1-y Ti y) 2-x (PO 4) 3 (x-0.8, 0- y-1.0, M is Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm , or Yb), Li 1 + x + y Q x Ti 2-x Si y P 3-y O 12 (0 < x-0.4, 0 < y- 0.6, Q is Al or Ga), Li 6 BaLa 2 Ta 2 O 12 , Li 7 La 3 Zr 2 O 12 , Li 5 La 3 Nb 2 O 12 , Li 5 La 3 M 2 O 12 (M is Nb or Ta ), Li 7 + x A x La 3-x Zr 2 O 12 (0 <x <3, A is Zn). 제 29 항에 있어서, 상기 이온 전도성 고분자가 에테르계 모노머, 아크릴계 모노머, 메타크릴계 모노머 및 실록산계 모노머 중에서 선택된 하나 이상의 이온 전도성 반복단위(ion conductive repeating unit)를 포함하는 리튬전지.The lithium battery according to claim 29, wherein the ion conductive polymer comprises at least one ion conductive repeating unit selected from an ether monomer, an acrylic monomer, a methacryl monomer, and a siloxane monomer. 제 31 항에 있어서, 상기 이온 전도성 고분자가 폴리에틸렌옥사이드, 폴리프로필렌옥사이드, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리에틸메타크릴레이트, 폴리디메틸실록산, 폴리아크릴산, 폴리메타크릴산, 폴리메틸아크릴레이트, 폴리에틸아크릴레이트, 폴리2-에틸헥실 아크릴레이트, 폴리부틸 메타크릴레이트, 폴리2-에틸헥실메타크릴레이트, 폴리데실아크릴레이트 및 폴리에틸렌비닐아세테이트로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상인 리튬전지. 32. The method of claim 31, wherein the ion conductive polymer is selected from the group consisting of polyethylene oxide, polypropylene oxide, polymethylmethacrylate, polyethylmethacrylate, polydimethylsiloxane, polyacrylic acid, polymethacrylic acid, polymethyl acrylate, At least one selected from the group consisting of poly (2-ethylhexyl acrylate), poly (2-ethylhexyl acrylate), polybutyl methacrylate, poly (2-ethylhexyl methacrylate), poly (decyl acrylate) and polyethylene vinyl acetate. 제 29 항에 있어서, 상기 이온 전도성 고분자가 이온 전도성 반복단위(ion conductive repeating unit)와 구조 반복단위(structural repeating unit)를 포함하는 공중합체인 리튬전지.The lithium battery according to claim 29, wherein the ion conductive polymer comprises an ion conductive repeating unit and a structural repeating unit. 제 33 항에 있어서, 상기 이온 전도성 반복단위가 아크릴산, 메타크릴산, 메틸 아크릴레이트, 메틸 메타크릴레이트, 에틸 아크릴레이트, 에틸 메타크릴레이트, 2-에틸헥실 아크릴레이트, 부틸 메타크릴레이트, 2-에틸 헥실 메타크릴레이트, 데실 아크릴레이트, 에틸렌 비닐아세테이트, 에틸렌 옥사이드, 프로필렌 옥사이드, 중에서 선택된 하나 이상의 모노머로부터 유래된 것이고,
상기 구조 반복단위가 스티렌, 4-브로모스티렌, 터트부틸스티렌, 디비닐벤젠, 메틸 메타크릴레이트, 이소부틸 메타크릴레이트, 부타디엔, 에틸렌, 프로필렌, 디메틸실록산, 이소부틸렌, N-이소프로필 아크릴아미드, 비닐리덴 플루오라이드, 아크릴로니트릴, 4-메틸 펜텐-1, 부틸렌 테레프탈레이트, 에틸렌 테레프탈레이트 및 비닐피리딘으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 모노머로부터 얻어진 것인 리튬전지.
34. The method of claim 33, wherein the ionic conductive repeating unit is selected from the group consisting of acrylic acid, methacrylic acid, methyl acrylate, methyl methacrylate, ethyl acrylate, ethyl methacrylate, 2-ethylhexyl acrylate, butyl methacrylate, 2- Ethylhexyl acrylate, ethylhexyl methacrylate, decyl acrylate, ethylene vinyl acetate, ethylene oxide, propylene oxide,
Wherein said structural repeating units are selected from the group consisting of styrene, 4-bromostyrene, terbutylstyrene, divinylbenzene, methylmethacrylate, isobutylmethacrylate, butadiene, ethylene, propylene, dimethylsiloxane, isobutylene, Amide, vinylidene fluoride, acrylonitrile, 4-methylpentene-1, butylene terephthalate, ethylene terephthalate and vinyl pyridine.
제 29 항에 있어서, 상기 이온 전도성 고분자가 이온 전도상(conductive phase)과 구조상(structural phase)을 포함하는 블록 공중합체인 리튬전지.30. The lithium battery according to claim 29, wherein the ion conductive polymer comprises an ion conductive phase and a structural phase.
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