KR20170026098A - Lithium metal battery including lithium metal anode, method of protecting the lithium metal anode, and protective layer prepared according to the method - Google Patents

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Abstract

Suggested is a lithium metal battery which includes: a lithium metal anode; a protective layer which is arranged on an upper side of the lithium metal anode and includes i) a polymer and ii) one or more selected from nitrogen-containing additives and metal salt including I group or II group elements; a cathode; and a liquefied electrolyte which is interposed between the cathode and the protective layer. One or more selected from nitrogen-containing additives and metal salt including I group or II group elements are insoluble in an organic solvent of the liquefied electrolyte. Accordingly, the present invention can suppress the formation of lithium dendrite on the surface of the lithium metal anode.

Description

리튬 금속 음극을 포함한 리튬금속전지, 상기 리튬 금속 음극을 보호하는 방법 및 그 방법에 따라 제조된 보호막 {Lithium metal battery including lithium metal anode, method of protecting the lithium metal anode, and protective layer prepared according to the method}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a lithium metal battery including a lithium metal anode, a method for protecting the lithium metal anode, and a protective film prepared according to the method. }

리튬 금속 음극을 포함한 리튬금속전지, 상기 리튬 금속 음극을 보호하는 방법 및 그 방법에 따라 제조된 보호막을 제시한다.A lithium metal battery including a lithium metal negative electrode, a method of protecting the lithium metal negative electrode, and a protective film produced by the method.

리튬이차전지는 현재 상용화된 이차 전지 중 에너지 밀도가 가장 높은 고성능 이차 전지로서 예를 들어 전기자동차와 같은 다양한 분야에서 사용될 수 있다. Lithium secondary batteries are high performance secondary batteries having the highest energy density among currently commercialized secondary batteries and can be used in various fields such as electric vehicles.

리튬이차전지의 음극으로는 리튬 금속 박막이 이용될 수 있다. 이러한 리튬 금속 박막을 음극으로 이용하는 경우 리튬의 높은 반응성으로 인하여 충방전시 액체 전해질과의 반응성이 높다. 또는 리튬 음극 박막 상에 덴드라이트가 형성되어 리튬 금속 박막을 채용한 리튬이차전지의 수명 및 안정성이 저하될 수 있어 이에 대한 개선이 요구된다.As the cathode of the lithium secondary battery, a lithium metal thin film may be used. When such a lithium metal thin film is used as a negative electrode, reactivity with a liquid electrolyte during charging and discharging is high due to high reactivity of lithium. Or a dendrite is formed on the lithium negative electrode thin film, so that the lifetime and stability of the lithium secondary battery employing the lithium metal thin film may be deteriorated, and improvement is required.

한 측면은 리튬 금속 음극 표면 상에서 리튬 덴드라이트의 형성이 억제된 리튬금속전지를 제공하는 것이다.One aspect is to provide a lithium metal battery in which the formation of lithium dendrite is suppressed on the surface of the lithium metal cathode.

다른 측면은 상기 리튬금속전지의 리튬 금속 음극을 보호하는 방법을 제공한다. Another aspect provides a method for protecting a lithium metal anode of a lithium metal battery.

또 다른 측면은 상술한 방법에 따라 제조된 보호막을 제공한다.Another aspect provides a protective film produced according to the above-described method.

한 측면에 따라 On one side

리튬 금속 음극;Lithium metal cathode;

상기 리튬 금속 음극 상부에 배치되며, i)고분자와, ii)1족 또는 2족 원소를 함유하는 금속염 및 질소 함유 첨가제 중에서 선택된 하나 이상을 포함하는 보호막;A protective film disposed on the lithium metal cathode and comprising at least one selected from the group consisting of i) a polymer, ii) a metal salt containing a Group 1 or Group 2 element, and a nitrogen-containing additive;

양극; 및 anode; And

상기 보호막과 양극 사이에 개재된 액체 전해질을 포함하며,And a liquid electrolyte interposed between the protective film and the anode,

상기 1족 원소 또는 2족 원소를 함유하는 금속염 및 질소 함유 첨가제 중에서 선택된 하나 이상은 액체 전해질의 유기용매에 불용성인 리튬금속전지가 제공된다.Wherein at least one selected from a metal salt containing a Group 1 element or a Group 2 element and a nitrogen-containing additive is insoluble in an organic solvent of a liquid electrolyte.

다른 측면에 따라 i)고분자와, ii) 1족 또는 2족 원소를 함유하는 금속염 및 질소 함유 첨가제 중에서 선택된 하나 이상을 혼합하여 보호막 형성용 조성물을 얻는 단계;According to another aspect, there is provided a method for forming a protective film, comprising: i) mixing a polymer and at least one selected from the group consisting of a metal salt containing a Group 1 or 2 element and a nitrogen containing additive;

상기 보호막 형성용 조성물을 리튬 금속 음극에 공급하는 단계; 및Supplying the composition for forming a protective film to a lithium metal anode; And

상기 결과물을 건조하여 보호막을 형성하는 단계를 포함하는 상술한 리튬 금속 애노드를 보호하는 방법이 제공된다.And drying the resultant to form a protective film. The above-described method for protecting the lithium metal anode is provided.

또 다른 측면에 따라 상술한 방법에 따라 제조된 보호막이 제공된다.According to another aspect, there is provided a protective film produced according to the above-described method.

일구현예에 따른 리튬금속전지는 리튬 금속 음극 표면에서 리튬 덴드라이트가 성장하는 것을 효과적으로 억제하며 리튬 전착밀도가 증가되고 리튬 금속 음극과 보호막 사이의 계면저항이 감소될 뿐만 아니라 리튬 이온 이동도가 증가된다. 그 결과 율속 성능 및 수명이 향상된 리튬금속전지를 제작할 수 있다.The lithium metal battery according to an embodiment effectively suppresses the growth of lithium dendrites on the surface of the lithium metal cathode, increases the lithium electrodeposition density, decreases the interface resistance between the lithium metal cathode and the protective film, and increases the lithium ion mobility do. As a result, it is possible to produce a lithium metal battery having an improved rate-limiting performance and a long lifetime.

도 1은 일구현예에 따른 리튬금속전지의 구조를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 2는 다른 일구현예에 따른 리튬금속전지의 구조를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 3a 및 도 3b는 각각 실시예 2 및 비교예 1에 따라 제조된 리튬금속전지에서 0.1C 충전후 리튬 금속 음극 표면을 나타낸 전자주사현미경 사진이다.
도 4a 및 도 4b는 각각 실시예 2 및 비교예 1에 따라 제조된 리튬금속전지에서 0.1C 충전후 리튬 금속 음극의 단면을 나타낸 전자주사현미경 사진이다.
도 5는 실시예 2에 따라 제조된 리튬금속전지 및 비교예 1에 따라 제조된 리튬금속전지에 대하여 임피던스 분석 결과를 나타낸 것이다.
도 6은 실시예 1, 비교예 1 및 비교예 4에 따라 제조된 리튬금속전지에서 사이클수에 따른 방전용량 변화를 나타낸 것이다.
도 7은 실시예 1, 비교예 1 및 4에 따라 제조된 리튬금속전지에서 사이클수에 따른 쿠울롱 효율 변화를 나타낸 것이다.
도 8은 실시예 1에 따라 제조된 보호막의 응력-변형 선도(stress-strain curve)를 나타낸 것이다.
도 9는 실시예 2 및 비교예 1에 따라 제조된 리튬금속전지의 율속 성능을 나타낸 것이다.
도 10은 실시예 2의 보호막 및 비교예 1의 리튬 금속 박막을 이용한 대칭셀에 대한 셀 전압 변화를 나타낸 것이다.
FIG. 1 schematically illustrates the structure of a lithium metal battery according to one embodiment.
2 schematically shows a structure of a lithium metal battery according to another embodiment.
3A and 3B are electron micrographs of a lithium metal anode surface after 0.1 C charging in a lithium metal battery manufactured according to Example 2 and Comparative Example 1, respectively.
FIGS. 4A and 4B are electron micrographs of lithium metal cathodes obtained after 0.1 C charging in the lithium metal batteries prepared according to Example 2 and Comparative Example 1, respectively.
FIG. 5 shows the results of impedance analysis for the lithium metal battery prepared in Example 2 and the lithium metal battery prepared in Comparative Example 1. FIG.
6 is a graph showing a change in discharge capacity according to the number of cycles in the lithium metal battery produced according to Example 1, Comparative Example 1, and Comparative Example 4.
7 shows the change in the Coulomb efficiency with the number of cycles in the lithium metal battery produced according to Example 1, Comparative Examples 1 and 4.
Fig. 8 shows the stress-strain curve of the protective film prepared according to Example 1. Fig.
FIG. 9 shows the rate-limiting performance of a lithium metal battery produced according to Example 2 and Comparative Example 1. FIG.
10 is a graph showing changes in cell voltage with respect to a symmetric cell using the protective film of Example 2 and the lithium metal thin film of Comparative Example 1. FIG.

첨부된 도면들을 참조하면서 이하에서 예시적인 리튬금속전지, 그 제조방법 및 상기 리튬금속전지의 리튬 금속 음극을 보호하는 방법과 그 방법에 따라 제조된 보호막에 대하여 보다 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, an exemplary lithium metal battery, a method of manufacturing the same, a method for protecting a lithium metal anode of the lithium metal battery, and a protective film manufactured according to the method will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

리튬 금속 음극; 상기 리튬 금속 음극 상부에 배치되며, i)고분자와, ii)1족, 또는 2족 원소를 포함하는 금속 염 및 질소 함유 첨가제를 포함하는 보호막; 양극; 및 상기 보호막과 양극 사이에 개재된 액체 전해질을 포함하며, 상기 1족 원소 또는 2족 원소를 함유하는 금속염 및 질소 함유 첨가제 중에서 선택된 하나 이상은 액체 전해질의 유기용매에 불용성인 리튬금속전지가 제공된다.Lithium metal cathode; A protective film disposed on the lithium metal cathode, the protective film comprising: i) a polymer; ii) a metal salt comprising a Group 1 or Group 2 element; and a nitrogen-containing additive; anode; And a liquid electrolyte interposed between the protective film and the positive electrode, wherein at least one selected from the group consisting of a metal salt containing a Group 1 element or a Group 2 element and a nitrogen-containing additive is insoluble in an organic solvent of a liquid electrolyte .

상기 1족 또는 2족 원소를 함유하는 금속염은 Cs, Rb, K, Ba, Sr, Ca, Na, 및 Mg 중에서 선택된 하나 이상을 함유하는 금속염이다. 이러한 금속염의 예는 Cs 비스(트리플루오로메틸술포닐)이미드{CsTFSI: Cs(bis(trifluoromethylsulfonyl)imide)}, CsNO3, CsPF6, Cs 비스(플루오로술포닐)이미드{CsFSI: Cs(bis(fluorosulfonyl)imide)}, CsAsF6, CsClO4, CsBF4, RbTFSI, RbNO3, RbPF6, RbFSI, RbAsF6, RbClO4, RbBF4, KTFSI, KNO3, KPF6, KFSI, KAsF6, KClO4, KBF4, NaTFSI, NaNO3, NaPF6, NaFSI, NaAsF6, NaClO4, NaBF4, Ba(TFSI)2, Ba(NO3)2, Ba(PF6)2, Ba(FSI)2, Ba(AsF6)2, Ba(ClO4)2, Ba(BF4)2, Sr(TFSI)2, Sr(NO3)2, Sr(PF6)2, Sr(FSI)2, Sr(AsF6)2, Sr(ClO4)2, Sr(BF4)2, Ca(TFSI)2, Ca(NO3)2, Ca(PF6)2, Ca(FSI)2, Ca(AsF6)2, Ca(ClO4)2, Ca(BF4)2, Mg(TFSI)2, Mg(NO3)2, Mg(PF6)2, Mg(FSI)2, Mg(AsF6)2, Mg(ClO4)2 및 Mg(BF4)2로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상이다. 여기에서 TFSI는 비스(트리플루오로메틸술포닐)이미드 (bis(trifluoromethanesulfonyl) imide)를 나타내고, FSI는 비스플루오로술포닐이미드를 나타낸다.The metal salt containing the group I or II element is a metal salt containing at least one selected from Cs, Rb, K, Ba, Sr, Ca, Na and Mg. Examples of such salts are (methylsulfonyl-trifluoromethyl) Cs-bis imide {CsTFSI: Cs (bis (trifluoromethylsulfonyl ) imide)}, CsNO 3, CsPF 6, Cs -bis (sulfonyl fluorophenyl) imide {CsFSI: Cs (bis (fluorosulfonyl) imide)} , CsAsF 6, CsClO 4, CsBF 4, RbTFSI, RbNO 3, RbPF 6, RbFSI, RbAsF 6, RbClO 4, RbBF 4, KTFSI, KNO 3, KPF 6, KFSI, KAsF 6, KClO 4, KBF 4, NaTFSI, NaNO 3, NaPF 6, NaFSI, NaAsF 6, NaClO 4, NaBF 4, Ba (TFSI) 2, Ba (NO 3) 2, Ba (PF 6) 2, Ba (FSI) 2 , Ba (AsF 6) 2, Ba (ClO 4) 2, Ba (BF 4) 2, Sr (TFSI) 2, Sr (NO 3) 2, Sr (PF 6) 2, Sr (FSI) 2, Sr ( AsF 6) 2, Sr (ClO 4) 2, Sr (BF 4) 2, Ca (TFSI) 2, Ca (NO 3) 2, Ca (PF 6) 2, Ca (FSI) 2, Ca (AsF 6) 2, Ca (ClO 4) 2 , Ca (BF 4) 2, Mg (TFSI) 2, Mg (NO 3) 2, Mg (PF 6) 2, Mg (FSI) 2, Mg (AsF 6) 2, Mg (ClO 4 ) 2 and Mg (BF 4 ) 2 . Wherein TFSI represents bis (trifluoromethanesulfonyl) imide, and FSI represents bisfluorosulfonylimide.

Figure pat00001
Figure pat00002
Figure pat00001
Figure pat00002

TFSI FSITFSI FSI

1족 원소 또는 2족 원소를 함유하는 금속염 및 질소 함유 첨가제 중에서 선택된 하나 이상이 액체 전해질의 유기용매에 불용성이라는 의미는 예를 들어 "25℃에서 액체 전해질의 유기용매에서 질소 함유 첨가제의 용해도는 액체 전해질의 유기용매 리터당 100 part per million(ppm) 미만이라는 것이다.Means that the solubility of the nitrogen-containing additive in the organic solvent of the liquid electrolyte at 25 [deg.] C is lower than that of the liquid Is less than 100 parts per million (ppm) per liter of organic solvent in the electrolyte.

리튬 금속 음극은 단위중량당 전기용량이 커서 이를 이용하면 고용량 전지를 구현하는 것이 가능하다. 그런데 리튬 금속 음극의 경우 리튬 이온의 전착/탈착(deposition/dissolution) 과정 중에서 덴드라이트 구조가 형성 및 성장하여 양극 및 음극 사이의 단락을 유발할 수 있다. 그리고 리튬 금속 음극은 전해질에 대한 반응성이 높아서 전해질과의 부반응을 유발할 수 있고 이로 인하여 전지의 사이클 수명이 저하될 수 있다. 또한 리튬금속전지의 충방전이 반복됨에 따라 전지 부피 및 두께 변화가 발생되며 이러한 변화로 음극으로부터 리튬 탈착이 일어난다 이를 보완하기 위해서는 리튬 금속 음극 표면을 보완할 수 있는 보호막이 요구된다. The lithium metal negative electrode has a large electric capacity per unit weight, so that it is possible to realize a high capacity battery. In the case of a lithium metal anode, a dendrite structure is formed and grown during the deposition / dissolution of lithium ions, which may cause a short circuit between the anode and the cathode. In addition, the lithium metal negative electrode has high reactivity to the electrolyte and may cause a side reaction with the electrolyte, thereby decreasing the cycle life of the battery. In addition, as the charge and discharge of the lithium metal battery is repeated, the battery volume and thickness are changed. As a result, lithium desorption occurs from the cathode. In order to compensate for this, a protective film is required to complement the surface of the lithium metal cathode.

리튬 금속 음극을 갖는 리튬금속전지에서는 리튬 덴드라이트의 성장을 억제하기 위하여 액체 전해질에 세슘염과 같은 첨가제를 첨가하거나 음극 보호막으로서 고분자 전해질을 이용하는 방법이 제안되었다. In a lithium metal battery having a lithium metal anode, a method of adding an additive such as cesium salt to a liquid electrolyte or using a polymer electrolyte as a cathode protecting film has been proposed in order to suppress the growth of lithium dendrites.

그런데 세슘염과 같은 첨가제를 액체 전해질에 첨가하는 경우 세슘염이 액체 전해질에 용해하지 않아 실제 전지 시스템에 적용하기가 곤란하다. 세슘염은 리튬 이온의 이동을 방해하거나 또는 양극에서 전기화학반응에 참여하여 셀 성능을 저하시킨다. However, when an additive such as a cesium salt is added to a liquid electrolyte, the cesium salt does not dissolve in the liquid electrolyte, making it difficult to apply it to an actual battery system. The cesium salt inhibits the migration of lithium ions or participates in an electrochemical reaction at the anode to degrade cell performance.

그리고 리튬 금속 음극 보호막을 이용하면, 고분자 전해질로 인하여 보호막과 리튬 음극 사이의 계면 저항이 증가되어 리튬금속전지의 셀 성능이 저하될 수 있다.When the lithium metal cathode protection film is used, the interfacial resistance between the protection film and the lithium cathode is increased due to the polymer electrolyte, so that the cell performance of the lithium metal battery may be deteriorated.

이에 본 발명자들은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 많은 연구끝에 리튬 금속 음극의 표면에 i)고분자와 ii) 1족 또는 2족 원소를 함유하는 금속염과 질소 함유 첨가제 중에서 선택된 하나 이상을 포함하는 보호막을 배치한 리튬금속전지를 제공한다.Accordingly, the present inventors have conducted extensive studies to solve the above-mentioned problems, and after a lot of researches, the present inventors have found that a protective film comprising at least one selected from a metal salt containing a Group 1 or Group 2 element and a nitrogen- A lithium metal battery is provided.

상기 1족 또는 2족 원소를 함유하는 금속염 및 질소 함유 첨가제 중에서 선택된 하나 이상은 액체 전해질의 유기용매에 불용성이다. 예를 들어 25℃에서 액체 전해질의 유기용매에서 질소 함유 첨가제의 용해도는 액체 전해질의 유기용매 리터당 100 part per million per liter (ppm/L) 미만, 예를 들어 75 ppm/L 미만, 구체적으로 50 ppm/L이라는 것이다. At least one selected from the group consisting of a metal salt containing a group I or II element and a nitrogen-containing additive is insoluble in an organic solvent of a liquid electrolyte. For example, the solubility of the nitrogen-containing additive in the organic solvent of the liquid electrolyte at 25 DEG C is less than 100 parts per million per liter (ppm / L) of the organic solvent of the liquid electrolyte, for example less than 75 ppm / L, / L.

이러한 용해도 특성으로 리튬 금속 음극 표면에 국한되어 안정적으로 존재하고 상기 1족 또는 2족 원소를 함유하는 금속염 및 질소 함유 첨가제 중에서 선택된 하나 이상의 이동성이 제한되어 이를 함유한 보호막을 채용하는 경우 전극 간의 리튬 이온의 이동을 방해하지 않는다.In view of solubility characteristics, when a protective film is used which is stably present only on the surface of a lithium metal anode and is limited in at least one of mobility and a nitrogen-containing additive selected from the group consisting of metal salts containing Group 1 or Group 2 elements, And does not interfere with the movement.

또한 상기 1족 또는 2족 원소를 함유하는 금속염의 금속은 리튬과 비교하여 큰 원자 크기를 갖고 있어 이를 보호막에 함유하면 금속의 입체 장애(steric hindrance) 효과로 인하여 리튬 금속 음극 표면 상에 리튬 덴드라이트가 성장하는 것을 억제할 수 있다. 그리고 상기 금속염의 금속 양이온(예를 들어 Cs 또는 루비듐 이온)은 리튬 이온의 환원전위에 비하여 작은 유효 환원전위(effective reduction potential)를 갖고 있어 리튬 전착(lithium deposition) 공정 중 금속염은 환원되거나 또는 도포되는 과정이 없이 금속 양이온은 리튬 금속 음극 표면에 돌기(protuberance)의 초기 성장 팁(initial growth tip) 주위에 양전하의 정전기적 쉴드를 형성한다. 이러한 양전하의 정전기적 쉴드가 형성되면 리튬 금속 음극 표면에 리튬 덴드라이트가 성장하는 것을 효과적으로 억제할 수 있다. 상술한 바와 같이 금속염이 리튬의 환원전위에 비하여 작은 유효 환원전위(effective reduction potential)를 가지기 위해서는 금속염의 함량이 중요하다. 금속염의 함량은 보호막의 고분자 100 중량부를 기준으로 하여 0.1 내지 100 중량부 범위로 제어된다. In addition, the metal of the metal salt containing the Group 1 or Group 2 element has a larger atomic size than that of lithium, and if it is contained in the protective layer, the metal stain hindrance effect causes a lithium dendrite Can be inhibited from growing. The metal cation (for example, Cs or rubidium ion) of the metal salt has a small effective reduction potential as compared with the reduction potential of lithium ion, so that the metal salt is reduced or applied during the lithium deposition process Without process, metal cations form a positive charge electrostatic shield around the initial growth tip of the protuberance on the surface of the lithium metal cathode. When such a positive electrostatic shield is formed, the growth of lithium dendrites on the surface of the lithium metal cathode can be effectively inhibited. As described above, the content of the metal salt is important for the metal salt to have a small effective reduction potential as compared with the reduction potential of lithium. The content of the metal salt is controlled in the range of 0.1 to 100 parts by weight based on 100 parts by weight of the polymer in the protective film.

또한 상기 보호막은 기계적 강도 및 유연성이 매우 우수하여 리튬 덴드라이트의 형성을 억제하는 효과가 매우 우수하고 리튬 금속 음극과 보호막 사이에 높은 이온 전도성을 갖는 이온 전도성 피막을 형성한다. 상기 이온 전도성 피막은 보호막의 이온 전도도 및 리튬 이온 이동도를 높임으로써 리튬 금속 음극과 보호막 사이의 계면저항을 감소킨다. 이온 전도성 피막은 예를 들어 질화리튬(Li3N)을 함유한다. In addition, the protective film is excellent in mechanical strength and flexibility, so that the effect of suppressing the formation of lithium dendrite is excellent, and an ion conductive film having high ion conductivity is formed between the lithium metal anode and the protective film. The ion conductive film reduces the interfacial resistance between the lithium metal cathode and the protective film by increasing the ionic conductivity and the lithium ion mobility of the protective film. The ion conductive film contains, for example, lithium nitride (Li 3 N).

또한 상기 보호막은 리튬의 전/탈착 과정을 화학적으로 개선하여 종래의 보호막을 형성한 경우와 비교하여 리튬 금속 음극의 전착 모폴로지(morphology)를 개선하여 리튬 금속 음극 표면에서의 전착밀도가 증가되어어 리튬 이온 이동도를 향상시킨다. 그리고 상술한 바와 같이 리튬 금속 음극 표면의 보호막에 상기 금속염과 질소 함유 첨가제 중에서 선택된 하나 이상이 국한되도록 존재하여 상기 금속염과 질소 함유 첨가제 중에서 선택된 하나 이상이 액체 전해질에 분산되거나 양극쪽으로 접근하여 양극과의 반응이 일어나는 것을 차단할 수 있다. 그 결과, 율속 성능 및 수명이 향상된 리튬금속전지를 제조할 수 있다.In addition, the protective layer improves the electrophoresis morphology of the lithium metal cathode by chemically improving the lithium desorption / desorption process to increase the electrodeposition density on the surface of the lithium metal cathode, Thereby improving ion mobility. As described above, at least one selected from the metal salt and the nitrogen-containing additive is present in a protective film on the surface of the lithium metal anode, and at least one selected from the metal salt and the nitrogen-containing additive is dispersed in the liquid electrolyte or approaches the anode, Thereby preventing the reaction from occurring. As a result, it is possible to produce a lithium metal battery with improved rateing performance and life.

보호막안에 함유된 질소 함유 첨가제는 비제한적인 예로서 무기 나이트레이트(inorganic nitrate), 유기 나이트레이트(organic nitrate), 무기 나이트라이트(inorganic nitrite), 유기 나이트라이트(organic nitrite), 유기 니트로 화합물, 유기 니트로소 화합물(Organic nitroso compound), N-O 화합물 및 질화리튬(Li3N)으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 들 수 있다. The nitrogen containing additive contained in the protective film can be, but not limited to, inorganic nitrate, organic nitrate, inorganic nitrite, organic nitrite, organic nitro compound, organic An organic compound, a nitro compound, an NO compound, and lithium nitride (Li 3 N).

상기 무기 나이트레이트는 예를 들어 리튬 나이트레이트, 포타슘 나이트레이트, 세슘 나이트레이트, 바륨 나이트레이트 및 암모늄 나이트레이트로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상이고, 상기 유기 나이트레이트는 예를 들어 C1 내지 C20 디알킬 이미다졸륨 나이트레이트, 구아니딘 나이트레이트, 에틸 나이트라이트, 프로필 나이트라이트, 부틸 나이트라이트, 펜틸 나이트라이트, 및 옥틸 나이트라이트로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상이다. 그리고 유기 나이트라이트는 예를 들어 에틸 나이트라이트, 프로필 나이트라이트, 부틸 나이트라이트, 펜틸 나이트라이트, 및 옥틸 나이트라이트로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상이다.The inorganic nitrate is at least one selected from the group consisting of lithium nitrate, potassium nitrate, cesium nitrate, barium nitrate and ammonium nitrate, and the organic nitrate is, for example, a C1 to C20 dialkyl imide Is at least one selected from the group consisting of zirconium nitrate, zirconium nitrate, zirconium nitrate, zirconium nitrate, zirconium nitrate, zirconium nitrate, zirconium nitrate, And the organic nitrite is at least one selected from the group consisting of ethylnitrite, propylnitrite, butylnitrite, pentylnitrite, and octylnitrite.

상기 유기 니트로 화합물은 예를 들어 니트로메탄, 니트로프로판, 니트로부탄, 니트로벤젠, 디니트로벤젠, 니트로톨루엔, 디니트로톨루엔 및 니트로피리딘으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 들 수 있다. 그리고 상기 N-O 화합물은 예를 들어 피리딘 N-옥사이드, C1 내지 C20 알킬피리딘 N-옥사이드, 및 테트라메틸 피페리딘 N-옥실(TEMPO)로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상이다.Examples of the organic nitro compound include at least one selected from the group consisting of nitromethane, nitropropane, nitrobutane, nitrobenzene, dinitrobenzene, nitrotoluene, dinitrotoluene and nitropyridine. And the N-O compound is at least one selected from the group consisting of, for example, pyridine N-oxide, C1 to C20 alkylpyridine N-oxide, and tetramethylpiperidine N-oxyl (TEMPO).

다른 일구현예에 따른 보호막에서 질소 함유 첨가제는 LiNO3 및 Li3N 중에서 선택된 하나 이상이고, 상기 1족 또는 2족 원소를 함유하는 금속염이 세슘비스트리플루오로메틸술포닐이미드(CsTFSI), CsNO3, CsPF6, CsFSI, CsAsF6, CsClO4, 및CsBF4 중에서 선택된 하나 이상고, 예를 들어 CsTFSI일 수 있다.In the protective film according to another embodiment, the nitrogen-containing additive is at least one selected from LiNO 3 and Li 3 N, and the metal salt containing the group I or II element is cesium bistrifluoromethylsulfonylimide (CsTFSI), and CsNO 3, CsPF 6, CsFSI, CsAsF 6, CsClO 4, and 4 CsBF least one selected from, for example, be CsTFSI.

상기 보호막에서 1족 또는 2족 원소를 함유하는 금속염과 질소 함유 첨가제 중에서 선택된 하나 이상의 함량은 고분자 100 중량부를 기준으로 하여 0.1 내지 100 중량부, 예를 들어 0.1 내지 30중량부이다. 1족 또는 2족 원소를 함유하는 금속염과 질소 함유 첨가제 중에서 선택된 하나 이상의 함량이 상기 범위일 때 리튬 덴드라이트 성장을 억제하는 효과 및 리튬 금속 음극 표면과 보호막의 계면저항이 감소되고 리튬의 이온 이동도가 개선된 리튬금속전지를 제작할 수 있다.The content of at least one selected from a metal salt containing a group 1 or group 2 element and a nitrogen-containing additive in the protective film is 0.1 to 100 parts by weight, for example, 0.1 to 30 parts by weight, based on 100 parts by weight of the polymer. When the content of at least one selected from the group consisting of metal salts containing Group 1 or Group 2 elements and nitrogen containing additives is within the above range, the effect of inhibiting the growth of lithium dendrites and the effect of reducing the interface resistance between the lithium metal anode surface and the protective film, Can be produced.

보호막은 일구현예에 의하면, 1족 또는 2족 원소를 함유하는 금속염만을 포함할 수 있다. 이 때 1족 또는 2족 원소를 함유하는 금속염의 함량은 고분자 100 중량부를 기준으로 하여 0.1 내지 100 중량부, 예를 들어 0.1 내지 30 중량부이다,According to one embodiment, the protective film may comprise only a metal salt containing a group I or II element. In this case, the content of the metal salt containing a Group 1 or Group 2 element is 0.1 to 100 parts by weight, for example, 0.1 to 30 parts by weight, based on 100 parts by weight of the polymer,

다른 일구현예에 의하면, 보호막은 질소 함유 첨가제만을 함유할 수 있다. 이 때 질소 함유 첨가제의 함량은 고분자 100 중량부를 기준으로 하여 0.1 내지 100 중량부, 예를 들어 0.1 내지 30 중량부, 구체적으로 1 내지 30 중량부이다.According to another embodiment, the protective film may contain only a nitrogen-containing additive. At this time, the content of the nitrogen-containing additive is 0.1 to 100 parts by weight, for example, 0.1 to 30 parts by weight, specifically 1 to 30 parts by weight, based on 100 parts by weight of the polymer.

보호막은 예를 들어 1족 또는 2족 원소를 함유하는 금속염과 질소 함유 첨가제를 모두 함유할 수 있다. 이 때 1족 또는 2족 원소를 함유하는 금속염의 함량은 고분자 100 중량부를 기준으로 하여 0.01 내지 99.99 중량부, 예를 들어 0.1 내지 30 중량부이고, 예를 들어 1 내지 30 중량부이고, 질소 함유 첨가제의 함량은 고분자 100 중량부를 기준으로 하여 0.01 내지 99.99 중량부, 예를 들어 0.1 내지 30 중량부, 구체적으로 1 내지 30 중량부이다.The protective film may contain, for example, both a metal salt containing a Group 1 or 2 element and a nitrogen-containing additive. In this case, the content of the metal salt containing a group 1 or group 2 element is 0.01 to 99.99 parts by weight, for example, 0.1 to 30 parts by weight, for example, 1 to 30 parts by weight, based on 100 parts by weight of the polymer, The content of the additive is 0.01 to 99.99 parts by weight, for example, 0.1 to 30 parts by weight, specifically 1 to 30 parts by weight, based on 100 parts by weight of the polymer.

일구현예에 따른 보호막에서 1족 또는 2족 원소를 함유하는 금속염과 질소 함유 첨가제의 혼합중량비는 1:9 내지 9:1, 예를 들어 1:2 내지 2:1, 구체적으로 1:1이다. 1족 또는 2족 원소를 함유하는 금속염과 질소 함유 첨가제의 혼합중량비가 상기 범위일 때 리튬 금속 음극 표면에서의 전착밀도와 전해질에서 리튬 이온 이동도 특성이 우수하여 리튬금속전지의 율속 성능 및 수명 특성이 개선된다.The weight ratio of the metal salt containing the Group 1 or Group 2 element to the nitrogen containing additive in the protective film according to one embodiment is 1: 9 to 9: 1, for example, 1: 2 to 2: 1, specifically 1: 1 . When the mixing ratio by weight of the metal salt containing a Group 1 or Group 2 element and the nitrogen-containing additive is within the above range, the electrodeposition density on the surface of the lithium metal anode and the lithium ion mobility property in the electrolyte are excellent, .

보호막은 고분자를 포함한다. 상기 고분자는 호모폴리머, 블록 공중합체와 그래프트 공중합체 중에서 선택된 하나 이상의 고분자 또는 그 혼합물을 들 수 있다. 고분자는 예를 들어 액체 전해질의 유기용매에 용해되지 않는 특성을 가질 수 있다. 이러한 특성을 갖는 고분자를 이용하면 종래의 폴리에틸렌계 보호막과 달리 카보네이트계 유기용매를 함유한 액체 전해질에 대한 내화학성이 우수하다. 그리고 보호막에 크랙 발생 등으로 인하여 전지 내부에 단락이 발생되는 것을 억제하는 효과가 매우 우수하다.The protective film includes a polymer. The polymer may be a homopolymer, at least one polymer selected from block copolymers and graft copolymers, or a mixture thereof. The polymer may have properties such that it is not soluble in the organic solvent of the liquid electrolyte, for example. Unlike a conventional polyethylene-based protective film, the use of a polymer having such properties is excellent in chemical resistance to a liquid electrolyte containing a carbonate-based organic solvent. And the occurrence of a short circuit inside the battery due to cracks or the like in the protective film is very excellent.

상기 고분자는 폴리비닐알콜, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리메틸아크릴레이트, 폴리에틸메타크릴레이트, 폴리에틸아크릴레이트, 폴리프로필메타크릴레이트, 폴리프로필아크릴레이트, 폴리부틸아크릴레이트, 폴리부틸메타크릴레이트, 폴리펜틸메타크릴레이트, 폴리펜틸아크릴레이트, 폴리시클로헥실메타크릴레이트, 폴리시클로헥실아크릴레이트, 폴리헥실메타크릴레이트, 폴리헥실아크릴레이트, 폴리글리시딜아크릴레이트, 폴리글리시딜메타크릴레이트 및 폴리아크릴로니트릴 중에서 선택된 하나 이상을 들 수 있다.The polymer may be at least one selected from the group consisting of polyvinyl alcohol, polymethyl methacrylate, polymethyl acrylate, polyethyl methacrylate, polyethyl acrylate, polypropyl methacrylate, polypropyl acrylate, polybutyl acrylate, polybutyl methacrylate , Polyphenyl methacrylate, polypentyl methacrylate, polypentyl acrylate, polycyclohexyl methacrylate, polycyclohexyl acrylate, polyhexyl methacrylate, polyhexyl acrylate, polyglycidyl acrylate, polyglycidyl methacrylate And polyacrylonitrile can be mentioned.

보호막에 함유된 고분자는 제1고분자 블록과 제2고분자 블록을 포함하는 블록 공중합체이다. 제1고분자 블록은 폴리스티렌, 수소화된 폴리스티렌, 폴리메타크릴레이트, 폴리(메틸 메타크릴레이트), 폴리비닐피리딘, 폴리비닐사이클로헥산, 폴리이미드, 폴리아미드, 폴리에틸렌, 폴리부틸렌, 폴리프로필렌, 폴리(4-메틸 펜텐-1), 폴리(부틸렌 테레프탈레이트), 폴리(이소부틸 메타크릴레이트), 폴리(에틸렌 테레프탈레이트), 폴리디메틸실록산, 폴리아크릴로니트릴, 폴리말레산, 폴리말레산무수물, 폴리메타크릴산, 폴리(터트부틸비닐에테르), 폴리(사이클로헥실 메타크릴레이트), 폴리(사이클로헥실 비닐 에테르), 폴리비닐리덴플루오라이드, 폴리디비닐벤젠 중에서 선택된 하나 이상이거나 또는 상술한 고분자를 구성하는 반복단위를 2종 이상 포함하는 고분자이다.The polymer contained in the protective film is a block copolymer including a first polymer block and a second polymer block. The first polymer block may be selected from the group consisting of polystyrene, hydrogenated polystyrene, polymethacrylate, poly (methyl methacrylate), polyvinylpyridine, polyvinylcyclohexane, polyimide, polyamide, polyethylene, polybutylene, polypropylene, poly 4-methylpentene-1), poly (butylene terephthalate), poly (isobutyl methacrylate), poly (ethylene terephthalate), polydimethylsiloxane, polyacrylonitrile, polymaleic acid, polymaleic anhydride, At least one selected from the group consisting of polymethacrylic acid, poly (buthyl vinyl ether), poly (cyclohexyl methacrylate), poly (cyclohexyl vinyl ether), polyvinylidene fluoride, polydivinylbenzene, Is a polymer containing two or more kinds of repeating units to be constituted.

제2고분자 블록은 폴리에틸렌옥사이드, 폴리프로필렌옥사이드, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리에틸메타크릴레이트, 폴리디메틸실록산, 폴리아크릴산, 폴리메타크릴산, 폴리메틸아크릴레이트, 폴리에틸아크릴레이트, 폴리2-에틸헥실 아크릴레이트, 폴리부틸 메타크릴레이트, 폴리2-에틸헥실메타크릴레이트, 폴리데실아크릴레이트 및 폴리에틸렌비닐아세테이트, 폴리이미드, 폴리아민, 폴리아미드, 폴리(C1-C20 알킬카보네이트), 폴리니트릴, 폴리포스파진(polyphosphazines), 폴리올레핀, 폴리디엔(polydienes), 폴리이소프렌, 폴리부타디엔, 폴리클로로프렌, 폴리우레탄, 폴리에틸렌, 폴리부틸렌, 폴리이소부틸렌 및 폴리프로필렌으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상일 수 있다.제1 고분자 블록은 블록 공중합체의 기계적 물성과 관련된 영역이며. 제2고분자 블록은 블록 공중합체의 이온 전도도, 강도, 및/또는 연성과 관련된 영역이다. The second polymer block may be selected from the group consisting of polyethylene oxide, polypropylene oxide, polymethylmethacrylate, polyethylmethacrylate, polydimethylsiloxane, polyacrylic acid, polymethacrylic acid, polymethylacrylate, (C1-C20 alkyl carbonate), polynitrile, polyphosphoric acid, polyoxyethylene (meth) acrylate, polyoxyethylene (meth) acrylate, May be at least one selected from the group consisting of polyphosphazines, polyolefins, polydienes, polyisoprene, polybutadiene, polychloroprene, polyurethane, polyethylene, polybutylene, polyisobutylene and polypropylene. Polymer blocks are related to the mechanical properties of block copolymers. The second polymer block is a region related to the ionic conductivity, strength, and / or ductility of the block copolymer.

블록 공중합체는 i)구조 도메인; 및 ii)이온 전도성 도메인, 고무상 도메인 및 하드 도메인중 에서 선택된 하나 이상을 포함하는 블록 공중합체일 수 있다. 이러한 블록 공중합체는 강도 및 유연성이 우수하여 리튬 금속 음극 표면상에 리튬 덴드라이트가 성장하는 것을 물리적으로 억제하는 기능이 매우 우수하다. 본 명세서에서 “구조 도메인”은 블록 공중합체의 기계적 물성과 관련된 영역이다. 그리고 본 명세서에서 “이온 전도성 도메인”은 블록 공중합체의 이온 전도도와 관련된 영역이고, “하드 도메인”은 블록 공중합체가 높은 기계적 강도를 나타내는 데 기여하는 영역으로서 소수성 및 결정성을 갖고 있고, 액체 전해질을 담지할 수 있어 보호막이 분리막 특성을 보유하게 된다. 그리고 “고무상 도메인”은 블록 공중합체의 우수한 강도, 연성 및 탄성을 동시에 확보하고 카보네이트계 유기용매를 함유하는 액체 전해질에 대한 안정성이 매우 우수하다. The block copolymers may include i) a structural domain; And ii) a block copolymer comprising at least one selected from ion conductive domains, rubber-free domains and hard domains. Such a block copolymer is excellent in strength and flexibility and has a very excellent function of physically suppressing the growth of lithium dendrites on the surface of a lithium metal cathode. As used herein, the term " structural domain " is an area related to the mechanical properties of a block copolymer. As used herein, the term " ion conductive domain " refers to a region related to ionic conductivity of a block copolymer. &Quot; Hard domain " means that the block copolymer has hydrophobicity and crystallinity as a region contributing to exhibit high mechanical strength, So that the protective film retains the characteristics of the separator. The "rubber-free domain" provides excellent strength, ductility and elasticity of the block copolymer at the same time, and is excellent in stability to a liquid electrolyte containing a carbonate-based organic solvent.

상기 블록 공중합체에서 구조 도메인은 블록 공중합체의 제1고분자 블록을 포함하며, 이온 전도성 도메인, 고무상 도메인 및 하드 도메인 중에서 선택된 하나 이상은 상기 블록 공중합체의 i)이온 전도성 블록, ii) 고무상 블록 및 iii)하드 블록 중에서 선택된 하나 이상의 제2고분자 블록을 포함한다. 그리고 상기 제1고분자 블록은 복수개의 구조 반복단위를 포함하며, 상기 제2고분자 블록은 복수개의 이온 전도성 반복단위, 복수개의 고무상 반복단위 및 복수개의 올레핀계 반복단위 중에서 선택된 하나 이상을 포함한다. 상기 이온 전도성 블록은 폴리에틸렌옥사이드, 폴리프로필렌옥사이드, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리에틸메타크릴레이트, 폴리디메틸실록산, 폴리아크릴산, 폴리메타크릴산, 폴리메틸아크릴레이트, 폴리에틸아크릴레이트, 폴리2-에틸헥실 아크릴레이트, 폴리부틸 메타크릴레이트, 폴리2-에틸헥실메타크릴레이트, 폴리데실아크릴레이트 및 폴리에틸렌비닐아세테이트, 폴리이미드, 폴리아민, 폴리아미드, 폴리(C1-C20 알킬카보네이트), 폴리니트릴, 및 폴리포스파진(polyphosphazines)으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상일 수 있다. Wherein the structural domain in the block copolymer comprises a first polymer block of a block copolymer and at least one selected from an ion conductive domain, a rubber-phase domain and a hard domain is an ion-conductive block of the block copolymer, ii) Block, and iii) a hard block. The first polymer block includes a plurality of structural repeating units, and the second polymer block includes at least one selected from a plurality of ion conductive repeating units, a plurality of rubber-like repeating units, and a plurality of olefin-based repeating units. Wherein the ion conductive block is selected from the group consisting of polyethylene oxide, polypropylene oxide, polymethylmethacrylate, polyethylmethacrylate, polydimethylsiloxane, polyacrylic acid, polymethacrylic acid, polymethylacrylate, (C1-C20 alkylcarbonate), polynitrile, and poly (vinylpyrrolidone), which are known in the art, such as poly (methyl methacrylate), poly (methyl methacrylate), poly Polyphosphazines, and polyphosphazines.

일구현예에 따른 블록 공중합체에서 고무상 블록은 폴리이소프렌, 폴리부타디엔, 폴리클로로프렌, 폴리이소부틸렌 및 폴리우레탄으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상이고, 하드 블록은 폴리에틸렌, 폴리부틸렌, 폴리이소부틸렌 및 폴리프로필렌으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상이다.In one embodiment, the rubber-like block in the block copolymer is at least one selected from the group consisting of polyisoprene, polybutadiene, polychloroprene, polyisobutylene, and polyurethane, and the hard block is selected from the group consisting of polyethylene, polybutylene, polyisobutyl And at least one selected from the group consisting of rhenylene and polypropylene.

일구현예에 따른 블록 공중합체의 제1 고분자 블록의 중량평균분자량은 10,000 Daltons 이상이고, 예를 들어 10,000 내지 500,000 Daltons, 구체적으로 15,000 내지 400,000 Daltons이다. 그리고 제2 고분자 블록의 중량평균분자량은 10,000 Daltons 이상이고, 예를 들어 10,000 내지 500,000 Daltons, 구체적으로 15,000 내지 400,000 Daltons이다. 이러한 중량 평균분자량을 갖는 제1고분자 블록 및 제2고분자 블록을 함유한 블록 공중합체를 이용하면 연성, 탄성 및 강도가 우수한 보호막을 얻을 수 있다.The weight average molecular weight of the first polymer block of the block copolymer according to one embodiment is 10,000 Daltons or more, for example 10,000 to 500,000 Daltons, specifically 15,000 to 400,000 Daltons. And the weight average molecular weight of the second polymer block is 10,000 Daltons or more, for example, 10,000 to 500,000 Daltons, specifically 15,000 to 400,000 Daltons. When a block copolymer containing the first polymer block and the second polymer block having such a weight average molecular weight is used, a protective film excellent in ductility, elasticity and strength can be obtained.

블록 공중합체에서 제1 고분자 블록의 함량은 블록 공중합체의 총 중량 100 중량부를 기준으로 하여 20 내지 50 중량부, 예를 들어 22 내지 30 중량부, 구체적으로 25 내지 30 중량부이다. 이러한 제1고분자 블록을 이용하면 강도와 같은 기계적 물성이 우수한 보호막을 얻을 수 있다. The content of the first polymer block in the block copolymer is 20 to 50 parts by weight, for example, 22 to 30 parts by weight, specifically 25 to 30 parts by weight, based on 100 parts by weight of the total weight of the block copolymer. When such a first polymer block is used, a protective film excellent in mechanical properties such as strength can be obtained.

일구현예에 따른 블록 공중합체는 이중블록 공중합체(A-B) 및 트리블록 공중합체(A-B-A' 또는 B-A-B’) 중에서 선택된 하나 이상이고, 상기 블록 A 및 A'는 구조 도메인을 구성하는 복수개의 제1고분자 블록이고, 블록 B 및 B’은 제2고분자 블록이다.The block copolymer according to one embodiment is at least one selected from a double block copolymer (AB) and a triblock copolymer (ABA 'or BA-B'), and the blocks A and A ' The first polymer block, and the blocks B and B 'are the second polymer block.

보호막안에 함유된 고분자가 블록 공중합체인 경우, 예를 들어 i)폴리스티렌 제1블록과 ii)폴리이소프렌, 폴리부타디엔 중에서 선택된 하나 이상의 제2블록을 포함하는 블록 공중합체, i)폴리스티렌 제1블록과 ii)폴리이소프렌, 폴리부타디엔 중에서 선택된 하나 이상의 제2블록과 iii)폴리스티렌 제3블록을 포함하는 블록 공중합체; i)폴리스티렌 및 폴리메틸메타크릴레이트 중에서 선택된 하나 이상의 제1블록과 ii)폴리에틸렌 및 폴리부틸렌중에서 선택된 하나 이상의 제2블록을 포함하는 블록 공중합체, i)폴리스티렌 및 폴리메틸메타크릴레이트 중에서 선택된 하나 이상의 제1블록과 ii)폴리에틸렌 및 폴리부틸렌중에서 선택된 하나 이상의 제2블록과 iii)폴리스티렌 및 폴리메틸메타크릴레이트 중에서 선택된 하나 이상의 제3블록을 포함하는 블록 공중합체; i)폴리스티렌 제1블록과 ii)(폴리에틸렌글리콜 디아크릴레이트 및 폴리에틸렌글리콜 디메타크릴레이트 중에서 선택된 하나의 반응 생성물과 폴리에틸렌옥사이드를 포함하는 제2블록)을 함유하는 블록 공중합체; i) 폴리스티렌 제1블록과 ii)(폴리에틸렌글리콜 디아크릴레이트 및 폴리에틸렌글리콜 디메타크릴레이트 중에서 선택된 하나의 반응 생성물과 폴리에틸렌옥사이드를 포함하는 제2블록)과 iii)폴리스티렌 제3블록을 함유하는 블록 공중합체; i)폴리스티렌 제1블록과 ii)(트리메틸올프로판 트리아크릴레이트와 트리메틸올프로판 트리메타크릴레이트 중에서 선택된 하나의 반응 생성물과 폴리에틸렌옥사이드를 포함하는 제2블록)을 함유하는 블록 공중합체; i)폴리스티렌 제1블록과 ii)(트리메틸올프로판 트리아크릴레이트와 트리메틸올프로판 트리메타크릴레이트 중에서 선택된 하나의 반응 생성물과 폴리에틸렌옥사이드를 포함하는 제2블록)과 iii)폴리스티렌 제3블록을 함유하는 블록 공중합체; i)폴리스티렌 제1블록과 ii)(폴리에틸렌글리콜 디아크릴레이트 및 폴리에틸렌글리콜 디메타크릴레이트 중에서 선택된 하나와 아크릴기를 갖는 POSS(polyhedral oligomeric silsesquioxane)의 반응 생성물과 폴리에틸렌옥사이드를 포함하는 제2블록)을 함유하는 블록 공중합체;i)폴리스티렌 제1블록과 ii)(폴리에틸렌글리콜 디아크릴레이트 및 폴리에틸렌글리콜 디메타크릴레이트 중에서 선택된 하나와 아크릴기를 갖는 POSS의 반응 생성물과 폴리에틸렌옥사이드를 포함하는 제2블록)과 iii)폴리스티렌 제3블록을 함유하는 블록 공중합체; i)폴리스티렌 제1블록과 ii)(트리메틸올프로판 트리아크릴레이트와 트리메틸올프로판 트리메타크릴레이트 중에서 선택된 하나와 아크릴기를 갖는 POSS의 반응 생성물과 폴리에틸렌옥사이드를 포함하는 제2블록)을 함유하는 블록 공중합체; 또는 i)폴리스티렌 제1블록과 ii)(트리메틸올프로판 트리아크릴레이트와 트리메틸올프로판 트리메타크릴레이트 중에서 선택된 하나와 아크릴기를 갖는 POSS의 반응 생성물과 폴리에틸렌옥사이드를 포함하는 제2블록)과 iii)폴리스티렌 제3블록을 함유하는 블록 공중합체;를 포함한다.When the polymer contained in the protective film is a block copolymer, for example, i) a first block of polystyrene and ii) a block copolymer comprising at least one second block selected from polyisoprene and polybutadiene, i) a first block of polystyrene and ii) ) A block copolymer comprising at least one second block selected from polyisoprene, polybutadiene and iii) a polystyrene third block; a block copolymer comprising i) at least one first block selected from polystyrene and polymethyl methacrylate, and ii) at least one second block selected from polyethylene and polybutylene, i) one selected from polystyrene and polymethyl methacrylate At least one second block selected from the group consisting of polyethylene and polybutylene, and iii) at least one third block selected from polystyrene and polymethyl methacrylate; i) a block copolymer comprising a first block of polystyrene and ii) a second block comprising polyethylene oxide and one reaction product selected from polyethylene glycol diacrylate and polyethylene glycol dimethacrylate; (i) a first block of polystyrene and ii) a second block comprising polyethylene oxide and one reaction product selected from polyethylene glycol diacrylate and polyethylene glycol dimethacrylate, and (iii) a block copolymer containing a third block of polystyrene coalescence; i) a block copolymer comprising a first block of polystyrene and ii) a second block comprising polyethylene oxide and one reaction product selected from trimethylolpropane triacrylate and trimethylolpropane trimethacrylate; (i) a first block comprising polystyrene and (ii) a second block comprising polyethylene oxide and one reaction product selected from trimethylolpropane triacrylate and trimethylolpropane trimethacrylate, and (iii) a second block comprising a polystyrene third block Block copolymers; (i) a first block of polystyrene and (ii) a second block comprising a reaction product of a polyhedral oligomeric silsesquioxane (POSS) with an acrylic group selected from polyethylene glycol diacrylate and polyethylene glycol dimethacrylate and polyethylene oxide I) a first block of polystyrene and ii) a second block comprising a reaction product of POSS having an acrylic group and one selected from polyethylene glycol diacrylate and polyethylene glycol dimethacrylate and polyethylene oxide, and iii) ) A block copolymer containing a third polystyrene block; (i) a first block of polystyrene and (ii) a second block comprising a reaction product of POSS having an acrylic group and one selected from trimethylolpropane triacrylate and trimethylolpropane trimethacrylate and polyethylene oxide) coalescence; Or i) a first block of polystyrene and ii) a second block comprising polyethylene oxide and the reaction product of POSS having an acrylic group and one selected from trimethylolpropane triacrylate and trimethylolpropane trimethacrylate and iii) polystyrene And a block copolymer containing a third block.

상술한 제1블록, 제2블록 및 제3블록을 포함하는 블록 공중합체에서 제1블록 및 제3블록의 총함량은 블록 공중합체의 총중량 100 중량부를 기준으로 하여 20 내지 35 중량부, 예를 들어 22 내지 30 중량부, 구체적으로 25 내지 30 중량부이고, 제2블록의 함량은 블록 공중합체 100 중량부를 기준으로 하여 65 내지 80 중량부, 예를 들어 70 내지 78 중량부, 구체적으로 72 내지 75 중량부이다. 상술한 블록 공중합체에서 제1고분자 블록와 제2 고분자 블록의 혼합 중량비는 1:1 내지 1:9, 예를 들어 1:1 내지 1:7, 구체적으로 1:1 내지 1:4이다. 상기 혼합비가 상기 범위일 때 보호막의 연성 및 인장탄성율이 저하됨이 없이 보호막의 기계적 물성이 우수하고 리튬 덴드라이트 성장을 효과적으로 억제할 수 있다.The total content of the first block and the third block in the above-mentioned block copolymer including the first block, the second block and the third block is 20 to 35 parts by weight based on 100 parts by weight of the total weight of the block copolymer, The content of the second block is from 65 to 80 parts by weight, for example, from 70 to 78 parts by weight, specifically from 72 to 70 parts by weight, based on 100 parts by weight of the block copolymer, 75 parts by weight. In the above-mentioned block copolymer, the mixing weight ratio of the first polymer block and the second polymer block is 1: 1 to 1: 9, for example, 1: 1 to 1: 7, specifically 1: 1 to 1: 4. When the mixing ratio is in the above range, the mechanical properties of the protective film are excellent and the growth of lithium dendrite is effectively suppressed without lowering the ductility and tensile elastic modulus of the protective film.

다른 일구현예에 의하면, 블록 공중합체는 폴리스티렌, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리아크릴로니트릴 중에서 선택된 하나 이상의 제1블록과 폴리이소프렌, 폴리에틸렌, 폴리부틸렌 중에서 선택된 하나 이상의 제2블록을 포함한다.According to another embodiment, the block copolymer comprises at least one first block selected from the group consisting of polystyrene, polymethyl methacrylate and polyacrylonitrile and at least one second block selected from polyisoprene, polyethylene and polybutylene.

또 다른 일구현예에 의하면, 블록 공중합체는 폴리스티렌, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리아크릴로니트릴 중에서 선택된 하나 이상의 제1블록과 폴리에틸렌옥사이드 및 폴리실록산 중에서 하나 이상의 제2블록을 포함한다.According to another embodiment, the block copolymer comprises at least one first block selected from polystyrene, polymethyl methacrylate, polyacrylonitrile and at least one second block among polyethylene oxide and polysiloxane.

블록 공중합체는 예를 들어, 폴리스티렌-b-폴리이소프렌-폴리스티렌 블록 공중합체 등이 있다.Block copolymers include, for example, polystyrene-b-polyisoprene-polystyrene block copolymers and the like.

일구현예에 따른 보호막에 함유된 블록 공중합체의 중량평균분자량은 1만 내지 50만 달톤 범위일 수 있다.The weight average molecular weight of the block copolymer contained in the protective film according to one embodiment may be in the range of 10,000 to 500,000 daltons.

일구현예에 따른 리튬금속전지에서 액체 전해질은 리튬염과 유기용매를 함유한다. 여기에서 유기용매는 카보네이트계 화합물, 글라임계 화합물, 디옥소란계 화합물 등이 있다. 카보네이트계 화합물은 에틸렌 카보네이트, 프로필렌 카보네이트, 디메틸 카보네이트, 플루오로에틸렌 카보네이트, 디에틸 카보네이트, 또는 에틸메틸 카보네이트가 있다. 상기 글라임계 화합물은 폴리(에틸렌 글리콜) 디메틸 에테르, 테트라(에틸렌 글리콜) 디메틸 에테르, 트리(에틸렌 글리콜) 디메틸 에테르, 폴리(에틸렌 글리콜) 디라우레이트, 폴리(에틸렌 글리콜) 모노아크릴레이트 및 폴리(에틸렌 글리콜) 디아크릴레이트로부터 선택된 1종 이상이 있다.In a lithium metal battery according to an embodiment, the liquid electrolyte contains a lithium salt and an organic solvent. Examples of the organic solvent include a carbonate compound, a glycol compound, and a dioxolane compound. The carbonate-based compound includes ethylene carbonate, propylene carbonate, dimethyl carbonate, fluoroethylene carbonate, diethyl carbonate, or ethyl methyl carbonate. The glycine compound is selected from the group consisting of poly (ethylene glycol) dimethyl ether, tetra (ethylene glycol) dimethyl ether, tri (ethylene glycol) dimethyl ether, poly (ethylene glycol) dilaurate, poly (ethylene glycol) Glycol) diacrylate.

디옥소란계 화합물의 예로는 3-디옥소란, 4,5-디에틸-디옥소란, 4,5-디메틸-디옥소란, 4-메틸-1,3-디옥소란 및 4-에틸-1,3-디옥소란으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상이 있다. 상기 유기용매는 예를 들어 2,2-디메톡시-2-페닐아세토페논, 1,2-디메톡시에탄(DME), 1,2-디에톡시에탄, 테트라하이드로퓨란, 감마부티로락톤, 및 1,1,2,2-테트라플루오로에틸 2,2,3,3-테트라플루오로프로필 에테르(1,1,2,2-Tetrafluoroethyl 2,2,3,3-tetrafluoropropyl ether) 중에서 선택된 하나 이상이 있다.Examples of dioxolane-based compounds include 3-dioxolane, 4,5-diethyl-dioxolane, 4,5-dimethyl-dioxolane, 4-methyl- -1,3-dioxolane. ≪ / RTI > The organic solvent may be, for example, 2,2-dimethoxy-2-phenylacetophenone, 1,2-dimethoxyethane (DME), 1,2-diethoxyethane, tetrahydrofuran, gamma butyrolactone, , 1,2,2-tetrafluoroethyl 2,2,3,3-tetrafluoropropyl ether (1,1,2,2-Tetrafluoroethyl 2,2,3,3-tetrafluoropropyl ether).

액체 전해질의 유기용매는 예를 들어 에틸렌카보네이트, 디메틸카보네이트, 디에틸카보네이트, 에틸메틸카보네이트, 플루오로에틸렌카보네이트, 1,2-디메톡시 에탄, 1,2-디에톡시에탄, 디메틸렌글리콜디메틸에테르, 트리메틸렌글리콜디메틸에테르, 트리에틸렌글리콜디메틸에테르, 테트라에틸렌글리콜디메틸에테르, 폴리에틸렌글리콜디메틸에테르, 숙시노니트릴, 술포레인, 디메틸술폰, 에틸메틸술폰, 디에틸술폰, 아디포나이트릴, 및 1,1,2,2-테트라플루오로에틸 2,2,3,3-테트라플루오로프로필 에테르 중에서 선택된 하나 이상을 포함한다. 일구현예에 따른 보호막안에 함유된 고분자는 상술한 유기용매에 불용성이다. The organic solvent of the liquid electrolyte includes, for example, ethylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, ethylmethyl carbonate, fluoroethylene carbonate, 1,2-dimethoxyethane, 1,2-diethoxyethane, dimethylene glycol dimethyl ether, Diethylene glycol dimethyl ether, tetraethylene glycol dimethyl ether, polyethylene glycol dimethyl ether, succinonitrile, sulfolane, dimethyl sulfone, ethyl methyl sulfone, diethyl sulfone, adiponitrile, and 1, And 1,2,2-tetrafluoroethyl 2,2,3,3-tetrafluoropropyl ether. The polymer contained in the protective film according to one embodiment is insoluble in the above-mentioned organic solvent.

리튬염은 예를 들어 LiSCN, LiN(CN)2, LiClO4, LiBF4, LiAsF6, LiPF6, LiCF3SO3, LiC(CF3SO2)3, LiN(SO2C2F5)2, LiN(SO2CF3)2, LiN(SO2F)2, LiAlO2, LiAlCl4, LiCl, LiI, LiSbF6, LiPF3(CF2CF3)3, LiPF3(CF3)3, 및 LiB(C2O4)2 중에서 선택된 하나 이상을 들 수 있다. 액체 전해질에서 리튬염의 함량은 예를 들어 0.01 내지 2.0M일 수 있다. The lithium salt may be, for example, LiSCN, LiN (CN) 2 , LiClO 4 , LiBF 4 , LiAsF 6 , LiPF 6 , LiCF 3 SO 3 , LiC (CF 3 SO 2 ) 3 , LiN (SO 2 C 2 F 5 ) 2 , LiN (SO 2 CF 3) 2, LiN (SO 2 F) 2, LiAlO 2, LiAlCl 4, LiCl, LiI, LiSbF 6, LiPF 3 (CF 2 CF 3) 3, LiPF 3 (CF 3) 3, and And LiB (C 2 O 4 ) 2 . The content of the lithium salt in the liquid electrolyte may be, for example, 0.01 to 2.0M.

상기 보호막은 무기 입자, 이온성 액체, 고분자 이온성 액체 및 올리고머 중에서 선택된 하나 이상을 더 포함할 수 있다. The protective film may further include at least one selected from an inorganic particle, an ionic liquid, a polymeric ionic liquid, and an oligomer.

보호막은 리튬염을 더 포함할 수 있다. 리튬염의 함량은 보호막의 고분자 100 중량부를 기준으로 하여 10 내지 70 중량부, 예를 들어 15 내지 60 중량부, 구체적으로 20 내지 50 중량부이다. 리튬염의 함량이 상기 범위일 때 보호막의 이온전도도가 매우 우수하다.The protective film may further include a lithium salt. The content of the lithium salt is 10 to 70 parts by weight, for example, 15 to 60 parts by weight, specifically 20 to 50 parts by weight, based on 100 parts by weight of the polymer of the protective film. The ionic conductivity of the protective film is excellent when the content of the lithium salt is in the above range.

일구현예에 따른 보호막의 연신율(elongation)은 25℃에서 500% 이상, 예를 들어 600% 이상, 구체적으로 1000 내지 1500%이다. 이러한 연신율을 충족하는 보호막은 연성이 우수하여 리튬 금속 표면에서 덴드라이트가 성장하는 것을 억제할 수 있고 리튬 금속 음극의 부피 변화를 효율적으로 억제할 수 있다. The elongation of the protective film according to one embodiment is at least 500%, for example at least 600%, particularly 1000 to 1500% at 25 ° C. The protective film satisfying such an elongation rate is excellent in ductility and can suppress the growth of dendrite on the surface of the lithium metal, and can effectively suppress the volume change of the lithium metal cathode.

무기입자로는 SiO2, 케이지 구조의 실세스퀴옥산, TiO2, ZnO, Al2O3, BaTiO3, 및 금속-유기 골격 구조체(Metal-Orgainc Framework: MOF)로부터 선택된 1종 이상을 사용할 수 있다. 이와 같이 무기 입자를 더 포함하면 기계적 물성이 개선된 보호막을 제조할 수 있다. 무기 입자의 평균 입경은 1㎛ 이하, 예를 들어 1 내지 500nm, 구체적으로 1 내지 100nm 이하일 수 있다. 예를 들어, 무기입자의 입경은 1nm 내지 100nm, 예를 들어, 10nm 내지 100nm, 구체적으로 30nm 내지 70nm일 수 있다. 무기 입자의 입경이 상기 범위일 때 이온 전도도 저하 없이 성막성이 우수하고 기계적 물성이 우수한 보호막을 제조할 수 있다.As the inorganic particles, at least one selected from SiO 2 , cage-structured silsesquioxane, TiO 2 , ZnO, Al 2 O 3 , BaTiO 3 and metal-organic framework (MOF) have. When such an inorganic particle is further included, a protective film having improved mechanical properties can be produced. The average particle size of the inorganic particles may be 1 탆 or less, for example, 1 to 500 nm, specifically 1 to 100 nm or less. For example, the particle size of the inorganic particles may be 1 nm to 100 nm, for example, 10 nm to 100 nm, specifically 30 nm to 70 nm. When the particle size of the inorganic particles is in the above range, a protective film excellent in film forming property and excellent in mechanical properties can be produced without lowering the ion conductivity.

상기 케이지 구조의 실세스퀴옥산은 예를 들어 폴리헤드랄 올리고메릭 실세스퀴옥산(Polyhedral Oligomeric Silsesquioxane: POSS)일 수 있다. 이러한 POSS에서 존재하는 실리콘은 8개 이하, 예를 들어 6개 또는 8개로 존재한다. 케이지 구조의 실세스퀴옥산은 하기 화학식 1로 표시되는 화합물일 수 있다.The silsesquioxane of the cage structure may be, for example, Polyhedral Oligomeric Silsesquioxane (POSS). There are no more than eight silicones present in such POSS, for example six or eight. The silsesquioxane having a cage structure may be a compound represented by the following formula (1).

[화학식 1][Chemical Formula 1]

SikO1 .5k (R1)a(R2)b(R3)c Si k O 1 .5k (R 1 ) a (R 2) b (R 3) c

상기 화학식 1 중 R1, R2, 및 R3 은 서로 독립적으로 수소, 치환된 또는 비치환된 C1-C30의 알킬기, 치환된 또는 비치환된 C1-C30의 알콕시기, 치환된 또는 비치환된 C2-C30의 알케닐기, 치환된 또는 비치환된 C2-C30의 알키닐기, 치환된 또는 비치환된 C6-C30의 아릴기, 치환된 또는 비치환된 C6-C30의 아릴옥시기, 치환된 또는 비치환된 C2-C30의 헤테로아릴기, 치환된 또는 비치환된 C4-C30의 탄소고리기, 또는 실리콘 함유 작용기일 수 있다.In the above formula R 1 , R 2 , and R 3 are each independently hydrogen, a substituted or unsubstituted C1-C30 alkyl group, a substituted or unsubstituted C1-C30 alkoxy group, a substituted or unsubstituted C2-C30 A substituted or unsubstituted C6-C30 aryloxy group, a substituted or unsubstituted C2-C30 alkynyl group, a substituted or unsubstituted C6-C30 aryl group, a substituted or unsubstituted C6-C30 aryloxy group, A substituted or unsubstituted C4-C30 heteroaryl group, a substituted or unsubstituted C4-C30 carbon ring group, or a silicon-containing functional group.

상기 화학식 1 중, 0<a<20, 0<b<20, 0<c<20, k=a+b+c이고,단 a, b 및 c가 6≤k≤20 범위가 되도록 선택된다.In the above formula (1), 0 <a <20, 0 <b <20, 0 <c <20, k = a + b + c where a, b and c are in the range of 6? K?

케이지 구조의 실세스퀴옥산은 하기 화학식 2로 표시되는 화합물 또는 하기 화학식 3으로 표시되는 화합물일 수 있다. Silsesquioxane having a cage structure may be a compound represented by the following formula (2) or a compound represented by the following formula (3).

[화학식 2] (2)

Figure pat00003
Figure pat00003

상기 화학식 2 중, R1-R8는 서로 독립적으로 수소, 치환된 또는 비치환된 C1-C30의 알킬기, 치환된 또는 비치환된 C1-C30의 알콕시기, 치환된 또는 비치환된 C2-C30의 알케닐기, 치환된 또는 비치환된 C2-C30의 알키닐기, 치환된 또는 비치환된 C6-C30의 아릴기, 치환된 또는 비치환된 C6-C30의 아릴옥시기, 치환된 또는 비치환된 C2-C30의 헤테로아릴기, 치환된 또는 비치환된 C4-C30의 탄소고리기, 또는 실리콘 함유 작용기 일 수 있다.Wherein R 1 to R 8 are independently selected from the group consisting of hydrogen, a substituted or unsubstituted C1-C30 alkyl group, a substituted or unsubstituted C1-C30 alkoxy group, a substituted or unsubstituted C2-C30 Substituted or unsubstituted C2-C30 alkynyl group, substituted or unsubstituted C6-C30 aryl group, substituted or unsubstituted C6-C30 aryloxy group, substituted or unsubstituted A C2-C30 heteroaryl group, a substituted or unsubstituted C4-C30 carbon ring group, or a silicon-containing functional group.

[화학식 3] (3)

Figure pat00004
Figure pat00004

상기 화학식 3 중, R1-R6는 서로 독립적으로 수소, 치환된 또는 비치환된 C1-C30의 알킬기, 치환된 또는 비치환된 C1-C30의 알콕시기, 치환된 또는 비치환된 C2-C30의 알케닐기, 치환된 또는 비치환된 C2-C30의 알키닐기, 치환된 또는 비치환된 C6-C30의 아릴기, 치환된 또는 비치환된 C6-C30의 아릴옥시기, 치환된 또는 비치환된 C2-C30의 헤테로아릴기, 치환된 또는 비치환된 C4-C30의 탄소고리기, 또는 실리콘 함유 작용기 일 수 있다.In Formula 3, R 1 -R 6 are independently hydrogen, a substituted or unsubstituted C1-C30 alkyl group, a substituted or unsubstituted C1-C30 alkoxy group, a substituted or unsubstituted C2-C30 to each other Substituted or unsubstituted C2-C30 alkynyl group, substituted or unsubstituted C6-C30 aryl group, substituted or unsubstituted C6-C30 aryloxy group, substituted or unsubstituted A C2-C30 heteroaryl group, a substituted or unsubstituted C4-C30 carbon ring group, or a silicon-containing functional group.

일구현예에 의하면, 상기 화학식 2의 R1-R8 및 화학식 3의 R1-R6은 이소부틸기이다. 예를 들어 케이지 구조의 실세스퀴옥산은 예를 들어 옥타이소부틸-t8-실세스퀴옥산일 수 있다.According to one embodiment, R 1 -R 8 in Formula 2 and R 1 -R 6 in Formula 3 are isobutyl groups. For example, the silsesquioxane of the cage structure may be, for example, octaisobutyl-t8-silsesquioxane.

보호막에 무기입자가 함유되는 경우 무기입자의 함량은 고분자 100 중량부를 기준으로 하여 1 내지 40 중량부, 예를 들어 3 내지 30 중량부, 구체적으로 5 내지 20 중량부이다. 무기 입자의 함량이 상기 범위일 때 기계적 물성과 이온 전도도가 우수한 보호막을 제조할 수 있다.When inorganic particles are contained in the protective film, the content of the inorganic particles is 1 to 40 parts by weight, for example 3 to 30 parts by weight, specifically 5 to 20 parts by weight, based on 100 parts by weight of the polymer. When the content of the inorganic particles is within the above range, a protective film excellent in mechanical properties and ionic conductivity can be produced.

금속-유기 골격 구조체는 2족 내지 15족의 금속 이온 또는 2족 내지 15족의 금속 이온 클러스터가 유기 리간드와 화학결합으로 형성된 다공성 결정성 화합물이다. 유기 리간드는 배위 결합, 이온결합 또는 공유결합과 같은 화학결합이 가능한 유기 그룹을 의미하며, 예를 들어 상술한 금속 이온과 결합할 수 있는 사이트가 2개 이상인 유기 그룹인 것이 금속 이온과 결합하여 안정적인 구조체를 형성할 수 있다.The metal-organic skeleton structure is a porous crystalline compound in which a metal ion of group 2 to 15 or a metal ion cluster of group 2 to 15 is formed by a chemical bond with an organic ligand. The organic ligand means an organic group capable of chemical bonding such as coordination bond, ionic bond or covalent bond. For example, the organic ligand is an organic group having two or more sites capable of binding to the metal ion described above, A structure can be formed.

상기 2족 내지 15족 금속 이온은 코발트(Co), 니켈(Ni), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 루테늄(Ru), 오스듐(Os), 카드뮴(Cd), 베릴륨(Be), 칼슘(Ca), 바륨(Ba), 스트론듐(Sr), 철(Fe), 망간(Mn), 크롬(Cr), 바나듐(V), 알루미늄(Al), 티타늄(Ti), 지르코늄(Zr), 구리(Cu), 아연(Zn), 마그네슘(Mg), 하프늄(Hf), Nb, 탄탈륨(Ta), Re, 로듐(Rh), 이리듐(Ir), 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 은(Ag), 스칸듐(Sc), 이트륨(Y), 인듐(In), 탈륨(Tl), 실리콘(Si), Ge, 주석(Sn), 납(Pb), 비소(As), 안티몬(Sb), 비스무트(Bi) 중에서 선택된 하나 이상이고, 상기 유기 리간드는 방향족 디카르복실산, 방향족 트리카르복실산, 이미다졸계 화합물, 테트라졸계, 1,2,3-트리아졸, 1,2,4-트리아졸, 피라졸, 방향족 술폰산(sulfonic acid), 방향족 인산(phosphoric acid), 방향족 술핀산(sulfinic acid), 방향족 포스핀산(phosphinic acid), 비피리딘, 아미노기, 이미노기, 아미드기, 디티오카르복실산기(-CS2H), 디티오카르복실레이트 (-CS2 -), 피리딘기, 피라진기 중에서 선택된 하나 이상의 작용기를 갖는 화합물 중에서 선택된 하나 이상에서 유래된 그룹이다. The Group 2 to Group 15 metal ions may be at least one selected from the group consisting of Co, Ni, Mo, W, Ru, Os, Cd, beryllium, (Ba), Sr, Fe, Mn, Cr, V, Al, Ti, Zr, Zr, (Pt), copper (Cu), zinc (Zn), magnesium (Mg), hafnium (Hf), Nb, tantalum (Ta), Re, rhodium (Rh), iridium (Ir), palladium , Ag, Sc, Y, In, Thl, Si, Ge, Sn, Pb, As, Sb) and bismuth (Bi), and the organic ligand is at least one selected from aromatic dicarboxylic acid, aromatic tricarboxylic acid, imidazole compound, tetrazole compound, 1,2,3- A sulfonic acid, an aromatic phosphoric acid, an aromatic sulfinic acid, an aromatic phosphinic acid, a bipyridine, an amino group, an imino group, an acyl group, A, pyridine group, a pyrazine group a group derived from at least one selected from a compound having at least one functional group selected from-imide group, a dithiocarbamic acid group (-CS 2 H), dithio-carboxylate (-CS 2).

상술한 방향족 디카르복실산 또는 방향족 트리카르복실산으로는 벤젠디카르복실산, 벤젠트리카르복실산, 비페닐디카르복실산, 터페닐디카르복실산 등을 들 수 있다.Examples of the aromatic dicarboxylic acid or aromatic tricarboxylic acid mentioned above include benzene dicarboxylic acid, benzenetricarboxylic acid, biphenyldicarboxylic acid and terphenyldicarboxylic acid.

상술한 유기 리간드는 구체적으로 하기 화학식 4로 표시되는 화합물로부터 유래된 그룹일 수 있다.The above-mentioned organic ligands may specifically be a group derived from a compound represented by the following general formula (4).

[화학식 4][Chemical Formula 4]

Figure pat00005
Figure pat00005

Figure pat00006
Figure pat00006

금속-유기 골격 구조체는 예를 들어 Ti8O8(OH)4[O2C-C6H4-CO2]6, Cu (bpy)(H2O) 2(BF4)2(bpy){bpy= 4, 4'-bipyridine}, Zn4O(O2C-C6H4-CO2)3 (Zn-terephthalic acid-MOF, Zn-MOF) 또는 Al(OH){O2C-C6H4-CO2}을 들 수 있다.The metal-organic skeleton structure can be, for example, Ti 8 O 8 (OH) 4 [O 2 CC 6 H 4 -CO 2 ] 6, Cu (bpy) (H 2 O) 2 (BF 4 ) 2 = 4, 4'-bipyridine}, Zn 4 O (O 2 CC 6 H 4 -CO 2) 3 (Zn-terephthalic acid-MOF, Zn-MOF) or Al (OH) {O 2 CC 6 H 4 -CO 2 }.

상기 이온성 액체는 상온 이하의 융점을 갖고 있고 이온만으로 구성되는 상온에서 액체 상태의 염 또는 상온 용융염을 말한다. 이온성 액체는 i)암모늄계, 피롤리디늄계, 피리디늄계, 피리미디늄계, 이미다졸륨계, 피페리디늄계, 피라졸륨계, 옥사졸륨계, 피리다지늄계, 포스포늄계, 설포늄계, 트리아졸리움(triazolium)계 및 그 혼합물 중에서 선택된 하나 이상의 양이온과, ii) BF4 -, PF6 -, AsF6 -, SbF6 -, AlCl4 -, HSO4 -, ClO4 -, CH3SO3 -, CF3CO2 -, Cl-, Br-, I-, SO4 2-, CF3SO3 -, (FSO2)2N-, (C2F5SO2)2N-, (C2F5SO2)(CF3SO2)N-, 및 (CF3SO2)2N- 중에서 선택된 1종 이상의 음이온을 포함하는 화합물 중에서 선택된 하나이다.The ionic liquid refers to a salt in a liquid state at room temperature or a room-temperature molten salt having a melting point below room temperature and consisting solely of ions. The ionic liquid may be selected from the group consisting of i) an ammonium, pyrrolidinium, pyridinium, pyrimidinium, imidazolium, piperidinium, pyrazolium, oxazolium, pyridazinium, phosphonium, Triazolium series and mixtures thereof and ii) at least one cation selected from the group consisting of BF 4 - , PF 6 - , AsF 6 - , SbF 6 - , AlCl 4 - , HSO 4 - , ClO 4 - , CH 3 SO 3 - , CF 3 CO 2 -, Cl -, Br -, I -, SO 4 2-, CF 3 SO 3 -, (FSO 2) 2 N -, (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 - .

무기 입자는 다양한 형태를 가질 수 있다. 무기 입자는 예를 들어 구형, 타원형,큐빅형, 입방체형(cubical shape), 사면체형(tetrahedral shape), 피라미드형(pyramidal shape), 8면체형(octahedral shape), 원통형(cylindrical shape), 다각형 기둥형(polygonal pillar-like shape), 원뿔(conical shape), 원주형(columnar shape), 관형(tubular shape), 나선형(helical shape), 깔대기형(funnel shape), 덴드라이트형(dendrite shape), 그 밖의 여러가지 다양한 일반적인 규칙적 형상(various common regular shape) 또는 불규칙적인 형상(irregular shapes)을 가질 수 있다.The inorganic particles may have various shapes. The inorganic particles may be, for example, spherical, elliptical, cubic, cubical, tetrahedral, pyramidal, octahedral, cylindrical, A pillar-like shape, a conical shape, a columnar shape, a tubular shape, a helical shape, a funnel shape, a dendrite shape, And may have various common regular shapes or irregular shapes.

이온성 액체는 예를 들어 N-메틸-N-프로필피롤리디움 비스(트리플루오로메틸술포닐)이미드(N-methyl-N-propylpyrrolidinium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide), N-부틸-N-메틸피롤리디움 비스(3-트리플루오로메틸술포닐)이미드, 1-부틸-3-메틸이미다졸리움 비스(트리플루오로메틸술포닐)이미드 및 1-에틸-3-메틸이미다졸리움 비스(트리플루오로메틸술포닐)이미드로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상이다. 이온성 액체의 함량은 보호막에 함유된 고분자 100 중량부를 기준으로 하여 5 내지 40 중량부, 예를 들어 7 내지 30 중량부, 구체적으로 10 내지 20 중량부이다. 이온성 액체의 함량이 상기 범위일 때 이온 전도도 및 기계적 물성이 우수한 보호막을 얻을 수 있다.The ionic liquid may include, for example, N-methyl-N-propylpyrrolidiumbis (trifluoromethylsulfonyl) imide (N-methyl-N-propylpyrrolidinium bis Butyl-3-methylimidazolium bis (trifluoromethylsulfonyl) imide and 1-ethyl-3-methylimidazolium bis (trifluoromethylsulfonyl) imide, (Trifluoromethylsulfonyl) imide. &Lt; / RTI &gt; The content of the ionic liquid is 5 to 40 parts by weight, for example 7 to 30 parts by weight, specifically 10 to 20 parts by weight, based on 100 parts by weight of the polymer contained in the protective film. When the content of the ionic liquid is within the above range, a protective film excellent in ionic conductivity and mechanical properties can be obtained.

보호막이 이온성 액체와 리튬염을 함유하는 경우, 이온성 액체(IL)/리튬 이온(Li)의 몰비(IL/Li)는 0.1 내지 2.0, 예를 들어 0.2 내지 1.8, 구체적으로 0.4 내지 1.5일 수 있다. 이러한 몰비를 갖는 보호막은 리튬 이온 이동도 및 이온 전도도가 우수할 뿐만 아니라 기계적 물성이 우수하여 리튬 금속 음극 표면에 리튬 덴드라이트 성장을 효과적으로 억제할 수 있다.(IL / Li) of the ionic liquid (IL) / lithium ion (Li) is 0.1 to 2.0, for example, 0.2 to 1.8, . The protective film having such a molar ratio is excellent in lithium ion mobility and ionic conductivity as well as excellent in mechanical properties and can effectively suppress the growth of lithium dendrite on the surface of the lithium metal cathode.

고분자 이온성 액체는 이온성 액체 모노머를 중합하여 얻은 것을 사용하는 것도 가능하고 고분자형으로 얻어진 화합물을 이용할 수 있다. 이러한 고분자 이온성 액체는 유기용매에 대한 용해성이 높고 전해질에 부가하면 이온 전도도를 더 개선할 수 있는 이점이 있다.The polymeric ionic liquid may be obtained by polymerizing an ionic liquid monomer, or may be a polymeric compound. Such a polymeric ionic liquid has a high solubility in an organic solvent and has an advantage that ionic conductivity can be further improved when added to an electrolyte.

상술한 이온성 액체 모노머를 중합하여 고분자 이온성 액체를 얻는 경우에는 중합 반응이 완료된 결과물을 세척 및 건조과정을 거친 후 음이온 치환 반응을 통하여 유기용매에 대한 용해도를 부여할 수 있는 적절한 음이온을 갖도록 제조된다. In the case of obtaining a polymeric ionic liquid by polymerizing the above-mentioned ionic liquid monomer, the polymeric reaction product is washed and dried, and then anion substitution reaction is carried out to obtain an appropriate anion capable of imparting solubility to the organic solvent do.

일구현예에 의한 고분자 이온성 액체는 i)암모늄계, 피롤리디늄계, 피리디늄계, 피리미디늄계, 이미다졸륨계, 피페리디늄계, 피라졸륨계, 옥사졸륨계, 피리다지늄계, 포스포늄계, 설포늄계, 트리아졸리움계 및 그 혼합물 중에서 선택된 하나 이상의 양이온과, ii) BF4 -, PF6 -, AsF6 -, SbF6 -, AlCl4 -, HSO4 -, ClO4 -, CH3SO3 -, CF3CO2 -, (CF3SO2)2N-, (FSO2)2N-, Cl-, Br-, I-, CF3SO3 -, (C2F5SO2)2N-, (C2F5SO2)(CF3SO2)N-, NO3 -, Al2Cl7 -, (CF3SO2)3C-, (CF3)2PF4 -, (CF3)3PF3 -, (CF3)4PF2 -, (CF3)5PF-, (CF3)6P-, SF5CF2SO3 -, SF5CHFCF2SO3 -, CF3CF2(CF3)2CO-, (CF3SO2)2CH-, (SF5)3C-, (O(CF3)2C2(CF3)2O)2PO- 중에서 선택된 하나 이상의 음이온을 포함하는 반복단위를 함유할 수 있다. The polymeric ionic liquid according to one embodiment may be selected from the group consisting of i) ammonium, pyrrolidinium, pyridinium, pyrimidinium, imidazolium, piperidinium, pyrazolium, oxazolium, pyridazinium, At least one cation selected from the group consisting of 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 -, (FSO 2) 2 N -, Cl -, Br -, I -, CF 3 SO 3 -, (C 2 F 5 SO 2 ) 2 N -, (C 2 F 5 SO 2) (CF 3 SO 2) N -, NO 3 -, Al 2 Cl 7 -, (CF 3 SO 2) 3 C -, (CF 3) 2 PF 4 - , (CF 3 ) 3 PF 3 - , (CF 3 ) 4 PF 2 - , (CF 3 ) 5 PF - , (CF 3 ) 6 P - , SF 5 CF 2 SO 3 - , SF 5 CHFCF 2 SO 3 - , CF 3 CF 2 (CF 3 ) 2 CO -, (CF 3 SO 2) 2 CH -, (SF 5) 3 C -, (O (CF 3) 2 C 2 (CF 3) 2 O) 2 PO - &Lt; RTI ID = 0.0 &gt; and / or &lt; / RTI &gt;

다른 일구현예에 따르면, 이온성 액체 모노머는 비닐기, 알릴기, 아크릴레이트기, 메타아크릴레이트기 등과 같이 중합가능한 관능기를 가지고 있으면서 암모늄계, 피롤리디늄계, 피리디늄계, 피리미디늄계, 이미다졸륨계, 피페리디늄계, 피라졸륨계, 옥사졸륨계, 피리다지늄계, 포스포늄계, 설포늄계, 트리아졸륨계 및 그 혼합물 중에서 선택된 하나 이상의 양이온과 상술한 음이온을 가질 수 있다. According to another embodiment, the ionic liquid monomer may have a polymerizable functional group such as a vinyl group, an allyl group, an acrylate group, a methacrylate group and the like, and may be an ammonium group, a pyrrolidinium group, a pyridinium group, a pyrimidinium group, At least one cation selected from imidazolium-based, piperidinium-based, pyrazolium-based, oxazolium-based, pyridazinium-based, phosphonium-based, sulfonium-based, triazolium-based and mixtures thereof and the above-described anion.

상기 이온성 액체 모노머의 예로는 1-비닐-3-에틸이미다졸리움 브로마이드, 하기 화학식 5 또는 6으로 표시되는 화합물이 있다.Examples of the ionic liquid monomer include 1-vinyl-3-ethylimidazolium bromide, a compound represented by the following formula (5) or (6).

[화학식 5][Chemical Formula 5]

Figure pat00007
Figure pat00007

[화학식 6][Chemical Formula 6]

Figure pat00008
Figure pat00008

상술한 고분자 이온성 액체의 예로는 하기 화학식 7로 표시되는 화합물 또는 화학식 8로 표시되는 화합물이 있다. Examples of the above polymeric ionic liquid include a compound represented by the following formula (7) or a compound represented by the following formula (8).

[화학식 7](7)

Figure pat00009
Figure pat00009

상기 화학식 7 중, R1 및 R3는 서로 독립적으로 수소, 치환된 또는 비치환된 C1-C30의 알킬기, 치환된 또는 비치환된 C2-C30의 알케닐기, 치환된 또는 비치환된 C2-C30의 알키닐기, 치환된 또는 비치환된 C6-C30의 아릴기, 치환된 또는 비치환된 C2-C30의 헤테로아릴기, 치환된 또는 비치환된 C4-C30의 탄소고리기이다. 상기 화학식 10에서 R2는 단순히 화학결합을 나타내거나 C1-C3의 알킬렌기, C6-C30의 아릴렌기, C2-C30의 헤테로아릴렌기, 또는 C4-C30의 탄소고리기를 나타내고,In Formula 7, R 1 and R 3 independently represent hydrogen, a substituted or unsubstituted C1-C30 alkyl group, a substituted or unsubstituted C2-C30 alkenyl group, a substituted or unsubstituted C2-C30 A substituted or unsubstituted C6-C30 aryl group, a substituted or unsubstituted C2-C30 heteroaryl group, and a substituted or unsubstituted C4-C30 carbon ring group. In Formula 10, R 2 represents a chemical bond or represents a C1-C3 alkylene group, a C6-C30 arylene group, a C2-C30 heteroarylene group, or a C4-C30 carbon ring group,

X-는 이온성 액체의 음이온을 나타내고, X - represents an anion of the ionic liquid,

n은 500 내지 2800이다.and n is 500 to 2800.

[화학식 8][Chemical Formula 8]

Figure pat00010
Figure pat00010

상기 화학식 8 중 Y-는 화학식 7에서 X-와 동일하게 정의되며,In the formula 8 Y-X is in formula (7) - is defined in the same manner as,

n은 500 내지 2800이다. and n is 500 to 2800.

화학식 8에서 Y-는 예를 들어 비스(트리플루오로메틸술포닐)이미드(TFSI), 비스(플루오로술포닐)이미드, BF4, 또는 CF3SO3이다.Y - in formula (8) is, for example, bis (trifluoromethylsulfonyl) imide (TFSI), bis (fluorosulfonyl) imide, BF 4 or CF 3 SO 3 .

고분자 이온성 액체는 예를 들어 폴리(1-비닐-3-알킬이미다졸리움)(여기서,알킬은 C1-C20 알킬기임), 폴리(1-알릴-3-알킬이미다졸리움), 폴리(1-메타크릴로일록시-3-알킬이미다졸리움)(poly(1-methacryloyloxy-3-alkylimidazolium) 중에서 선택된 양이온과, CH3COO-, CF3COO-, CH3SO3 -, CF3SO3 -, (CF3SO2)2N-, (FSO2)2N-, (CF3SO2)3C-, (CF3CF2SO2)2N-, C4F9SO3 -, C3F7COO- 및 (CF3SO2)(CF3CO)N- 중에서 선택된 음이온을 포함한다.Polymeric ionic liquids include, for example, poly (1-vinyl-3-alkylimidazolium) wherein alkyl is a C1-C20 alkyl group, poly - CH 3 COO - , CF 3 COO - , CH 3 SO 3 - , CF 3 SO 3 - , and a cation selected from poly (1-methacryloyloxy-3-alkylimidazolium) -, (CF 3 SO 2) 2 N -, (FSO 2) 2 N -, (CF 3 SO 2) 3 C -, (CF 3 CF 2 SO 2) 2 N -, C 4 F 9 SO 3 -, C 3 F 7 COO -, and (CF 3 SO 2 ) (CF 3 CO) N - .

상기 화학식 8로 표시되는 화합물은 폴리디알릴디메틸암모늄 비스(트리플루오로메틸술포닐)이미드를 들 수 있다.The compound represented by the formula (8) includes polydiallyldimethylammonium bis (trifluoromethylsulfonyl) imide.

또 다른 일구현예에 의하면, 고분자 이온성 액체는 저분자량 고분자, 열적으로 안정한 이온성 액체 및 리튬염을 포함할 수 있다. 저분자량 고분자는 에틸렌옥사이드 사슬을 가질 수 있다. 저분자량 고분자는 글라임일 수 있다. 여기에서 글라임은 예를 들어 폴리에틸렌글리콜 디메틸에테르(폴리글라임), 테트라에틸렌글리콜 디메틸 에테르(테트라글라임), 트리에틸렌글리콜 디메틸에테르(트라이글라임)가 있다.According to another embodiment, the polymeric ionic liquid may comprise a low molecular weight polymer, a thermally stable ionic liquid and a lithium salt. The low molecular weight polymer may have an ethylene oxide chain. The low molecular weight polymer may be glyme. Examples of the glyme include polyethylene glycol dimethyl ether (polyglyme), tetraethylene glycol dimethyl ether (tetraglyme), and triethylene glycol dimethyl ether (triglyme).

저분자량 고분자의 중량평균분자량은 75 내지 2000, 예를 들어 250 내지 500이다. 그리고 열적으로 안정한 이온성 액체는 상술한 이온성 액체에서 정의된 바와 같다. The weight average molecular weight of the low molecular weight polymer is 75 to 2000, for example, 250 to 500. And the thermally stable ionic liquid is as defined in the above ionic liquid.

올리고머는 폴리에틸렌글리콜 디메틸에테르 및 폴리에틸렌글리콜 디에틸에테르로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상이다. 올리고머의 중량평균분자량은 200 내지 2,000이고, 상기 올리고머의 함량은 고분자 100 중량부를 기준으로 하여 5 내지 50 중량부, 예를 들어 3 내지 30 중량부, 구체적으로 5 내지 25 중량부이다. 이와 같이 올리고머를 부가하는 경우 보호막의 성막성, 기계적 물성 및 이온 전도도 특성이 더 우수하다.The oligomer is at least one selected from the group consisting of polyethylene glycol dimethyl ether and polyethylene glycol diethyl ether. The weight average molecular weight of the oligomer is 200 to 2,000, and the oligomer content is 5 to 50 parts by weight, for example 3 to 30 parts by weight, specifically 5 to 25 parts by weight, based on 100 parts by weight of the polymer. When the oligomer is added in this manner, the film forming property, the mechanical property, and the ionic conductivity of the protective film are superior.

상기 보호막의 이온 전도도는 약 25℃에서 1 X 10-4S/cm 이상, 예를 들어 5×10-4 S/cm 이상, 구체적으로 1×10-3 S/cm 이상일 수 있다. 상기 보호막의 인장탄성율은 약 25℃에서 10 MPa 이상, 예를 들어 10 내지 80Mpa, 구체적으로 10 내지 50 MPa이다. 그리고 보호막의 연신율은 약 25℃에서 500% 이상, 예를 들어 600% 이상, 구체적으로 1200% 이상 또는 1300% 이다. 상기 보호막은 25℃에서도 전지 성능에 필요한 연성, 탄성과 같은 기계적 물성과 이온 전도도를 동시에 확보할 수 있다. 보호막의 연신율이 상기 범위일 때 리튬 금속 음극의 부피 변화를 억제하는 기능이 우수하다. 만약 보호막의 연신율이 상기 범위보다 작은 경우에는, 리튬 금속 음극 표면에 형성된 덴드라이트로 인해 공격을 받은 부분은 깨져서 쇼트(short)가 형성될 가능성이 높다. 일구현예에 따른 보호막은 상술한 인장탄성율과 연성을 보유함에 띠라 음극 부피 변화를 억제하고 이를 통하여 덴드라이트 성장을 효과적으로 억제할 수 있다. The ionic conductivity of the protective film may be 1 X 10 -4 S / cm or more, for example, 5 × 10 -4 S / cm or more, specifically 1 × 10 -3 S / cm or more at about 25 ° C. The tensile modulus of the protective film is at least 10 MPa, for example, 10 to 80 MPa, specifically 10 to 50 MPa at about 25 캜. And the elongation of the protective film is at least 500%, for example at least 600%, specifically at least 1200% or 1300% at about 25 ° C. The protective film can secure both mechanical properties such as ductility and elasticity required for battery performance and ionic conductivity at 25 占 폚. When the elongation percentage of the protective film is in the above range, the function of suppressing the volume change of the lithium metal cathode is excellent. If the elongation percentage of the protective film is smaller than the above range, the portion attacked due to the dendrites formed on the surface of the lithium metal cathode is likely to be broken to form a short. The protective film according to one embodiment has tensile elastic modulus and ductility as described above, thereby suppressing a change in the cathode volume and effectively suppressing dendrite growth.

일구현예에 따른 보호막은 25 ℃ 에서의 인장강도(tensile strength)가 2.0 The protective film according to one embodiment has a tensile strength at 25 DEG C of 2.0

MPa 이상이다. 그리고 임피던스 측정에서 얻어지는 나이퀴스트 플롯(Nyquist plot)에서 도출되는 리튬 금속과 상기 보호막사이의 계면저항이 리튬금속 단독(bare lithium metal)에 비하여 25 ℃ 에서 10% 이상 감소한다. 이와 같이 일구현예에 따른 보호막을 사용하는 경우, 리튬 금속 단독인 경우에 비하여 계면저항이 감소되어 계면특성이 우수하다. 또한 보호막은 리튬 금속 대비 0.0 Volts(V) 내지 6.0V 의 전압 범위에서 산화전류(oxidation current) 또는 환원전류(reduction current)가 0.05 mA/cm2 이하이다. MPa or more. And the interface resistance between the lithium metal and the protective film derived from the Nyquist plot obtained from the impedance measurement is reduced by 10% or more at 25 캜 as compared with the bare lithium metal. When the protective film according to one embodiment is used, the interfacial resistance is reduced as compared with the case where lithium metal alone is used, so that the interfacial property is excellent. The protective film has an oxidation current or a reduction current of 0.05 mA / cm 2 or less in a voltage range of 0.0 Volts (V) to 6.0 V relative to lithium metal.

일구현예에 따른 리튬금속전지에서는 리튬 금속 음극 표면에서의 리튬전착밀도는 0.2 내지 0.4grams per cubic centimeter (g/cc) , 예를 들어 0.26 내지 0.32g/cc이다.In a lithium metal battery according to an embodiment, the lithium electrodeposition density at the surface of the lithium metal cathode is 0.2 to 0.4 grams per cubic centimeter (g / cc), for example, 0.26 to 0.32 g / cc.

도 1 및 도 2는 일구현예에 따른 리튬금속전지의 구조를 나타낸 것이다.FIGS. 1 and 2 show the structure of a lithium metal battery according to an embodiment.

도 1을 참조하면, 리튬 금속 음극 (10) 상부에 일구현예에 따른 보호막 (11)이 형성되어 있고, 상기 보호막 (11)과 양극 (13) 사이에는 액체 전해질 (12)이 배치된다. 보호막 (11)안에 함유된 1족 또는 2족 원소를 함유하는 금속염과 질소 함유 첨가제 중에서 선택된 하나 이상 (14)을 함유하며, 이 물질은 액체 전해질 (12)의 유기용매에 불용성 특성을 갖는다. 1족 또는 2족 원소를 함유하는 금속염과 질소 함유 첨가제 중에서 선택된 하나 이상 (14)은 도 1에 나타난 바와 같이 보호막 (11)에서 리튬 금속 음극 (10)에 인접된 영역에 존재할 수 있다. 다른 일구현예에 의하면, 1족 또는 2족 원소를 함유하는 금속염과 질소 함유 첨가제 중에서 선택된 하나 이상 (14)은 보호막에 전체적으로 분포되며 그 함량은 리튬 금속 음극 (10)에 가까운 영역에 갈수록 증가할 수 있다. 도 1에서 1족 또는 2족 원소를 함유하는 금속염과 질소 함유 첨가제 중에서 선택된 하나 이상 (14)은 리튬 금속 음극 (10)에 인접된 위치에 존재하는 것으로 나타나 있으나, 이러한 위치로만 한정되는 것을 의미하는 것은 아니다.Referring to FIG. 1, a protective film 11 according to an embodiment is formed on a lithium metal cathode 10, and a liquid electrolyte 12 is disposed between the protective film 11 and the positive electrode 13. (14) selected from a metal salt containing a group 1 or group 2 element contained in the protective film (11) and a nitrogen-containing additive, and this material has insoluble characteristics in the organic solvent of the liquid electrolyte (12). One or more (14) selected from a metal salt containing a Group 1 or 2 element and a nitrogen containing additive may be present in the region adjacent to the lithium metal cathode 10 in the protective film 11 as shown in FIG. According to another embodiment, at least one (14) selected from a metal salt containing a group I or II element and a nitrogen-containing additive is distributed throughout the protective film and the content thereof is increased to a region close to the lithium metal cathode 10 . 1, at least one (14) selected from a metal salt containing a group 1 or group 2 element and a nitrogen-containing additive is present at a position adjacent to the lithium metal cathode 10, It is not.

도 2를 참조하여, 리튬 금속 음극(20) 상부에 보호막 (21)이 형성되어 있다. 보호막 (21) 상부에는 액체 전해질 (22a)과 고체 전해질 (22b)이 순차적으로 적층된 2층 구조를 가질 수 있다. 액체 전해질 (22a)은 도 2에 나타난 바와 같이 보호막 (21)과 인접되도록 배치될 수 있지만 액체 전해질과 고체 전해질의 적층 순서는 바뀔 수도 있다. 그리고 상기 고체 전해질 (22b) 상부에는 양극 (23)이 배치된다. 전해질(22)은 액체 전해질(22a)와 고체 전해질(22b)로 이루어진다.Referring to FIG. 2, a protective film 21 is formed on the lithium metal cathode 20. Layer structure in which a liquid electrolyte 22a and a solid electrolyte 22b are sequentially stacked on the protective film 21. The liquid electrolyte 22a may be disposed adjacent to the protective film 21 as shown in FIG. 2, but the order of stacking the liquid electrolyte and the solid electrolyte may be changed. An anode 23 is disposed above the solid electrolyte 22b. The electrolyte 22 is composed of a liquid electrolyte 22a and a solid electrolyte 22b.

도 2의 고체 전해질(22b) 대신 겔 전해질이 사용될 수도 있다. A gel electrolyte may be used instead of the solid electrolyte 22b in Fig.

일구현예에 따른 리튬금속전지는 세퍼레이터를 더 포함할 수 있다. 세퍼레이터로는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리비닐리덴 플루오라이드 또는 이들의 2층 이상의 다층막이 사용될 수 있으며, 폴리에틸렌/폴리프로필렌 2층 세퍼레이터, 폴리에틸렌/폴리프로필렌/폴리에틸렌 3층 세퍼레이터, 폴리프로필렌/폴리에틸렌/폴리프로필렌 3층 세퍼레이터 등과 같은 혼합 다층막이 사용될 수 있다. 상기 세퍼레이터에는 리튬염과 유기용매를 함유한 전해질이 더 부가될 수 있다.The lithium metal battery according to an embodiment may further include a separator. As the separator, polyethylene, polypropylene, polyvinylidene fluoride or a multilayer film of two or more thereof may be used. The separator may be a polyethylene / polypropylene double layer separator, a polyethylene / polypropylene / polyethylene three layer separator, a polypropylene / polyethylene / A three-layer separator, or the like can be used. The separator may further include an electrolyte containing a lithium salt and an organic solvent.

도 1 및 도 2의 양극 (13), (23)은 다공성 양극일 수 있다. 다공성 양극은 기공을 함유하고 있거나 또는 의도적으로 양극의 형성을 배제하지 않아 양극 내부로 모세관 현상 등에 의하여 액체 전해질이 침투될 수 있는 양극도 포함한다. The positive electrodes 13 and 23 in FIGS. 1 and 2 may be porous positive electrodes. The porous anode includes pores which contain pores or which do not exclude the formation of an anode intentionally so that the liquid electrolyte can be permeated into the inside of the anode by capillary phenomenon or the like.

예를 들어 다공성 양극은 양극 활물질, 도전제, 바인더 및 용매를 포함하는 양극 활물질 조성물을 코팅 및 건조하여 얻어지는 양극을 포함한다. 이렇게 얻어진 양극은 양극 활물질 입자 사이에 존재하는 기공을 함유할 수 있다. 이러한 다공성 양극에는 액체 전해질이 함침될 수 있다.For example, the porous anode includes a cathode obtained by coating and drying a cathode active material composition comprising a cathode active material, a conductive agent, a binder and a solvent. The thus obtained positive electrode may contain pores existing between the positive electrode active material particles. Such a porous anode may be impregnated with a liquid electrolyte.

다른 일구현예에 따르면, 양극은 액체 전해질, 겔 전해질, 또는 고체 전해질을 더 포함할 수 있다. 액체 전해질, 겔 전해질 및 고체 전해질은 당해 기술분야에서 리튬금속전지의 전해질로 사용할 수 있는 것으로서 충방전 과정에서 양극 활물질과 반응하여 양극 활물질을 열화시키지 않는 것이라면 모두 가능하다.According to another embodiment, the anode may further comprise a liquid electrolyte, a gel electrolyte, or a solid electrolyte. The liquid electrolyte, the gel electrolyte, and the solid electrolyte can be used as an electrolyte of a lithium metal battery in the related art, and can be any material that does not deteriorate the cathode active material by reacting with the cathode active material during charging and discharging.

일구현예에 따른 보호막은 고전압용 리튬금속전지 보호막으로서 적절하다. The protective film according to one embodiment is suitable as a high-voltage lithium metal battery protective film.

여기에서 "고전압"은 충전전압이 4.0V 내지 5.5V 범위인 경우를 말한다. Here, "high voltage" refers to a case where the charging voltage is in the range of 4.0V to 5.5V.

이하, 일구현예에 따른 리튬금속전지의 제조방법을 살펴보기로 한다.Hereinafter, a method of manufacturing a lithium metal battery according to an embodiment will be described.

고분자, 1족 또는 2족 원소를 함유하는 금속염과 질소 함유 첨가제 중에서 선택된 하나 이상 및 유기용매를 혼합하여 보호막 형성용 조성물을 얻는다. 이어서 보호막 형성용 조성물을 리튬 금속 음극 상부에 도포하고 이를 건조하여 리튬 금속 표면 상에 보호막을 형성한다. 여기에서 건조는 예를 들어 25 내지 60℃에서 실시할 수 있다.A composition for forming a protective film is obtained by mixing at least one selected from a metal salt containing a high molecular substance, a Group 1 or Group 2 element and a nitrogen containing additive and an organic solvent. Next, a composition for forming a protective film is applied on the upper portion of the lithium metal cathode and dried to form a protective film on the lithium metal surface. Here, drying can be carried out, for example, at 25 to 60 占 폚.

상기 유기용매는 당해 기술분야에서 통상적으로 사용된 것이라면 모두 사용될 수 있다. 예를 들어, 테트라하이드로퓨란, N-메틸피롤리돈, 아세토니트릴, 벤조니트릴, 2-메틸테트라히드로퓨란, γ-부티로락톤, 디옥소란, 4-메틸디옥소란, N, N-디메틸포름아미드, N, N-디메틸아세트아미드, 디메틸설폭사이드, 디옥산, 1,2-디메톡시에탄, 1,2-디에톡시에탄, 설포란, 디클로로에탄, 클로로벤젠, 니트로벤젠, 디에틸렌글리콜, 디메틸 에테르 중에서 선택된 하나 이상이 사용될 수 있다. 유기용매의 함량은 예를 들어 고분자 100 중량부를 기준으로 하여 100 내지 4,000 중량부, 예를 들어 500 내지 2,000 중량부이다.The organic solvent may be any solvent conventionally used in the art. Examples of the solvent include tetrahydrofuran, N-methylpyrrolidone, acetonitrile, benzonitrile, 2-methyltetrahydrofuran, gamma -butyrolactone, dioxolane, 4-methyldioxolane, N, Dimethyl sulfoxide, dioxane, 1,2-dimethoxyethane, 1,2-diethoxyethane, sulfolane, dichloroethane, chlorobenzene, nitrobenzene, diethylene glycol, Dimethyl ether, and the like. The content of the organic solvent is, for example, 100 to 4,000 parts by weight, for example, 500 to 2,000 parts by weight based on 100 parts by weight of the polymer.

상기 보호막 형성용 조성물에는 무기 입자, 이온성 액체, 고분자 이온성 액체, 및 올리고머 중에서 선택된 하나 이상을 더 부가할 수 있다. The composition for forming a protective film may further include at least one selected from inorganic particles, an ionic liquid, a polymeric ionic liquid, and an oligomer.

상술한 보호막 형성용 조성물의 도포방법은 보호막 형성시 통상적으로 이용가능한 방법이라면 모두 다 사용가능하다. 예를 들어 스핀코팅, 롤 코팅, 커튼 코팅, 압출, 캐스팅, 스크린 인쇄, 잉크젯 인쇄, 닥터블래이드 등의 방법이 이용될 수 있다. The above-mentioned coating method of the composition for forming a protective film can be used as long as it is a method which can be generally used for forming a protective film. For example, methods such as spin coating, roll coating, curtain coating, extrusion, casting, screen printing, inkjet printing, doctor blading and the like can be used.

상기 과정에 따라 제조된 보호막은 리튬에 대하여 0V 내지 6.0V 전압 범위, 예를 들어 2.0 내지 5.0V, 구체적으로 4.0V 내지 5.0V 전압 범위에서 전기화학적으로 안정할 수 있다. 일구현예에 의한 보호막은 전기화학적으로 안정한 넓은 전압창(voltage window)을 가짐에 의하여 고전압에서 작동되는 전기화학장치에 적용될 수 있다.The protective film prepared according to the above process may be electrochemically stable with respect to lithium at a voltage range of 0 to 6.0V, for example, 2.0 to 5.0V, specifically 4.0V to 5.0V. The protective film according to one embodiment can be applied to an electrochemical device operated at a high voltage by having an electrochemically stable wide voltage window.

보호막은 리튬에 대하여 0V 근처에서 리튬의 부착/탈착 외에 다른 부반응에 기인한 전류밀도가 0.05 mA/cm2 이하, 예를 들어 0.001 내지 0.02 mA/cm2, 구체적으로 0.001 내지 0.01 mA/cm2 일 수 있다. 예를 들어, 상기 보호막은 리튬에 대하여 5.0V 근처에서 산화 반응에 기인한 전류밀도가 0.05 mA/cm2 이하, 예를 들어 0.001 내지 0.02 mA/cm2 mA/cm2, 예를 들어 0.001 내지 0.04 mA/cm2, 구체적으로 0.001 내지 0.02 mA/cm2일 수 있다.The protective film may have a current density of 0.05 mA / cm 2 or less, for example, 0.001 to 0.02 mA / cm 2 , particularly 0.001 to 0.01 mA / cm 2 , due to side reactions other than the attachment / . For example, the protective film may have a current density of 0.05 mA / cm 2 or less, for example, 0.001 to 0.02 mA / cm 2 mA / cm 2 , for example, 0.001 to 0.04 mA / cm &lt; 2 &gt;, specifically 0.001 to 0.02 mA / cm &lt; 2 &gt;.

일구현예에 따른 리튬금속전지는 액체 전해질 이외에 고체 전해질, 겔 전해질, 고분자 이온성 액체(polymer ionic liquid) 중에서 선택된 하나 이상을 더 포함하여 혼합 전해질(mixed electrolyte) 타입일 수 있다. 리튬금속전지는 세퍼레이터를 더 포함할 수 있다. 상술한 바와 같이 고체 전해질 및 겔 전해질 중에서 선택된 하나 이상을 더 포함하면 보호막의 전도도 및 기계적 물성을 더 개선할 수 있다.The lithium metal battery according to one embodiment may be a mixed electrolyte type including at least one selected from a solid electrolyte, a gel electrolyte, and a polymer ionic liquid in addition to the liquid electrolyte. The lithium metal battery may further include a separator. As described above, the conductivity and the mechanical properties of the protective film can be further improved by further including at least one selected from a solid electrolyte and a gel electrolyte.

상기 겔 전해질은 겔 형태를 갖는 전해질로서 당해기술분야에서 주지된 것이라면 모두 다 사용가능하다. 겔 전해질은 예를 들어 고분자와 고분자 이온성 액체를 함유할 수 있다. 여기에서 고분자는 예를 들어 고체 그래프트(블록) 코폴리머 전해질일 수 있다.The gel electrolyte is an electrolyte having a gel form, and any of those known in the art can be used. The gel electrolyte may contain, for example, a polymer and a polymeric ionic liquid. The polymer may be, for example, a solid graft (block) copolymer electrolyte.

고체 전해질은 유기 고체 전해질 또는 무기 고체 전해질일 수 있다. The solid electrolyte can be an organic solid electrolyte or an inorganic solid electrolyte.

상기 유기 고체 전해질로는, 예를 들어, 폴리에틸렌 유도체, 폴리에틸렌 옥사이드 유도체, 폴리프로필렌 옥사이드 유도체, 인산 에스테르 고분자, 폴리에스테르 술파이드, 폴리비닐 알코올, 폴리불화비닐리덴, 이온성 해리기를 포함하는 중합체 등이 사용될 수 있다.Examples of the organic solid electrolyte include a polymer including a polyethylene derivative, a polyethylene oxide derivative, a polypropylene oxide derivative, a phosphate ester polymer, a polyester sulfide, polyvinyl alcohol, polyvinylidene fluoride, and an ionic dissociation group Can be used.

상기 무기 고체 전해질로는, Li3N, LiI, Li5NI2, Li3N-LiI-LiOH, Li2SiS3, Li4SiO4, Li4SiO4-LiI-LiOH, Li3PO4-Li2S-SiS2, Cu3N, LiPON, Li2S.GeS2.Ga2S3, Li2O.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 희토류 원소) 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) 등이 사용될 수 있다.The inorganic solid electrolyte, Li 3 N, LiI, Li 5 NI 2, Li 3 N-LiI-LiOH, Li 2 SiS 3, Li 4 SiO 4, Li 4 SiO 4 -LiI-LiOH, Li 3 PO 4 - Li 2 S-SiS 2, Cu 3 N, LiPON, Li 2 S.GeS 2 .Ga 2 S 3, Li 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 such as Nd, Gd, 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, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Ga) x (Ge 1-y Ti y ) 2 -x (PO 4 ) 3 (X? 0.8, 0? Y? 1.0, M is Nd, Tm or Yb), Li 1 + x + y Q x Ti 2 - x Si y P 3 - y O 12 (0 &lt; x? 0.4, 0 &lt; 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, Ta), Li 7 + x A x La 3 - x Zr 2 O 12 (0 < x < 3, A is Zn).

상기 리튬 금속 음극은 리튬 금속 박막 전극 또는 리튬 금속 합금 전극이다.The lithium metal cathode is a lithium metal thin film electrode or a lithium metal alloy electrode.

리튬 금속 합금은 리튬과, 리튬과 합금 가능한 금속/준금속, 그 합금 또는 그 Lithium metal alloys include lithium, lithium-alloyable metals / metalloids, alloys thereof,

산화물을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 리튬과 합금 가능한 금속/준금속, 그합금 또는 그 산화물은 Si, Sn, Al, Ge, Pb, Bi, Sb, Si-Y 합금(상기 Y는 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 13족 내지 16족 원소, 전이금속, 희토류 원소 또는 이들의 조합 원소이며, Si는 아님), Sn-Y 합금(상기 Y는 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 13족 내지 16족 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, Tl, Ge, P, As, Sb, Bi, S, Se, Te, Po, 또는 이들의 조합일 수 있다. Oxide. &Lt; / RTI &gt; For example, the metal / semi-metal, alloy or oxide thereof capable of being alloyed with lithium may be at least one selected from the group consisting of Si, Sn, Al, Ge, Pb, Bi, Sb, Si- (Wherein Y is at least one element selected from the group consisting of alkali metals, alkaline earth metals, Group 13 to Group 16 elements, transition metals, rare earth elements, or combinations thereof) , And Sn is not), 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, Tl, Ge, P, As, Se, Te, Po, or a combination thereof.

양극을 제조하기 위한 양극 활물질로서 리튬코발트산화물, 리튬니켈코발트망간산화물, 리튬니켈코발트알루미늄산화물, 리튬철인산화물, 및 리튬망간산화물로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있으나, 반드시 이들로 한정되지 않으며 당해 기술분야에서 이용 가능한 모든 양극 활물질이 사용될 수 있다.The positive electrode active material for producing the positive electrode may include at least one selected from the group consisting of lithium cobalt oxide, lithium nickel cobalt manganese oxide, lithium nickel cobalt aluminum oxide, lithium iron phosphate, and lithium manganese oxide. And any cathode active material available in the art may be used.

예를 들어, 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- 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); 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 표 현되는 화합물을 사용할 수 있다.For example, Li a A 1 - b B b D 2 , where 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 2 - b B b O 4 - c D c where 0? B? 0.5, 0 ? C? 0.05; Li a Ni 1 -b- c 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, in the formula, 0.90? A? 1.8, 0 ? B ? 0.5, 0 ? C ? 0.05, 0 <? Li a Ni 1 -b- c 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 -b- c Mn b B c O 2 - ? F ? Wherein, in the formula, 0.90? A? 1.8, 0 ? B ? 0.5, 0 ? C ? 0.05, 0? 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 (in the above formula, 0.90? A? 1.8, 0.001? B? 0.1); Li a MnG b O 2 (in the above formula, 0.90? A? 1.8, and 0.001? B? 0.1); Li a Mn 2 G b O 4 (in the above formula, 0.90? A? 1.8, 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 ); (0≤f≤2) Li (3-f ) Fe 2 (PO 4) 3; A compound represented by any one of the formulas of LiFePO 4 can be used.

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.

상기 양극 활물질은 예를 들어 하기 화학식 9로 표시되는 화합물, 하기 화학식 10으로 표시되는 화합물 또는 화학식 11로 표시되는 화합물이 이용될 수 있다. The cathode active material may be, for example, a compound represented by the following formula (9), a compound represented by the following formula (10) or a compound represented by the following formula (11).

[화학식 9][Chemical Formula 9]

LiaNibCocMndO2 Li a Ni b Co c Mn d O 2

상기 화학식 9 중, 0.90≤a≤1.8, 0≤b≤0.9, 0≤c≤0.5, 0≤d≤0.5이다.In the above formula (9), 0.90? A? 1.8, 0? B? 0.9, 0? C? 0.5, and 0? D?

[화학식 10][Chemical formula 10]

Li2MnO3 Li 2 MnO 3

[화학식 11](11)

LiMO2 LiMO 2

상기 화학식 11 중, M은 Mn, Fe, Co, 또는 Ni이다.In the above formula (11), M is Mn, Fe, Co, or Ni.

하기 방법에 따라 양극이 준비된다.The anode is prepared according to the following method.

양극 활물질, 결합제 및 용매가 혼합된 양극 활물질 조성물이 준비된다. A cathode active material composition in which a cathode active material, a binder and a solvent are mixed is prepared.

양극 활물질 조성물에는 도전제가 더 부가될 수 있다. A conductive agent may further be added to the cathode active material composition.

상기 양극 활물질 조성물이 금속 집전체상에 직접 코팅 및 건조되어 양극판이 제조된다. 다르게는, 상기 양극 활물질 조성물이 별도의 지지체상에 캐스팅된 다음, 상기 지지체로부터 박리된 필름이 금속 집전체상에 라미네이션되어 양극판이 제조될 수 있다.The positive electrode active material composition is directly coated on the metal current collector and dried to produce a positive electrode plate. Alternatively, the cathode active material composition may be cast on a separate support, and then the film peeled from the support may be laminated on the metal current collector to produce a cathode plate.

집전체로는 니켈, 알루미늄, 티타늄, 구리, 금, 은, 백금, 알루미늄 합금 또는 스테인레스 스틸, 탄소계 물질을 플라즈마 스프레이 또는 아크 스프레이하여 얻은 막, 활성화된 카본파이버, 니켈, 알루미늄, 아연, 구리, 주석, 납, 그 합금 또는 전도성 물질을 스티렌-에틸렌-부틸렌-스티렌 공중합체(SEBS)와 같은 수지 또는 러버에 분산하여 얻은 전도성막을 이용한다. 집전체는 예를 들어 알루미늄, 니켈 또는 스테인레스 스틸이 사용된다. 알루미늄은 박막으로 제조하기가 용이하고 가격이 저렴하여 집전체로서 적합하다. 집전체의 형상은 제한되지 않으며, 평판형(flat plate shape), 메시형, 네트형, 펀치형, 엠보싱형 또는 그 조합물 형태, 예를 들어 메시형 평판(mesh shape flat plate)일 수 있다. 예를 들어 집전체는 에칭에 의하여 형성된 비평탄화된 표면을 가질 수 있다. The collector may be a film obtained by plasma spraying or arc spraying of nickel, aluminum, titanium, copper, gold, silver, platinum, aluminum alloy or stainless steel or carbonaceous material, activated carbon fiber, nickel, aluminum, zinc, copper, A conductive film obtained by dispersing tin, lead, an alloy thereof, or a conductive material in a resin or rubber such as a styrene-ethylene-butylene-styrene copolymer (SEBS) is used. The collector may be made of aluminum, nickel or stainless steel, for example. Aluminum is suitable as a current collector since it is easy to manufacture as a thin film and is inexpensive. The shape of the current collector is not limited and may be a flat plate shape, a mesh shape, a net shape, a punch shape, an embossed shape, or a combination thereof, for example, a mesh shape flat plate. For example, the current collector may have a non-planarized surface formed by etching.

상기 바인더는, 활물질과 도전제 등의 결합과 집전체에 대한 결합에 조력하는 성분으로서, 양극 활물질의 총중량 100 중량부를 기준으로 1 내지 50 중량부로 첨가된다. 이러한 바인더의 비제한적인 예로는, 폴리불화비닐리덴, 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로우즈(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로우즈, 재생 셀룰로우즈, 폴리비닐피롤리돈, 테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌-디엔 테르 폴리머(EPDM), 술폰화 EPDM, 스티렌 부타디엔 고무, 불소 고무, 다양한 공중합체 등을 들 수 있다. 그 함량은 양극 활물질의 총중량 100 중량부를 기준으로 하여 2 내지 5 중량부를 사용한다. 바인더의 함량이 상기 범위일 때 집전체에 대한 활물질층의 결착력이 양호하다.The binder is added to the binder in an amount of 1 to 50 parts by weight based on 100 parts by weight of the total weight of the positive electrode active material. Non-limiting examples of such binders include polyvinylidene fluoride, polyvinyl alcohol, carboxymethylcellulose (CMC), starch, hydroxypropylcellulose, regenerated cellulose, polyvinylpyrrolidone, tetrafluoroethylene Ethylene, propylene-diene terpolymer (EPDM), sulfonated EPDM, styrene butadiene rubber, fluorine rubber, various copolymers and the like. The content thereof is 2 to 5 parts by weight based on 100 parts by weight of the total weight of the cathode active material. When the content of the binder is in the above range, the binding force of the active material layer to the current collector is good.

상기 도전제로는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 천연 흑연이나 인조 흑연 등의 흑연; 카본블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 서머 블랙 등의 카본계 물질; 탄소 섬유나 금속 섬유 등의 도전성 섬유; 불화 카본, 알루미늄, 니켈 분말 등의 금속 분말; 산화아연, 티탄산 칼륨 등의 도전성 위스키; 산화 티탄 등의 도전성 금속 산화물; 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 소재 등이 사용될 수 있다. The conductive agent is not particularly limited as long as it has electrical conductivity without causing a chemical change in the battery, and examples thereof include graphite such as natural graphite and artificial graphite; Carbonaceous materials such as carbon black, acetylene black, ketjen black, channel black, furnace black, lamp black, and summer black; Conductive fibers such as carbon fiber and metal fiber; Metal powders such as carbon fluoride, aluminum, and nickel powder; Conductive whiskey such as zinc oxide and potassium titanate; Conductive metal oxides such as titanium oxide; Conductive materials such as polyphenylene derivatives and the like can be used.

상기 도전제의 함량은 양극 활물질의 총중량 100 중량부를 기준으로 하여 1 내지 10 중량부, 예를 들어 2 내지 5 중량부를 사용한다. 도전제의 함량이 상기 범위일 때 최종적으로 얻어진 양극의 전도도 특성이 우수하다.The conductive agent is used in an amount of 1 to 10 parts by weight, for example, 2 to 5 parts by weight based on 100 parts by weight of the total weight of the cathode active material. When the content of the conductive agent is in the above range, the conductivity of the anode finally obtained is excellent.

상기 용매의 비제한적 예로서, N-메틸피롤리돈 등을 사용한다.As a non-limiting example of the solvent, N-methylpyrrolidone or the like is used.

상기 용매의 함량은 양극 활물질 100 중량부를 기준으로 하여 100 내지 2000 중량부를 사용한다. 용매의 함량이 상기 범위일 때 활물질층을 형성하기 위한 작업이 용이하다.The solvent is used in an amount of 100 to 2000 parts by weight based on 100 parts by weight of the cathode active material. When the content of the solvent is within the above range, the work for forming the active material layer is easy.

일구현예에 의한 리튬금속전지는 용량 및 수명 특성이 우수하여 소형 디바이스의 전원으로 사용되는 전지셀에 사용될 수 있을 뿐만 아니라, 중대형 디바이스의 전원으로 사용되는 다수의 전지셀들을 포함하는 중대형 전지팩 또는 전지모듈에 단위전지로도 사용될 수 있다. 그리고 일구현예에 의한 리튬금속전지는 전압, 용량, 에너지 밀도가 높아 휴대 전화, 노트북 컴퓨터, 풍력이나 태양광 등의 발전설비의 축전지, 전기 자동차, 무정전 전원장치, 가정용 축전지 등의 분야에서 널리 이용되고 있다.The lithium metal battery according to one embodiment can be used not only for a battery cell used as a power source of a small device because of its excellent capacity and life characteristics, but also as a middle- or large-sized battery pack including a plurality of battery cells used as a power source for a medium- The battery module may also be used as a unit battery. The lithium metal battery according to one embodiment has high voltage, capacity and energy density and is widely used in the fields of cell phones, notebook computers, batteries for power generation facilities such as wind power and solar power, electric vehicles, uninterruptible power supply devices, .

상기 중대형 디바이스의 예로는 전기자동차(Electric Vehicle, EV), 하이브리드 전기자동차(Hybrid Electric Vehicle, HEV), 플러그-인 하이브리드 전기자동차(Plug-in Hybrid Electric Vehicle, PHEV) 등을 포함하는 전기차 전기 자전거(E-bike), 전기 스쿠터(E-scooter)를 포함하는 전기 이륜차 전동 공구 전력저장장치 등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.Examples of the medium and large devices include an electric vehicle (EV) including an electric vehicle (EV), a hybrid electric vehicle (HEV), a plug-in hybrid electric vehicle (PHEV) E-bike, an electric motorcycle electric power tool electric power storage device including an electric scooter (E-scooter), but the present invention is not limited thereto.

다른 측면에 따라 i)고분자와, ii) 1족 또는 2족 원소를 함유하는 금속염 및 질소 함유 첨가제 중에서 선택된 하나 이상을 혼합하여 보호막 형성용 조성물을 얻는 단계; 상기 보호막 형성용 조성물을 리튬 금속 음극에 공급하는 단계; 및 상기 결과물을 건조하여 보호막을 형성하는 단계를 포함하는 일구현예에 따른 리튬금속전지의 리튬 금속 음극을 보호하는 방법이 제공된다. According to another aspect, there is provided a method for forming a protective film, comprising: i) mixing a polymer and at least one selected from the group consisting of a metal salt containing a Group 1 or 2 element and a nitrogen containing additive; Supplying the composition for forming a protective film to a lithium metal anode; And drying the resultant to form a protective film. The method for protecting a lithium metal anode of a lithium metal battery according to an embodiment of the present invention is provided.

또 다른 측면에 따라 상술한 방법에 따라 제조된 보호막이 제공된다.According to another aspect, there is provided a protective film produced according to the above-described method.

본 명세서에서 알킬은 완전 포화된 분지형 또는 비분지형 (또는 직쇄 또는 선형) 탄화수소를 말한다. As used herein, alkyl refers to fully saturated branched or unbranched (or straight chain or linear) hydrocarbons.

“알킬”의 비제한적인 예로는 메틸, 에틸, n-프로필, 이소프로필, n-부틸, 이소부틸, sec-부틸, n-펜틸, 이소펜틸, 네오펜틸, iso-아밀, n-헥실, 3-메틸헥실, 2,2-디메틸펜틸, 2,3-디메틸펜틸, n-헵틸 등을 들 수 있다. Non-limiting examples of "alkyl" include methyl, ethyl, n-propyl, isopropyl, n-butyl, isobutyl, sec-butyl, n- pentyl, isopentyl, neopentyl, isoamyl, -Methylhexyl, 2,2-dimethylpentyl, 2,3-dimethylpentyl, n-heptyl and the like.

“알킬”중 하나 이상의 수소 원자는 할로겐 원자, 할로겐 원자로 치환된 C1-C20의 알킬기(예: CCF3, CHCF2, CH2F, CCl3 등), C1-C20의 알콕시, C2-C20의 알콕시알킬, 히드록시기, 니트로기, 시아노기, 아미노기, 아미디노기, 히드라진기, 히드라존기, 카르복실기나 그의 염, 술포닐기, 설파모일(sulfamoyl)기, 술폰산기나 그의 염, 인산이나 그의 염, 또는 C1-C20의 알킬기, C2-C20 알케닐기, C2-C20 알키닐기, C1-C20의 헤테로알킬기, C6-C20의 아릴기, C6-C20의 아릴알킬기, C6-C20의 헤테로아릴기, C7-C20의 헤테로아릴알킬기, C6-C20의 헤테로아릴옥시기, C6-C20의 헤테로아릴옥시알킬기 또는 C7-C20의 헤테로아릴알킬기로 치환될 수 있다."Alkyl" at least one hydrogen atom of an alkyl group of a halogen atom, halogen-substituted C1-C20 (for example: CCF 3, CHCF 2, CH 2 F, CCl 3 , etc.), an alkoxy of C1-C20 alkoxy, C2-C20 of A carboxyl group or a salt thereof, a sulfonyl group, a sulfamoyl group, a sulfonic acid group or a salt thereof, a phosphoric acid or a salt thereof, or a C1-C4 alkyl group, C20 alkyl group, C2-C20 alkenyl group, C2-C20 alkynyl group, C1-C20 heteroalkyl group, C6-C20 aryl group, C6-C20 arylalkyl group, C6-C20 heteroaryl group, C7- An arylalkyl group, a C6-C20 heteroaryloxy group, a C6-C20 heteroaryloxyalkyl group or a C7-C20 heteroarylalkyl group.

용어 “할로겐 원자”는 불소, 브롬, 염소, 요오드 등을 포함한다. The term &quot; halogen atom &quot; includes fluorine, bromine, chlorine, iodine and the like.

“알케닐”은 적어도 하나의 탄소-탄소 이중결합을 갖는 분지형 또는 비분지형 탄화수소를 말한다. 알케닐기의 비제한적인예로는 비닐, 알릴, 부테닐, 이소프로페닐, 이소부테닐 등을 들 수 있고, 상기 알케닐중 하나 이상의 수소 원자는 상술한 알킬기의 경우와 동일한 치환기로 치환될 수 있다.&Quot; Alkenyl &quot; refers to branched or unbranched hydrocarbons having at least one carbon-carbon double bond. Non-limiting examples of the alkenyl group include vinyl, allyl, butenyl, isopropenyl, isobutenyl and the like, and at least one hydrogen atom of the alkenyl may be substituted with the same substituent as the alkyl group described above .

“알키닐”은 적어도 하나의 탄소-탄소 삼중결합을 갖는 분지형 또는 비분지형 탄화수소를 말한다. 상기 “알키닐”의 비제한적인 예로는 에티닐, 부티닐, 이소부티닐, 프로피닐 등을 들 수 있다. &Quot; Alkynyl &quot; refers to branched or unbranched hydrocarbons having at least one carbon-carbon triple bond. Non-limiting examples of the "alkynyl" include ethynyl, butynyl, isobutynyl, propynyl, and the like.

“알키닐”중 하나 이상의 수소 원자는 상술한 알킬기의 경우와 동일한 치환기로 치환될 수 있다. At least one hydrogen atom of &quot; alkynyl &quot; may be substituted with the same substituent as in the alkyl group described above.

“아릴”은 방향족 고리가 하나 이상의 탄소고리에 융합된 그룹도 포함한다. “아릴”의 비제한적인 예로서, 페닐, 나프틸, 테트라히드로나프틸 등이 있다. &Quot; Aryl &quot; also includes a group in which the aromatic ring is fused to one or more carbon rings. Non-limiting examples of &quot; aryl &quot; include phenyl, naphthyl, tetrahydronaphthyl, and the like.

또한 “아릴”기중 하나 이상의 수소 원자는 상술한 알킬기의 경우와 마찬가지의 치환기로 치환가능하다.Also, at least one hydrogen atom in the &quot; aryl &quot; group may be substituted with the same substituent as in the case of the above-mentioned alkyl group.

“헤테로아릴”은 N, O, P 또는 S 중에서 선택된 하나 이상의 헤테로원자를 포함하고, 나머지 고리원자가 탄소인 모노사이클릭(monocyclic) 또는 바이사이클릭(bicyclic) 유기 화합물을 의미한다. 상기 헤테로아릴기는 예를 들어 1-5개의 헤테로원자를 포함할 수 있고, 5-10 고리 멤버(ring member)를 포함할 수 있다. 상기 S 또는 N은 산화되어 여러가지 산화 상태를 가질 수 있다.&Quot; Heteroaryl &quot; means monocyclic or bicyclic organic compounds containing one or more heteroatoms selected from N, O, P, or S and the remaining ring atoms carbon. The heteroaryl group may contain, for example, from 1 to 5 hetero atoms, and may include 5-10 ring members. The S or N may be oxidized to have various oxidation states.

헤테로아릴의 예로는 티에닐, 푸릴, 피롤릴, 이미다졸릴, 피라졸릴, 티아졸릴, 이소티아졸릴, 1,2,3-옥사디아졸릴, 1,2,4-옥사디아졸릴, 1,2,5-옥사디아졸릴, 1,3,4-옥사디아졸릴기, 1,2,3-티아디아졸릴, 1,2,4-티아디아졸릴, 1,2,5-티아디아졸릴, 1,3,4-티아디아졸릴, 이소티아졸-3-일, 이소티아졸-4-일, 이소티아졸-5-일, 옥사졸-2-일, 옥사졸-4-일, 옥사졸-5-일, 이소옥사졸-3-일, 이소옥사졸-4-일, 이소옥사졸-5-일, 1,2,4-트리아졸-3-일, 1,2,4-트리아졸-5-일, 1,2,3-트리아졸-4-일, 1,2,3-트리아졸-5-일, 테트라졸릴, 피리딜-2-일, 피리딜-3-일, 피라진-2일, 피라진-4-일, 피라진-5-일, 피리미딘-2-일, 피리미딘-4-일, 또는 피리미딘-5-일을 들 수 있다.Examples of heteroaryl include thienyl, furyl, pyrrolyl, imidazolyl, pyrazolyl, thiazolyl, isothiazolyl, 1,2,3-oxadiazolyl, 1,2,4-oxadiazolyl, , 5-oxadiazolyl, 1,3,4-oxadiazolyl group, 1,2,3-thiadiazolyl, 1,2,4-thiadiazolyl, 1,2,5-thiadiazolyl, Thiadiazolyl, isothiazol-3-yl, isothiazol-4-yl, isothiazol-5-yl, oxazol- Yl, isoxazol-3-yl, 1,2,4-triazol-5-yl, Yl, pyridyl-2-yl, pyridyl-3-yl, pyrazin-2-yl , Pyrazin-4-yl, pyrazin-5-yl, pyrimidin-2-yl, pyrimidin-4-yl or pyrimidin-5-yl.

용어 “헤테로아릴”은 헤테로방향족 고리가 하나 이상의 아릴, 지환족(cyclyaliphatic), 또는 헤테로사이클에 융합된 경우를 포함한다. The term &quot; heteroaryl &quot; includes those where the heteroaromatic ring is fused to one or more aryl, cycloaliphatic, or heterocycle.

화학식에서 사용되는 “탄소고리”기는 포화 또는 부분적으로 불포화된 비방향족(non-aromatic) 모노사이클릭, 바이사이클릭 또는 트리사이클릭 탄화수소기를 말한다.The &quot; carbon ring &quot; group used in the formula refers to a saturated or partially unsaturated non-aromatic monocyclic, bicyclic or tricyclic hydrocarbon group.

모노사이클릭 탄화수소의 예로서, 사이클로펜틸, 사이클로펜테닐, 사이클로헥실, 사이클로헥세닐 등이 있다. 바이사이클릭 탄화수소의 예로서, bornyl, decahydronaphthyl, bicyclo[2.1.1]hexyl, bicyclo[2.2.1]heptyl, bicyclo[2.2.1]heptenyl, 또는 bicyclo[2.2.2]octyl이 있다. 그리고 트리사이클릭 탄화수소의 예로서, 아다만틸(adamantyl) 등이 있다. Examples of monocyclic hydrocarbons include cyclopentyl, cyclopentenyl, cyclohexyl, cyclohexenyl, and the like. Examples of bicyclic hydrocarbons are bornyl, decahydronaphthyl, bicyclo [2.1.1] hexyl, bicyclo [2.2.1] heptyl, bicyclo [2.2.1] heptenyl, or bicyclo [2.2.2] octyl. Examples of tricyclic hydrocarbons include adamantyl and the like.

“헤테로고리”는 적어도 하나의 헤테로원자를 포함하는 고리로서 5 내지 20개, 예를 들어 5 내지 10개의 탄소 원자를 함유할 수 있다. 여기에서 헤테로원자로는 황, 질소, 산소 및 붕소 중에서 선택된 하나이다.  &Quot; Heterocycle &quot; is a ring containing at least one heteroatom and may contain 5 to 20, such as 5 to 10, carbon atoms. Wherein the heteroatom is one selected from sulfur, nitrogen, oxygen and boron.

예를 들어, 용어 "치환된 C1-C30 알킬"은 C6-C30 아릴기로 치환된 C1-C30 알킬기를 나타내며, 치환된 알킬기에서 탄소 총수(total number of carbon atoms)는 C7-C60이다.For example, the term "substituted C1-C30 alkyl" refers to a C1-C30 alkyl group substituted with a C6-C30 aryl group and the total number of carbon atoms in the substituted alkyl group is C7-C60.

알콕시, 아릴옥시, 헤테로아릴옥시는 각각 본 명세서에서 산소 원자에 결합된 알킬, 아릴 및 헤테로아릴을 의미한다.Alkoxy, aryloxy, heteroaryloxy means alkyl, aryl and heteroaryl, respectively, attached to an oxygen atom herein.

이하의 실시예 및 비교예를 통하여 더욱 상세하게 설명된다. 단, 실시예는 예시하기 위한 것으로서 이들만으로 한정되는 것이 아니다.Will be explained in more detail through the following examples and comparative examples. However, the embodiments are for illustrative purposes only and are not intended to be limiting.

실시예Example 1: 리튬금속전지의 제조 1: Manufacture of Lithium Metal Battery

폴리스티렌-b-폴리이소프렌-b-폴리스티렌 블록 공중합체(available from Polymer Source) 를 무수 테트라하이드로퓨란에 부가하여 5 중량%의 블록 공중합체 함유 혼합물을 얻었다. 상기 블록 공중합체에서 폴리스티렌 블록, 폴리이소프렌 블록 및 폴리스티렌 블록의 혼합 중량비는 약 11:78:11 중량비였고, 블록 공중합체의 중량평균분자량은 약 100,000 Daltons이었다. A polystyrene-b-polyisoprene-b-polystyrene block copolymer (available from Polymer Source) was added to anhydrous tetrahydrofuran to obtain a mixture containing 5% by weight of a block copolymer. The weight ratio of polystyrene block, polyisoprene block and polystyrene block in the block copolymer was about 11:78:11 by weight, and the weight average molecular weight of the block copolymer was about 100,000 Daltons.

상기 블록 공중합체 함유 혼합물에 Li3N 5중량%, CsTFSI 5 중량%, Al2O3(평균입경: 약 10nm) 200 중량%를 부가하여 보호막 형성용 조성물을 얻었다. 여기에서 Li3N의 함량은 상기 블록 공중합체 100 중량부를 기준으로 하여 약 5중량부였고, CsTFSI의 함량은 블록 공중합체 100 중량부를 기준으로 하여 약 5 중량부였다. 5% by weight of Li 3 N, 5% by weight of CsTFSI and 200% by weight of Al 2 O 3 (average particle diameter: about 10 nm) were added to the block copolymer-containing mixture to obtain a composition for forming a protective film. Here, the content of Li3N was about 5 parts by weight based on 100 parts by weight of the block copolymer, and the content of CsTFSI was about 5 parts by weight based on 100 parts by weight of the block copolymer.

상기 보호막 형성용 조성물을 리튬 금속 박막(두께: 약 20㎛) 상부에 닥터 블레이드로 약 3㎛의 두께로 코팅하였다. 상기 코팅된 결과물을 약 25℃에서 건조하여 리튬 금속 음극 상에 보호막(두께: 약 3㎛)이 형성된 리튬 금속 음극을 제조하였다.The composition for forming a protective film was coated on the top of a lithium metal thin film (thickness: about 20 mu m) with a doctor blade to a thickness of about 3 mu m. The coated product was dried at about 25 캜 to prepare a lithium metal anode having a protective film (thickness: about 3 탆) formed on the lithium metal cathode.

이와 별도로 LiCoO2, 도전제(Super-P; Timcal Ltd.), 폴리비닐리덴 플루오라이드(polyvinylidene fluoride: PVdF) 및 N-메틸피롤리돈을 혼합하여 양극 조성물을 얻었다. 양극 조성물에서 LiCoO2, 도전제 및 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF)의 혼합 중량비는 97:1.5:1.5이었다.Separately, a positive electrode composition was obtained by mixing LiCoO 2 , Super-P (Timcal Ltd.), polyvinylidene fluoride (PVdF) and N-methylpyrrolidone. In the positive electrode composition, the mixing weight ratio of LiCoO 2 , the conductive agent, and polyvinylidene fluoride (PVDF) was 97: 1.5: 1.5.

상기 양극 조성물을 알루미늄 호일(두께: 약 15㎛) 상부에 코팅하고 25℃에서 건조한 다음, 건조된 결과물을 진공, 약 110℃에서 건조시켜 양극을 제조하였다. 양극의 단위면적당 방전용량은 약 3.5mAh/cm2이었다. The above cathode composition was coated on an aluminum foil (thickness: about 15 탆), dried at 25 캜, and dried, and dried at about 110 캜 under vacuum to prepare a cathode. The discharge capacity per unit area of the anode was about 3.5 mAh / cm 2 .

상기 과정에 따라 얻은 양극과 리튬 금속 음극(두께: 약 20㎛) 사이에 폴리에틸렌 세퍼레이터(기공도: 약 48%)를 개재하여 리튬금속전지(코인셀)를 제조하였다. 여기에서 상기 양극과 리튬 금속 음극 사이에는 액체 전해질을 부가하였다. 액체 전해질로는 2:8: 부피비의 1.2-디메톡시에탄(DME) 및 1,1,2,2-테트라플루오로에틸 2,2,3,3-테트라플루오로프로필 에테르(1,1,2,2-tetrafluoroethyl 2,2,3,3-tetrafluoropropyl ether: TTE)의 혼합 용매에 1.0M LiN(SO2F)2(이하, LiFSI)가 용해된 전해액을 이용하였다.A lithium metal battery (coin cell) was produced through a polyethylene separator (porosity: about 48%) between the positive electrode obtained by the above procedure and a lithium metal negative electrode (thickness: about 20 μm). Here, a liquid electrolyte was added between the positive electrode and the lithium metal negative electrode. As the liquid electrolyte, 1,2-dimethoxyethane (DME) in a 2: 8: volume ratio and 1,1,2,2-tetrafluoroethyl 2,2,3,3-tetrafluoropropyl ether (1,1,2 , 2-tetrafluoroethyl 2,2,3,3-tetrafluoropropyl ether (TTE)) was used as the electrolytic solution in which 1.0 M LiN (SO 2 F) 2 (hereinafter referred to as LiFSI) was dissolved.

실시예Example 2: 리튬금속전지의 제조 2: Manufacture of lithium metal battery

보호막 형성용 조성물 제조시 Li3N 대신 LiNO3를 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법에 따라 실시하여 리튬금속전지를 제조하였다.A lithium metal battery was produced in the same manner as in Example 1 except that LiNO 3 was used instead of Li 3 N in the preparation of the protective film forming composition.

실시예Example 3: 리튬금속전지의 제조 3: Manufacture of lithium metal battery

보호막 형성용 조성물 제조시 Li3N 및 CsTFSI의 함량이 각각 블록 공중합체 100 중량부를 기준으로 하여 0.05 중량부 및 0.05 중량부인 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법에 따라 실시하여 리튬금속전지를 제조하였다.The procedure of Example 1 was repeated except that the content of Li 3 N and CsTFSI was 0.05 part by weight and 0.05 part by weight based on 100 parts by weight of the block copolymer, respectively, to prepare a lithium metal battery .

실시예Example 4: 리튬금속전지의 제조 4: Manufacture of lithium metal battery

보호막 형성용 조성물 제조시 Li3N 및 CsTFSI의 함량이 각각 블록 공중합체 100 중량부를 기준으로 하여 50 중량부 및 50 중량부인 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법에 따라 실시하여 리튬금속전지를 제조하였다.Except that the content of Li 3 N and CsTFSI was 50 parts by weight and 50 parts by weight, respectively, based on 100 parts by weight of the block copolymer in the preparation of the protective film forming composition, .

실시예Example 5: 리튬금속전지의 제조 5: Manufacture of lithium metal battery

보호막 형성용 조성물 제조시 LiNO3 및 CsTFSI의 함량이 각각 블록 공중합체 100 중량부를 기준으로 하여 0.05 중량부 및 0.05 중량부인 것을 제외하고는, 실시예 2와 동일한 방법에 따라 실시하여 리튬금속전지를 제조하였다.Except that the contents of LiNO 3 and CsTFSI were 0.05 part by weight and 0.05 part by weight based on 100 parts by weight of the block copolymer, respectively, in the preparation of the composition for forming a protective film, Respectively.

실시예Example 6: 리튬금속전지의 제조 6: Manufacture of lithium metal battery

보호막 형성용 조성물 제조시 LiNO3 및 CsTFSI의 함량이 각각 블록 공중합체 100 중량부를 기준으로 하여 50 중량부 및 50 중량부인 것을 제외하고는, 실시예 와 동일한 방법에 따라 실시하여 리튬금속전지를 제조하였다.A lithium metal battery was prepared in the same manner as in Example 1 except that the amounts of LiNO 3 and CsTFSI were 50 parts by weight and 50 parts by weight, respectively, based on 100 parts by weight of the block copolymer .

실시예Example 7: 리튬금속전지의 제조 7: Manufacture of lithium metal battery

보호막 형성용 조성물 제조시 CsTFSI의 함량을 증가하여 Li3N와 CsTFSI의 혼합중량비를 1:2로 변경한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법에 따라 실시하여 리튬금속전지를 제조하였다.A lithium metal battery was prepared in the same manner as in Example 1, except that the content of CsTFSI was increased in the preparation of the protective film forming composition to change the mixing weight ratio of Li 3 N and CsTFSI to 1: 2.

실시예Example 8: 리튬금속전지의 제조 8: Manufacture of Lithium Metal Battery

보호막 형성용 조성물 제조시 LiNO3와 CsTFSI의 혼합중량비를 1:2로 변경한 것을 제외하고는, 실시예 2와 동일한 방법에 따라 실시하여 리튬금속전지를 제조하였다.A lithium metal battery was produced in the same manner as in Example 2, except that the mixing weight ratio of LiNO 3 and CsTFSI was changed to 1: 2 in the preparation of the protective film forming composition.

실시예Example 9-10: 리튬금속전지의 제조 9-10: Manufacture of Lithium Metal Battery

보호막 형성용 조성물 제조시 Li3N 대신 에틸 나이트레이트(ethyl nitrate) 및 니트로메탄을 각각 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법에 따라 실시하여 리튬금속전지를 제조하였다.A lithium metal battery was produced in the same manner as in Example 1 except that ethyl nitrate and nitromethane were used instead of Li 3 N in the preparation of the protective film forming composition.

실시예Example 11: 리튬금속전지의 제조 11: Manufacture of lithium metal battery

보호막 형성용 조성물 제조시 Li3N를 부가하지 않은 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일하게 실시하여 리튬금속전지를 제조하였다.A lithium metal battery was produced in the same manner as in Example 1, except that Li 3 N was not added in the preparation of the protective film forming composition.

실시예Example 12: 리튬금속전지의 제조 12: Manufacture of lithium metal battery

보호막 형성용 조성물 제조시 CsTFSI 를 부가하지 않고 Li3N 대신 LiNO3를 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일하게 실시하여 리튬금속전지를 제조하였다.A lithium metal battery was produced in the same manner as in Example 1, except that CsTFSI was not added and LiNO 3 was used instead of Li 3 N in the preparation of the protective film forming composition.

실시예Example 13: 리튬금속전지의 제조 13: Manufacture of lithium metal battery

보호막 형성용 조성물 제조시 폴리스티렌-b-폴리이소프렌-b-폴리스티렌 블록 공중합체 대신 폴리비닐알콜을 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법에 따라 실시하여 리튬금속전지를 제조하였다.A lithium metal battery was produced in the same manner as in Example 1, except that polyvinyl alcohol was used in place of the polystyrene-b-polyisoprene-b-polystyrene block copolymer in the preparation of the protective film forming composition.

실시예Example 14: 리튬금속전지의 제조 14: Manufacture of lithium metal battery

보호막 형성용 조성물 제조시 Al2O3 대신 SiO2를 사용한 것을 제외하고는, 실시예 2와 동일한 방법에 따라 실시하여 리튬금속전지를 제조하였다.A lithium metal battery was produced in the same manner as in Example 2, except that SiO 2 was used instead of Al 2 O 3 in the preparation of the protective film forming composition.

실시예Example 15: 리튬금속전지의 제조 15: Manufacture of lithium metal battery

보호막 형성용 조성물 제조시 Li3N 대신 피리딘 N-옥사이드를 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법에 따라 실시하여 리튬금속전지를 제조하였다.A lithium metal battery was produced in the same manner as in Example 1, except that pyridine N-oxide was used instead of Li 3 N in the preparation of the protective film forming composition.

실시예Example 16: 리튬금속전지의 제조 16: Manufacture of lithium metal battery

보호막 형성용 조성물 제조시 CsTFSI 대신 NaTFSI를 사용한 것을 제외하고는, 실시예 2와 동일한 방법에 따라 실시하여 리튬금속전지를 제조하였다.A lithium metal battery was produced in the same manner as in Example 2, except that NaTFSI was used instead of CsTFSI in the preparation of the protective film forming composition.

실시예Example 17: 리튬금속전지의 제조 17: Manufacture of lithium metal battery

보호막 형성용 조성물 제조시 CsTFSI 대신 Mg(TFSI)2를 사용한 것을 제외하고는, 실시예 2와 동일한 방법에 따라 실시하여 리튬금속전지를 제조하였다.A lithium metal battery was produced in the same manner as in Example 2 except that Mg (TFSI) 2 was used instead of CsTFSI in the preparation of the protective film forming composition.

비교예Comparative Example 1: 리튬금속전지의 제조  1: Manufacture of Lithium Metal Battery

LiCoO2, 도전제(Super-P; Timcal Ltd.), 폴리비닐리덴 플루오라이드(polyvinylidene fluoride: PVdF) 및 N-메틸피롤리돈을 혼합하여 양극 조성물을 얻었다. 양극 조성물에서 LiCoO2, 도전제 및 PVDF의 혼합중량비는 97:1.5:1.5이었다.LiCoO 2 , Super-P (Timcal Ltd.), polyvinylidene fluoride (PVdF) and N-methyl pyrrolidone were mixed to obtain a positive electrode composition. The mixing ratio by weight of LiCoO 2 , the conductive agent and PVDF in the positive electrode composition was 97: 1.5: 1.5.

상기 양극 조성물을 알루미늄 호일(두께: 약 15㎛) 상부에 코팅하고 25℃에서 건조한 다음, 건조된 결과물을 진공, 약 110℃에서 건조시켜 양극을 제조하였다.The above cathode composition was coated on an aluminum foil (thickness: about 15 탆), dried at 25 캜, and dried, and dried at about 110 캜 under vacuum to prepare a cathode.

상기 과정에 따라 얻은 양극과 리튬 금속 박막(두께: 약 20㎛) 사이에 세퍼레이터로서 폴리프로필렌 세퍼레이터(두께: 12㎛, 기공도: 48%)을 사용하고, 액체 전해질로 사용하여 리튬금속전지를 제조하였다. 액체 전해질로는 2:8 부피비의 1.2-디메톡시에탄(DME) 및 1,1,2,2-테트라플루오로에틸 2,2,3,3-테트라플루오로프로필 에테르(TTE)의 혼합용매에 1M LiFSI가 용해된 것을 사용하였다. Using a polypropylene separator (thickness: 12 mu m, porosity: 48%) as a separator as a separator between the positive electrode and the lithium metal thin film (thickness: about 20 mu m) Respectively. As the liquid electrolyte, a mixed solvent of 1,2-dimethoxyethane (DME) and 1,1,2,2-tetrafluoroethyl 2,2,3,3-tetrafluoropropyl ether (TTE) in a volume ratio of 2: 8 1M LiFSI dissolved therein was used.

비교예Comparative Example 2: 리튬금속전지의 제조 2: Manufacture of lithium metal battery

폴리에틸렌옥사이드 20mol과 리튬 비스트리플루오로메틸술포닐이미드(LiTFSI) 1mol, CsTFSI 1mol을 혼합하여 고분자 전해질(두께: 200㎛)을 제조하였다.20 mol of polyethylene oxide, 1 mol of lithium bistrifluoromethylsulfonylimide (LiTFSI) and 1 mol of CsTFSI were mixed to prepare a polymer electrolyte (thickness: 200 m).

상기 고분자 전해질을 리튬 금속 박막(두께: 약 20㎛) 상부에 적층하여 리튬 금속 음극을 제조하였다.The polymer electrolyte was laminated on a lithium metal thin film (thickness: about 20 mu m) to prepare a lithium metal negative electrode.

이와 별도로 LiCoO2, 도전제(Super-P; Timcal Ltd.), 폴리비닐리덴 플루오라이드(polyvinylidene fluoride: PVdF) 및 N-메틸피롤리돈을 혼합하여 양극 조성물을 얻었다. 양극 조성물에서 LiCoO2, 도전제 및 PVDF의 혼합 중량비는 97:1.5:1.5이었다.Separately, a positive electrode composition was obtained by mixing LiCoO 2 , Super-P (Timcal Ltd.), polyvinylidene fluoride (PVdF) and N-methylpyrrolidone. The mixing ratio by weight of LiCoO 2 , the conductive agent and PVDF in the positive electrode composition was 97: 1.5: 1.5.

상기 양극 조성물을 알루미늄 호일(두께: 약 15㎛) 상부에 코팅하고 25℃에서 건조한 다음, 건조된 결과물을 진공, 약 110℃에서 건조시켜 양극을 제조하였다.The above cathode composition was coated on an aluminum foil (thickness: about 15 탆), dried at 25 캜, and dried, and dried at about 110 캜 under vacuum to prepare a cathode.

상기 과정에 따라 얻은 양극과 리튬 금속 음극 사이에 폴리에틸렌/폴리프로필렌 세퍼레이터를 개재하여 리튬금속전지(코인셀)를 제조하였다. 여기에서 상기 양극과 리튬 금속 음극 사이에는 액체 전해질을 부가하였다. 액체 전해질로는 2:8 부피비의 1,2-디메톡시에탄(DME) 및 1,1,2,2-테트라플루오로에틸 2,2,3,3-테트라플루오로프로필 에테르(TTE)의 혼합 용매에 1M LiFSI가 용해된 전해액을 이용하였다.A lithium metal battery (coin cell) was produced through a polyethylene / polypropylene separator between the positive electrode and the lithium metal negative electrode obtained in accordance with the above procedure. Here, a liquid electrolyte was added between the positive electrode and the lithium metal negative electrode. As the liquid electrolyte, a mixture of 1,2-dimethoxyethane (DME) and 1,1,2,2-tetrafluoroethyl 2,2,3,3-tetrafluoropropyl ether (TTE) in a 2: 8 volume ratio An electrolytic solution in which 1 M LiFSI was dissolved in a solvent was used.

상기 비교예 2에 따라 제조된 리튬금속전지에 대하여 충방전 과정을 실시하면 리튬 덴드라이트의 형성을 억제하는 효과가 미미하여 보호막과 리튬 금속 음극 표면 사이의 계면저항이 증가되었다. 그리고 리튬 이온 이동도가 매우 작아서 평가예 조건에서 셀용량이 구현되지 않았다.When the lithium metal battery prepared in Comparative Example 2 was charged and discharged, the effect of suppressing the formation of lithium dendrite was insignificant, and the interface resistance between the protective film and the lithium metal cathode surface was increased. And the lithium ion mobility was so small that the cell capacity was not realized under the evaluation example conditions.

비교예Comparative Example 3: 리튬금속전지의 제조 3: Manufacture of lithium metal battery

액체 전해질에 Li3N 및 CsTFSI를 부가하고 액체 전해질로서 2:6:2 부피비의 에틸렌 카보네이트, 디에틸카보네이트 및 플루오로에틸렌카보네이트의 혼합 용매에 1.3M LiPF6가 용해된 리튬염을 부가하여 얻은 전해액을 사용한 것을 제외하고는, 비교예 1과 동일한 방법에 따라 실시하여 리튬금속전지를 제조하였다. 여기에서 Li3N 및 CsTFSI의 함량은 각각 액체 전해질 총중량 100 중량부를 기준으로 하여 약 5 중량부였다.An electrolyte solution obtained by adding Li 3 N and CsTFSI to a liquid electrolyte and adding a lithium salt in which a 1.3 M LiPF 6 solution was dissolved in a mixed solvent of ethylene carbonate, diethyl carbonate and fluoroethylene carbonate in a 2: 6: 2 volume ratio as a liquid electrolyte , A lithium metal battery was produced in the same manner as in Comparative Example 1. &lt; tb &gt;&lt; TABLE &gt; Here, the content of Li 3 N and CsTFSI was about 5 parts by weight based on 100 parts by weight of the total weight of the liquid electrolyte.

비교예 3에 따라 액체 전해질에 Li3N 및 CsTFSI를 부가하면 Li3N 및 CsTFSI이 액체 전해질의 카보네이트계 유기용매에 대한 잘 용해되지 않았다. 그 결과 비교예 3에 따라 제조된 리튬금속전지는 초기충전조차 제대로 이루어지지 않아서 수명그래프를 얻는 것이 불가능하였다. When Li 3 N and CsTFSI were added to the liquid electrolyte according to Comparative Example 3, Li 3 N and CsTFSI were not dissolved well in the carbonate-based organic solvent of the liquid electrolyte. As a result, the lithium metal battery prepared in accordance with Comparative Example 3 was not even properly initialized and it was impossible to obtain a life graph.

비교예Comparative Example 4: 리튬금속전지의 제조 4: Manufacture of lithium metal battery

폴리스티렌-b-폴리이소프렌-b-폴리스티렌 블록 공중합체(available from Polymer Source)를 무수 테트라하이드로퓨란에 부가하여 5 중량%의 블록 공중합체 함유 혼합물을 얻었다. 상기 블록 공중합체에서 폴리스티렌 블록, 폴리이소프렌 블록 및 폴리스티렌 블록의 혼합 중량비는 약 11:78:11 중량비였고, 블록 공중합체의 중량평균분자량은 약 100,000 Daltons이었다. A polystyrene-b-polyisoprene-b-polystyrene block copolymer (available from Polymer Source) was added to anhydrous tetrahydrofuran to obtain a mixture containing 5% by weight of a block copolymer. The weight ratio of polystyrene block, polyisoprene block and polystyrene block in the block copolymer was about 11:78:11 by weight, and the weight average molecular weight of the block copolymer was about 100,000 Daltons.

상기 블록 공중합체 함유 혼합물에 Al2O3(평균입경: 약 10nm) 200 중량%를 부가하여 리튬 금속 박막(두께: 약 20㎛) 상부에 닥터 블레이드로 코팅하고, 약 25℃에서 건조시켜 리튬 금속 박막 상에 보호막(두께: 약 3㎛)이 형성된 리튬 금속 음극을 제조하였다.200 parts by weight of Al 2 O 3 (average particle diameter: about 10 nm) was added to the block copolymer-containing mixture to coat the top of the lithium metal thin film (thickness: about 20 μm) with a doctor blade and dried at about 25 ° C., A lithium metal anode having a protective film (thickness: about 3 m) formed on the thin film was prepared.

이와 별도로 LiCoO2, 도전제(Super-P; Timcal Ltd.), 폴리비닐리덴 플루오라이드(polyvinylidene fluoride: PVdF) 및 N-메틸피롤리돈을 혼합하여 양극 조성물을 얻었다. 양극 조성물에서 LiCoO2, 도전제 및 PVDF의 혼합 중량비는 97:1.5:1.5이었다. 상기 양극 조성물을 알루미늄 호일(두께: 약 15㎛) 상부에 코팅하고 25℃에서 건조한 다음, 건조된 결과물을 진공, 약 110℃에서 건조시켜 양극을 제조하였다. 양극의 단위면적당 방전용량은 약 3.5mAh/cm2이었다. Separately, a positive electrode composition was obtained by mixing LiCoO 2 , Super-P (Timcal Ltd.), polyvinylidene fluoride (PVdF) and N-methylpyrrolidone. The mixing ratio by weight of LiCoO 2 , the conductive agent and PVDF in the positive electrode composition was 97: 1.5: 1.5. The above cathode composition was coated on an aluminum foil (thickness: about 15 탆), dried at 25 캜, and dried, and dried at about 110 캜 under vacuum to prepare a cathode. The discharge capacity per unit area of the anode was about 3.5 mAh / cm 2 .

상기 과정에 따라 얻은 양극과 리튬 금속 음극 사이에 폴리에틸렌 분리막(두께: 12um, 기공도: 48%)을 개재하여 리튬금속전지를 제조하였다. 여기에서 상기 양극과 음극 사이에는 액체 전해질을 부가하였다. 액체 전해질로는 2:8 부피비의 1.2-디메톡시에탄(DME) 및 1,1,2,2-테트라플루오로에틸 2,2,3,3-테트라플루오로프로필 에테르(TTE)의 혼합 용매에 1M LiFSI가 용해된 전해액을 이용하였다.A lithium metal battery was prepared through a polyethylene separator (thickness: 12 μm, porosity: 48%) between the anode and the lithium metal cathode obtained in the above procedure. Here, a liquid electrolyte was added between the positive electrode and the negative electrode. As the liquid electrolyte, a mixed solvent of 1,2-dimethoxyethane (DME) and 1,1,2,2-tetrafluoroethyl 2,2,3,3-tetrafluoropropyl ether (TTE) in a volume ratio of 2: 8 An electrolyte solution in which 1 M LiFSI was dissolved was used.

평가예Evaluation example 1: 주사전자현미경 1: Scanning electron microscope

실시예 2 및 비교예 1에 따라 제조된 리튬금속전지에 대하여 25℃에서 0.1C rate의 전류로 전압이 4.40 Volts (V)(vs. Li)에 이를 때까지 정전류 충전을 실시한 후 리튬 금속 음극 표면의 상태를 주사전자현미경(SEM)을 이용하여 분석하였다. The lithium metal battery prepared in Example 2 and Comparative Example 1 was subjected to constant current charging until the voltage reached a voltage of 4.40 Volts (V) (vs. Li) at a current of 0.1 C rate at 25 DEG C, Were analyzed using a scanning electron microscope (SEM).

상술한 주사전자현미경 분석 결과를 도 3a 및 도 3b에 나타내었다. 도 3a는 실시예 2에 따라 제조된 리튬금속전지에서 리튬 금속 음극 표면을 나타낸 것이고, 도 3b는 비교예 1에 따라 제조된 리튬금속전지에서 리튬 금속 음극 표면을 나타낸 것이다. The results of the above-described scanning electron microscopic analysis are shown in FIGS. 3A and 3B. FIG. 3A shows a lithium metal anode surface in a lithium metal battery manufactured according to Example 2, and FIG. 3B shows a lithium metal anode surface in a lithium metal battery manufactured according to Comparative Example 1. FIG.

이를 참조하면, 실시예 2에 따라 제조된 리튬금속전지는 비교예 1의 리튬금속전지와 비교하여 리튬 금속 표면에서 리튬 덴드라이트 형성이 감소된 것을 확인할 수 있었다.As a result, it can be seen that the lithium metal battery produced according to Example 2 has a reduced lithium dendrite formation on the surface of the lithium metal as compared with the lithium metal battery of Comparative Example 1. [

또한 상기 실시예 2 및 비교예 1에 따라 제조된 리튬금속전지에 대하여 25℃에서 0.1C rate(0.38mA/cm2)의 전류로 전압이 4.40V(vs. Li)에 이를 때까지 정전류 충전을 실시한 후 이어서 정전압 모드에서 4.40V를 유지하면서 0.05C rate의 전류에서 컷오프(cut-off)하였다. 1회 충전을 실시한 후 리튬 금속 음극 표면의 단면 상태를 SEM을 이용하여 분석을 실시하였다.The lithium metal battery prepared in Example 2 and Comparative Example 1 was subjected to constant current charging at a current of 0.1 C rate (0.38 mA / cm 2 ) at 25 ° C. until the voltage reached 4.40 V (vs. Li) Followed by a cut-off at a current of 0.05 C rate while maintaining 4.40 V in the constant voltage mode. After one charge, the cross-sectional state of the surface of the lithium metal cathode was analyzed by SEM.

분석 결과를 도 4a 및 도 4b에 나타내었다. 도 4a는 실시예 2에 따라 제조된 리튬금속전지에서 리튬 금속 음극 단면을 나타낸 것이고, 도 4b는 비교예 1에 따라 제조된 리튬금속전지에서 리튬 금속 음극 단면을 나타낸 것이다. The results of the analysis are shown in Figs. 4A and 4B. FIG. 4A is a cross-sectional view of a lithium metal cathode in a lithium metal battery manufactured according to Example 2, and FIG. 4B is a cross-section of a lithium metal cathode in a lithium metal battery manufactured according to Comparative Example 1. FIG.

이를 참조하면, 비교예 1에 따라 제조된 리튬금속전지에서 충전 후 리튬 금속 음극의 두께는 약 58.9㎛인데 반하여, 실시예 2에 따라 제조된 리튬금속전지에서 충전후 리튬 금속 음극의 두께는 약 29.1㎛로 매우 감소하였다. 이와 같이, 실시예 2의 리튬슴속전지가 비교예 1의 리튬금속전지에 비하여 충방전 시 리튬금속전지의 부피변화가 작게 나타났다.In the lithium metal battery manufactured according to Comparative Example 1, the thickness of the lithium metal cathode after charging was about 58.9 μm, whereas the thickness of the lithium metal cathode after charging in the lithium metal battery manufactured according to Example 2 was about 29.1 ㎛. Thus, the volume change of the lithium metal battery in the lithium-polymer battery of Example 2 was smaller than that of the lithium metal battery of Comparative Example 1 during charging and discharging.

평가예Evaluation example 2:  2: 리튬전착밀도Lithium electrodeposition density

실시예 2, 11, 12, 16, 17 및 비교예 1, 4에 따라 제조된 리튬금속전지에 대하여 25℃에서 0.1C rate(0.38mA/cm2)의 전류로 전압이 4.40V(vs. Li)에 이를 때까지 정전류 충전을 실시한 후 이어서 정전압 모드에서 4.40V를 유지하면서 0.05C rate의 전류에서 컷오프(cut-off)하였다. 1회 충전을 실시한 후, 리튬 금속 음극 표면에서의 전착밀도를 조사하였다.Lithium metal batteries prepared in accordance with Examples 2, 11, 12, 16 and 17 and Comparative Examples 1 and 4 were subjected to a voltage of 4.40 V (vs. Li (Li)) at a current of 0.1 C rate (0.38 mA / cm 2 ) ), And then cut off at a current of 0.05 C rate while maintaining 4.40 V in the constant voltage mode. After one charge, the electrodeposited density on the surface of the lithium metal cathode was examined.

상기 전착밀도 평가 결과를 하기 표 1에 나타내었다.The electrodeposited density evaluation results are shown in Table 1 below.

구분division 리튬전착밀도(g/cc)Lithium electrodeposition density (g / cc) 실시예 2Example 2 0.31-0.320.31-0.32 실시예 11Example 11 0.27-0.300.27-0.30 실시예 12Example 12 0.26-0.280.26-0.28 실시예 16Example 16 0.26-0.270.26-0.27 실시예 17Example 17 0.27-0.290.27-0.29 비교예 1Comparative Example 1 0.18-0.190.18-0.19 비교예 4Comparative Example 4 0.24-0.250.24-0.25

표 1을 참조하여, 실시예 2, 11, 12, 16, 17에 따라 제조된 리튬금속전지에서 전착밀도가 비교예 1, 4의 경우에 비하여 증가되었다. 이로부터 실시예 2, 11, 12, 16, 17에 따라 제조된 리튬금속전지가 비교예 1, 4의 경우에 비하여 리튬 덴드라이트 억제기능이 더 우수함을 알 수 있었다.Referring to Table 1, the electrodeposited density of the lithium metal battery produced according to Examples 2, 11, 12, 16, and 17 was increased as compared with the batteries of Comparative Examples 1 and 4. From these results, it was found that the lithium metal batteries produced according to Examples 2, 11, 12, 16, and 17 were superior to lithium manganese dioxide batteries of Comparative Examples 1 and 4 in the lithium dendrite inhibiting function.

평가예Evaluation example 3: 임피던스 측정 3: Impedance measurement

실시예 2에 따라 제조된 리튬금속전지 및 비교예 1에 따라 제조된 리튬금속전지에 대하여 임피던스 분석기(Solartron 1260A Impedance/Gain-Phase Analyzer)를 사용하여 2-프로브(probe)법에 따라 25℃에서 저항을 측정하였다. 진폭 ±10mV, 주파수 범위는 0.1Hz 내지 1MHz 였다.The lithium metal battery prepared according to Example 2 and the lithium metal battery prepared according to Comparative Example 1 were subjected to a 2-probe method using an impedance analyzer (Solartron 1260A Impedance / Gain-Phase Analyzer) The resistance was measured. The amplitude was ± 10 mV, and the frequency range was 0.1 Hz to 1 MHz.

상기 실시예 2 및 비교예 1에 따라 제조된 리튬금속전지의 제조 후 경과시간이 24시간일 때 임피던스 측정 결과에 대한 나이퀴스트 플롯(Nyguist plot)을 도 5에 나타내었다. 도 5에서 전극의 계면저항은 반원의 위치 및 크기로 결정된다. 반원의 좌측 x축 절편과 우측 x축 절편의 차이는 전극에서의 계면저항을 나타낸다. A Nyguist plot of the impedance measurement results when the elapsed time after the manufacture of the lithium metal battery according to Example 2 and Comparative Example 1 was 24 hours is shown in FIG. In Fig. 5, the interface resistance of the electrode is determined by 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 interface resistance at the electrode.

도 5에서 나타난 바와 같이, 실시예 2에 따라 제조된 리튬금속전지는 비교예 1에 따라 제조된 리튬금속전지의 계면저항과 비교하여 계면저항이 약간 감소된 것을 알 수 있었다.As shown in FIG. 5, it was found that the lithium metal battery manufactured according to Example 2 had a slight decrease in the interfacial resistance as compared with the interfacial resistance of the lithium metal battery manufactured according to Comparative Example 1.

평가예Evaluation example 4:  4: 충방전Charging and discharging 특성(방전용량) Characteristics (discharge capacity)

1)실시예 1, 14, 15 및 비교예 1, 41) Examples 1, 14 and 15 and Comparative Examples 1 and 4

실시예 1, 14 및 15에 따라 제조된 리튬금속전지 및 비교예 1, 4에 따라 제조된 리튬금속전지에 따라 제조된 리튬금속전지에 대하여 25℃에서 0.1C rate의 전류로 전압이 4.40V(vs. Li)에 이를 때까지 정전류 충전하고, 이어서 정전압 모드에서 4.40V를 유지하면서 0.05C rate의 전류에서 컷오프(cut-off)하였다. 이어서, 방전시에 전압이 3.0V(vs. Li)에 이를 때까지 0.1C rate의 정전류로 방전하였다(화성단계, 1st 사이클). 이러한 충방전 과정을 2회 더 실시하여 화성 과정을 완료하였다.Lithium metal batteries prepared according to Examples 1, 14 and 15 and lithium metal batteries prepared according to Comparative Examples 1 and 4 were subjected to a voltage of 4.40 V vs. Li), and then cut off at a current of 0.05 C rate while maintaining 4.40 V in constant voltage mode. Then, at the time of discharging, the battery was discharged at a constant current of 0.1 C rate until the voltage reached 3.0 V (vs. Li) (Mars phase, 1 st cycle). The charging and discharging process was performed two more times to complete the conversion process.

상기 화성 단계를 거친 리튬금속전지를 상온(25℃)에서 리튬 금속 대비 4.4 V의 전압 범위에서 0.7C의 정전류로 충전을 실시한 다음, 0.5C로 3.0V의 컷오프 전압(cut-off voltage)에 도달할 때까지 0.5 rate로 정전류 방전을 수행하였다. 상술한 충방전 과정을 실시하여 충방전 과정을 총 100회 반복적으로 실시하였다. 용량 유지율은 하기 식 1로부터 계산된다.The lithium metal cell having undergone the above conversion step was charged at a constant current of 0.7 C at a room temperature (25 캜) to a voltage range of 4.4 V relative to lithium metal, and then reached a cut-off voltage of 3.0 V at 0.5C A constant current discharge was performed at a rate of 0.5. The charging / discharging process was repeated 100 times by performing the charging / discharging process described above. The capacity retention rate is calculated from the following equation (1).

[식 1][Formula 1]

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

실시예 1에 따라 제조된 리튬금속전지, 비교예 1 및 비교예 4에 따라 제조된 리튬금속전지의 충방전 특성 평가 결과는 상기 100회 사이클 반복하는 동안 방전용량 변화는 및 쿠울롱 효율은 각각 도 6 및 7에 나타난 바와 같다. The charge / discharge characteristics of the lithium metal battery manufactured according to Example 1 and the lithium metal battery prepared according to Comparative Example 1 and Comparative Example 4 were evaluated as follows. The discharge capacity change and the Coulomb's efficiency were 6 and 7, respectively.

도 6 및 도 7로부터 실시예 1에 따라 제조된 리튬금속전지는 비교예 1, 비교예 4에 따라 제조된 리튬금속전지에 비하여 용량 유지율이 개선됨을 알 수 있었다. 6 and 7, it was found that the capacity maintenance ratio of the lithium metal battery manufactured according to Example 1 was improved as compared with the lithium metal battery prepared according to Comparative Example 1 and Comparative Example 4. [

또한 실시예 14 및 15에 따라 제조된 리튬금속전지에 대하여 상기 실시예 1에 따라 제조된 리튬금속전지 및 비교예 1, 4에 따라 제조된 리튬금속전지의 용량 유지율과 동일한 방법에 따라 실시하여 용량 유지율을 평가하였다. The lithium metal batteries prepared according to Examples 14 and 15 were subjected to the same procedures as the capacity maintenance ratios of the lithium metal batteries prepared according to Example 1 and the lithium metal batteries prepared according to Comparative Examples 1 and 4, The retention rate was evaluated.

평가 결과, 실시예 14 및 15에 따라 제조된 리튬금속전지는 실시예 1에 따라 제조된 리튬금속전지와 거의 동등한 수준을 나타냈다.As a result of the evaluation, the lithium metal battery prepared in accordance with Examples 14 and 15 exhibited almost the same level as the lithium metal battery prepared according to Example 1. [

평가예Evaluation example 5:  5: 인장탄성율Tensile modulus  And 연신율Elongation

상기 실시예 1에 따라 제조된 보호막 형성용 조성물을 기재상에 캐스팅하고 캐스팅한 결과물에서 테트라히드로퓨란(THF)을 아르곤 글러브 박스 내에서 24시간 동안에 걸쳐 약 25℃에서 서서히 증발시켰고 진공 하에 25℃에서 24시간 동안 건조시켜 막 형태의 보호막을 제조하였다. 이 때 보호막의 두께는 약 50㎛이었다.Tetrahydrofuran (THF) was slowly evaporated in an argon glove box over about 24 hours at about 25 DEG C in the result of casting and casting the composition for forming a protective film made according to Example 1 above at 25 DEG C And dried for 24 hours to prepare a film-like protective film. At this time, the thickness of the protective film was about 50 탆.

상기 보호막에 대하여 인장탄성율(tensile modulus)를 DMA800 (TA Instruments사)를 이용하여 측정하고, 보호막 시편은 ASTM standard D412 (Type V specimens)을 통하여 준비하였다. 인장탄성율은 영률(Young’s modulus)이라고도 부른다.The tensile modulus of the protective film was measured using DMA800 (TA Instruments), and the protective film specimen was prepared through ASTM standard D412 (Type V specimens). The tensile modulus is also called Young's modulus.

상기 보호막을 25 oC, 약 30%의 상대습도에서 분당 5 mm의 속도로 응력에 대한 변형 변화를 측정하였다. 측정 결과는 도 8에 나타내었다. 응력-변형 선도(stress-strain curve)의 기울기로부터 인장탄성율을 얻었고 변형 수치로부터 연신율을 얻었다. The deformation of the protective film against stress was measured at a rate of 5 mm per minute at 25 ° C and a relative humidity of about 30%. The measurement results are shown in Fig. The tensile modulus was obtained from the slope of the stress-strain curve and the elongation was obtained from the strain value.

평가 결과, 실시예 1에 따라 제조된 보호막은 인장탄성율 및 연신율 특성이As a result of the evaluation, the protective film produced according to Example 1 had a tensile modulus and an elongation characteristic

이 우수하다는 것을 알 수 있었다. 따라서 이러한 특성을 갖는 실시예 1에 따라 제조된 보호막을 이용하면 리튬 금속 음극의 부피변화 및 리튬 덴드라이트 성장이 효과적으로 억제될 수 있다.Was superior. Therefore, by using the protective film prepared according to Example 1 having such characteristics, the volume change of the lithium metal anode and the growth of lithium dendrite can be effectively suppressed.

평가예Evaluation example 6:  6: 충방전Charging and discharging 특성( characteristic( 율속Rate 성능) Performance)

1)실시예 2 및 비교예 11) Example 2 and Comparative Example 1

실시예 2 및 비교예 1에서 각각 제조된 리튬금속전지에 대하여 25℃에서 0.1C rate의 전류로 전압이 4.4V(vs. Li)에 이를 때까지 정전류 충전하고, 이어서 정전압 모드에서 4.4V를 유지하면서 0.05C rate의 전류에서 컷오프(cut-off)하였다. 이어서, 방전시에 전압이 3.0V(vs. Li)에 이를 때까지 0.1C rate의 정전류로 방전하였다. 이러한 충방전 과정을 2회 더 실시하여 화성 과정을 완료하였다.The lithium metal batteries prepared in Example 2 and Comparative Example 1 were subjected to constant current charging at a current of 0.1 C rate at 25 DEG C until the voltage reached 4.4 V (vs. Li), and then 4.4 V was maintained in the constant voltage mode And cut off at a current of 0.05 C rate. Then, at the time of discharging, the battery was discharged at a constant current of 0.1 C rate until the voltage reached 3.0 V (vs. Li). The charging and discharging process was performed two more times to complete the conversion process.

이어서, 하기 표 2의 조건에 따라 각각 정전류(A1) 및 정전압(4.4V, 0.05C cut-off) 조건에서 충전시킨 후 10분간 휴지(rest)하였다. 이어서, 하기 표 2의 조건에 따라 정전류(A2) 조건 하에 3.0V가 될 때까지 방전시켰다. 이와 같이 다른 전류 조건에서 충방전을 실시하여 상기 리튬금속전지의 율속 성능(rate capability)을 평가하였다.Subsequently, they were charged under the conditions of the following Table 2 under the conditions of the constant current (A1) and the constant voltage (4.4 V, 0.05 C cut-off), and then rested for 10 minutes. Then, discharge was performed under the condition of the constant current (A2) to 3.0 V according to the conditions of Table 2 below. The rate capability of the lithium metal battery was evaluated by charging and discharging at different current conditions.

조건 1Condition 1 조건 2Condition 2 조건 3Condition 3 조건 4Condition 4 조건 5Condition 5 조건 6Condition 6 전류 A1(C)Current A1 (C) 0.20.2 0.70.7 0.70.7 0.70.7 0.70.7 0.70.7 전류 A2 (C)Current A2 (C) 0.20.2 0.20.2 0.50.5 1.01.0 1.51.5 2.02.0

실시예 2 및 비교예 1에 따라 제조된 리튬금속전지의 율속 성능을 도 9에 나타내었다.The rate-limiting performance of the lithium metal battery produced according to Example 2 and Comparative Example 1 is shown in FIG.

도 9를 참조하여, 실시예 2에 따라 제조된 리튬금속전지는 비교예 1에 따라 제조된 리튬금속전지와 바교하여 율속 성능이 개선된다는 것을 알 수 있었다.  Referring to FIG. 9, it can be seen that the lithium metal battery manufactured in accordance with the second embodiment improves the rate-determining performance by being bridged with the lithium metal battery manufactured according to the first comparative example.

2) 실시예 2, 11, 12, 비교예 1, 비교예 42) Examples 2, 11, 12, Comparative Example 1, Comparative Example 4

실시예 2, 11, 12에 따라 제조된 리튬금속전지 및 비교예 1, 4에 따라 제조The lithium metal batteries prepared according to Examples 2, 11 and 12 and the lithium metal batteries prepared according to Comparative Examples 1 and 4

된 리튬금속전지에 대하여 25℃에서 0.1C rate의 전류로 전압이 4.4V(vs. Li)에 이를 때까지 정전류 충전하고, 이어서 정전압 모드에서 4.4V를 유지하면서 0.05C rate의 전류에서 컷오프(cut-off)하였다. 이어서, 방전시에 전압이 3.0V(vs. Li)에 이를 때까지 0.1C rate의 정전류로 방전하였다. 이러한 충방전 과정을 2회 더 실시하여 화성 과정을 완료하였다. 이어서, 정전류(0.7C) 및 전전압(4.4V, 0.05C cut-off) 조건에서 충전시킨 후 10분간 휴지(rest)하였다. 이어서, 정전류 (0.2C 또는 1.5C) 조건 하에 3.0V가 될 때까지 방전시켰다. 즉, 방전 속도를 각각 0.2C 및 1.5C로 변화시킴에 따라 상기 리튬금속전지의 율속 성능(rate capability)을 평가하였다. 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다. C-rate는 셀의 방전 속도로서, 셀의 총 용량을 총 방전시간으로 나누어 얻어진 값을 의미한다. 하기 표 3에서 율속 성능은 하기 식 2에 의해 계산된다.The lithium metal cell was charged with a constant current until the voltage reached 4.4 V (vs. Li) at a current of 0.1 C rate at 25 ° C, and then cut off at a current of 0.05 C rate while maintaining 4.4 V in the constant voltage mode. -off). Then, at the time of discharging, the battery was discharged at a constant current of 0.1 C rate until the voltage reached 3.0 V (vs. Li). The charging and discharging process was performed two more times to complete the conversion process. Then, the battery was charged at a constant current (0.7 C) and an electric voltage (4.4 V, 0.05 C cut-off), and then rested for 10 minutes. Then, discharge was performed until the voltage reached 3.0 V under a constant current (0.2 C or 1.5 C) condition. That is, the rate capability of the lithium metal battery was evaluated by changing the discharge rates to 0.2C and 1.5C, respectively. The results are shown in Table 2 below. C-rate is the discharge rate of the cell, which is the value obtained by dividing the total capacity of the cell by the total discharge time. In the following Table 3, the rate-limiting performance is calculated by the following equation (2).

[식 2][Formula 2]

율속 성능(%) = [(1.5C에서의 방전용량)/(0.2C에서의 방전용량)]×00Rate performance (%) = [(discharge capacity at 1.5C) / (discharge capacity at 0.2C)] x 00

구분division 율속 성능(%)(1.5C/0.2C)Rate performance (%) (1.5C / 0.2C) 실시예 2Example 2 94.2594.25 실시예 11Example 11 9292 실시예 12Example 12 94.2594.25 비교예 1Comparative Example 1 9191 비교예 4Comparative Example 4 9191

상기 표 3에 나타난 바와 같이, 실시예 2, 11, 12에 따라 제조된 리튬금속전지는 비교예 1 및 비교예 4의 리튬금속전지와 비교하여 율속 성능이 개선됨을 알 수 있었다.As shown in Table 3, the lithium metal batteries prepared according to Examples 2, 11 and 12 showed improved rate-limiting performance as compared with the lithium metal batteries of Comparative Examples 1 and 4.

평가예Evaluation example 7:  7: 리튬 이온 전달Lithium ion transfer 상수 a constant

1)실시예 2, 11, 12, 비교예 1 및 4 1) Examples 2, 11, 12, Comparative Examples 1 and 4

상기 실시예 2, 11, 12에서 사용된 보호막을 리튬 금속 박막 사이에 개재하고 전해질을 부가하여 Li/Li 대칭셀(symmetric cell)을 각각 제조하였다. 상기 전해질로는 액체 전해질로는 2:8 부피비의 1,2-디메톡시에탄DME) 및 1,1,2,2-테트라플루오로에틸 2,2,3,3-테트라플루오로프로필 에테르(TTE)의 혼합 용매에 1.0M LiFSI가 용해된 전해액을 이용하였다.The protective films used in Examples 2, 11, and 12 were sandwiched between the lithium metal thin films and electrolytes were added to prepare Li / Li symmetric cells. As the electrolyte, a liquid electrolyte was prepared by using 1,2-dimethoxyethane DME in a 2: 8 volume ratio) and 1,1,2,2-tetrafluoroethyl 2,2,3,3-tetrafluoropropyl ether (TTE ) Dissolved in 1.0 M LiFSI was used as the electrolytic solution.

상기 대칭셀과 비교를 위하여 비교예 1의 리튬 금속 박막과 비교예 4의 리튬 금속 음극을 각각 이용하고 이를 전해질과 함께 조립하여 대칭셀을 제조하였다. For comparison with the symmetric cell, a lithium metal thin film of Comparative Example 1 and a lithium metal negative electrode of Comparative Example 4 were respectively used and assembled together with an electrolyte to prepare a symmetric cell.

상기 대칭셀을 25℃에서 리튬 이온 전달 상수(lithium ion transference number)(tLi+)를 측정하여 그 결과의 일부를 하기 표 4에 나타내었다.The lithium ion transference number (t Li + ) of the symmetric cell was measured at 25 ° C, and some of the results are shown in Table 4 below.

리튬 이온 전달 상수는 하기 식 2에 의하여 계산될 수 있다. 리튬 이온 전달 상수 계산에 필요한 값들은 리튬 대칭셀에 대한 임피던스 및 인풋 전압에 대하여 시간에 따라 감소하는 전류값(current decay)을 측정하여 사용하였다 (Electrochimica Acta 93 (2013) 254).The lithium ion transfer constant can be calculated by the following equation (2). The values required for calculation of the lithium ion transfer constants were measured by measuring the current decay with respect to the impedance and the input voltage with respect to the lithium symmetric cell (Electrochimica Acta 93 (2013) 254).

[식 3][Formula 3]

Figure pat00011
Figure pat00011

식 3 중, io는 초기 전류, iss는 정류상태(steady state) 전류, R0는 초기 저항, Rss는 정류상태 저항이고, △V는 전압 차이이다.In equation (3), i o is the initial current, iss is the steady state current, R 0 is the initial resistance, R ss is the rectified state resistance, and ΔV is the voltage difference.

구분division 리튬이온전달상수(tLi +)The lithium ion transfer constant (t Li + ) 실시예 2Example 2 0.75-0.800.75-0.80 실시예 11Example 11 0.67-0.700.67-0.70 실시예 12Example 12 0.74-0.760.74-0.76 비교예 1Comparative Example 1 0.56-0.580.56-0.58 비교예 4Comparative Example 4 0.62-0.650.62-0.65

표 4를 참조하여, 실시예 2, 11 및 12의 보호막은 비교예 1 및 4의 경우에 비하여 리튬 이온 전달 상수가 증가된 것으로 보아 리튬 이온 이동율이 향상됨을 알 수 있었다.Referring to Table 4, the protective films of Examples 2, 11, and 12 showed increased lithium ion transfer rate as compared with Comparative Examples 1 and 4, indicating that the lithium ion transfer rate was improved.

평가예Evaluation example 8: 셀 전압 8: Cell voltage

상기 실시예 2에 따라 제조된 보호막을 리튬 금속 박막 사이에 개재하고 전해질을 부가하여 Li/Li 대칭셀(symmetric cell)을 각각 제조하였다. 상기 전해질로는 2:8 부피비의 1,2-디메톡시에탄(DME) 및 1,1,2,2-테트라플루오로에틸 2,2,3,3-테트라플루오로프로필 에테르(TTE)의 혼합 용매에 1.0M LiFSI가 용해된 전해액을 이용하였다.A protective film prepared according to Example 2 was interposed between the lithium metal thin films and an electrolyte was added thereto to prepare a Li / Li symmetric cell. As the electrolyte, a mixture of 1,2-dimethoxyethane (DME) and 1,1,2,2-tetrafluoroethyl 2,2,3,3-tetrafluoropropyl ether (TTE) in a 2: 8 volume ratio An electrolytic solution in which 1.0 M LiFSI was dissolved in a solvent was used.

상기 대칭셀과 비교를 위하여 비교예 1에서 사용된 리튬 금속 박막과 전해질을 조립하여 대칭셀을 제조하였다. For comparison with the above-mentioned symmetric cell, the lithium metal thin film used in Comparative Example 1 and the electrolyte were assembled to prepare a symmetric cell.

상기 각각의 대칭셀에 대하여 리튬-리튬 셀이므로 1C/1C의 정전류로 충방전을 실시하였다. 이 때, 전압범위는 -1 ~ 1 V 이었다.For each of the symmetric cells Since it is a lithium-lithium cell, it was charged and discharged at a constant current of 1 C / 1C. At this time, the voltage range was -1 to 1 V.

상기 대칭셀의 시간에 따른 셀 전압 변화를 조사하여 도 10에 나타내었다.FIG. 10 shows the cell voltage change with time of the symmetric cell.

도 10에 나타난 바와 같이, 실시예 2에 따라 제조된 보호막을 채용한 대칭셀은 비교예 1의 리튬 금속 박막을 이용한 대칭셀과 비교하여 시간 경과에 따른 셀 전압 변화의 감소가 작다는 것을 알 수 있었다. As shown in FIG. 10, it can be seen that the symmetric cell employing the protective film produced according to Example 2 has a smaller decrease in cell voltage change over time than the symmetric cell using the lithium metal thin film of Comparative Example 1 there was.

이상에서는 도면 및 실시예를 참조하여 일구현예가 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 구현예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다. While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the exemplary embodiments or constructions. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations are possible in light of the above teachings will be. Accordingly, the scope of protection of the present invention should be determined by the appended claims.

10, 20: 리튬 금속 음극 11, 21: 보호막
12, 22a: 액체 전해질 22b: 고체 전해질
22: 전해질 13, 23: 양극
10, 20: Lithium metal cathode 11, 21: Protective film
12, 22a: liquid electrolyte 22b: solid electrolyte
22: electrolyte 13, 23: anode

Claims (23)

리튬 금속 음극;
상기 리튬 금속 음극 상부에 배치되며, i)고분자와, ii) 1족 또는 2족 원소를 함유하는 금속염 및 질소 함유 첨가제 중에서 선택된 하나 이상을 포함하는 보호막;
양극; 및
상기 보호막과 양극 사이에 개재된 액체 전해질을 포함하며,
상기 1족 원소 또는 2족 원소를 함유하는 금속염 및 질소 함유 첨가제중에서 선택된 하나 이상은 액체 전해질의 유기용매에 불용성인 리튬금속전지.
Lithium metal cathode;
A protective film disposed on the lithium metal cathode and comprising at least one selected from the group consisting of i) a polymer, ii) a metal salt containing a Group 1 or Group 2 element, and a nitrogen-containing additive;
anode; And
And a liquid electrolyte interposed between the protective film and the anode,
Wherein at least one selected from a metal salt containing a Group 1 element or a Group 2 element and a nitrogen-containing additive is insoluble in an organic solvent of a liquid electrolyte.
제1항에 있어서,
상기 1족 원소 또는 2족 원소를 함유하는 금속염은 Cs, Rb, K, Ba, Sr, Ca, Na, 및 Mg 중에서 선택된 하나 이상을 함유하는 금속염인 리튬금속전지.
The method according to claim 1,
Wherein the metal salt containing the Group 1 element or the Group 2 element is a metal salt containing at least one selected from Cs, Rb, K, Ba, Sr, Ca, Na and Mg.
제1항에 있어서,
상기 1족 원소 또는 2족 원소를 함유하는 금속염은 Cs 비스(트리플루오로메틸술포닐)이미드{CsTFSI: Cs(bis(trifluoromethylsulfonyl)imide)}, CsNO3, CsPF6, Cs 비스(플루오로술포닐)이미드{CsFSI: Cs(bis(fluorosulfonyl)imide)}, CsAsF6, CsClO4, CsBF4, RbTFSI, RbNO3, RbPF6, RbFSI, RbAsF6, RbClO4, RbBF4, KTFSI, KNO3, KPF6, KFSI, KAsF6, KClO4, KBF4, NaTFSI, NaNO3, NaPF6, NaFSI, NaAsF6, NaClO4, NaBF4, Ba(TFSI)2, Ba(NO3)2, Ba(PF6)2, Ba(FSI)2, Ba(AsF6)2, Ba(ClO4)2, Ba(BF4)2, Sr(TFSI)2, Sr(NO3)2, Sr(PF6)2, Sr(FSI)2, Sr(AsF6)2, Sr(ClO4)2, Sr(BF4)2, Ca(TFSI)2, Ca(NO3)2, Ca(PF6)2, Ca(FSI)2, Ca(AsF6)2, Ca(ClO4)2, Ca(BF4)2, Mg(TFSI)2, Mg(NO3)2, Mg(PF6)2, Mg(FSI)2, Mg(AsF6)2, Mg(ClO4)2 및 Mg(BF4)2로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상이고, TFSI는 비스트리플루오로메틸술포닐이미드 를 나타내고, FSI는 비스플루오로술포닐이미드를 나타내는 리튬금속전지.
The method according to claim 1,
The metal salt containing the Group 1 element or the Group 2 element is preferably selected from the group consisting of Cs bis (trifluoromethylsulfonyl) imide (CsTFSI: Cs), CsNO 3 , CsPF 6 , Cs bis sulfonyl) imide {CsFSI: Cs (bis (fluorosulfonyl ) imide)}, CsAsF 6, CsClO 4, CsBF 4, RbTFSI, RbNO 3, RbPF 6, RbFSI, RbAsF 6, RbClO 4, RbBF 4, KTFSI, KNO 3, KPF 6, KFSI, KAsF 6, KClO 4, KBF 4, NaTFSI, NaNO 3, NaPF 6, NaFSI, NaAsF 6, NaClO 4, NaBF 4, Ba (TFSI) 2, Ba (NO 3) 2, Ba (PF 6 ) 2, Ba (FSI) 2 , Ba (AsF 6) 2, Ba (ClO 4) 2, Ba (BF 4) 2, Sr (TFSI) 2, Sr (NO 3) 2, Sr (PF 6) 2, Sr (FSI) 2, Sr ( AsF 6) 2, Sr (ClO 4) 2, Sr (BF 4) 2, Ca (TFSI) 2, Ca (NO 3) 2, Ca (PF 6) 2, Ca (FSI ) 2, Ca (AsF 6) 2, Ca (ClO 4) 2, Ca (BF 4) 2, Mg (TFSI) 2, Mg (NO 3) 2, Mg (PF 6) 2, Mg (FSI) 2, Mg (AsF 6) 2, Mg (ClO 4) 2 and Mg (BF 4) is at least one selected from the group consisting of 2, TFSI is methylsulfonyl represents a mid-bis-trifluoromethyl, FSI is A lithium metal battery showing bisfluorosulfonylimide.
제1항에 있어서,
상기 질소 함유 첨가제는 무기 나이트레이트(inorganic nitrate), 유기 나이트레이트(organic nitrate), 무기 나이트라이트(inorganic nitrite), 유기 나이트라이트(organic nitrite), 유기 니트로 화합물, 유기 니트로소 화합물, N-O 화합물 및 질화리튬(Li3N)으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상인 리튬금속전지.
The method according to claim 1,
The nitrogen-containing additive may be selected from the group consisting of inorganic nitrate, organic nitrate, inorganic nitrite, organic nitrite, organic nitroso compound, organic nitroso compound, NO compound, Lithium (Li 3 N).
제4항에 있어서,
상기 무기 나이트레이트가 리튬 나이트레이트, 포타슘 나이트레이트, 세슘 나이트레이트, 바륨 나이트레이트 및 암모늄 나이트레이트로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상이고,
상기 유기 나이트레이트가 C1 내지 C20 디알킬 이미다졸륨 나이트레이트, 구아니딘 나이트레이트, 에틸 나이트라이트, 프로필 나이트라이트, 부틸 나이트라이트, 펜틸 나이트라이트, 및 옥틸 나이트라이트로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상이고,
유기 나이트라이트는 에틸 나이트라이트, 프로필 나이트라이트, 부틸 나이트라이트, 펜틸 나이트라이트, 및 옥틸 나이트라이트로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상이고,
상기 유기 니트로 화합물은 니트로메탄, 니트로프로판, 니트로부탄, 니트로벤젠, 디니트로벤젠, 니트로톨루엔, 디니트로톨루엔 및 니트로피리딘으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상이고,
상기 N-O 화합물이 피리딘 N-옥사이드, C1 내지 C20 알킬피리딘 N-옥사이드, 및 테트라메틸 피페리딘 N-옥실(TEMPO)로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상 인 리튬금속전지.
5. The method of claim 4,
Wherein the inorganic nitrate is at least one selected from the group consisting of lithium nitrate, potassium nitrate, cesium nitrate, barium nitrate and ammonium nitrate,
Wherein the organic nitrate is at least one selected from the group consisting of C1 to C20 dialkyl imidazolium nitrate, guanidine nitrate, ethyl nitrite, propyl nitrite, butyl nitrite, pentyl nitrite,
The organic nitrite is at least one selected from the group consisting of ethylnitrite, propylnitrite, butylnitrite, pentylnitrite, and octylnitrite,
Wherein the organic nitro compound is at least one selected from the group consisting of nitromethane, nitropropane, nitrobutane, nitrobenzene, dinitrobenzene, nitrotoluene, dinitrotoluene and nitropyridine,
Wherein the NO compound is at least one selected from the group consisting of pyridine N-oxide, C1 to C20 alkylpyridine N-oxide, and tetramethylpiperidine N-oxyl (TEMPO).
제1항에 있어서,
상기 보호막에서 1족 또는 2족 원소를 함유하는 금속염 및 질소 함유 첨가제 중에서 선택된 하나 이상의 함량은 고분자 100 중량부를 기준으로 하여 0.1 내지 100 중량부인 리튬금속전지.
The method according to claim 1,
Wherein the content of at least one selected from a metal salt containing a group I or II element and a nitrogen-containing additive in the protective film is 0.1 to 100 parts by weight based on 100 parts by weight of the polymer.
제1항에 있어서,
상기 보호막이 1족 또는 2족 원소를 함유하는 금속염 및 질소 함유 첨가제를 포함하며, 상기 1족 또는 2족 원소를 함유하는 금속염의 함량은 고분자 100 중량부를 기준으로 하여 0.01 내지 99.99 중량부이고, 상기 질소 함유 첨가제의 함량은 고분자 100 중량부를 기준으로 하여 0.01 내지 99.99 중량부인 리튬금속전지.
The method according to claim 1,
Wherein the protective film comprises a metal salt containing a group I or II element and a nitrogen containing additive and the content of the metal salt containing the group I or II element is 0.01 to 99.99 parts by weight based on 100 parts by weight of the polymer, The content of the nitrogen-containing additive is 0.01 to 99.99 parts by weight based on 100 parts by weight of the polymer.
제1항에 있어서,
상기 보호막이 1족 또는 2족 원소를 함유하는 금속염 및 질소 함유 첨가제를 포함하며, 1족 또는 2족 원소를 함유하는 금속염과 질소 함유 첨가제의 혼합중량비는 1:9 내지 9:1인 리튬금속전지.
The method according to claim 1,
Wherein the protective film comprises a metal salt containing a Group 1 or Group 2 element and a nitrogen containing additive and wherein the mixing weight ratio of the metal salt containing a Group 1 or 2 element to the nitrogen containing additive is 1: 9 to 9: 1, .
제1항에 있어서,
상기 고분자는 호모폴리머, 블록 공중합체, 및 그래프트 공중합체 중에서 선택된 하나 이상의 고분자 또는 그 혼합물인 리튬금속전지.
The method according to claim 1,
Wherein the polymer is at least one polymer selected from a homopolymer, a block copolymer, and a graft copolymer, or a mixture thereof.
제9항에 있어서,
상기 호모폴리머가 폴리비닐알콜, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리메틸아크릴레이트, 폴리에틸메타크릴레이트, 폴리에틸아크릴레이트, 폴리프로필메타크릴레이트, 폴리프로필아크릴레이트, 폴리부틸아크릴레이트, 폴리부틸메타크릴레이트, 폴리펜틸메타크릴레이트, 폴리펜틸아크릴레이트, 폴리시클로헥실메타크릴레이트, 폴리시클로헥실아크릴레이트, 폴리헥실메타크릴레이트, 폴리헥실아크릴레이트, 폴리글리시딜아크릴레이트, 폴리글리시딜메타크릴레이트 및 폴리아크릴로니트릴 중에서 선택된 하나 이상인 리튬금속전지.
10. The method of claim 9,
Wherein the homopolymer is selected from the group consisting of polyvinyl alcohol, polymethyl methacrylate, polymethyl acrylate, polyethyl methacrylate, polyethylacrylate, polypropyl methacrylate, polypropyl acrylate, polybutyl acrylate, polybutyl methacrylate Acrylate, polyglycidyl methacrylate, polyglycidyl methacrylate, polyglycidyl methacrylate, polyglycidyl methacrylate, polyglycidyl methacrylate, polyglycidyl methacrylate, polyglycidyl methacrylate, Lt; RTI ID = 0.0 &gt; and / or &lt; / RTI &gt; polyacrylonitrile.
제1항에 있어서,
상기 고분자는 제1고분자 블록과 제2고분자 블록을 포함하는 블록 공중합체이며,
상기 제1고분자 블록은 폴리스티렌, 수소화된 폴리스티렌, 폴리메타크릴레이트, 폴리(메틸 메타크릴레이트), 폴리비닐피리딘, 폴리비닐사이클로헥산, 폴리이미드, 폴리아미드, 폴리에틸렌, 폴리부틸렌, 폴리프로필렌, 폴리(4-메틸-1-펜텐), 폴리(부틸렌 테레프탈레이트), 폴리(이소부틸 메타크릴레이트), 폴리(에틸렌 테레프탈레이트), 폴리디메틸실록산, 폴리아크릴로니트릴, 폴리말레산, 폴리말레산무수물, 폴리메타크릴산, 폴리(터트부틸비닐에테르), 폴리(사이클로헥실 메타크릴레이트), 폴리(사이클로헥실 비닐 에테르), 폴리비닐리덴플루오라이드, 폴리디비닐벤젠 중에서 선택된 하나 이상이거나 또는 상술한 고분자를 구성하는 반복단위를 2종 이상 포함하는 고분자이고,
상기 제2고분자 블록은 폴리에틸렌옥사이드, 폴리프로필렌옥사이드, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리에틸메타크릴레이트, 폴리디메틸실록산, 폴리아크릴산, 폴리메타크릴산, 폴리메틸아크릴레이트, 폴리에틸아크릴레이트, 폴리2-에틸헥실 아크릴레이트, 폴리부틸 메타크릴레이트, 폴리2-에틸헥실메타크릴레이트, 폴리데실아크릴레이트, 폴리에틸렌비닐아세테이트, 폴리이미드, 폴리아민, 폴리아미드, 폴리(C1-C20 알킬카보네이트), 폴리니트릴, 폴리포스파진(polyphosphazines), 폴리올레핀, 폴리디엔(polydienes), 폴리이소프렌, 폴리부타디엔, 폴리클로로프렌, 폴리이소부틸렌, 폴리우레탄, 폴리에틸렌, 폴리부틸렌 및 폴리프로필렌으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상인 리튬금속전지.
The method according to claim 1,
The polymer is a block copolymer comprising a first polymer block and a second polymer block,
Wherein the first polymer block is selected from the group consisting of polystyrene, hydrogenated polystyrene, polymethacrylate, poly (methyl methacrylate), polyvinylpyridine, polyvinylcyclohexane, polyimide, polyamide, polyethylene, polybutylene, (Ethylene terephthalate), poly (dimethyl terephthalate), polydimethylsiloxane, polyacrylonitrile, polymaleic acid, polymaleic acid (4-methyl-1-pentene), poly (butylene terephthalate) (Cyclohexyl methacrylate), poly (cyclohexyl vinyl ether), polyvinylidene fluoride, and polydivinylbenzene, or may be one or more selected from the group consisting of the aforementioned A polymer comprising two or more kinds of repeating units constituting a polymer,
Wherein the second polymer block is selected from the group consisting of polyethylene oxide, polypropylene oxide, polymethylmethacrylate, polyethylmethacrylate, polydimethylsiloxane, polyacrylic acid, polymethacrylic acid, polymethylacrylate, (C1-C20 alkyl carbonate), polynitrile, poly (meth) acrylate, polyoxyethylene (meth) acrylate, A lithium metal battery comprising at least one selected from the group consisting of polyphosphazines, polyolefins, polydienes, polyisoprenes, polybutadienes, polychloroprenes, polyisobutylenes, polyurethanes, polyethylenes, polybutylenes and polypropylenes.
제1항에 있어서,
상기 리튬 금속 음극과 보호막 사이에 이온 전도성 피막이 더 포함되는 리튬금속전지.
The method according to claim 1,
Wherein the lithium metal cathode further comprises an ion conductive film between the lithium metal cathode and the protective film.
제1항에 있어서,
상기 보호막에서 1족 또는 2족 원소를 함유하는 금속염과 질소 함유 첨가제
중에서 선택된 하나 이상의 함량은 액체 전해질에서 리튬 금속 음극에 인접된 영역으로 갈수록 증가하는 리튬금속전지.
The method according to claim 1,
In the protective film, a metal salt containing a Group 1 or Group 2 element and a nitrogen-
Is increased from the liquid electrolyte to a region adjacent to the lithium metal cathode.
제1항에 있어서,
상기 보호막이 무기 입자, 이온성 액체, 고분자 이온성 액체 및 올리고머 중에서 선택된 하나 이상을 더 포함하는 리튬금속전지.
The method according to claim 1,
Wherein the protective film further comprises at least one selected from inorganic particles, an ionic liquid, a polymeric ionic liquid, and an oligomer.
제14항에 있어서,
상기 무기입자는 SiO2, TiO2, ZnO, Al2O3, BaTiO3, 케이지 구조의 실세스퀴옥산 및 금속-유기 골격 구조체(Metal-Orgainc Framework: MOF)로부터 선택된 하나 이상인 리튬금속전지.
15. The method of claim 14,
Wherein the inorganic particles are at least one selected from SiO 2 , TiO 2 , ZnO, Al 2 O 3 , BaTiO 3 , silsesquioxane having a cage structure, and a metal-organic framework (MOF).
제14항에 있어서,
상기 무기입자의 함량은 고분자 100 중량부를 기준으로 하여 1 내지 40 중량부인 리튬금속전지.
15. The method of claim 14,
Wherein the content of the inorganic particles is 1 to 40 parts by weight based on 100 parts by weight of the polymer.
제14항에 있어서,
상기 이온성 액체가 i)암모늄계, 피롤리디늄계, 피리디늄계, 피리미디늄계, 이미다졸륨계, 피페리디늄계, 피라졸륨계, 옥사졸륨계, 피리다지늄계, 포스포늄계, 설포늄계 및 트리아졸리움(triazolium)계 중에서 선택된 하나 이상의 양이온과,
ii)BF4 -, PF6 -, AsF6 -, SbF6 -, AlCl4 -, HSO4 -, ClO4 -, CH3SO3 -, CF3CO2 -, Cl-, Br-, I-, SO4 2-, PF6 -, CF3SO3 -, (FSO2)2N-, (C2F5SO2)2N-, (C2F5SO2)(CF3SO2)N-, 및 (CF3SO2)2N- 중에서 선택된 적어도 하나로부터 선택된 1종 이상의 음이온을 포함하는 화합물 중에서 선택된 하나 이상인 리튬금속전지.
15. The method of claim 14,
Wherein the ionic liquid is at least one selected from the group consisting of i) ammonium, pyrrolidinium, pyridinium, pyrimidinium, imidazolium, piperidinium, pyrazolium, oxazolium, pyridazinium, phosphonium, At least one cation selected from the group consisting of triazolium,
ii) BF 4 -, PF 6 -, AsF 6 -, SbF 6 -, AlCl 4 -, HSO 4 -, ClO 4 -, CH 3 SO 3 -, CF 3 CO 2 -, Cl -, Br -, I - , SO 4 2-, PF 6 - , CF 3 SO 3 -, (FSO 2) 2 N -, (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 - .
제1항에 있어서,
상기 액체 전해질이 리튬염과 유기용매를 포함하며,
상기 유기용매가 에틸렌카보네이트, 디메틸카보네이트, 디에틸카보네이트, 에틸메틸카보네이트, 플루오로에틸렌카보네이트, 1,2-디메톡시 에탄, 1,2-디에톡시에탄, 디메틸렌글리콜디메틸에테르, 트리메틸렌글리콜디메틸에테르, 트리에틸렌글리콜디메틸에테르, 테트라에틸렌글리콜디메틸에테르, 폴리에틸렌글리콜디메틸에테르, 숙시노니트릴, 술포레인, 디메틸술폰, 에틸메틸술폰, 디에틸술폰, 아디포나이트릴, 및 1,1,2,2-테트라플루오로에틸 2,2,3,3-테트라플루오로프로필 에테르 중에서 선택된 하나 이상을 포함하는 리튬금속전지.
The method according to claim 1,
Wherein the liquid electrolyte comprises a lithium salt and an organic solvent,
Wherein the organic solvent is selected from the group consisting of ethylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, ethylmethyl carbonate, fluoroethylene carbonate, 1,2-dimethoxyethane, 1,2-diethoxyethane, dimethylene glycol dimethyl ether, trimethylene glycol dimethyl ether , Triethylene glycol dimethyl ether, tetraethylene glycol dimethyl ether, polyethylene glycol dimethyl ether, succinonitrile, sulfolane, dimethyl sulfone, ethyl methyl sulfone, diethyl sulfone, adiponitrile, and 1,1,2,2 - tetrafluoroethyl 2,2,3,3-tetrafluoropropyl ether.
제1항에 있어서,
상기 보호막의 두께가 1 내지 20㎛인 리튬금속전지.
The method according to claim 1,
Wherein the thickness of the protective film is 1 to 20 占 퐉.
제1항에 있어서,
상기 질소 함유 첨가제가 LiNO3 및 Li3N 중에서 선택된 하나 이상이고,
상기 1족 또는 2족 원소를 함유하는 금속염이 세슘비스트리플루오로메틸술포닐이미드(CsTFSI), CsNO3, CsPF6, CsFSI, CsAsF6, CsClO4, 및 CsBF4중에서 선택된 하나 이상인 리튬금속전지.
The method according to claim 1,
Wherein the nitrogen-containing additive is at least one selected from LiNO 3 and Li 3 N,
A metal salt is cesium bistrifluoromethyl containing the group 1 or group 2 element methylsulfonyl imide (CsTFSI), CsNO 3, CsPF 6, CsFSI, CsAsF 6, CsClO 4, and CsBF 4 in the selected one or more of lithium metal battery .
제1항에 있어서,
상기 리튬금속전지가 세퍼레이터, 고체 전해질, 겔 전해질 및 고분자 이온성 액체(polymer ionic liquid) 중에서 선택된 하나 이상을 더 포함하는 리튬금속전지.
The method according to claim 1,
Wherein the lithium metal battery further comprises at least one selected from a separator, a solid electrolyte, a gel electrolyte, and a polymer ionic liquid.
i)고분자와, ii) 1족 또는 2족 원소를 함유하는 금속염 및 질소 함유 첨가제 중에서 선택된 하나 이상을 혼합하여 보호막 형성용 조성물을 얻는 단계;
상기 보호막 형성용 조성물을 리튬 금속 음극에 공급하는 단계; 및
상기 결과물을 건조하여 보호막을 형성하는 단계를 포함하는 제1항 내지 제21항중 어느 한 항에서 정의된 리튬금속전지의 리튬 금속 음극을 보호하는 방법.
mixing at least one selected from i) a polymer, ii) a metal salt containing a group I or II element, and a nitrogen-containing additive to obtain a composition for forming a protective film;
Supplying the composition for forming a protective film to a lithium metal anode; And
A method for protecting a lithium metal anode of a lithium metal battery as defined in any one of claims 1 to 21, comprising drying the resultant to form a protective film.
제22항의 방법에 따라 제조된 보호막. A protective film produced according to the method of claim 22.
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