KR20170046698A - 이온 액체 및 유점성 결정 - Google Patents

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준지 미즈카도
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Abstract

본 발명은, 아니온과 카티온으로 구성되는 이온 액체 또는 유점성 결정으로서, 아니온이 [C(SO2F)3]－ 를 함유하고, 카티온이 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 ([EMI]＋), N,N-디에틸-N-메틸-(2-메톡시에틸)암모늄 ([DEME]＋), N-메틸-N-프로필피롤리디늄 ([Py13]＋), N-메틸-N-프로필피페리디늄 ([PP13]＋), 테트라메틸암모늄 ([N1111]＋), 테트라에틸암모늄 ([N2222]＋), 트리메틸헥실암모늄 ([N6111]＋), 트리에틸헥실암모늄 ([N6222]＋), N-메틸-N-에틸피롤리디늄 ([Py12]＋), 1-부틸-3-메틸이미다졸륨 ([C4mim]＋) 및 1-헥실-3-메틸이미다졸륨 ([C6mim]＋) 으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1 종을 함유하는, 이온 액체 또는 유점성 결정을 제공하는 것이다.

Description

이온 액체 및 유점성 결정 {IONIC LIQUID AND PLASTIC CRYSTAL}
본 발명은, 이온 액체 또는 유 (柔) 점성 결정에 관한 것이다. 본 발명은, 또한 리튬 이차 전지용 비수 전해질 및 리튬 이차 전지에 관한 것이다.
리튬 이차 전지는, 저온에서의 사용이 중시되어, 이온 액체를 전해질로서 사용하는 것이 제안되어 있다 (특허문헌 1). 한편, 태양광 발전이나 코제너레이션 시스템 등의 보급, 동일본 대지진 등의 재해시에도 사용 가능한 발전 시스템이 요구되게 되어, 차재용을 포함한 거치형의 리튬 이차 전지의 수요가 증대되고 있다. 이미 실용화되어 있는 유기 용매를 사용하는 리튬 이차 전지는, 충방전시에 발열되기 때문에, 고온이 되지 않도록 하는 안전 대책을 실시할 필요가 있다. 특히, 요즈음 정치용 (定置用) 의 대용량의 축전 장치에 대한 요구가 증가하고 있어, 가능한 한 설치 면적이 작아지게 하는 방법이 중요하다. 유기 용매를 사용한 경우의 전지의 작동 온도를 45 ℃ 이하로 억제하기 위해서는, 열 관리를 고려한 팩 전지의 설치 그리고 팬으로 강제적으로 공랭시킬 필요가 있다. 이와 같은 연구는, 아무리 용량 밀도가 큰 팩 전지를 개발하였다고 해도, 그것들을 조합하여 대형 시스템으로 하는 경우에, 종합적인 용량의 저하나, 리튬 이차 전지의 냉각에 전력이 소비되는 것이 문제가 된다. 85 ℃ 이상의 온도역에서 안정적으로 동작하는 전해질이 만들어진다면, 냉각의 필요가 없어진다.
용매를 전혀 함유하지 않는 이온 액체는 가열에 의해 휘발되지 않고 내열성을 갖고, 또한 고온이 될수록 전도도가 높아지기 때문에 고온에서 안정 작동을 가능하게 하는 전해액으로서 주목받고 있다 (특허문헌 2). 또 최근, 고체 전해질에 의한 고체 전지는 액 누출이 없어 안전성이 우수한 전지로서 개발되고 있지만, 종래의 고체 전해질은 무기 재료이기 때문에 충격에 약하여 균열의 문제가 존재한다. 이에 비하여, 이온 액체와 유사한 구조를 갖는 염 중에 상온 부근에서 유점성 결정상에 있는 고체가 존재하는 것이 알려지게 되어, 이것들에 리튬염을 첨가한 것이 비교적 높은 전도도를 나타내고 또한 플렉시블 고체 전해질로서 주목받고 있지만 (특허문헌 3), 전지 작동에 기대되는 - 수십 ℃ 의 저온으로부터 150 ℃ 부근에 걸친 넓은 온도 범위에서 유점성 결정상을 형성하는 염의 구축에는, 결정 내의 분자 운동이 용이한 이온, 특히 아니온이 필요하다.
리튬 이차 전지의 현재의 전해질인 유기 용매 전해질은, 저온에서의 동작은 가능하지만, 휘발성이나 가연성의 유기 용매를 전해액으로서 사용하고 있기 때문에, 고온에서의 안정성에 문제가 있다.
특허문헌 4 는, 카티온 성분이 P-N 결합을 포함하는 포스포늄 이온인 이온 액체를 개시한다.
특허문헌 5 는, 카티온 성분이 옥사졸 고리를 갖는 이온 액체를 개시한다.
특허문헌 6 은, 카티온 성분이 술포늄, 암모늄 또는 포스포늄인 이온 액체를 개시한다.
특허문헌 7 은, 카티온 성분이 우로늄 또는 티오우로늄 카티온인 이온 액체를 개시한다.
일본 특허공보 제2981545호 일본 공개특허공보 2013-196922 WO2008/081811 (일본특허공보 제4997610) 일본 특허공보 제5265197호 일본 공개특허공보 2008-130623 일본 공개특허공보 2008-277001 일본 특허공보 제4723480호
본 발명은, 종래의 유기 전해액에서는 매우 곤란한, 85 ℃ 이상의 중온역 또는 고온역에서 안정적으로 동작 가능한 리튬 이차 전지 및 리튬 이차 전지용 비수 전해질을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또, 본 발명은 이온 액체 또는 유점성 결정을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명자는, 아니온으로서 [C(SO2F)3]－ (이하, 이 아니온을 「[f3C]－」라고 약기하는 경우가 있다.) 을 함유하고, 카티온이 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 ([EMI]＋), N,N-디에틸-N-메틸-(2-메톡시에틸)암모늄 ([DEME]＋), N-메틸-N-프로필피롤리디늄 ([Py13]＋), N-메틸-N-프로필피페리디늄 ([PP13]＋), 테트라메틸암모늄 ([N1111]＋), 테트라에틸암모늄 ([N2222]＋), 트리메틸헥실암모늄 ([N6111]＋), 트리에틸헥실암모늄 ([N6222]＋), N-메틸-N-에틸피롤리디늄 ([Py12]＋), 1-부틸-3-메틸이미다졸륨 ([C4mim]＋) 및 1-헥실-3-메틸이미다졸륨 ([C6mim]＋) 으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1 종을 함유하는 경우에는, 염은 이온 액체 또는 유점성 결정이 되어, 이것을 리튬 이차 전지용의 비수 전해질로서 사용한 경우에는, 안정성 및 내구성이 높아, 장기간 사용해도 열화에 의한 전지의 계면 전하 이동 저항의 증가율이 충분히 낮은 것을 알아내었다. 유점성 결정이란 고체 중의 분자 또는 이온의 회전 운동은 자유롭게 일어나는 한편, 병진 운동은 동결된 상태에 있는 메소페이즈의 일종이며, 유점성 결정을 구성하는 이온, 혹은 유점성 결정에 도핑된 금속 카티온 등이, 고체 중에 존재하는 격자 결함을 경유하여 비교적 용이하게 이동할 수 있는 점에서, 최근 신규한 고체 전해질로서 주목받고 있다.
본 발명은, 이하의 이온 액체 또는 유점성 결정, 리튬 이차 전지용 비수 전해질 및 리튬 이차 전지를 제공하는 것이다.
항 1. 아니온과 카티온으로 구성되는 이온 액체 또는 유점성 결정으로서, 아니온이 [C(SO2F)3]－ 를 함유하고, 카티온이 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 ([EMI]＋), N,N-디에틸-N-메틸-(2-메톡시에틸)암모늄 ([DEME]＋), N-메틸-N-프로필피롤리디늄 ([Py13]＋), N-메틸-N-프로필피페리디늄 ([PP13]＋), 테트라메틸암모늄 ([N1111]＋), 테트라에틸암모늄 ([N2222]＋), 트리메틸헥실암모늄 ([N6111]＋), 트리에틸헥실암모늄 ([N6222]＋), N-메틸-N-에틸피롤리디늄 ([Py12]＋), 1-부틸-3-메틸이미다졸륨 ([C4mim]＋) 및 1-헥실-3-메틸이미다졸륨 ([C6mim]＋) 으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1 종을 함유하는, 이온 액체 또는 유점성 결정.
항 2. 카티온이 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 ([EMI]＋), N,N-디에틸-N-메틸-(2-메톡시에틸)암모늄 ([DEME]＋), N-메틸-N-프로필피롤리디늄 ([Py13]＋) 및 N-메틸-N-프로필피페리디늄 ([PP13]＋) 으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1 종을 함유하는, 항 1 에 기재된 이온 액체 또는 유점성 결정.
항 3. 카티온이 [EMI]＋ 를 함유하고, 또한 이온 액체인, 항 1 또는 2 에 기재된 이온 액체 또는 유점성 결정.
항 4. 아니온과 카티온으로 구성되는 리튬 이차 전지용 비수 전해질로서, 아니온이 [C(SO2F)3]－ 를 함유하고, 카티온이 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 ([EMI]＋), N,N-디에틸-N-메틸-(2-메톡시에틸암모늄 ([DEME]＋), N-메틸-N-프로필피롤리디늄 ([Py13]＋), N-메틸-N-프로필피페리디늄 ([PP13]＋), 테트라메틸암모늄 ([N1111]＋), 테트라에틸암모늄 ([N2222]＋), 트리메틸헥실암모늄 ([N6111]＋), 트리에틸헥실암모늄 ([N6222]＋), N-메틸-N-에틸피롤리디늄 ([Py12]＋), 1-부틸-3-메틸이미다졸륨 ([C4mim]＋) 및 1-헥실-3-메틸이미다졸륨 ([C6mim]＋) 으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1 종을 함유하는, 리튬 이차 전지용 비수 전해질.
항 5. 카티온이 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 ([EMI]＋), N,N-디에틸-N-메틸-(2-메톡시에틸)암모늄 ([DEME]＋), N-메틸-N-프로필피롤리디늄 ([Py13]＋) 및 N-메틸-N-프로필피페리디늄 ([PP13]＋) 으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1 종을 함유하는, 항 4 에 기재된 리튬 이차 전지용 비수 전해질.
항 6. 카티온이 [EMI]＋ 를 함유하는, 항 4 또는 5 에 기재된 리튬 이차 전지용 비수 전해질.
항 7. Li[C(SO2F)3] 을 추가로 함유하는, 항 4 내지 6 중 어느 한 항에 기재된 리튬 이차 전지용 비수 전해질.
항 8. 항 4 내지 7 중 어느 한 항에 기재된 비수 전해질을 함유하는, 리튬 이차 전지.
항 9. 부극이 Li 금속 부극인, 항 8 에 기재된 리튬 이차 전지.
본 발명의 이온 액체 또는 유점성 결정은, 리튬 이차 전지용의 전해질로서, 중온역에서 안정적으로 작동할 수 있기 때문에, 리튬 이차 전지의 케이스 내에서의 냉각의 필요성을 억제할 수 있어, 단위 체적당의 축전 효율이 양호한 리튬 이차 전지를 제공할 수 있다. 특히 차재용 등의 대용량의 리튬 이차 전지로 한 경우, 중온역으로부터 고온역에서 동작 가능하고, 높은 온도에 의한 전해질의 점도 저하와 리튬 이차 전지의 밀집이 가능한 것에 의한 높은 효율이 있어, 특히 우수하다.
도 1 은, Li[f3C] 를 함유하는 [EMI][f3C] 중, 백금 전극 상에서의 사이클릭 볼타모그램이다.
도 2 는, Li[f3C] 를 함유하는 [EMI][f3C] 중, 니켈 전극 상에서의 사이클릭 볼타모그램이다.
도 3 은, Li 금속 대칭 셀의 전기 화학 교류 임피던스 스펙트럼이다.
도 4 는, [EMI][f3C] 와 [EMI][Tf2N] 의, LiCoO2/Li 셀의 1 C 충방전 사이클 특성이다. (상단) 은 방전 용량의 사이클 의존성이다. (하단) 은 충방전 쿨롱 효율이다.
도 5 는, LiCoO2/Li 셀의 충전시의 교류 임피던스 플롯이다. a) 는 [EMI][f3C] 이고, b) 는 [EMI][Tf2N] 이다.
도 6 은, 질소 분위기 하에서의 열 중량 변화이다.
도 7 은, [EMI][f3C] 와 [EMI][Tf3C] 의 DSC 의 측정 결과이다.
도 8 은, [DEME][f3C] 와 [DEME][Tf3C] 의 DSC 의 측정 결과이다.
도 9 는, [Py13][f3C], [PP13][f3C], [Py13][Tf3C] 및 [PP13][Tf3C] 의 DSC 의 측정 결과이다.
본 발명에서 사용하는 이온 액체 또는 유점성 결정의 아니온은, [f3C]－ 를 함유하고, 카티온은, [EMI]＋, [DEME]＋, [Py13]＋, [PP13]＋, [N1111]＋, [N2222]＋, [N6111]＋, [N6222]＋, [Py12]＋, [C4mim]＋ 및 [C6mim]＋ 의 적어도 1 종을 함유한다. 카티온이 [EMI]＋, [N6111]＋, [N6222]＋, [C4mim]＋ 및 [C6mim]＋ 인 경우에 이온 액체가 되고, 카티온이 [DEME]＋, [Py13]＋, [PP13]＋, [N1111]＋, [N2222]＋, [Py12]＋ 중 어느 하나 인 경우에는, 유점성 결정이 된다.
아니온은, [f3C]－ 만으로 구성되고 있어도 되고, [f3C]－ 와 그 밖의 아니온을 조합하여 사용해도 된다. 그 밖의 아니온으로는, 예를 들어 FSI－ ([(FSO2)2N]－), TFSI－ ([(CF3SO2)2N]－), FTA－ ([(FSO2)(CF3SO2)N]－), Tf3C－ ([(CF3SO2)3C]－) 등을 들 수 있다. f3C 아니온은, 아니온 전체의 50 몰％ 이상, 바람직하게는 70 몰％ 이상, 보다 바람직하게는 80 몰％ 이상, 더욱 바람직하게는 90 몰％ 이상, 특히 바람직하게는 95 몰％ 이상, 가장 바람직하게는 100 몰％ 이다.
카티온은, 보다 바람직하게는 [EMI]＋, [DEME]＋, [Py13]＋ 및 [PP13]＋ 이고, 더욱 바람직하게는 [EMI]＋ 이지만, [EMI]＋ 와 [DEME]＋, [Py13]＋, [PP13]＋, [N1111]＋, [N2222]＋, [N6111]＋, [N6222]＋, [Py12]＋, [C4mim]＋ 및 [C6mim]＋ 의 적어도 1 종을 조합하여 사용할 수 있다. 바람직한 실시형태의 하나에 있어서, 카티온 중의 [EMI]＋ 의 함유량은, 30 몰％ 이상, 바람직하게는 50 몰％ 이상, 보다 바람직하게는 70 몰％ 이상, 더욱 바람직하게는 90 몰％ 이상, 특히 바람직하게는 95 몰％ 이상, 가장 바람직하게는 100 몰％ 이다.
본 명세서에서 사용되는 카티온과 아니온의 약호와 구조식을 이하에 나타낸다.
[화학식 1]
Figure pct00001
본 명세서에 있어서, 이온 액체는, 실온에서 액체인 것 (융점이 35 ℃ 이하) 을 가리키고, 유점성 결정은 그 융점보다 저온에 있어서 통상적인 고체나 액체가 나타내는 융해시의 발열량에 필적하는 큰 열량 변화를 수반하는 고체-고체 상전이를 나타내며, 결과적으로 융해 엔트로피가 약 20 J K-1 ㏖-1 이하인 것이다. 본 발명의 유점성 결정은, 융점보다 저온에 있어서 고체-고체 상전이를 나타내는 것 및 융해 엔트로피가 약 20 J K-1 ㏖-1 이하인 것 (J.Timmermans, J.Phys.And Chem.Solids, 18(1), (1961)) 의 2 개의 조건의 일방 또는 양방을 만족하는 것에 의해 확인할 수 있다. 유점성 결정은, 일반적인 결정 재료와는 완전히 상이하고, 플렉시블하며 또한 스티키 (sticky) 한 고체로서 특징지어진다.
구체적으로는, 이온 액체는, [EMI][f3C], [N6111][f3C], [N6222][f3C], [C4mim][f3C], [C6mim][f3C] 이고, 유점성 결정은, [DEME][f3C], [Py13][f3C], [PP13][f3C], [N1111][f3C], [N2222][f3C], [Py12][f3C] 이다.
[f3C]－ 의 알칼리 금속염은 공지 물질이며, 공지된 제조 방법에 의해 제조할 수 있다. 바람직한 제조법의 스킴을 이하에 나타낸다.
[화학식 2]
Figure pct00002
(식 중, M 은 알칼리 금속을 나타내고, 바람직하게는 Na, K 또는 Li 이다. Z 는, [EMI]＋, [DEME]＋, [Py13]＋, [PP13]＋, [N1111]＋, [N2222]＋, [N6111]＋, [N6222]＋, [Py12]＋, [C4mim]＋ 또는 [C6mim]＋ 를 나타낸다)
원료인 화합물 (1) 을 발연황산 (oleum) 으로 황산화하여 화합물 (2) 를 얻고, 이것을 SF4 와 반응시켜 화합물 (3) 을 얻는다. 화합물 (3) 은, 탄산나트륨, 탄산수소나트륨, 탄산칼륨, 탄산수소칼륨, 탄산리튬, 탄산수소리튬 등의 알칼리 금속 탄산염, 알칼리 금속 탄산수소염 등의 염기 (base) 와 반응시켜 알칼리 금속 (M) 의 염 (4) 으로 유도하고, 이것을 [EMI]＋, [DEME]＋, [Py13]＋, [PP13]＋, [N1111]＋, [N2222]＋, [N6111]＋, [N6222]＋, [Py12]＋, [C4mim]＋ 또는 [C6mim]＋ 와 반응시켜 카티온 교환을 실시하는 것에 의해, 목적으로 하는 본 발명의 이온 액체 혹은 유점성 결정을 얻을 수 있다.
본 발명의 리튬 이차 전지는, 집전체 상에 활물질층을 갖고, 전해질로서 본 발명의 이온 액체 혹은 유점성 결정이 사용된다. 1 개의 전극은, 세퍼레이터로 구분되어 있다.
정극에 사용할 수 있는 집전체로는, 알루미늄, 스테인리스강, 니켈, 티탄 등의 금속판 등의 외에, 알루미늄이나 스테인리스강의 표면에 카본, 니켈, 티탄 혹은 은을 처리시킨 함유 또는 피복시킨 합금을 바람직하게 사용할 수 있다.
부극에 사용되는 집전체로는, 구리, 스테인리스강, 니켈, 티탄이 바람직하다. 집전체의 형상으로는, 통상 필름상, 시트상의 것이 사용되지만, 다공질체, 발포체 등도 사용할 수 있다. 상기 집전체의 두께로는, 특별히 한정되지 않지만, 1 ∼ 500 ㎛ 가 바람직하다. 또, 집전체 표면은, 표면 처리에 의해 요철을 부여하는 것도 바람직하다.
정극 활물질로는, Li0.3MnO2, Li4Mn5O12, V2O5, LiCoO2, LiMn2O4, LiNiO2, LiFePO4, LiCo1/3Ni1/3Mn1/3O2, Li1.2(Fe0.5Mn0.5)0.8O2, Li1.2(Fe0.4Mn0.4Ti0.2)0.8O2, Li1＋x(Ni0.5Mn0.5)1－xO2, LiNi0.5Mn1.5O4, Li2MnO3, Li0.76Mn0.51Ti0.49O2, LiNi0.8Co0.15Al0.05O2, Fe2O3, LiCoPO4, LiMnPO4, Li2MPO4F (M = Fe,Mn), LiMn0.875Fe0.125PO4, Li2FeSiO4, Li2－xMSi1－xPxO4 (M = Fe,Mn), LiMBO3 (M = Fe,Mn), FeF3, Li3FeF6, Li2TiF6, Li2FeS2, TiS2, MoS2, FeS 등을 들 수 있고, 이것들에 한정되지 않는다 (단, x 는 0 ∼ 1 의 범위이다).
부극 활물질은, 특별히 제한은 없고 공지된 부극 활물질을 이용할 수 있다. 본 발명의 비수 전해액 리튬 이차 전지에 바람직하게 사용할 수 있는 부극 활물질로는, 탄소 재료를 들 수 있고, 리튬 이온을 삽입 가능한 금속 산화물이나 금속 질화물 등도 들 수 있다. 탄소 재료로는 천연 흑연, 인조 흑연, 열 분해 탄소류, 코크스류, 메소카본마이크로비즈, 탄소 파이버, 활성탄, 피치 피복 흑연 등을 들 수 있고, 리튬 이온을 삽입 가능한 금속 산화물로는, 주석이나 규소를 함유하는 금속 화합물, 예를 들어 산화주석이나 산화규소 등을 들 수 있으며, 금속 질화물로는, Li2.6Co0.4N 등을 들 수 있다. 또한, 흑연이나 주석 합금과 결착제의 혼합물, 실리콘 박막, 리튬박을 들 수 있다.
활물질층은, 상기 정극 활물질 또는 부극 활물질을 함유하는데, 추가로 도전제 및 결착제를 함유하는 것이 바람직하고, 그 밖의 재료로서, 필러, 리튬염이 첨가되어 있어도 된다. 도전제로는, 천연 흑연, 인공 흑연, 카본 블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 탄소 섬유나 금속 분말, 금속 섬유 혹은 폴리페닐렌 유도체 등을 들 수 있고, 결착제로는, 카르복시메틸셀룰로오스, 셀룰로오스, 디아세틸셀룰로오스, 메틸셀룰로오스, 하이드록시에틸셀룰로오스, 하이드록시프로필셀룰로오스, 알긴산나트륨, 폴리아크릴산, 폴리아크릴산나트륨, 폴리비닐페놀, 폴리비닐메틸에테르, 폴리비닐알코올, 폴리비닐피롤리돈, 폴리아크릴로니트릴, 폴리아크릴아미드, 폴리하이드록시(메트)아크릴레이트, 스티렌-말레산 공중합체 등의 수용성 폴리머, 폴리비닐클로라이드, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리불화비닐리덴 (PVDF), 테트라플로로에틸렌-헥사플로로프로필렌 공중합체, 비닐리덴플로라이드-테트라플로로에틸렌-헥사플로로프로필렌 공중합체, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌-디엔터폴리머 (EPDM), 술폰화 EPDM, 폴리비닐아세탈 수지, 메틸메타아크릴레이트, 2-에틸헥실아크릴레이트 등의 (메트)아크릴산에스테르를 함유하는 (메트)아크릴산에스테르 공중합체, (메트)아크릴산에스테르-아크릴로니트릴 공중합체, 비닐아세테이트 등의 비닐에스테르를 함유하는 폴리비닐에스테르 공중합체, 스티렌-부타디엔 공중합체, 아크릴로니트릴-부타디엔 공중합체, 폴리부타디엔, 네오프렌 고무, 불소 고무, 폴리에틸렌옥사이드, 폴리에스테르폴리우레탄 수지, 폴리에테르폴리우레탄 수지, 폴리카보네이트폴리우레탄 수지, 폴리에스테르 수지, 페놀 수지, 에폭시 수지 등의 에멀션 (라텍스) 등을 들 수 있다.
필러는, 본 발명의 비수 전해액 이차 전지에 있어서, 화학 변화를 일으키지 않는 섬유상 재료이면, 어느 것이라도 사용할 수 있다. 통상, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 등의 올레핀계 폴리머, 유리, 탄소 등의 섬유가 사용된다. 필러의 첨가량은 특별히 한정되지 않지만, 0 ∼ 30 질량％ 가 바람직하다.
리튬염으로는, 중온역에서 내열성을 나타내는 것, 예를 들어, LiBF4, LiCF3SO3, LiC(CF3SO2)3, LiC(FSO2)3, LiN(CF3SO2)2, LiN(FSO2)2, LiN(CF3CF2SO2)2, LiN(CF3SO2)(C2F5SO2), LiN(CF3SO2)(C4F9SO2), LiN(CF3CF2CO)2, LiBOB 등의 염을 사용할 수 있다. 또한, 이것들의 염은 1 종을 단독으로 사용해도 되고, 2 종 이상을 병용해도 된다. 바람직한 리튬염은 LiC(FSO2)3 이다.
바람직한 실시형태에 있어서, 본 발명의 리튬 이차 전지는 라미네이트 셀의 구성을 그대로 사용할 수 있다. 세퍼레이터에는, 이온 액체의 함침성이 우수하고, 또한 내열성이 우수한 것이 바람직하고, 구체적으로는 실리카 나노 입자 함유 폴리올레핀 세퍼레이터나 무기 유리제 필터를 들 수 있다.
또, 전지의 정극 활물질에는, 내열성이 우수한 LiFePO4 를 바람직하게 예시할 수 있다.
고온에서 작동하는 전지는, 실온에서 작용하는 전지이면 그대로 사용할 수 있다고도 생각할 수 있지만, 실은, 종래의 유기 용매 전해액을 사용한 전지는, 고온에서 작동하지 않기 때문에, 충분히 공랭시킬 필요가 있다. 또 공기의 유통로를 형성시키기 위해, 공간 충전률이 저하되고, 단위 셀당의 용량이 커도, 시스템 전체의 효율이 저하된다. 본 발명의 내열성, 내구성이 우수한 리튬 이차 전지용 비수 전해질은, 내열성이 우수한 전지의 개발로 이어지고, 특히 정치용의 대형의 축전지의 경우 효율이 대폭 향상되기 때문에 바람직하다.
본 발명의 리튬 이차 전지는, 시트형, 각형 (角型), 실린더형 등 어느 형상에도 적용할 수 있어, 전극의 형상도 사용되는 비수 전해액 이차 전지의 형상에 맞추어, 최적인 형상을 선택할 수 있다.
정극 활물질층 및 부극 활물질층은, 집전체 상에 형성된다. 정극 활물질층 및 부극 활물질층은, 집전체의 편면에 형성해도 되고, 양면에 형성해도 되며, 양면에 형성한 전극을 사용하는 것이 보다 바람직하다. 정극판에 대한 부극판의 크기의 비율에 특별히 제한은 없다. 바람직한 정극판의 면적은, 부극판의 면적 1 에 대하여, 0.9 ∼ 1.1 이 바람직하고, 0.95 ∼ 1.0 이 특히 바람직하다. 전극은, 활물질을 함유하는 도포액을 집전체 표면에 도포하여, 건조시키고, 다시 프레스하여, 활물질층을 형성함으로써 얻어진다.
도포액으로는, 예를 들어, 필요에 따라, 상기 도전제, 결착제 및 N-메틸-2-피롤리돈 (NMP), 물, 톨루엔 등의 분산매를 함유하는 슬러리상의 도포액이 사용된다.
도포 방법으로는, 리버스 롤법, 다이렉트 롤법, 블레이드법, 나이프법, 익스트루젼법, 커튼법, 그라비아법, 바법, 딥법 및 스퀴즈법을 들 수 있다. 그 중에서도, 블레이드법, 나이프법 및 익스트루젼법이 바람직하다. 또, 도포 속도는, 0.1 ∼ 100 m/분으로 실시되는 것이 바람직하다. 이 때, 도포액의 용액 물성, 건조성에 맞추어, 상기 도포 방법을 선정함으로써, 양호한 도포층의 표면 상태를 얻을 수 있다. 도포액의 도포는, 편면씩 순차적으로 실시해도 되고, 양면 동시에 실시해도 된다.
리튬 이차 전지의 전해액으로는, 예를 들어 내열성이 우수한 [f3C]－ 등의 아니온을 함유하는 이온 액체 혹은 유점성 결정에, 원하는 내열성을 갖는 것으로 생각되는 알칼리 금속염 (지지 전해질) 을 용해 내지 혼합한 것을 들 수 있다. 양자는, 본 발명에서 예시한 염과 혼합함으로써 얻어지는 혼합염의 융점 이상으로 가열함으로써 균일하게 혼합할 수 있다. 지지 전해질의 아니온으로는, [BF4]－, [(FSO2)2N]-, [(FSO2)(CF3SO2)N]－, [(CF3SO2)2N]－, [(CF3CF2SO2)2]N－, [(C2H4O2)2B]－, [(CF3SO2)3C]－, [CF3SO3]－ 등, 나아가서는 본 발명의 전해질의 아니온인 [f3C]－ 등을 들 수 있고, 본 발명의 전해질과 동일한 [f3C] 아니온을 사용하는 것이 바람직하다. 지지 전해질의 카티온으로는, Li＋ 가 바람직하다.
바람직한 실시형태에 있어서, 본 발명의 리튬 이차 전지는, 세퍼레이터의 하나의 면에 상기 정극 활물질층을 갖고, 다른 면에 부극 활물질층을 갖는 적층체 구조를 갖고, 추가로 활물질층에 있어서 세퍼레이터와는 반대의 면에 집전체를 갖는다. 또, 세퍼레이터층은 지지 전해질과 본 발명의 전해질을 갖는 전해질 혼합물을 필요에 따라 가열하여 용해 상태로서 함침한다.
적층체 구조로는, 단순히 1 층 적층된 형태에 한정되는 것이 아니고, 이 적층체 구조를 복수 갖는 다층 적층체 구조, 집전체의 양면에 적층한 것을 조합한 형태, 나아가 이것들을 권회한 형태를 들 수 있다.
거치형 (정치용) 의 리튬 이차 전지의 경우, 다층 적층체 구조를 가지고 있지만, 본 발명의 전해질은 중온역에서의 안정성이 높기 때문에, 냉각을 위한 팬, 냉각을 위한 공기의 유로를 적게 하거나 혹은 없앨 수 있고, 단셀을 조립 형성하여 얻어지는 조 (組) 전지 상태에서의 단위 체적당의 축전량을 크게 할 수 있다.
실시예
이하, 본 발명을 실시예 및 비교예에 기초하여 보다 상세하게 설명한다.
실시예 및 비교예에 있어서, 카티온 성분인 [EMI]＋ ([C2mim]+), [DEME]＋, [Py12]＋, [Py13]＋, [Py14]＋, [PP13]＋, [PP14]＋, [N1111]＋, [N2222]＋, [N6111]＋, [N6222]＋, [C1mim]＋, [C4mim]＋, [C6mim]＋, 아니온 성분인 [Tf2N]－ (=[(CF3SO2)2N]-), [[f2N]－ (=[(FSO2)2N]-), [Tf3C]－ (=[(CF3SO2)3C]-) 는 시판품을 사용하였다.
열 중량 측정 (TGA) 에는 Seiko-Insturments TG/DTA 6200 을 사용하여, 질소 기류 하에 주사 속도 10 ℃ 매분의 조건에서 측정을 실시하였다.
시차주사 열량 측정 (DSC) 에는 Perkin-Elmer Pyris 1 을 사용하여, 주사 속도 10 ℃ 매분으로 측정을 실시하였다.
TGA 에 의해 내열성을 열 분해 온도로서 평가하였다. DSC 에 의한 상전이 온도의 유무나 그 온도, 또 열량 변화로부터, 액체, 고체, 유점성 결정 등의 판별을 실시하였다.
제조예 1 : 아니온 (f3C) 의 합성
시판품으로서 ALCATRAZ CHEMICALS (Gujarat, INDIA) 로부터 입수한 58.4 ㎎ 의 화합물 (2) 와 194 ㎎ 의 SF4 를 반응시켜 51.6 ㎎ 의 화합물 (3) 을 얻는다. 92.4 ㎎ 의 화합물 (3) 을, 과잉량의 탄산칼륨과 반응시켜 93.9 ㎎ 의 f3C 아니온의 칼륨염 (4) 으로 유도하였다.
실시예 1
제조예 1 에서 얻은 f3C 아니온의 칼륨염 (4) 을 등몰의 [EMI]＋, [DEME]＋, [Py13]＋ 또는 [PP13]＋ 의 브롬화물과 반응시켜 카티온 교환을 실시하는 것에 의해, 목적으로 하는 본 발명의 이온 액체 ([EMI][f3C]) 혹은 유점성 결정 ([DEME][f3C], [Py13][f3C] 또는 [PP13][f3C]) 을 얻었다.
얻어진 이온 액체 또는 유점성 결정의 물성치를 이하에 나타낸다. 또, 융점, 유리 전이점, 고체-고체 상전이 온도를 표 1 에 나타낸다.
1) [EMI][f3C]
Figure pct00003
원소 분석 측정치 (이론치) : H 2.99 ％ (2.98 ％)；C 22.71 ％ (22.58 ％)；N 7.58 ％ (7.52 ％)；F 15.36 ％ (15.31 ％). 25 ℃ 에 있어서의 이온 전도도 : 6.2 mS cm-1. 25 ℃ 에 있어서의 점도 : 39 mPa.s. 25 ℃ 에 있어서의 밀도 : 1.55 g ㎖-1. 융해 엔트로피 : 40 J K-1 ㏖-1. 열 분해 온도 (10 ％ 감소시) : 246 ℃.
2) [DEME][f3C]
Figure pct00004
원소 분석 측정치 (이론치) : H 4.81 ％ (4.95 ％)；C 26.41 ％ (26.53 ％)；N 3.44 ％ (3.44 ％)；F 14.03 ％ (13.99 ％). 융해 엔트로피 : 6.1 J K-1 ㏖-1. 열 분해 온도 (10 ％ 감소시) : 325 ℃.
3) [Py13][f3C]
Figure pct00005
원소 분석 측정치 (이론치) : H 4.63 ％ (4.66 ％)；C 27.67 ％ (27.76 ％)；N 3.47 ％ (3.60 ％)；F 14.88 ％ (14.64 ％). 융해 엔트로피 : 9.3 J K-1 ㏖-1 열 분해 온도 (10 ％ 감소시) : 343 ℃.
4) [PP13][f3C]
Figure pct00006
원소 분석 측정치 (이론치) : H 4.97 ％ (5.00 ％)；C 29.59 ％ (29.77 ％)；N 3.47 ％ (3.47 ％)；F 14.22 ％ (14.13 ％). 융해 엔트로피 : 8.6 J K-1 ㏖-1 열 분해 온도 (10 ％ 감소시) : 373 ℃.
실시예 2
제조예 1 에서 얻은 f3C 아니온의 칼륨염 (4) 을 등몰의 [N6111]＋, [N6222]＋, [N1111]＋, [N2222]＋, [Py12]＋, [C4mim]＋, [C6mim]＋ 의 브롬화물과 반응시켜 카티온 교환을 실시하는 것에 의해, 목적으로 하는 본 발명의 이온 액체인 [N6111][f3C], [N6222]＋[f3C], [N1111][f3C], [N2222][f3C], [PP14][f3C], [Py12][f3C], [Py14][f3C], [C1mim][f3C], [C4mim][f3C], [C6mim][f3C] 를 얻었다. 얻어진 이온 액체 또는 유점성 결정의 물성치를 이하에 나타낸다. 또, 융점, 유리 전이점, 고체-고체 상전이 온도를 표 1 에 나타낸다.
1) [N1111][f3C],
Figure pct00007
열 분해 온도 (10 ％ 감소시) : 348 ℃.
2) [N2222][f3C],
Figure pct00008
열 분해 온도 (10 ％ 감소시) : 317 ℃.
3) [N6111][f3C],
Figure pct00009
열 분해 온도 (10 ％ 감소시) : 346 ℃.
4) [N6222][f3C]
Figure pct00010
열 분해 온도 (10 ％ 감소시) : 340 ℃.
5) [Py12][f3C],
Figure pct00011
열 분해 온도 (10 ％ 감소시) : 284 ℃.
6) [C4mim][f3C],
Figure pct00012
열 분해 온도 (10 ％ 감소시) : 320 ℃.
7) [C6mim][f3C]
Figure pct00013
열 분해 온도 (10 ％ 감소시) : 327 ℃.
비교예 1
제조예 1 에서 얻은 f3C 아니온의 칼륨염 (4) 을 등몰의 [PP14]＋, [Py14]＋, [C1mim]＋, 의 브롬화물과 반응시켜 염 교환을 실시하는 것에 의해, [PP14][f3C], [Py14][f3C], [C1mim][f3C] 를 얻었다. 얻어진 이온 액체 또는 유점성 결정의 물성치를 이하에 나타낸다. 또, 융점, 유리 전이점, 고체-고체 상전이 온도를 표 1 에 나타낸다.
1) [PP14][f3C],
Figure pct00014
열 분해 온도 (10 ％ 감소시) : 349 ℃.
2) [Py14][f3C],
Figure pct00015
열 분해 온도 (10 ％ 감소시) : 351 ℃.
3) [C1mim][f3C],
Figure pct00016
열 분해 온도 (10 ％ 감소시) : 333 ℃.
비교예 2
시판되는 Tf3C 아니온의 칼륨염을 등몰의 [EMI]＋, [N1111]＋, [N6111]＋, [N6222]＋, [PP14]＋, [Py12]＋, [Py14]＋, [C1mim]＋, [C4mim]＋, [C6mim]＋ 의 브롬화물과 반응시켜 염 교환을 실시하는 것에 의해, [EMI][Tf3C], [N1111][Tf3C], [N6111][Tf3C], [N6222][Tf3C], [PP14][Tf3C], [Py12][Tf3C], [Py14][Tf3C], [C1mim][Tf3C], [C4mim][Tf3C], [C6mim][Tf3C] 를 얻었다. 얻어진 Tf3C 염의 융점 또는 Tg 를 표 2 에 나타낸다.
비교예 3
시판되는 f2N 아니온의 칼륨염을 등몰의 EMI＋ 의 브롬화물과 반응시켜 카티온 교환을 실시하는 것에 의해, [EMI][f2N] 을 얻고, 시험예 1 (2) 에서 Li 금속에 대한 안정성을 평가하였다.
비교예 4
시판되는 Tf2N 아니온의 칼륨염을 등몰의 EMI＋ 의 브롬화물과 반응시켜 염 교환을 실시하는 것에 의해, [EMI][Tf2N] 을 얻고, 시험예 1 (2) 및 (3) 에서 평가하였다.
Figure pct00017
Figure pct00018
표 1, 표 2 중, 「PC」는 유점성 결정 (Plastic Crystal), 「L」은 액체 (Liquid), 「S」는 고체 (Solid) 를 각각 나타낸다. 「decomp」는 융해가 관찰되지 않은 채로 분해 온도에 도달하는 것을 나타낸다.
표 1 에 있어서, 유점성 결정에 특유의 저온에 있어서의 융해·응고에 필적하는 큰 열의 출입을 수반하는 고체-고체 상전이 (TS-S) 의 존재 및, 실온에 있어서 스티키한 상태인 것의 2 점으로부터 유점성 결정 (PC) 인 것을 확인하였다.
시험예 1
(1) 전기 화학 안정성
0.37 ㏖ ㎏-1 의 Li[f3C] 를 함유하는 [EMI][f3C] 중에서의 백금 전극 상에서의 사이클릭 볼타모그램을 측정하였다 (도 1). 또, 0.37 ㏖ ㎏-1 의 Li[f3C] 를 함유하는 [EMI][f3C] 중에서의 니켈 전극 상에서의 사이클릭 볼타모그램을 측정하였다 (도 2).
f3C 아니온을 함유하는 EMI 이온 액체가 Li 염을 공존시킴으로써, 높은 산 화 안정성 (4.5 V 정도의 정극 재료에도 대응할 수 있다) 과 높은 환원 안정성 (리튬 금속 석출/재용해를 가능하게 하는 정도) 을 나타내는 것이 명확해졌다.
(2) Li 금속에 대한 안정성
실시예 1 에서 얻어진 [EMI][f3C], 비교예 2 에서 얻어진 [EMI][Tf3C], 비교예 3 에서 얻어진 [EMI][f2N], 비교예 4 에서 얻어진 [EMI][Tf2N] 을 함유하는 Li 금속 대칭 셀의 전기 화학 교류 임피던스 스펙트럼 (25 ℃, 500 ㎑ ∼ 0.1 ㎐, 진폭 ±10 ㎷) 을 측정하였다 (도 3).
Li 금속 계면에서의 전하 이동 반응 속도 정수는 교류 임피던스 측정에 있어서 관측되는 반원호의 폭 (계면 전하 이동 저항) 의 역수에 비례하기 때문에 가능한 한 작은 원호가 되는 아니온이 Li 금속을 부극으로서 사용하는 경우에 바람직하다. 이 관점에서는 f2N- 로 이루어지는 계에서 셀 조제 후에 20 Ω 으로 가장 작고, 계속해서 Tf2N- 로 이루어지는 계 (80 Ω), f3C- 로 이루어지는 계 (130 Ω), Tf3C- 로 이루어지는 계 (1500 Ω) 의 순서로 Li 부극 상에서의 반응 속도가 작아진다. 한편, Li 금속은 활성 금속이고 전해액의 접촉에 의한 환원 분해 등에 의해 표면 부동태 피막 (통칭 SEI) 을 형성하고, 전해액의 분해를 억제하는 효과를 나타낸다. 도 3 에는 Li 금속 대칭 셀을 조제 후 거의 1.5 년을 경과한 결과도 점선으로 나타내지만, 원호의 크기는 현저하게 증가하고 있는 것을 알 수 있다. 본 발명에 의한 f3C- 로 이루어지는 계에서는, 그 밖의 비교예가 22 배, 45 배, 170 배의 증가를 보이는 한편, 2.5 배 정도의 증가에 그치고 있어, 그 밖의 계보다 우수한 표면 부동태 피막이 형성됨으로써 안정적인 Li 금속｜이온 액체 계면이 형성되어 있는 것이 시사되었다. 또, 도 3 의 결과로부터, 만일 EMI [f2N] 염이 타사이클 안정 작동하였다고 해도, Li 극측의 저항치의 큰 증가를 감안하면 전지의 장기 보존 특성은 f3C－ 가 우수한 것으로 추측할 수 있다.
(3) 신규 이온 액체 LiCoO2/Li 사이클 시험
[EMI][f3C] (실시예 1) 와 [EMI][Tf2N] (비교예 4) 을 사용하여, LiCoO2/Li 셀의 1 C 충방전 사이클 특성을 측정한 결과를 도 4 에 나타낸다. (상단) [방전 용량의 사이클 의존성. (하단) 충방전 쿨롱 효율. [EMI][Tf3C] 에 Li[Tf3C] 를 함유시킨 것은 (2) 로 나타낸 바와 같이 큰 계면 전하 이동 저항을 나타내는 것이나, 그 지나치게 높은 점도에 의한 큰 내부 저항에 의해 전혀 전지로서 작동하지 않았지만, 본 발명의 [EMI][f3C] 는 양호하게 작동하여, 종래부터 알려져 있는 [EMI][Tf2N] 보다 압도적으로 사이클 안정성이 우수하다. 쿨롱 효율이 거의 1 이기 때문에, 전해액의 분해나 전극의 열화 등이 억제되어 있는 것을 알 수 있다.
[EMI][f3C] 를 사용한 경우, 쿨롱 효율이 거의 100 ％ 로 500 사이클까지 안정적으로 작동하고 있고, 도 3 으로 나타내는 바와 같은 Li 계면에서의 안정성이 발휘되고 있음과 동시에, 4 V 급 정극에 대한 높은 산화 안정성을 겸비하고 있는 것을 알 수 있다.
또한, [EMI][f3C] (실시예 1) 와 [EMI][Tf2N] (비교예 4) 을 사용하여, LiCoO2/Li 셀의 충전시의 교류 임피던스 플롯을 측정하였다. 결과를 도 5 에 나타낸다.
충전시의 원호의 폭으로부터 전극 계면 전하 이동 저항을 알 수 있는데, [EMI][f3C] 가 종래부터 알려져 있는 [EMI][Tf2N] 염보다 압도적으로 작고, 또 500 사이클의 충방전 후에도 거의 변화가 없는 점에서, 정극과 전해액의 계면이 안정적으로 구축되어 있는 것이 시사된다.
EMI [Tf3C] (비교예 2) 도 검토했지만, 내부 저항이 지나치게 크기 때문에 첫회부터 전혀 작동하지 않았다. Tf3C 의 CF3SO2 기를 FSO2 기로 변경하는 것만으로, 점도의 저하나 계면 전하 이동 저항의 저하에 의한 내부 저항의 저하에 의해 크게 성능이 향상될 뿐만 아니라, 정극 계면에 있어서의 전해액의 안정성도 크게 향상되어 있는 것이, Tf2N 계의 결과와 비교하여 명확하다.
(4) 열 중량 변화
질소 분위기 하에서의 [EMI][f3C], [DEME][f3C], [Py13][f3C], [PP13][f3C] 의 열 중량 변화를 측정하였다. 결과를 도 6 에 나타낸다. 어느 염도 적어도 250 ℃ 정도의 내열성을 갖는 것이 명확해졌다.
(5) DSC
[EMI][f3C] (실시예 1) 와 [EMI][Tf3C] (비교예 2 : [Tf3C] = [(CF3SO2)3C]) 의 DSC (승온시, 승온 속도 10 ℃ 매분) 의 측정 결과를 도 7 에 나타낸다.
도 7 의 결과로부터, 본 발명의 [f3C] 아니온은 이온 액체에서는 대표적인 EMI 카티온에 대해서는 보다 저융점의 염을 부여하는 것을 알 수 있다.
또한 [DEME][f3C] (실시예 1) 와 [DEME][Tf3C] (비교예 2 : [Tf3C] = [(CF3SO2)3C]) 의 DSC (승온시, 승온 속도 10 ℃ 매분) 의 측정 결과를 도 8 에 나타낸다.
도 7, 8 의 결과로부터, 본 발명의 [f3C] 아니온은 EMI 에 이어서 이온 액체를 형성하기 쉬운 DEME 카티온에 대해서는 실온에서 상당히 고융점의 염을 부여하는 것을 알 수 있다. 그러나, 그 융해 엔트로피는 6.1 J K-1 ㏖-1 로 현저하게 낮아, 이 염이 독특한 고체 전해질로서 기대되는 유점성 결정인 것을 나타낸다. 또한 유리 전이점은 [DEME][f3C] 가 압도적으로 낮아, 유점성 결정 중에서의 이온의 운동성이 매우 높은 것으로 추정되는 점에서도 유점성 결정을 형성하기 쉬운 아니온인 것이 명확하다.
또한, [Py13][f3C] 및 [PP13][f3C] (실시예 1) 와 [Py13][Tf3C] 및 [PP13][Tf3C] (비교예 1 : [Tf3C] = [(CF3SO2)3C]) 의 DSC (승온시, 승온 속도 10 ℃ 매분) 의 측정 결과를 도 9 에 나타낸다.
카티온 Py13, PP13 에 있어서도, f3C 염의 융점은 Tf3C 염의 대략 100 ℃ 증가하면서, 융해 엔트로피는 Timmermans 의 유점성 결정의 정의 (ΔSm ＜ 20 J K-1 ㏖-1, J.Timmermans, J.Phys.Chem.Solids, 18(1), (1961), 및 그 안의 참고문헌) 보다 대폭 낮아 모두 유점성 결정인 것을 나타낸다. 유점성 결정을 전해질에 사용하는 데에 있어서, 유점성 결정상을 나타내는 상한 온도인 융점이 높은 것일수록 넓은 온도 범위에서 고체 전해질로서 사용하는 것이 가능하지만, f3C 아니온은 실온 부근에서 큰 흡열 (유점성 결정이 되는 온도에 상당) 을 나타내어, 실용상 중요한 실온역 이상이고 넓은 온도 범위에서 유점성 결정상을 가져오게 하는 우수한 아니온인 것을 나타낸다.

Claims (9)

  1. 아니온과 카티온으로 구성되는 이온 액체 또는 유점성 결정으로서, 아니온이 [C(SO2F)3]－ 를 함유하고, 카티온이 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 ([EMI]＋), N,N-디에틸-N-메틸-(2-메톡시에틸)암모늄 ([DEME]＋), N-메틸-N-프로필피롤리디늄 ([Py13]＋), N-메틸-N-프로필피페리디늄 ([PP13]＋), 테트라메틸암모늄 ([N1111]＋), 테트라에틸암모늄 ([N2222]＋), 트리메틸헥실암모늄 ([N6111]＋), 트리에틸헥실암모늄 ([N6222]＋), N-메틸-N-에틸피롤리디늄 ([Py12]＋), 1-부틸-3-메틸이미다졸륨 ([C4mim]＋) 및 1-헥실-3-메틸이미다졸륨 ([C6mim]＋) 으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1 종을 함유하는, 이온 액체 또는 유점성 결정.
  2. 제 1 항에 있어서,
    카티온이 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 ([EMI]＋), N,N-디에틸-N-메틸-(2-메톡시에틸)암모늄 ([DEME]＋), N-메틸-N-프로필피롤리디늄 ([Py13]＋) 및 N-메틸-N-프로필피페리디늄 ([PP13]＋) 으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1 종을 함유하는, 이온 액체 또는 유점성 결정.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    카티온이 [EMI]＋ 를 함유하고, 또한 이온 액체인, 이온 액체 또는 유점성 결정.
  4. 아니온과 카티온으로 구성되는 리튬 이차 전지용 비수 전해질로서, 아니온이 [C(SO2F)3]－ 를 함유하고, 카티온이 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 ([EMI]＋), N,N-디에틸-N-메틸-(2-메톡시에틸암모늄 ([DEME]＋), N-메틸-N-프로필피롤리디늄 ([Py13]＋), N-메틸-N-프로필피페리디늄 ([PP13]＋), 테트라메틸암모늄 ([N1111]＋), 테트라에틸암모늄 ([N2222]＋), 트리메틸헥실암모늄 ([N6111]＋), 트리에틸헥실암모늄 ([N6222]＋), N-메틸-N-에틸피롤리디늄 ([Py12]＋), 1-부틸-3-메틸이미다졸륨 ([C4mim]＋) 및 1-헥실-3-메틸이미다졸륨 ([C6mim]＋) 으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1 종을 함유하는, 리튬 이차 전지용 비수 전해질.
  5. 제 4 항에 있어서,
    카티온이 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 ([EMI]＋), N,N-디에틸-N-메틸-(2-메톡시에틸)암모늄 ([DEME]＋), N-메틸-N-프로필피롤리디늄 ([Py13]＋) 및 N-메틸-N-프로필피페리디늄 ([PP13]＋) 으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1 종을 함유하는, 리튬 이차 전지용 비수 전해질.
  6. 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서,
    카티온이 [EMI]＋ 를 함유하는, 리튬 이차 전지용 비수 전해질.
  7. 제 4 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    Li[C(SO2F)3] 을 추가로 함유하는, 리튬 이차 전지용 비수 전해질.
  8. 제 4 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 기재된 비수 전해질을 함유하는, 리튬 이차 전지.
  9. 제 8 항에 있어서,
    부극이 Li 금속 부극인, 리튬 이차 전지.
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