KR20170050660A - Solid polymer electrolyte composition and lithium secondary battery including the same - Google Patents

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KR20170050660A KR1020150152483A KR20150152483A KR20170050660A KR 20170050660 A KR20170050660 A KR 20170050660A KR 1020150152483 A KR1020150152483 A KR 1020150152483A KR 20150152483 A KR20150152483 A KR 20150152483A KR 20170050660 A KR20170050660 A KR 20170050660A
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이희우
안지 레디 폴루
김동규
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Abstract

The present invention relates to a solid polymer electrolyte composition and a lithium secondary battery comprising the solid polymer electrolyte composition. According to one embodiment of the present invention, a polymer matrix having high molecular weight increases mechanical strength of a solid polymer electrolyte. In addition, the solid polymer electrolyte composition comprises: an organic solvent; a polymer matrix; an additive containing a polyhedral silsesquioxane; and lithium salt.

Description

고체 고분자 전해질 조성물 및 이를 포함하는 리튬 이차전지{SOLID POLYMER ELECTROLYTE COMPOSITION AND LITHIUM SECONDARY BATTERY INCLUDING THE SAME}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a solid polymer electrolyte composition and a lithium secondary battery comprising the polymer electrolyte composition.

본원은, 고체 고분자 전해질 조성물, 및 상기 고체 고분자 전해질 조성물을 포함하는 리튬 이차전지에 관한 것이다.The present invention relates to a solid polymer electrolyte composition, and a lithium secondary battery comprising the solid polymer electrolyte composition.

급증하는 에너지 소비에 대응하고 환경친화적인 소비 형태로 변화시키기 위해 대체 에너지 및 대체 전력원, 즉 전기화학적인 에너지 생산법에 초점을 두고 많은 연구들이 진행되고 있다. 전기화학 에너지의 저장 및 변환법에는 이차전지, 연료전지, 캐패시터가 있으며, 현재 가장 우수한 방전 성능을 가지는 것으로 알려져 있는 리튬 이차전지에 관한 많은 연구가 진행되고 있다.Much research is underway to focus on alternative energy sources and alternate power sources, ie, electrochemical energy production, in order to respond to soaring energy consumption and change to environmentally friendly consumption patterns. BACKGROUND ART [0002] Many researches have been conducted on a lithium secondary battery, which is known to have the best discharge performance at present, including a secondary battery, a fuel cell, and a capacitor, for storing and converting electrochemical energy.

이차전지는 반도체, 디스플레이와 더불어 국내 전자정보기기산업을 이끌어 나갈 3대 핵심 전략제품으로 휴대폰, 노트북, 컴퓨터, 캠코더, MP3, PDA 등 21세기 인류의 생활과 밀접한 미래형 모바일 IT 제품들의 성능을 좌우함은 물론 전기자동차의 동력원으로 그 중요성을 더하고 있다.The rechargeable battery is one of the three core strategic products that will lead the domestic electronic information appliance industry along with semiconductors and displays, and it affects the performance of future mobile IT products closely related to the lives of humanity in the 21st century such as mobile phones, notebooks, computers, camcorders, MP3s and PDAs As well as the importance of electric vehicles as a power source.

그 중에서 특히 리튬 고분자 전지는 높은 에너지 밀도와 방전 전압으로 인해 가장 많이 연구되고 있으며, 현재 핸드폰 및 캠코더 등에 상용화되고 있다.Among them, lithium polymer batteries are most studied due to their high energy density and discharge voltage, and they are now being commercialized in mobile phones and camcorders.

리튬 고분자 전지에 사용되는 전해질 중에서, 폴리에틸렌 옥사이드 [poly(ethylene oxide), PEO]계 고분자 전해질이 상용화 가능성이 가장 높은 고분자 전해질 중의 하나로 알려져 있다. 그러나 PEO를 사용하는 고분자 전해질의 경우, 60℃ 이상의 고온에서는 10-4 S/cm의 비교적 높은 이온 전도도를 나타내지만 상온에서는 이온 전도도가 10-8 S/cm까지 낮아지는 문제점이 있다. 이러한 문제점은 PEO가 가지는 상온에서의 높은 결정성 (χ= ~ 80%)에 기인한다. 전해질 내에서의 이온의 이동은 고분자의 분절운동에 의해서 일어나며, 결정 영역에서는 그러한 움직임이 제한되게 된다. 따라서 고분자 전해질의 결정성을 억제시켜 비교적 낮은 온도와 상온에서도 높은 이온 전도도와 기계적 강도를 가지는 고분자 전해질을 개발하고자 연구가 이루어지고 있다.Of the electrolytes used in lithium polymer batteries, polyethylene oxide (PEO) based polymer electrolytes are known as one of the most promising polymer electrolytes. However, the polymer electrolyte using PEO has a relatively high ionic conductivity of 10 -4 S / cm at a high temperature of 60 ° C or higher, but the ionic conductivity is lowered to 10 -8 S / cm at room temperature. This problem is caused by the high crystallinity (χ = ~ 80%) at room temperature of PEO. The movement of ions in the electrolyte is caused by the segmental motion of the polymer and such movement is limited in the crystalline region. Therefore, studies have been made to develop a polymer electrolyte having a high ionic conductivity and mechanical strength at a relatively low temperature and room temperature by suppressing the crystallinity of the polymer electrolyte.

종래의 리튬 이차전지용 고체 고분자 전해질은 상온에서의 이온 전도도 확보를 위해 고분자 매트릭스인 PEO의 결정성 제어를 목적으로 여러 첨가제가 도입되었다. 예를 들어, 대한민국등록특허 제10-0722834호는 "고분자 전해질 복합재료의 제조방법 및 그로 제조된 고체 고분자 전해질 복합재료를 구비한 리튬 고분자 전지"에 대하여 개시하고 있다. 그러나 대부분의 경우, 첨가제의 도입 시 결정성은 제어되나 동시에 기계적 물성이 약화되는 문제가 발생한다. 상기 문제점뿐만 아니라, 첨가제들 자체의 크기가 PEO 사슬의 이동성 (chain mobility)에 영향을 미치므로, 상온 및 저온에서의 이온 전도에 있어 매우 중요한 요소인 유리 전이 온도(Tg)의 증가를 야기하는 단점을 안고 있다. 또한, 고체 고분자 전해질의 강도를 향상시키기 위해 첨가제를 도입할 경우, 고체 고분자 전해질의 강도는 향상되나 동시에 신율이 저하되는 단점이 있었다. 따라서, 고체 고분자 전해질의 강도 및 신율을 동시에 향상시킬 수 있는 첨가제의 개발이 필요한 실정이다.Conventional solid polymer electrolytes for lithium secondary batteries have various additives for the purpose of controlling the crystallinity of PEO, which is a polymer matrix, in order to secure ionic conductivity at room temperature. For example, Korean Patent Registration No. 10-0722834 discloses "a method for producing a polymer electrolyte composite material and a lithium polymer battery comprising the solid polymer electrolyte composite material produced therefrom ". However, in most cases, the crystallinity is controlled when the additive is introduced, but at the same time, the mechanical properties are deteriorated. In addition to the above problems, since the size of the additives itself affects the chain mobility of the PEO chain, it causes an increase in the glass transition temperature (T g ), which is a very important factor in ion conduction at normal temperature and low temperature It has disadvantages. In addition, when an additive is introduced to improve the strength of the solid polymer electrolyte, the strength of the solid polymer electrolyte is improved but the elongation is also lowered. Therefore, it is necessary to develop an additive capable of simultaneously improving the strength and elongation of the solid polymer electrolyte.

본원은, 유기 용매, 고분자 매트릭스, 다면체 실세스퀴옥산을 함유하는 첨가제, 및 리튬염을 포함하는 고체 고분자 전해질 조성물, 및 이를 포함하는 리튬 이차전지를 제공하고자 한다.The present invention provides a solid polymer electrolyte composition comprising an organic solvent, a polymer matrix, an additive containing a polyhedral silsesquioxane, and a lithium salt, and a lithium secondary battery comprising the same.

그러나, 본원이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.However, the problems to be solved by the present invention are not limited to the above-mentioned problems, and other problems not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

본원의 제 1 측면은, 유기 용매; 1,000,000 초과의 분자량을 갖는 폴리에틸렌 옥사이드 [poly(ethylene oxide), PEO]를 함유하는 고분자 매트릭스; 및 하기 화학식 1로서 표시되는 다면체 실세스퀴옥산을 함유하는 첨가제를 포함하는 고체 고분자 전해질 조성물을 제공한다:A first aspect of the present invention relates to a process for the preparation of a compound of formula A polymer matrix containing polyethylene oxide (PEO) having a molecular weight of more than 1,000,000; And an additive containing polyhedral silsesquioxane represented by the following general formula (1): < EMI ID = 1.0 >

[화학식 1][Chemical Formula 1]

Figure pat00001
;
Figure pat00001
;

상기 화학식 1에서, R1 내지 R3는 각각 독립적으로 CH2CH2(OCH2CH2)mOCH3이며, m은 3 내지 14 임.Wherein R 1 to R 3 are each independently CH 2 CH 2 (OCH 2 CH 2 ) m OCH 3 and m is 3 to 14;

본원의 제 2 측면은, 본원의 제 1 측면에 따른 고체 고분자 전해질 조성물, 캐소드 (cathode), 및 애노드 (anode)를 포함하는, 리튬 이차전지를 제공한다.The second aspect of the present invention provides a lithium secondary battery comprising the solid polymer electrolyte composition according to the first aspect of the present invention, a cathode, and an anode.

본원의 일 구현예에 따르면, 높은 분자량을 갖는 고분자 매트릭스를 이용하여 고체 고분자 전해질의 기계적 강도를 높이고, 리튬염과 케이지 구조를 가지는 다면체 실세스퀴옥산을 함유하는 나노복합 첨가제를 도입함으로써 높은 기계적 강도를 유지함과 동시에 결정성 제어를 통한 이온 전도도를 크게 향상시킨 고체 고분자 전해질을 수득할 수 있으며, 본원의 일 구현예에 따른 고체 고분자 전해질은 종래 리튬 이온 전지에 사용되어온 액체 전해질 및 겔형 고분자 전해질의 안정성 문제를 해결할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, by introducing a nanocomposite additive containing a polyhedral silsesquioxane having a lithium salt and a cage structure, the mechanical strength of the solid polymer electrolyte can be increased by using a high molecular weight polymer matrix, The solid polymer electrolyte according to one embodiment of the present invention can provide a solid polymer electrolyte having improved ionic conductivity by controlling the crystallinity while maintaining the stability of the liquid electrolyte and the gel polymer electrolyte used in conventional lithium ion batteries I can solve the problem.

또한, 본원의 고체 고분자 전해질은 강한 기계적 강도를 가지므로, 두께를 줄여도 그 성능을 유지할 수 있어 결과적으로 리튬 이차전지의 박막화 및 저가화를 실현할 수 있다.In addition, since the solid polymer electrolyte of the present invention has a strong mechanical strength, the performance can be maintained even if the thickness is reduced. As a result, the thickness and cost of the lithium secondary battery can be reduced.

아울러, 본원의 고체 고분자 전해질은 상온에서 높은 이온 전도도와 강도 및 신율을 동시에 가지므로, 향후 안정성이 보장된 고용량의 리튬 고분자 이차전지의 상용화에 기여할 수 있다.In addition, since the solid polymer electrolyte of the present invention has high ionic conductivity, strength and elongation at room temperature, it can contribute to the commercialization of a high capacity lithium polymer secondary battery with ensured stability in the future.

본원의 일 구현예에 따르면, 8방향의 폴리에틸렌 글리콜 (PEG) 작용기를 갖는 케이지 구조의 폴리에틸렌 글리콜-폴리헤드럴 올리고머릭 실세스퀴옥산(polyhedral oligomeric silsesquioxane, PEG-POSS)을 고분자 매트릭스인 PEO에 리튬염인 polyoctahedral silsesquioxand-phenyl7(BF3Li)3 (POSS Li Salt)과 함께 도입함으로써, 이온 전도도 성능이 향상된 이차전지용 고체 고분자 전해질을 제조할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, a polyethylene glycol-polyhedral oligomeric silsesquioxane (PEG-POSS) having a cage structure having an 8-directional polyethylene glycol (PEG) functional group is dissolved in a polymer matrix, Polyoctahedral silsesquioxand-phenyl 7 (BF 3 Li) 3 (POSS Li Salt), a solid polymer electrolyte for a secondary battery having improved ionic conductivity can be produced.

본원의 일 구현예에 따르면, 리튬 이차전지용 고체 고분자 전해질의 이온 전도도 향상을 위해서는 이온 전도가 일어나게 되는 고분자 매트릭스의 무정형 영역을 증가시켜야 한다. 그러기 위해서 첨가제를 도입함으로써 고분자 매트릭스의 분자 간의 상호 작용을 저해하고 높은 결정성을 낮추게 하는데, 종래의 연구에서는 상기 첨가제가 도입됨에 따라 이온 전도도의 향상은 기대할 수 있으나, 기계적 물성이 크게 감소하는 문제를 안고 있었다. 본원의 일 구현예에 따른 고체 고분자 전해질은, 고분자 매트릭스인 PEO 자체의 분자량을 높임으로써 기계적 강도를 높이고, 중앙에 Si-O-Si 구조를 가지는 POSS-benzyl7(BF3Li)3 염 및 실세스퀴옥산 케이지 구조를 가지는 POSS-PEG를 중앙에 첨가제로 도입함으로써 기계적 강도가 높게 유지되고, 동시에 결정성이 제어되어 이온 전도도가 크게 향상된다는 효과를 갖는다.According to one embodiment of the present invention, in order to improve the ionic conductivity of the solid polymer electrolyte for a lithium secondary battery, the amorphous region of the polymer matrix in which ion conduction occurs should be increased. For this purpose, introduction of an additive inhibits the intermolecular interaction of the polymer matrix and lowers the high crystallinity. In the conventional studies, the ionic conductivity can be expected to be improved as the additive is introduced, I was holding it. The solid polymer electrolyte according to one embodiment of the present invention can improve the mechanical strength by increasing the molecular weight of PEO itself as a polymer matrix and improve the mechanical strength of POSS-benzyl 7 (BF 3 Li) 3 salt having a Si- By introducing POSS-PEG having a sesquioxane cage structure as an additive at the center, the mechanical strength is maintained high, and at the same time, the crystallinity is controlled and the ion conductivity is greatly improved.

본원의 일 구현예에 따르면, POSS-PEG는 8방향의 PEG 작용기를 포함하고 있다. 첨가제로써 도입된 폴리에틸렌 글리콜은, POSS-PEG가 가소화 효과로 인해 고분자 매트릭스인 PEO의 결정성을 감소시키는 동시에, 8방향으로 달려있는 작용기인 PEG가 전해질 상에서 PEO와 마찬가지로 염을 해리할 수 있는 능력을 가지기 때문에, 이온의 움직임을 증가시켜 고체 고분자 전해질의 이온 전도도를 향상시킬 수 있다. According to one embodiment of the present disclosure, the POSS-PEG comprises an 8-way PEG functional group. The polyethylene glycol introduced as an additive reduces the crystallinity of the polymer matrix, PEO, due to the plasticizing effect of POSS-PEG, and the ability of the PEG, which is a functional group in eight directions, to dissociate salts on the electrolyte like PEO The ionic conductivity of the solid polymer electrolyte can be improved by increasing the movement of the ions.

본원의 일 구현예에 따르면, POSS-PEG의 함량을 조절함으로써, 고체 고분자 전해질의 이온 전도도와 열적, 기계적, 및 전기적 안정성을 향상시킬 수 있다 (7.64 x 10-4S/cm at 23°C).According to one embodiment of the present invention, the ionic conductivity and thermal, mechanical, and electrical stability of the solid polymer electrolyte can be improved by adjusting the content of POSS-PEG (7.64 x 10 -4 S / cm at 23 ° C) .

도 1은, 본원의 일 실시예에 있어서, 고체 고분자 전해질의 시차주사열량계 (differential scanning calorimeter, DSC) 분석 결과를 나타낸 그래프이다.
도 2는, 본원의 일 실시예에 있어서, 고체 고분자 전해질의 상온에서의 이온 전도도를 나타낸 그래프이다.
도 3은, 본원의 일 실시예에 있어서, 고체 고분자 전해질의 상온에서의 이온 전도도를 나타낸 그래프이다.
도 4는, 본원의 일 실시예에 있어서, 고체 고분자 전해질 조성물의 EO/Li 비율을 조절하여 측정한 전도도 값을 나타낸 그래프이다.
도 5는, 본원의 일 실시예에 있어서, 고체 고분자 전해질 조성물의 POSS-PEG의 함량을 조절하여 측정한 전도도 값을 나타낸 그래프이다.
도 6의 (a) 및 (b)는, 본원의 일 실시예에 있어서, 1,000,000의 분자량 값을 갖는 PEO를 이용한 고체 고분자 전해질(a) 및 4,000,000의 분자량 값을 갖는 PEO를 이용한 고체 고분자 전해질(b)의 사진이다.
1 is a graph showing a differential scanning calorimeter (DSC) analysis result of a solid polymer electrolyte according to an embodiment of the present invention.
2 is a graph showing the ionic conductivity of a solid polymer electrolyte at room temperature in one embodiment of the present invention.
3 is a graph showing the ionic conductivity of a solid polymer electrolyte at room temperature in one embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a graph showing conductivity values measured by controlling the EO / Li ratio of the solid polymer electrolyte composition in one embodiment of the present invention. FIG.
5 is a graph showing conductivity values measured by adjusting the content of POSS-PEG in the solid polymer electrolyte composition in one embodiment of the present invention.
6 (a) and 6 (b) are graphs showing the relationship between the solid polymer electrolyte (a) using PEO having a molecular weight value of 1,000,000 and the solid polymer electrolyte (b) using PEO having a molecular weight value of 4,000,000 ).

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본원이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본원의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본원은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본원을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily carry out the present invention. It should be understood, however, that the present invention may be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. In the drawings, the same reference numbers are used throughout the specification to refer to the same or like parts.

본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 “연결”되어 있다고 할 때, 이는 “직접적으로 연결”되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 “전기적으로 연결”되어 있는 경우도 포함한다. Throughout this specification, when a part is referred to as being "connected" to another part, it is not limited to a case where it is "directly connected" but also includes the case where it is "electrically connected" do.

본원 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 “상에” 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.Throughout this specification, when a member is " on " another member, it includes not only when the member is in contact with the other member, but also when there is another member between the two members.

본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 “포함” 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 본원 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 “약”, “실질적으로” 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본원의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다. 본원 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 “~(하는) 단계” 또는 “~의 단계”는 “~ 를 위한 단계”를 의미하지 않는다.Throughout this specification, when an element is referred to as " including " an element, it is understood that the element may include other elements as well, without departing from the other elements unless specifically stated otherwise. The terms " about ", " substantially ", etc. used to the extent that they are used throughout the specification are intended to be taken to mean the approximation of the manufacturing and material tolerances inherent in the stated sense, Accurate or absolute numbers are used to help prevent unauthorized exploitation by unauthorized intruders of the referenced disclosure. The word " step (or step) " or " step " used to the extent that it is used throughout the specification does not mean " step for.

본원 명세서 전체에서, 마쿠시 형식의 표현에 포함된 “이들의 조합(들)”의 용어는 마쿠시 형식의 표현에 기재된 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 혼합 또는 조합을 의미하는 것으로서, 상기 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것을 의미한다.Throughout this specification, the term " combination (s) thereof " included in the expression of the machine form means a mixture or combination of one or more elements selected from the group consisting of the constituents described in the expression of the form of a marker, Quot; means at least one selected from the group consisting of the above-mentioned elements.

본원 명세서 전체에서, “A 및/또는 B”의 기재는 “A 또는 B, 또는 A 및 B”를 의미한다.Throughout this specification, the description of "A and / or B" means "A or B, or A and B".

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본원의 구현예 및 실시예를 상세히 설명한다. 그러나, 본원이 이러한 구현예 및 실시예와 도면에 제한되지 않을 수 있다.Hereinafter, embodiments and examples of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to these embodiments and examples and drawings.

본원의 제 1 측면은, 유기 용매; 1,000,000 초과의 분자량을 갖는 폴리에틸렌 옥사이드 [poly(ethylene oxide), PEO]를 함유하는 고분자 매트릭스; 및 하기 화학식 1로서 표시되는 다면체 실세스퀴옥산을 함유하는 첨가제; 및 리튬염을 포함하는, 고체 고분자 전해질 조성물을 제공한다:A first aspect of the present invention relates to a process for the preparation of a compound of formula A polymer matrix containing polyethylene oxide (PEO) having a molecular weight of more than 1,000,000; And an additive containing a polyhedral silsesquioxane represented by the following general formula (1); And a lithium salt, wherein the solid polymer electrolyte composition comprises:

[화학식 1] [Chemical Formula 1]

Figure pat00002
;
Figure pat00002
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상기 화학식 1에서, R1 내지 R3는 각각 독립적으로, CH2CH2(OCH2CH2)mOCH3이며, m은 3 내지 14 임.Wherein R 1 to R 3 are each independently CH 2 CH 2 (OCH 2 CH 2 ) m OCH 3 and m is 3 to 14;

예를 들어, 상기 다면체 실세스퀴옥산은, 케이지 구조의 다면체 소중합체 실세스퀴옥산 (polyhedral oligomeric silsesquioxane, POSS)을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.For example, the polyhedral silsesquioxane may include, but is not limited to, a polyhedral oligomeric silsesquioxane (POSS) having a cage structure.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 고체 전해질 조성물은 필름 형태, 또는 막 형태를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.In one embodiment of the present invention, the solid electrolyte composition may include, but is not limited to, a film form or a film form.

고분자 전해질 조성물의 이온전도는 고분자 매트릭스에 포함된 고분자의 무정형 영역에서 일어난다. 따라서 고분자 전해질 조성물의 이온 전도도 상승을 위해서는 결정성 고분자의 사슬 간 상호작용을 저해하여 그 결정성을 낮추어야 하고, 이를 위해서 첨가제가 도입될 수 있다. 그러나 기존의 첨가제가 도입되는 시스템에서는, 첨가제가 도입됨에 따라 고분자의 결정성이 제어되어 이온 전도도의 상승을 가져오나 동시에 기계적 물성의 큰 감소를 야기하게 되는 문제점을 안고 있다. 이에 이러한 단점을 완화하기 위해 중앙의 실세스퀴옥산 케이지 구조를 통해서 전해질의 물성을 보완하는 케이지 구조의 다면체 실세스퀴옥산을 첨가제로서 도입하는 경우, 결정성 제어를 통한 이온 전도도 향상과 동시에 기계적 물성이 보완된 고체 고분자 전해질을 구현할 수 있다. 특히, 본원의 다면체 실세스퀴옥산을 함유하는 첨가제를 포함하는 고분자 전해질 조성물을 이용하여 고분자 전해질을 제조하는 경우, 종래의 첨가제를 사용하는 경우와 달리 강도 및 신율이 동시에 향상될 수 있다.Ion conduction of the polymer electrolyte composition occurs in the amorphous region of the polymer contained in the polymer matrix. Therefore, in order to increase the ionic conductivity of the polymer electrolyte composition, intermolecular interaction of the crystalline polymer should be inhibited and the crystallinity thereof should be lowered, and an additive may be introduced for this purpose. However, in the system in which the conventional additives are introduced, crystallinity of the polymer is controlled by the introduction of the additive, which leads to an increase in ionic conductivity, but at the same time, a significant decrease in mechanical properties is caused. In order to alleviate these disadvantages, when cage-structured polyhedral silsesquioxane is incorporated as an additive, which improves the physical properties of the electrolyte through a central silsesquioxane cage structure, the ionic conductivity is improved by controlling the crystallinity, Thereby completing the complementary solid polymer electrolyte. Particularly, when the polymer electrolyte comprising the polyhedral silsesquioxane-containing polymer electrolyte composition of the present invention is used, strength and elongation can be improved at the same time as in the case of using conventional additives.

예를 들어, 상기 다면체 실세스퀴옥산은 작용기로서 폴리에틸렌 글리콜 (polyethylene glycol, PEG)을 함유하는 PEG-다면체 실세스퀴옥산 (polyethylene glycol-polyhedral oligomeric silsesquioxane, PEG-POSS)을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.For example, the polyhedral silsesquioxane may include PEG-polyhedral oligomeric silsesquioxane (PEG-POSS) containing polyethylene glycol (PEG) as a functional group, But may not be limited thereto.

상기 화학식 1로서 표시되는 다면체 실세스퀴옥산의 경우, 중앙의 케이지 구조를 바탕으로, 8 방향에 위치한 8 개의 규소 원자에 작용기가 연결되어 있다. 8 개의 작용기에는 전해질 시스템에 가소제로서 많이 활용되는 폴리에틸렌 글리콜이 각각 포함되어 있어, 고분자 매트릭스의 부족한 염 해리 능력을 보완해주는 동시에 첨가제로서 고체 고분자 매트릭스의 결정성을 제어할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 다면체 실세스퀴옥산은 나노 크기의 첨가제로서 도입량이 증가함에 따라 유리 전이 온도를 낮춰주게 되어 분자의 움직임을 활발하게 하며, 동시에 중앙의 안정한 케이지 구조로 인해 결정성 제어로 인해 떨어질 수 있는 기계적 강도를 보완할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.In the case of the polyhedral silsesquioxane represented by Formula 1, the functional groups are connected to eight silicon atoms located in eight directions based on the central cage structure. Eight functional groups each include polyethylene glycol, which is widely used as a plasticizer in the electrolyte system, so that the crystallinity of the solid polymer matrix can be controlled as an additive while complementing the deficient salt dissociation ability of the polymer matrix, have. For example, the polyhedral silsesquioxane is a nano-sized additive. As the amount of the additive increases, the glass transition temperature is lowered and the molecular movement becomes active. At the same time, due to the stable cage structure at the center, Mechanical strength that can be achieved, but may not be limited thereto.

예를 들어, 상기 화학식 1로 표시되는 다면체 실세스퀴옥산의 8 방향에 위치한 8 개의 작용기 각각은 독립적으로 그 길이가 조절될 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.For example, each of the eight functional groups located in eight directions of the polyhedral silsesquioxane represented by Formula 1 may be independently controlled in length, but may not be limited thereto.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 화학식 1 중 R1 내지 R8에 포함된 에틸렌 옥사이드 (ethylene oxide, EO) 반복단위의 평균 개수 m은 3 개 내지 14 개, 예를 들어, m은 3 개 내지 14 개, 3 개 내지 10 개, 3 개 내지 8 개, 또는3 개 내지 6 개, 4 개 내지 13 개, m은 4 개 내지 13 개, 4 개 내지 10 개, 4 개 내지 8 개, 또는4 개 내지 6 개인 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.In one embodiment of the present invention, the average number m of ethylene oxide (EO) repeating units contained in R 1 to R 8 in the general formula (1) ranges from 3 to 14, for example, 14, 3 to 10, 3 to 8, or 3 to 6, 4 to 13, m is 4 to 13, 4 to 10, 4 to 8, or 4 But it may not be limited thereto.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 m값이 줄어들게 되면 각각의 EO 사슬로 인해 결정성이 감소함으로 인해 높은 전도도 값을 얻을 수 있으며, 반면, 상기 m값이 3 이하로 줄어들게 되면 mobility가 증가하게 되어 Tg가 매우 낮아지게 된다. 그러므로 막 제작에 어렵다.In one embodiment of the present invention, when the m value is reduced, a high conductivity value can be obtained because the crystallinity is reduced due to each EO chain. On the other hand, if the m value is reduced to 3 or less, mobility is increased The Tg becomes very low. Therefore, it is difficult to make film.

예를 들어, 본원의 고체 고분자 전해질 조성물은 리튬 이차전지 또는 연료전지의 전해질에 사용될 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.For example, the solid polymer electrolyte composition of the present invention may be used in an electrolyte of a lithium secondary battery or a fuel cell, but may not be limited thereto.

본원의 고체 고분자 전해질 조성물이 리튬 이차전지에 사용되는 경우, 상기 폴리에틸렌 글리콜에 포함된 EO는 전해질 내에서 리튬염과의 배위결합을 통해 착체를 형성하여 이온전도의 역할을 수행하는데, 이에 따라 상기 EO의 반복단위체가 증가한다는 것은 더 많은 이온전도 부위를 공급한다는 것을 의미하며, 동시에 상기 리튬염의 해리가 증가됨으로 인해 더 많은 리튬 자유 이온을 이동시킬 수 있다. 아울러, 유리 전이 온도가 낮은 폴리에틸렌 글리콜의 EO 반복단위체가 존재함에 따라 고분자 전해질의 유리 전이 온도가 떨어지게 되어 결과적으로 고분자의 움직임이 활발해지게 된다. 예를 들어, 상기 폴리에틸렌 글리콜은 상기와 같은 효과들로 인해 상기 고분자 전해질의 이온 전도도의 상승을 야기하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.When the solid polymer electrolyte composition of the present invention is used in a lithium secondary battery, the EO contained in the polyethylene glycol forms a complex through coordination bond with the lithium salt in the electrolyte to perform ion conduction, Means that more ion conduction sites are provided, and at the same time, the dissociation of the lithium salt is increased, so that more lithium free ions can be transferred. In addition, the presence of the EO repeating unit of polyethylene glycol having a low glass transition temperature lowers the glass transition temperature of the polymer electrolyte, resulting in an increase in the activity of the polymer. For example, the polyethylene glycol may cause an increase in the ion conductivity of the polymer electrolyte due to the above effects, but the present invention is not limited thereto.

예를 들어, 상기 화학식 1 중 R1 내지 R8에 포함된 EO 반복단위의 개수를 조절함으로써 고분자의 성능을 통제할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 만약, 상기 화학식 1 중 R1 내지 R8에 포함된 에틸렌 옥사이드 반복단위의 평균 개수가 너무 많으면, 예를 들어, 44 개 초과인 경우, 고분자 매트릭스와 첨가제의 혼합이 잘 이루어 지지 않을 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 이에 따라, 상기 화학식 1 중 R1 내지 R8에 포함된 에틸렌 옥사이드 반복단위의 개수를 조절함으로써 다면체 실세스퀴옥산의 곁가지의 길이를 조절할 수 있으며, 이에 따라 본원의 고체 고분자 전해질 조성물의 성능을 조절할 수 있다.For example, the performance of the polymer may be controlled by controlling the number of EO repeating units contained in R 1 to R 8 in the above formula (1), but the present invention is not limited thereto. If the average number of the ethylene oxide repeating units contained in R 1 to R 8 in the above formula (1) is too large, for example, more than 44, mixing of the polymer matrix and the additive may not be performed well. But may not be limited. Accordingly, by controlling the number of ethylene oxide repeating units included in R 1 to R 8 in the formula (1), the length of side branches of the polyhedral silsesquioxane can be controlled, thereby controlling the performance of the solid polymer electrolyte composition of the present invention .

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 다면체 실세스퀴옥산의 함량은, 상기 고분자 전해질 조성물의 전체 중량을 기준으로 5 wt% 내지 50 wt% 인 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 다면체 실세스퀴옥산의 함량은, 상기 고분자 전해질 조성물의 전체 중량을 기준으로 5 wt% 내지 50 wt%, 10 wt% 내지 50 wt%, 15 wt% 내지 50 wt%, 20 wt% 내지 50 wt%, 5 wt% 내지 40 wt%, 10 wt% 내지 40 wt%, 15 wt% 내지 40 wt%, 또는 20 wt% 내지 40 wt% 인 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 다면체 실세스퀴옥산의 함량이 증가하게 되면 결정성이 감소함에 따라 전도도가 증가하게 된다. 하지만 50 wt이상에서는 Tg의 감소로 인해 막 제작이 어렵기 때문에 20-40 wt에서 최적의 효과를 가진다.In one embodiment of the present invention, the content of the polyhedral silsesquioxane may be 5 wt% to 50 wt% based on the total weight of the polymer electrolyte composition, but may not be limited thereto. For example, the content of the polyhedral silsesquioxane may be in the range of 5 wt% to 50 wt%, 10 wt% to 50 wt%, 15 wt% to 50 wt%, and 20 wt%, based on the total weight of the polymer electrolyte composition But may not be limited to, 50 wt% to 50 wt%, 5 wt% to 40 wt%, 10 wt% to 40 wt%, 15 wt% to 40 wt%, or 20 wt% to 40 wt%. For example, as the content of the polyhedral silsesquioxane increases, the conductivity increases as the crystallinity decreases. However, since the film formation is difficult due to the reduction of Tg above 50 wt, the optimum effect is obtained at 20-40 wt.

예를 들어, 다면체 실세스퀴옥산이 첨가제로 도입되는 양이 증가할수록 고분자 매트릭스에 포함된 고분자의 유리 전이 온도 (Tg)는 고분자와 리튬염만으로 구성된 전해질의 Tg에 비해 낮아지게 될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 기존의 고체 고분자 전해질 시스템에 도입되는 첨가제들은 그 자체의 크기로 인해 결정성 제어에는 효과가 있으나, 고분자 사슬의 이동성을 떨어뜨려 유리 전이 온도가 증가하게 되는 문제를 안고 있었다. 그러나 첨가제인 다면체 실세스퀴옥산은 나노 크기의 첨가제로서 유리 전이 온도를 낮아지게 하여 저온 및 상온에서 분자 움직임을 활발하게 하며, 결과적으로 고분자 매트릭스와 리튬염으로만 구성된 전해질에 비해 상온에서의 이온 전도도 향상을 가져올 수 있다.For example, as the amount of polyhedral silsesquioxane introduced into the additive increases, the glass transition temperature (T g ) of the polymer contained in the polymer matrix may be lower than the T g of the electrolyte composed solely of polymer and lithium salt , But is not limited thereto. The additive introduced into the conventional solid polymer electrolyte system has an effect on the crystallinity control due to its size, but it has a problem that the glass transition temperature is increased due to decrease of the mobility of the polymer chain. However, polyhedral silsesquioxane, an additive, is a nano-sized additive that lowers the glass transition temperature, which causes molecular motion at low temperatures and at room temperatures. As a result, ionic conductivity at room temperature is lower than that of a polymer matrix and a lithium salt- Improvement can be brought about.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 폴리에틸렌 옥사이드 [poly(ethylene oxide), PEO]의 분자량은 약 1,000,000 초과, 예를 들어, 약 1,000,000 초과 내지 약10,000,000, 약 1,000,000 초과 내지 약 9,000,000, 약 1,000,000 초과 내지 약8,000,000, 약 1,000,000 초과 내지 약 7,000,000, 약 1,000,000 초과 내지 약 6,000,000, 약 1,000,000 초과 내지 약 5,000,000, 약 1,000,000 초과 내지 약4,000,000, 약 1,000,000 초과 내지 약 3,000,000, 또는 약 1,000,000 초과 내지 약 2,000,000인 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 폴리에틸렌 옥사이드의 분자량은 약 1,000,000 이하인 경우 유리 전이 온도가 너무 낮아 막 형성이 곤란하다.In one embodiment herein, the molecular weight of the polyethylene oxide (PEO) is greater than about 1,000,000, for example, greater than about 1,000,000 to about 10,000,000, greater than about 1,000,000 to about 9,000,000, greater than about 1,000,000 to about From greater than about 1,000,000 to about 3,000,000, or from greater than about 1,000,000 to about 2,000,000, with the proviso that at least about 8,000,000, from about 1,000,000 to about 7,000,000, from about 1,000,000 to about 6,000,000, from about 1,000,000 to about 5,000,000, from about 1,000,000 to about 4,000,000, But may not be limited. For example, when the molecular weight of the polyethylene oxide is about 1,000,000 or less, the glass transition temperature is too low to form a film.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 유기 용매는 카보네이트, 에스테르, 에테르, 케톤, 니트릴, 및 이들의 조합들로 이루어지는 군으로부터 선택되는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the organic solvent may be selected from the group consisting of carbonates, esters, ethers, ketones, nitriles, and combinations thereof, but may not be limited thereto.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 고체 고분자 전해질 조성물은 리튬염을 추가 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the solid polymer electrolyte composition may further include a lithium salt, but the present invention is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 리튬염은 하기와 같이 polyoctahedral silsesquioxane - phenyl7(BF3Li)3, phytic (BF3)Li, POSS SA (BF3)Li Salt, tetrasilanol phenyl POSS (BF3)Li, POSS-benzyl7(BF3Li)3 및 이들의 조합들로 이루어지는 군에서 선택되는 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.In one embodiment of the present application, polyoctahedral silsesquioxane as described below is the lithium salt - phenyl 7 (BF 3 Li) 3, phytic (BF 3) Li, POSS SA (BF 3) Li Salt, tetrasilanol phenyl POSS (BF 3) Li, POSS-benzyl 7 (BF 3 Li) 3 salt But are not limited to, those selected from the group consisting of combinations thereof, and the like.

Figure pat00003
Figure pat00004
Figure pat00005
Figure pat00006
Figure pat00003
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예를 들어, 고분자 매트릭스와 리튬염을 포함하는 고체 고분자 전해질 조성물에 도입될 수 있는 첨가제인 다면체 실세스퀴옥산은 1 방향 내지 8 방향에 위치한 폴리에틸렌 글리콜(PEG) 작용기를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 폴리에틸렌 글리콜은 폴리에틸렌 옥사이드 및 리튬염과 함께 겔 타입 고분자 전해질에 가소제로서 도입되었을 때, 1 x 10-3 S/cm라는 높은 전도도를 나타낸다. 따라서, 다면체 실세스퀴옥산은 고분자 매트릭스에 첨가됨으로써 상기 고분자 매트릭스의 결정성을 감소시키는 동시에 최대 8 방향으로 달려있는 작용기인 폴리에틸렌 글리콜이 전해질 상에서 고분자 매트릭스인 폴리에틸렌 옥사이드 등과 마찬가지로 염을 해리할 수 있는 능력을 가지므로 고분자 매트릭스의 부족한 리튬염 해리 능력을 보완할 수 있다. 염 해리도가 증가한다는 것은 전해질 내에 해리된 리튬 자유이온의 밀도가 증가된다는 것을 의미하므로, 결과적으로 고체 고분자 전해질의 이온 전도도가 향상되는 것이다.For example, the polyhedral silsesquioxane, which is an additive that can be introduced into a solid polymer electrolyte composition including a polymer matrix and a lithium salt, may include a polyethylene glycol (PEG) functional group located in one to eight directions, But may not be limited. When polyethylene glycol is introduced as a plasticizer into a gel-type polymer electrolyte together with polyethylene oxide and a lithium salt, it exhibits a high conductivity of 1 x 10 -3 S / cm. Therefore, the polyhedral silsesquioxane is added to the polymer matrix to decrease the crystallinity of the polymer matrix, and at the same time, the polyethylene glycol, which is a functional group in up to eight directions, can dissolve the salt as well as the polymer matrix, such as polyethylene oxide, It is possible to compensate for the insufficient lithium salt dissociation ability of the polymer matrix. The increase in salt dissociation means that the density of dissociated lithium free ions in the electrolyte is increased, and consequently, the ion conductivity of the solid polymer electrolyte is improved.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 고분자 매트릭스는 폴리에틸렌 옥사이드 [poly(ethylene oxide), PEO]를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the polymer matrix may include, but not limited to, polyethylene oxide (PEO).

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 고체 고분자 전해질 조성물에 포함된 에틸렌 옥사이드 (EO)와 상기 리튬염에 포함된 리튬 (Li)의 몰비가 4:1 내지 60:1인 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. In one embodiment of the present invention, the molar ratio of ethylene oxide (EO) contained in the solid polymer electrolyte composition to lithium (Li) contained in the lithium salt may be 4: 1 to 60: 1, .

본원의 제 2 측면은, 상기 본원의 제 1 측면에 따른 고체 고분자 전해질 조성물, 캐소드 (cathode), 및 애노드 (anode)를 포함하는, 리튬 이차전지를 제공한다. 본원의 제 2 측면에 따른 리튬 이차전지에 대하여, 본원의 제 1 측면과 중복되는 부분들에 대해서는 상세한 설명을 생략하였으나, 그 설명이 생략되었더라도 본원의 제 1 측면에 기재된 내용은 본원의 제 2 측면에 동일하게 적용될 수 있다.The second aspect of the present invention provides a lithium secondary battery comprising the solid polymer electrolyte composition according to the first aspect of the present invention, a cathode, and an anode. Although the description of the lithium secondary battery according to the second aspect of the present invention is omitted from the description of the first aspect of the present invention, the description of the first aspect of the present invention is not limited to the second aspect of the present invention As shown in FIG.

예를 들어, 상기 리튬 이차전지는 안정성이 강화된 고용량 리튬 고분자 이차전지를 포함할 수 있으며, 상기 리튬 고분자 이차전지는 박막화 및 저가화된 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. For example, the lithium secondary battery may include a high-capacity lithium polymer secondary battery having enhanced stability, and the lithium polymer secondary battery may be thinned and reduced in cost, but the present invention is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 캐소드는 LiMn2O4, LiNi2O4, LiTi2O4, LiTiS2, LiCoO2, LiNiO2, LiMnO2, Li2MnO3, LiFePO4 , LiFePO4, LiFePO4F, LiMnPO4, LiCoPO4, LiNiPO4, 및 이들의 조합들로 이루어지는 군에서 선택되는 화합물을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다:In one embodiment of the invention, the cathode is LiMn 2 O 4, LiNi 2 O 4, LiTi 2 O 4, LiTiS 2, LiCoO 2, LiNiO 2, LiMnO 2, Li 2 MnO 3, LiFePO 4, LiFePO 4, LiFePO 4 F, LiMnPO 4, LiCoPO 4, LiNiPO 4, and may be, but comprising a compound selected from the group consisting of the combinations thereof, may not be limited to:

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 애노드는 그래파이트 (graphite), 그래핀 (graphene), 저온 소성 탄소, 소성된 코크스, 바나듐 산화물, 리튬 바나듐 산화물, 리튬 게르마늄 산화물, 리튬 타이타네이트 산화물, 실리콘, 실리카, 리튬 실리사이드, 및 이들의 조합들로 이루어지는 군에서 선택되는 것을 포함하는 것 일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. In one embodiment of the present application, the anode comprises at least one of graphite, graphene, low temperature calcined carbon, calcined coke, vanadium oxide, lithium vanadium oxide, lithium germanium oxide, lithium titanate oxide, , Lithium suicide, and combinations thereof, but may not be limited thereto.

이하, 본원의 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명하고자 하나, 하기의 실시예는 본원의 이해를 돕기 위하여 예시하는 것 일뿐, 본원의 내용이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the following examples. However, the following examples are given to aid understanding of the present invention, and the present invention is not limited to the following examples.

[[ 실시예Example ] ]

실시예Example 1. 다면체  1. Polyhedron 실세스퀴옥산이Silsesquioxane 첨가된 고분자 전해질 제조 (폴리에틸렌 옥사이드 분자량 약 4,000,000). Manufacture of added polymer electrolyte (molecular weight of polyethylene oxide approx. 4,000,000).

본 실시예에서는 다면체 실세스퀴옥산 (polyethylene glycol-polyhedral silsesquioxane)이 첨가된 고체 고분자 전해질을 제조하였다. 제조에 필요한 시약은 Aldrich와 Hybrid Plastic사에서 구입하여 사용하였다. 무수 아세토니트릴 (99.8%, Aldrich)를 용매로 사용하였고, 분자량 약 4,000,000의 폴리에틸렌 옥사이드 (PEO, Aldrich)와 리튬염으로서 [POSS-benzyl7(BF3Li)3, (hybrid Plastics)]를 사용하였다. 또한 첨가제로서 다면체 실세스퀴옥산 (hybrid plastics)를 사용하여 박막 형태의 고체 고분자 전해질을 제조하였다.In this embodiment, a solid polymer electrolyte to which polyhedral glycol silsesquioxane was added was prepared. The reagents required for the preparation were purchased from Aldrich and Hybrid Plastic. POSS-benzyl 7 (BF 3 Li) 3 (hybrid Plastics) was used as a solvent and polyethylene oxide (PEO, Aldrich) having a molecular weight of about 4,000,000 and acetonitrile (99.8%, Aldrich) . In addition, solid polyelectrolytes in the form of thin films were prepared by using polyhedral silsesquioxanes as an additive.

고분자 매트릭스인 PEO에 첨가제로 다면체 실세스퀴옥산을 전체 중량의 5 wt%, 10 wt%, 20 wt%, 및 50 wt%로서 첨가하였다. 이어서 PEO-리튬염 착체 형성을 위해 리튬염인 POSS Li Salt의 양을 [EO]/[Li]의 비율을 14/1로 첨가하고 이들을 유기용매인 아세토니트릴에서 해리시켰다. 리튬염의 완전한 해리와 PEO와의 안정적인 착체 형성 및 다면체 실세스퀴옥산의 고른 분산을 위해서 50 ℃의 항온조 (oil-bath)에서 마그네틱 바를 이용하여 상기 용액을 충분히 (최대 24 시간) 교반하여 균일한 용액을 만들었다. 이 때, 중간 중간에 초음파 처리를 하여 첨가제인 다면체 실세스퀴옥산이 뭉치지 않고 전체적으로 고르게 잘 분산될 수 있도록 하였다. 이러한 과정에 의하여 얻어진 균일 용액을 테플론 페트리디쉬 (teflon petridish)에 담아 용액 주형법 (solution casting)을 이용하여 전해질 막을 형성 하였다. 이후 상온에서 수분과의 접촉을 완전히 차단하기 위해 고순도 질소 하의 글러브박스 (glove box)에서 전해질 막을 4 일 내지 5 일간 건조시키며 용매인 아세토니트릴을 충분히 제거하여 다면체 실세스퀴옥산이 첨가된 고분자 전해질을 수득하였다.Polyhedral silsesquioxane as an additive was added to the polymer matrix PEO as 5 wt%, 10 wt%, 20 wt%, and 50 wt% of the total weight. Next, the amount of POSS Li Salt, which is a lithium salt, was added at a ratio of [EO] / [Li] of 14/1 in order to form a PEO-lithium salt complex, and they were dissolved in acetonitrile as an organic solvent. For complete dissociation of the lithium salt and formation of a stable complex with PEO and even dispersion of the polyhedral silsesquioxane, the solution is stirred sufficiently (max. 24 hours) in a 50 ° C oil bath using a magnetic bar to obtain a homogeneous solution made. At this time, ultrasonic treatment was performed in the middle, so that polyhedral silsesquioxane as an additive could be dispersed evenly and uniformly without aggregation. The homogeneous solution obtained by this process was placed in teflon petridish and solution casting was used to form an electrolyte membrane. Then, in order to completely block the contact with moisture at room temperature, the electrolyte membrane was dried in a glove box under high purity nitrogen for 4 days to 5 days, and the polyelectrolyte containing polyhedral silsesquioxane was removed by sufficiently removing acetonitrile as a solvent. .

실시예Example 2. 다면체  2. Polyhedron 실세스퀴옥산이Silsesquioxane 첨가된 고분자 전해질 제조 (폴리에틸렌  Addition of Polymer Electrolyte Preparation (Polyethylene 옥사이드Oxide 분자량 약 8,000,000) Molecular weight about 8,000,000)

분자량이 약 8,000,000인 폴리에틸렌 옥사이드를 사용하였다는 것을 제외하고는 상기 실시예 1에서 기술된 방법과 동일한 방법을 사용하여 다면체 실세스퀴옥산이 첨가된 고분자 전해질을 제조하였다. 이때, 상기 POSS-PEG는 하기와 같이 제조되었다.A polyelectrolyte containing polyhedral silsesquioxane was prepared using the same method as described in Example 1, except that polyethylene oxide having a molecular weight of about 8,000,000 was used. At this time, the POSS-PEG was prepared as follows.

먼저, 모노메틸-PEG (monomethyl-PEG)와 과량의 알릴 브로마이드 (allyl bromide)를 넣고, NaOH 존재 하에서 24 시간 동안 50℃에서 환류 (reflux)시키고, 진공 여과 (vacuum filtering)하여 얻어진 시료에 남은 알릴 브로마이드를 제거시켜주기 위해 60℃에서 24 시간 동안 진공 오븐에서 건조시켜 알릴-PEO (allyl-PEO)를 합성하였다. 상기 알릴-PEO의 제조 과정을 하기 반응식 1에 나타내었다:First, monomethyl-PEG and excess allyl bromide were added, refluxed at 50 ° C for 24 hours in the presence of NaOH, and vacuum filtered to remove residual allyl Allyl-PEO (allyl-PEO) was synthesized by drying in a vacuum oven at 60 ° C for 24 hours to remove the bromide. The process for preparing the allyl-PEO is shown in Scheme 1 below:

[반응식 1][Reaction Scheme 1]

Figure pat00007
Figure pat00007

다음으로, 옥타실레인-POSS (octasilane-POSS)와 상기 제조된 과량의 알릴-PEO를 함께 넣고 진공의 60℃에서 24 시간 동안 수분을 제거한 후 다시 110℃에서 24 시간 동안 가열하였다. 이후, 순수한 CH2Cl2를 질소 환경에서 가하여 녹여주고, 칼스테트 촉매 (Karstedt’s catalyst)를 한 방울씩 천천히 떨어뜨린 후, 40℃에서 환류시키며 48 시간 동안 반응시켰으며, 활성탄과 혼합하여 진공여과 시켜 POSS-PEG를 제조하였다. 남은 용매는 감압환경에서 증발시켰다. POSS-PEG의 제조 과정을 하기 반응식 2에 나타내었다:Next, octasilane-POSS and excess allyl-PEO were added together and the moisture was removed at 60 DEG C for 24 hours in a vacuum, followed by heating at 110 DEG C for 24 hours. Then, pure CH 2 Cl 2 was dissolved in nitrogen atmosphere, Karstedt's catalyst was slowly dropped by one drop, and the mixture was refluxed at 40 ° C for 48 hours, mixed with activated carbon, and vacuum filtered POSS-PEG was prepared. The remaining solvent was evaporated under reduced pressure. The preparation of POSS-PEG is shown in Scheme 2 below:

[반응식 2][Reaction Scheme 2]

Figure pat00008
Figure pat00008

실시예Example 3. 고분자 전해질의 유리 전이 온도와 결정화도 측정 (폴리에틸렌  3. Measurement of Glass Transition Temperature and Crystallinity of Polymer Electrolyte (Polyethylene 옥사이드Oxide 분자량 약 4,000,000) Molecular weight about 4,000,000)

본 실시예에서는 분자량이 약 4,000,000인 PEO와 리튬염 (POSS Li Salt)에 다면체 실세스퀴옥산이 전체 중량 대비 0 wt%, 10 wt%, 20 wt%, 30 wt%, 40 wt%, 50 wt%, 및 60 wt% 첨가된 고체 고분자 전해질과 순수 PEO만이 포함된 고체 고분자 전해질의 유리 전이 온도와 결정화도를 측정하였다. 도 1은 상기 고체 고분자 전해질들을 시차주사열량계 (differential scanning calorimeters, DSC)로 분석하여 그 결과를 그래프로 나타낸 것이고, 표 1은 상기 도 1의 결과를 수치화하여 나타낸 것이다. 도 1 및 표 1에 나타난 결과에 따르면, 첨가제로 도입되는 다면체 실세스퀴옥산의 양이 증가할수록 PEO의 결정성이 감소되어 용융온도와 용융구간에서의 피크 면적이 감소하는 것을 확인할 수 있었다.In this embodiment, polyhedral silsesquioxane is added to the total amount of 0 wt%, 10 wt%, 20 wt%, 30 wt%, 40 wt%, and 50 wt% of PEO having a molecular weight of about 4,000,000 and lithium salt (POSS Li Salt) %, And 60 wt% of solid polymer electrolyte and pure PEO were measured. FIG. 1 is a graph showing the results of analysis of the solid polymer electrolytes by differential scanning calorimetry (DSC), and Table 1 is a numerical representation of the results of FIG. The results shown in FIG. 1 and Table 1 show that as the amount of the polyhedral silsesquioxane introduced as the additive increases, the crystallinity of the PEO decreases, and the melting temperature and the peak area in the melt section decrease.

[표 1][Table 1]

Figure pat00009
Figure pat00009

실시예Example 4. 고분자 전해질의 유리 전이 온도와 결정화도 측정 (폴리에틸렌  4. Measurement of Glass Transition Temperature and Crystallinity of Polymer Electrolyte (Polyethylene 옥사이드Oxide 분자량 약 8,000,000) Molecular weight about 8,000,000)

본 실시예에서는, 분자량이 약 8,000,000인 PEO 및 리튬염 (POSS Li Salt)을 이용 ([EO]:[Li]=14:1)하여, PEO 잔기의 평균 개수가 각각 약 4 개인 다면체 실세스퀴옥산 [POSS- PEG4]를 전체 중량 대비 0 wt%, 10 wt%, 및 40 wt% 첨가된 고체 고분자 전해질을 제조하고 이들의 유리 전이 온도를 비교하여 측정하였다. 측정된 유리 전이 온도는 하기 [표 2]에 나타내었다.In this embodiment, PEO having a molecular weight of about 8,000,000 and POSS Li Salt ([EO]: [Li] = 14: 1) were used to obtain a polyhedral siloxane having an average number of PEO residues of about 4, Oxime [POSS-PEG 4 ] were added to 0 wt%, 10 wt%, and 40 wt% of the polymer electrolyte, and their glass transition temperatures were compared and measured. The measured glass transition temperatures are shown in Table 2 below.

[표 2][Table 2]

Figure pat00010
Figure pat00010

실시예Example 5. 다면체  5. Polyhedron 실세스퀴옥산의Silsesquioxane 함량에 따른 고체 고분자  Solid polymer according to content 전해질의 이온 전도도Ionic conductivity of electrolyte 변화 측정 (폴리에틸렌  Change measurement (polyethylene 옥사이드Oxide 분자량 약 4,000,000) Molecular weight about 4,000,000)

본 실시예에서는 분자량이 약 4,000,000인 PEO와 리튬염 (POSS Li Salt)에 다면체 실세스퀴옥산 [POSS-PEG4]이 첨가된 고체 고분자 전해질의 상온에서의 이온 전도도를 측정하였다. 하기 표 3은 리튬염 (POSS Li Salt)에 전체 중량 대비 대비 0 wt%, 10 wt%, 20 wt%, 30 wt%, 40 wt%, 50 wt%, 및 60 wt% 의 다면체 실세스퀴옥산이 첨가된 고체 고분자 전해질의 상온에서의 이온 전도도를 측정한 것을 수치화하여 나타낸 것이다. 상기 고체 고분자 전해질의 상온에서의 이온 전도도는 AC 임피던스 분석기 (AC impedance analyzer, Solatron Frequency Response Analyzer 1252A coupled with SI 1287 Electrochemical Interface)를 이용한 교류 임피던스 법에 의하여 측정되었다. 상기 이온 전도도 측정을 위하여 스테인리스 (stainless steel) 재질의 전극을 사용하였으며, 시료를 직경 1 cm의 원형으로 취하여 셀 내부의 전극 사이에 삽입한 후 넓은 주파수 영역대에서 측정하였다. 측정된 교류 임피던스 스펙트럼 (Cole-Cole plot)으로부터 전해질의 벌크 저항을 얻은 후 다음과 같은 식을 사용하여 이온 전도도를 계산하였다:In this embodiment, the ionic conductivity of PEO having a molecular weight of about 4,000,000 and a solid polymer electrolyte to which polyhedral silsesquioxane [POSS-PEG 4 ] was added to a lithium salt (POSS Li Salt) was measured at room temperature. The following Table 3 shows the results of the evaluation of the lithium salt (POSS Li Salt) in which 0 wt%, 10 wt%, 20 wt%, 30 wt%, 40 wt%, 50 wt% and 60 wt% polyhedral silsesquioxane And the measurement of the ionic conductivity at room temperature of the added solid polymer electrolyte is shown numerically. The ionic conductivity of the solid polymer electrolyte at room temperature was measured by the AC impedance method using an AC impedance analyzer (Solatron Frequency Response Analyzer: 1252A coupled with SI 1287 Electrochemical Interface). A stainless steel electrode was used to measure the ionic conductivity. The sample was taken as a circle having a diameter of 1 cm, inserted between the electrodes inside the cell, and then measured in a wide frequency band. After obtaining the bulk resistance of the electrolyte from the measured AC impedance spectrum (Cole-Cole plot), the ion conductivity was calculated using the following equation:

R=ρL/A, ρ=RA/L, 및 s=1/ρR =? L / A,? = RA / L, and s = 1 /?

상기 식에서, ρ, R, A, L, 및 s는 각각 비저항, 측정된 저항, 샘플의 단면적, 전극간 거리, 및 이온 전도도를 의미하는 것이다.In the above formula, ρ, R, A, L, and s are respectively the resistivity, the measured resistance, the cross-sectional area of the sample, the interelectrode distance, and the ion conductivity.

[표 3][Table 3]

Figure pat00011
Figure pat00011

상기 표 3에 따르면, 다면체 실세스퀴옥산을 함유하지 않은 고분자 전해질의 경우 이온 전도도가 8.2×10-7 S/cm인 것에 비하여, 다면체 실세스퀴옥산을 함유하는 고분자 전해질의 경우 도입되는 다면체 실세스퀴옥산의 양이 증가함에 따라 이온 전도도가 증가하고, 다면체 실세스퀴옥산이 50 wt% 첨가된 경우 이온 전도도가 4.0×10-6 S/cm까지 증가된 것이 관찰되었다.According to the above Table 3, in the case of the polyelectrolyte containing no polyhedral silsesquioxane, the ionic conductivity is 8.2 x 10 -7 S / cm, whereas in the case of the polyelectrolyte containing polyhedral silsesquioxane, As the amount of sesquioxane increased, ionic conductivity increased and ionic conductivity increased to 4.0 × 10 -6 S / cm when 50 wt% polyhedral silsesquioxane was added.

실시예Example 6. 다면체  6. Polyhedron 실세스퀴옥산의Silsesquioxane 함량에 따른 고체 고분자  Solid polymer according to content 전해질의 이온 전도도Ionic conductivity of electrolyte 변화 측정 (폴리에틸렌  Change measurement (polyethylene 옥사이드Oxide 분자량 약 8,000,000) Molecular weight about 8,000,000)

본 실시예에서는 분자량이 약 8,000,000인 PEO와 리튬염 (LiPF6, LiTFSI, 또는 LiODFB)에 다면체 실세스퀴옥산 [POSS-PEG(13)]이 첨가된 고체 고분자 전해질의 상온에서의 이온 전도도를 측정하였다. 하기 표 4는 리튬염에 전체 중량 대비 0 wt%, 5 wt%, 10 wt%, 20 wt%, 및/또는 50 wt%의 다면체 실세스옥산이 첨가된 고체 고분자 전해질의 상온에서의 이온 전도도를 측정한 것을 수치화하여 나타낸 것이다.In this embodiment, the ionic conductivity at room temperature of a solid polymer electrolyte in which polyhedral silsesquioxane [POSS-PEG (13)] is added to PEO having a molecular weight of about 8,000,000 and a lithium salt (LiPF 6 , LiTFSI or LiODFB) Respectively. Table 4 below shows the ionic conductivity at room temperature of a solid polymer electrolyte in which 0 wt%, 5 wt%, 10 wt%, 20 wt%, and / or 50 wt% polyhedral silsesquioxane is added to the lithium salt And the measured values are expressed numerically.

[표 4][Table 4]

Figure pat00012
Figure pat00012

상기 표 4는, 다면체 실세스퀴옥산 (POSS-PEG)의 함량이 증가할수록 이온 전도도가 높아지며, 다른 종류의 염들 [polyoctahedral silsesquioxane - phenyl7(BF3Li)3, phytic (BF3)Li, POSS SA (BF3)Li Salt, tetrasilanol phenyl POSS (BF3)Li, POSS-benzyl7(BF3Li)3염]이 함유된 경우에도 높은 이온 전도도를 나타내는 것을 보여준다. Table 4 shows that as the content of polyhedral silsesquioxane (POSS-PEG) increases, the ionic conductivity increases and other types of salts such as polyoctahedral silsesquioxane-phenyl 7 (BF 3 Li) 3 , phytic (BF 3 ) (BF 3 ) Li salt, tetrasilanol phenyl POSS (BF 3 ) Li and POSS-benzyl 7 (BF 3 Li) 3 salt].

실시예Example 7.  7. 리튬염의Lithium salt 종류에 따른 고분자  Polymers according to type 전해질의 이온 전도도Ionic conductivity of electrolyte 변화 측정 (폴리에틸렌  Change measurement (polyethylene 옥사이드Oxide 분자량 약 1,000,000) Molecular weight about 1,000,000)

본 실시예에서는 분자량이 약 4,000,000인 PEO 및 다면체 실세스퀴옥산, 및 리튬염으로서 LiTFSI, LiClO4, 또는 LiPF6를 포함하는 고체 고분자 전해질의 상온에서의 이온 전도도를 측정하였다. 도 2는 LiTFSI, LiPF6, 또는 LiClO4 가 각각 포함된 고분자 전해질의 상온에서의 이온 전도도를 그래프로 나타낸 것이다. 도 2에 나타난 바에 따르면, LiPF6를 대신하여 LiTFSI를 사용한 경우, 상온에서의 이온 전도도는 최대 4.3 x 10-5 S/cm으로 나타났다.In this example, the ionic conductivity of PEO and polyhedral silsesquioxane having a molecular weight of about 4,000,000 and a solid polymer electrolyte including LiTFSI, LiClO 4 , or LiPF 6 as a lithium salt was measured at room temperature. FIG. 2 shows a cross-sectional view of a LiTFSI, LiPF 6 , or LiClO 4 Are graphs of the ionic conductivities at room temperature of the polymer electrolyte, respectively. 2, when LiTFSI was used instead of LiPF 6 , the ionic conductivity at room temperature was 4.3 x 10 -5 S / cm at the maximum.

실시예Example 8.  8. 리튬염의Lithium salt 종류에 따른 고분자  Polymers according to type 전해질의 이온 전도도Ionic conductivity of electrolyte 변화 측정 (폴리에틸렌  Change measurement (polyethylene 옥사이드Oxide 분자량 약 8,000,000) Molecular weight about 8,000,000)

본 실시예에서는 분자량이 약 8,000,000인 PEO 및 POSS-PEG(13), 및 리튬염으로서 LiTFSI, LiODFB, 또는 LiPF6를 포함하는 고체 고분자 전해질의 상온에서의 이온 전도도를 측정하였다. 도 3은 LiTFSI, LiODFB, 또는 LiPF6 가 각각 포함된 고체 고분자 전해질의 상온에서의 이온 전도도를 그래프로 나타낸 것이다. 도 3에 나타난 바와 같이, POSS-PEG POSS)의 wt%가 증가할수록 각각 상이한 리튬염을 포함하는 고분자 전해질의 이온 전도도가 증가하는 것을 확인할 수 있다.In this embodiment, the ion conductivity at room temperature of the solid polymer electrolyte was measured for a molecular weight of about 8,000,000 including the PEO and POSS-PEG (13), and LiTFSI as a lithium salt, LiODFB, or LiPF 6. FIG. 3 shows a cross-sectional view of LiTFSI, LiODFB, or LiPF 6 Are graphs of the ionic conductivity at room temperature of the solid polymer electrolyte, respectively. As shown in FIG. 3, as the wt% of POSS-PEG POSS increases, the ionic conductivity of the polymer electrolyte containing different lithium salts increases.

실시예Example 9. 고분자 전해질의 기계적 강도 측정 (폴리에틸렌  9. Measurement of Mechanical Strength of Polymer Electrolyte (Polyethylene 옥사이드Oxide 분자량 약 4,000,000) Molecular weight about 4,000,000)

본 실시예에서는 분자량이 약 4,000,000인 PEO와 리튬염 (POSS Li Salt)에 다면체 실세스퀴옥산 POSS-PEG4]이 이 전체 중량 대비 0 wt%, 10 wt%, 20 wt%, 30 wt%, 40 wt%, 50 wt%, 및 60 wt%로서 첨가된 고체 고분자 전해질의 기계적 강도 확인을 위하여 만능시험기 (Universal Testing Machine, UTM)을 이용하여 인장시험을 실시하였다. 시험을 위하여 ASTM (American Society for Testing and Materials)의 규격에 맞추어 시편을 제작하였고, 상기 시편에 힘을 가하여 상기 힘에 따라 발생하는 변형 또는 파단을 이용하여 인장변형율 tensile strain)과 인장강도 tensile stress)를 측정하였다. 이에 따라 수득되는, 탄성 변형이 일어나는 항복점에서의 한계응력인 항복강도 yield stress)와 변형율인 항복신율 yield strain)을 상기 고체 고분자 전해질의 종류에 따라 하기 표 5에 수치화하여 나타내었다. 하기 표 5에 나타난 바에 따르면, 다면체 실세스퀴옥산이 도입된 고분자 전해질의 경우 케이지 구조의 물성 보완 결과로 다면체 실세스퀴옥산이 도입되지 않은 고분자 전해질보다 항복강도 yield stress)가 최소 1.6 배 내지 최대 2.8 배 가량 증가하였고, 동시에 항복신율 yield stain)도 2 배 내지 3 배 가량 크게 증가하는 것으로 나타났다.10 wt%, 20 wt%, and 30 wt%, based on the total weight, of PEO having a molecular weight of about 4,000,000 and polyhedral silsesquioxane POSS-PEG 4 to a lithium salt (POSS Li Salt) The tensile test was performed using a universal testing machine (UTM) to confirm the mechanical strength of the solid polymer electrolyte added as 40 wt%, 50 wt%, and 60 wt%. For the test, specimens were prepared in accordance with the American Society for Testing and Materials (ASTM) standard. The specimens were subjected to tensile strain and tensile stress using the strain or fracture caused by the force, Were measured. The resulting yield stress, yield stress, which is the critical stress at the yield point at which elastic deformation occurs, and the yield elongation yield strain, which is the strain, are shown numerically in Table 5 according to the kind of the solid polymer electrolyte. As shown in the following Table 5, the polyelectrolyte containing polyhedral silsesquioxane has a yield stress of at least 1.6 times or more than the polyelectrolyte having no polyhedral silsesquioxane introduced therein as a result of complementing physical properties of the cage structure 2.8 times, and at the same time, the yield stain is increased by 2 to 3 times.

[표 5][Table 5]

Figure pat00013
Figure pat00013

실시예Example 10. 고분자 전해질의 기계적 강도 측정 (폴리에틸렌  10. Measurement of Mechanical Strength of Polymer Electrolyte (Polyethylene 옥사이드Oxide 분자량 약 8,000,000) Molecular weight about 8,000,000)

본 실시예에서는 분자량 약 8,000,000의 PEO와 리튬염 (LiPF6)에 POSS-PEG 13)이 전체 중량 대비 0 wt%, 5 wt%, 20 wt%, 및 50 wt% 첨가된 고체 고분자 전해질의 기계적 강도를 측정하여, 측정된 고체 고분자 전해질의 항복강도 및 항복신율을 하기 표 6에 나타내었다.In this example, the mechanical strength of a solid polymer electrolyte in which 0 wt%, 5 wt%, 20 wt%, and 50 wt% of POSS-PEG 13) was added to the total weight of PEO with a molecular weight of about 8,000,000 and lithium salt (LiPF 6 ) , And the yield strength and yield elongation of the measured solid polymer electrolyte are shown in Table 6 below.

[표 6][Table 6]

Figure pat00014
Figure pat00014

상기 표 5 및 표 6을 참조하여 보면, POSS-PEG를 첨가한 고체 고분자 전해질의 항복 강도 및 항복 신율이 POSS-PEG를 첨가하지 않은 (0 wt%) 것에 비해 모두 증가된 것을 확인할 수 있다.Referring to Tables 5 and 6, it can be seen that the yield strength and yield elongation of the solid polymer electrolyte containing POSS-PEG were increased compared to those without POSS-PEG (0 wt%).

실시예Example 11. EO/ 11. EO / LiLi 비율에 따른 고체 고분자 전해질의 전도도 비교 Comparison of Conductivity of Solid Polymer Electrolytes by Ratio

제조된 고체 고분자 전해질에 포함된EO/Li 비율에 따른 고체 고분자 전해질의 전도도 값을 확인하기 위해, PEO/POSS (BF3Li) 염의 시스템에서, 상기 고분자 전해질 조성물 중 PEO의 분자량을 4,000,000으로 고정한 뒤 EO/Li 비율을 상이하게 변화시켜 전도도 값을 측정하였다. 도 4 에서 나타낸 바와 같이, EO/Li 비율이 12 내지 16 사이일 때 상기 고분자 전해질의 전도도는 높은 값을 나타내었으며, EO/Li 비율이 14일 때 1.34 x 10-4 S/cm의 가장 높은 값을 나타내었다.In order to confirm the conductivity value of the solid polymer electrolyte according to the ratio of EO / Li contained in the prepared solid polymer electrolyte, in the system of PEO / POSS (BF 3 Li) salt, the molecular weight of PEO in the polymer electrolyte composition was fixed at 4,000,000 The conductivity values were measured by varying the EO / Li ratio. As shown in FIG. 4, when the EO / Li ratio was between 12 and 16, the conductivity of the polymer electrolyte was high, and when the EO / Li ratio was 14, the highest value of 1.34 x 10 -4 S / cm Respectively.

실시예Example 12.  12. POSSPOSS -PEG 함량에 따른 고체 고분자 전해질의 전도도 비교Comparison of Conductivity of Solid Polymer Electrolyte According to PEG Content

POSS-PEG의 함량에 따른 고체 고분자 전해질의 전도도 값을 확인하기 위해, 비교예 [PEO/POSS (BF3Li) 염, EO/Li=14]와 실시예 [PEO/POSS (BF3Li) 염/POSS-PEG4, EO/Li=14]에서 고체 고분자 전해질 조성물 중 고분자 매트릭스의 분자량을 4,000,000으로 고정한 뒤 POSS-PEG의 함량을 상이하게 변화시켜 전도도 값을 측정하였다. 하기 표 7 및 도 5에 나타낸 바와 같이, POSS-PEG의 함량이 높아질수록 고체 고분자 전해질의 전도도 값이 상승하는 것을 확인할 수 있다. PEO/POSS (BF3Li) 염을 이용한 고체 고분자 전해질의 전도도는 1.34 x 10-4 S/cm의 값을 가지지만, POSS-PEG를 이용한 고분자 전해질 조성물의 전도도는 그 값이 상승하여 60 wt에서는 1.59 x 10-3 S/cm를 나타내었다.(PEO / POSS (BF 3 Li) salt, EO / Li = 14] and the example [PEO / POSS (BF 3 Li) salt) to confirm the conductivity value of the solid polymer electrolyte according to the content of POSS- / POSS-PEG 4 , EO / Li = 14], the molecular weight of the polymer matrix in the solid polymer electrolyte composition was fixed at 4,000,000 and the conductivity value was measured by varying the content of POSS-PEG. As shown in Table 7 and FIG. 5, it can be seen that the conductivity value of the solid polymer electrolyte increases as the content of POSS-PEG increases. Conductivity of the solid polymer electrolyte using PEO / POSS (BF 3 Li) salt was 1.34 x 10 -4 S / cm, but the conductivity of the polymer electrolyte composition using POSS-PEG was increased to 60 wt 1.59 x 10 -3 S / cm.

[표 7][Table 7]

Figure pat00015
Figure pat00015

실시예Example 13.  13. PEO의PEO 분자량에 따른 고체 고분자 전해질 제조 가능성 비교 Comparison of Possibility of Preparing Solid Polymer Electrolytes by Molecular Weight

고분자 매트릭스의 분자량에 따른 고체 고분자 전해질을 비교하기 위하여, 고체 고분자 전해질 조성물 중 각각 1,000,000의 분자량을 갖는 PEO와 4,000,000의 분자량을 갖는 PEO를 이용하여 고체 고분자 전해질을 제조하였다. 도 6에서 나타낸 바와 같이, 1,000,000의 분자량을 갖는 PEO를 이용한 고분자 전해질에서는 막이 형성되지 않은 반면에, 4,000,000의 분자량을 갖는 PEO를 이용한 고분자 전해질에서는 막이 형성되었다. In order to compare the solid polymer electrolytes according to the molecular weight of the polymer matrix, solid polymer electrolytes were prepared using PEO having a molecular weight of 1,000,000 and PEO having a molecular weight of 4,000,000 in a solid polymer electrolyte composition. As shown in FIG. 6, in the polymer electrolyte using PEO having a molecular weight of 1,000,000, no film was formed, whereas in the polymer electrolyte using PEO having a molecular weight of 4,000,000, a film was formed.

전술한 본원의 설명은 예시를 위한 것이며, 본원이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본원의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.It will be understood by those of ordinary skill in the art that the foregoing description of the embodiments is for illustrative purposes and that those skilled in the art can easily modify the invention without departing from the spirit or essential characteristics thereof. It is therefore to be understood that the above-described embodiments are illustrative in all aspects and not restrictive. For example, each component described as a single entity may be distributed and implemented, and components described as being distributed may also be implemented in a combined form.

본원의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본원의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present invention is defined by the appended claims rather than the detailed description, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalents should be construed as being included within the scope of the present invention.

Claims (9)

유기 용매;
1,000,000 초과의 분자량을 갖는 폴리에틸렌 옥사이드 [poly(ethylene oxide), PEO]를 함유하는 고분자 매트릭스;
하기 화학식 1로서 표시되는 다면체 실세스퀴옥산을 함유하는 첨가제; 및
리튬염을 포함하는, 고체 고분자 전해질 조성물:
[화학식 1]
Figure pat00016
;
상기 화학식 1에서,
R1 내지 R3는 각각 독립적으로 CH2CH2(OCH2CH2)mOCH3이며, m은 3 내지 14 임.
Organic solvent;
A polymer matrix containing polyethylene oxide (PEO) having a molecular weight of more than 1,000,000;
An additive containing a polyhedral silsesquioxane represented by the following formula (1); And
A solid polymer electrolyte composition comprising a lithium salt:
[Chemical Formula 1]
Figure pat00016
;
In Formula 1,
R 1 to R 3 are each independently CH 2 CH 2 (OCH 2 CH 2 ) m OCH 3 and m is 3 to 14.
제 1 항에 있어서,
상기 화학식 1 중 R1 내지 R8에 포함된 에틸렌 옥사이드 반복단위의 평균 개수는 3 개 내지 6 개인 것인, 고체 고분자 전해질 조성물.
The method according to claim 1,
Wherein the average number of ethylene oxide repeating units contained in R 1 to R 8 in the general formula (1) is 3 to 6.
제 1 항에 있어서,
상기 다면체 실세스퀴옥산의 함량은, 상기 고체 고분자 전해질 조성물의 전체 중량을 기준으로 5 wt% 내지 50 wt% 인, 고체 고분자 전해질 조성물.
The method according to claim 1,
Wherein the polyhedral silsesquioxane content is 5 wt% to 50 wt% based on the total weight of the solid polymer electrolyte composition.
제 1 항에 있어서,
상기 유기 용매는 카보네이트, 에스테르, 에테르, 케톤, 니트릴, 및 이들의 조합들로 이루어지는 군으로부터 선택되는 것인, 고체 고분자 전해질 조성물.
The method according to claim 1,
Wherein the organic solvent is selected from the group consisting of carbonates, esters, ethers, ketones, nitriles, and combinations thereof.
제 1 항에 있어서,
상기 리튬염은 polyoctahedral silsesquioxane - phenyl7(BF3Li)3, phytic (BF3)Li, tetrasilanol phenyl POSS (BF3)Li, POSS SA (BF3)Li Salt, POSS-benzyl7(BF3Li)3 및 이들의 조합들로 이루어지는 군에서 선택되는 것을 포함하는 것인, 고체 고분자 전해질 조성물.
The method according to claim 1,
The lithium salt polyoctahedral silsesquioxane - phenyl 7 (BF 3 Li) 3, phytic (BF 3) Li, tetrasilanol phenyl POSS (BF 3) Li, POSS SA (BF 3) Li Salt, POSS-benzyl 7 (BF 3 Li) Trisodium salt And combinations thereof. ≪ Desc / Clms Page number 18 >
제 1 항에 있어서,
상기 고체 고분자 전해질 조성물에 포함된 상기 에틸렌 옥사이드(EO)와 상기 리튬염에 포함된 리튬(Li)의 몰비가 4:1 내지 60:1인, 고체 고분자 전해질 조성물.
The method according to claim 1,
Wherein the molar ratio of the ethylene oxide (EO) contained in the solid polymer electrolyte composition to lithium (Li) contained in the lithium salt is 4: 1 to 60: 1.
제 1 항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 따른 고체 고분자 전해질 조성물, 캐소드(cathode), 및 애노드(anode)를 포함하는, 리튬 이차전지.
A lithium secondary battery comprising the solid polymer electrolyte composition according to any one of claims 1 to 6, a cathode, and an anode.
제 7 항에 있어서,
상기 캐소드는 LiMn2O4, LiNi2O4, LiTi2O4, LiTiS2, LiCoO2, LiNiO2, LiMnO2, Li2MnO3, LiFePO4 , LiFePO4, LiFePO4F, LiMnPO4, LiCoPO4, LiNiPO4, 및 이들의 조합들로 이루어지는 군에서 선택되는 화합물을 포함하는 것인, 리튬 이차전지.
8. The method of claim 7,
The cathode may be made of LiMn 2 O 4 , LiNi 2 O 4 , LiTi 2 O 4 , LiTiS 2 , LiCoO 2 , LiNiO 2 , LiMnO 2 , Li 2 MnO 3 , LiFePO 4 , LiFePO 4 , LiFePO 4 F, LiMnPO 4 , LiCoPO 4 , LiNiPO 4 , and combinations thereof.
제 7 항에 있어서,
상기 애노드는 그래파이트(graphite), 그래핀(graphene), 저온 소성 탄소, 소성된 코크스, 바나듐 산화물, 리튬 바나듐 산화물, 리튬 게르마늄 산화물, 리튬 타이타네이트 산화물, 실리콘, 실리카, 리튬 실리사이드, 및 이들의 조합들로 이루어지는 군에서 선택되는 것을 포함하는 것인, 리튬 이차전지.
8. The method of claim 7,
The anode may be selected from the group consisting of graphite, graphene, low temperature calcined carbon, calcined coke, vanadium oxide, lithium vanadium oxide, lithium germanium oxide, lithium titanate oxide, silicon, silica, lithium suicide, A lithium secondary battery, and a lithium secondary battery.
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WO2019207983A1 (en) * 2018-04-25 2019-10-31 ダイキン工業株式会社 Electrolytic solution, electrochemical device, lithium-ion secondary battery, and module
US10818913B2 (en) 2017-12-18 2020-10-27 Samsung Electronics Co, Ltd. Negative electrode for metal battery, metal battery comprising the same, and method of preparing the negative electrode for metal battery
CN116053592A (en) * 2023-03-28 2023-05-02 宁德新能源科技有限公司 Electrolyte, electrochemical device, and electronic device

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