KR20190037075A - Composite membrane for Lithium battery, a cathode for lithium battery, and lithium battery comprising the same - Google Patents
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Abstract
Description
리튬전지용 복합막, 리튬전지용 양극 및 이를 포함하는 리튬전지에 관한 것이다.A composite membrane for a lithium battery, a positive electrode for a lithium battery, and a lithium battery including the same.
전기자동차 및 휴대용 전자기기에 적용할 수 있는 재사용이 가능한 에너지 저장장치 시장의 폭발적인 성장에 따라 이에 대응하기 위한 가장 대표적인 에너지 저장장치인 리튬전지에 대한 고용량 특성 및 안정성 향상에 대한 요구가 커지고 있는 실정이다. 이러한 요구에 대응하여 리튬전지용 음극으로서 리튬 금속 전극을 적용하여 전하저장량을 높이고 고전압에 활용하기 위한 연구가 다양하게 이루어지고 있다. 리튬 금속 전극은 단위 질량 당 전기 용량이 매우 크다. 리튬 금속 전극은 리튬 이온의 흡장/방출 과정에서 리튬 금속 표면에서 덴드라이트 구조가 형성되어 양극과 음극 사이의 단락을 유발시킬 수 있다. 따라서, 리튬 금속에 표면에서의 덴드라이트 생성을 억제할 수 있는 방법이 요구된다.With the explosive growth of the reusable energy storage device market applicable to electric vehicles and portable electronic devices, there is a growing demand for high capacity characteristics and stability of lithium batteries, the most representative energy storage device . In response to this demand, a variety of researches have been conducted to increase the amount of charge stored and to utilize the lithium metal electrode as a cathode for a lithium battery for high voltage. The lithium metal electrode has a very high electric capacity per unit mass. The lithium metal electrode may cause a short circuit between the positive electrode and the negative electrode due to the formation of a dendrite structure on the surface of the lithium metal in the process of intercalating / deintercalating lithium ions. Therefore, a method capable of suppressing the generation of dendrites on the surface of lithium metal is required.
한 측면은 신규한 리튬전지용 복합막을 제공하는 것이다.One aspect is to provide a novel composite membrane for a lithium battery.
다른 한 측면은 리튬전지용 복합막을 포함하는 리튬전지를 제공하는 것이다.Another aspect is to provide a lithium battery including a composite membrane for a lithium battery.
다른 한 측면은 리튬전지용 양극을 제공하는 것이다.Another aspect is to provide a positive electrode for a lithium battery.
한 측면에 따라 하기 화학식 1로 표시되는 제1반복단위와 하기 화학식 2로 표시되는 제2반복단위를 포함하는 공중합체를 함유하는 리튬전지용 복합막이 제공된다.According to one aspect, there is provided a composite film for a lithium battery, which comprises a copolymer comprising a first repeating unit represented by the following formula (1) and a second repeating unit represented by the following formula (2).
[화학식 1][Chemical Formula 1]
화학식 1 중, Ar1은 치환된 또는 비치환된 C6-C30 아릴렌기 또는 치환된 또는 비치환된 C6-C30 헤테로아릴렌기이고, In formula (1), Ar 1 is a substituted or unsubstituted C6-C30 arylene group or a substituted or unsubstituted C6-C30 heteroarylene group,
R1, R2 및 R3은 서로에 관계없이 수소, 비치환된 또는 치환된 C1-C20 알킬기, 비치환된 또는 치환된 C6-C20 아릴기, 또는 비치환된 또는 치환된 C3-C30 헤테로아릴기이고,R 1 , R 2 and R 3 independently of one another are hydrogen, an unsubstituted or substituted C 1 -
A는 단순히 화학결합을 나타내거나 비치환된 또는 치환된 C1-C30 알킬렌기, 비치환된 또는 치환된 C6-C30 아릴렌기, 비치환된 또는 치환된 C3-C30 헤테로아릴렌기, 비치환된 또는 치환된 C4-C30 사이클로알킬렌기, 또는 비치환된 또는 치환된 C3-C30 헤테로사이클로알킬렌기이고,A represents a chemical bond or an unsubstituted or substituted C1-C30 alkylene group, an unsubstituted or substituted C6-C30 arylene group, an unsubstituted or substituted C3-C30 heteroarylene group, an unsubstituted or substituted C30 cycloalkylene group, or an unsubstituted or substituted C3-C30 heterocycloalkylene group,
는 2 내지 30개의 탄소 원자를 포함하는 3원 내지 31원 고리(membered ring)이며, Is a 3 to 31 membered ring comprising 2 to 30 carbon atoms,
X는 S, N, N(R) 또는 P(R’)이고,X is S, N, N (R) or P (R ' ),
R 및 R’은 서로 독립적으로 수소, 비치환된 또는 치환된 C1-C30 알킬기, 비치환된 또는 치환된 C1-C30 헤테로알킬기, 비치환된 또는 치환된 C1-C30 알콕시기, 비치환된 또는 치환된 C6-C30 아릴기, 비치환된 또는 치환된 C7-C30 아릴알킬기, 비치환된 또는 치환된 C6-C30 아릴옥시기, 비치환된 또는 치환된 C3-C30 헤테로아릴기, 비치환된 또는 치환된 C4-C30 헤테로아릴알킬기, 비치환된 또는 치환된 C3-C30 사이클로알킬기, 비치환된 또는 치환된 C2-C30 알케닐기, 비치환된 또는 치환된 C3-C30 헤테로아릴옥시기, 비치환된 또는 치환된 C3-C30 헤테로사이클로알킬기 또는 비치환된 또는 치환된 C3-C30 알키닐기이고,R and R ' independently from each other are hydrogen, an unsubstituted or substituted C1-C30 alkyl group, an unsubstituted or substituted C1-C30 heteroalkyl group, an unsubstituted or substituted C1-C30 alkoxy group, An unsubstituted or substituted C7-C30 arylalkyl group, an unsubstituted or substituted C6-C30 aryloxy group, an unsubstituted or substituted C3-C30 heteroaryl group, an unsubstituted or substituted aryl group, Unsubstituted or substituted C3-C30 heteroaryloxy groups, unsubstituted or substituted C3-C30 heteroarylalkyl groups, unsubstituted or substituted C3-C30 cycloalkyl groups, unsubstituted or substituted C2-C30 alkenyl groups, A substituted C3-C30 heterocycloalkyl group or an unsubstituted or substituted C3-C30 alkynyl group,
Y-는 음이온이고, Y - is an anion,
[화학식 2](2)
화학식 2 중, R4, R5, 및 R6은 서로 독립적으로 수소, 비치환된 또는 치환된 C1-C20 알킬기, 비치환된 또는 치환된 C6-C20 아릴기, 또는 비치환된 또는 치환된 C3-C30 헤테로아릴기이고,In
R7은 수소, 비치환된 또는 치환된 C1-C20 알킬기, 또는 비치환된 또는 치환된 C6-C20 아릴기이고,R 7 is hydrogen, an unsubstituted or substituted C 1 -
a는 1 내지 10의 정수이고, a is an integer of 1 to 10,
화학식 1 및 2에서 m과 n은 각각 화학식 1로 표시되는 반복단위와 화학식 2로 표시되는 반복단위의 몰분율로서 이들의 합은 1이며, 이들은 각각 0보다 크고 1보다 작다. In the general formulas (1) and (2), m and n are molar ratios of the repeating unit represented by the formula (1) and the repeating unit represented by the formula (2), and the sum thereof is 1,
다른 한 측면에 따라 양극; 음극, 및 상기 양극과 음극 사이에 개재된 상술한 복합막을 포함하는 리튬전지가 제공된다.Anodic according to another aspect; There is provided a lithium battery comprising a negative electrode, and the above-described composite membrane sandwiched between the positive electrode and the negative electrode.
또 다른 한 측면에 따라 양극 활물질 및 하기 화학식 1로 표시되는 제1반복단위와 하기 화학식 2로 표시되는 제2반복단위를 포함하는 공중합체를 포함하는 리튬전지용 양극이 제공된다.According to another aspect, there is provided a positive electrode for a lithium battery comprising a positive electrode active material, a copolymer comprising a first repeating unit represented by the following formula (1) and a second repeating unit represented by the following formula (2).
[화학식 1][Chemical Formula 1]
화학식 1 중, Ar1은 치환된 또는 비치환된 C6-C30 아릴렌기 또는 치환된 또는 비치환된 C6-C30 헤테로아릴렌기이고, In formula (1), Ar 1 is a substituted or unsubstituted C6-C30 arylene group or a substituted or unsubstituted C6-C30 heteroarylene group,
R1, R2 및 R3은 서로에 관계없이 수소, 비치환된 또는 치환된 C1-C20 알킬기, 비치환된 또는 치환된 C6-C20 아릴기, 또는 비치환된 또는 치환된 C3-C30 헤테로아릴기이고,R 1 , R 2 and R 3 independently of one another are hydrogen, an unsubstituted or substituted C 1 -
A는 단순히 화학결합을 나타내거나 비치환된 또는 치환된 C1-C30 알킬렌기, 비치환된 또는 치환된 C6-C30 아릴렌기, 비치환된 또는 치환된 C3-C30 헤테로아릴렌기, 비치환된 또는 치환된 C4-C30 사이클로알킬렌기, 또는 비치환된 또는 치환된 C3-C30 헤테로사이클로알킬렌기이고,A represents a chemical bond or an unsubstituted or substituted C1-C30 alkylene group, an unsubstituted or substituted C6-C30 arylene group, an unsubstituted or substituted C3-C30 heteroarylene group, an unsubstituted or substituted C30 cycloalkylene group, or an unsubstituted or substituted C3-C30 heterocycloalkylene group,
는 2 내지 30개의 탄소 원자를 포함하는 3원 내지 31원 고리(membered ring)이며, Is a 3 to 31 membered ring comprising 2 to 30 carbon atoms,
X는 S, N, N(R) 또는 P(R’)이고,X is S, N, N (R) or P (R ' ),
R 및 R’은 서로 독립적으로 수소, 비치환된 또는 치환된 C1-C30 알킬기, 비치환된 또는 치환된 C1-C30 헤테로알킬기, 비치환된 또는 치환된 C1-C30 알콕시기, 비치환된 또는 치환된 C6-C30 아릴기, 비치환된 또는 치환된 C7-C30 아릴알킬기, 비치환된 또는 치환된 C6-C30 아릴옥시기, 비치환된 또는 치환된 C3-C30 헤테로아릴기, 비치환된 또는 치환된 C4-C30 헤테로아릴알킬기, 비치환된 또는 치환된 C3-C30 사이클로알킬기, 비치환된 또는 치환된 C2-C30 알케닐기, 비치환된 또는 치환된 C3-C30 헤테로아릴옥시기, 비치환된 또는 치환된 C3-C30 헤테로사이클로알킬기 또는 비치환된 또는 치환된 C3-C30 알키닐기이고,R and R ' independently from each other are hydrogen, an unsubstituted or substituted C1-C30 alkyl group, an unsubstituted or substituted C1-C30 heteroalkyl group, an unsubstituted or substituted C1-C30 alkoxy group, An unsubstituted or substituted C7-C30 arylalkyl group, an unsubstituted or substituted C6-C30 aryloxy group, an unsubstituted or substituted C3-C30 heteroaryl group, an unsubstituted or substituted aryl group, Unsubstituted or substituted C3-C30 heteroaryloxy groups, unsubstituted or substituted C3-C30 heteroarylalkyl groups, unsubstituted or substituted C3-C30 cycloalkyl groups, unsubstituted or substituted C2-C30 alkenyl groups, A substituted C3-C30 heterocycloalkyl group or an unsubstituted or substituted C3-C30 alkynyl group,
Y-는 음이온이고, Y - is an anion,
[화학식 2](2)
화학식 2 중, R4, R5, 및 R6은 서로 독립적으로 수소, 비치환된 또는 치환된 C1-C20 알킬기, 비치환된 또는 치환된 C6-C20 아릴기, 또는 비치환된 또는 치환된 C3-C30 헤테로아릴기이고,In
R7은 수소, 비치환된 또는 치환된 C1-C20 알킬기, R 7 is hydrogen, an unsubstituted or substituted C 1 -
또는 비치환된 또는 치환된 C6-C20 아릴기이고,Or an unsubstituted or substituted C6-C20 aryl group,
a는 1 내지 10의 정수이고, a is an integer of 1 to 10,
화학식 1 및 2에서 m과 n은 각각 화학식 1로 표시되는 반복단위와 화학식 2로 표시되는 반복단위의 몰분율로서 이들의 합은 1이며, 이들은 각각 0보다 크고 1보다 작다. In the general formulas (1) and (2), m and n are molar ratios of the repeating unit represented by the formula (1) and the repeating unit represented by the formula (2), and the sum thereof is 1,
한 측면에 따르면, 새로운 랜덤공중합체를 포함하는 음극을 채용함에 의하여 리튬전지의 음극 표면에서 덴드라이트의 생성이 억제되며, 리튬전지의 전기화학적 안정성, 고율 특성 및 수명 특성이 향상된다.According to one aspect, the use of a negative electrode containing a novel random copolymer suppresses the formation of dendrites on the surface of the negative electrode of the lithium battery, thereby improving the electrochemical stability, high-rate characteristics, and life characteristics of the lithium battery.
도 1은 일구현예에 따른 공중합체의 구성을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 2는 제조예 1에 따라 제조된 랜덤공중합체의 FT-IR 스펙트럼이다.
도 3a는 제조예 1에 따라 얻은 화학식 6a의 랜덤공중합체에 대한 NMR 분석 스펙트럼이다.
도 3b는 제조예 1에 따라 얻은 화학식 6a의 랜덤공중합체의 2D DOSY(diffusion ordered spectroscopy) NMR 스펙트럼이다.
도 4a 및 도 4b는 실시예 1에 따라 제조된 음극의 순환전류전압법(cyclic voltammetry) 측정 결과이다.
도 5a는 실시예 1, 비교예 2 및 비교예 3에 따라 제조된 리튬전지에 대한 전기화학적 임피던스 스펙트럼(EIS, Electrochemical Impedance Spectrum) 분석 결과이다.
도 5b는 실시예 1, 비교예 2 및 3에 따라 제조된 리튬전지에 대한 전하이동저항 특성을 나타낸 것이다.
도 6a는 실시예 1, 비교예 1 및 비교예 3에 따라 제조된 리튬전지에서 리튬이온전도도를 나타낸 것이다.
도 6b는 실시예 1, 비교예 1, 비교예 3에 따라 제조된 리튬전지에서 리튬이온이동도 특성을 나타낸 것이다.
도 6c는 실시예 1, 비교예 1 및 비교예 3에 따라 제조된 리튬전지에서 리튬이온가능도를 나타낸 것이다.
도 7a는 실시예 1에 따라 제조된 Li/Li 대칭셀의 전기화학적 안정성 측정 결과를 나타낸 것이다.
도 7b는 비교예 2에 따라 제조된 Li/Li 대칭셀의 전기화학적 안정성 측정 결과를 나타낸 것이다.
도 8a는 실시예 4 및 비교예 4에 따라 제조된 리튬전지에서 수명 특성을 나타낸 것이다.
도 8b는 실시예 4 및 비교예 4에 따라 제조된 리튬전지에서 용량에 따른 포텐셜 변화를 나타낸 것이다.
도 9은 일구현예에 따른 리튬전지의 개략도이다.Figure 1 schematically depicts the construction of a copolymer according to one embodiment.
2 is an FT-IR spectrum of the random copolymer produced according to Production Example 1. [Fig.
3A is an NMR analysis spectrum of a random copolymer of the formula (6a) obtained according to Preparation Example 1. FIG.
3B is a 2D DOSY (diffusion ordered spectroscopy) NMR spectrum of the random copolymer of formula (6a) obtained according to Preparation Example 1.
4A and 4B are cyclic voltammetry measurement results of a negative electrode manufactured according to Example 1. FIG.
5A is an electrochemical impedance spectrum (EIS) analysis result of a lithium battery manufactured according to Example 1, Comparative Example 2 and Comparative Example 3. FIG.
FIG. 5B shows the charge transfer resistance characteristics for the lithium battery produced according to Example 1, Comparative Examples 2 and 3. FIG.
FIG. 6A shows lithium ion conductivity in a lithium battery produced according to Example 1, Comparative Example 1, and Comparative Example 3. FIG.
6B shows lithium ion mobility characteristics in the lithium battery produced according to Example 1, Comparative Example 1, and Comparative Example 3. FIG.
FIG. 6C shows lithium ion availability in a lithium battery produced according to Example 1, Comparative Example 1 and Comparative Example 3. FIG.
7A shows the electrochemical stability measurement results of a Li / Li symmetric cell fabricated according to Example 1. FIG.
FIG. 7B shows the electrochemical stability measurement result of the Li / Li symmetric cell manufactured according to Comparative Example 2. FIG.
8A is a graph showing lifetime characteristics in a lithium battery manufactured according to Example 4 and Comparative Example 4. FIG.
FIG. 8B shows the potential change according to capacity in the lithium battery manufactured according to Example 4 and Comparative Example 4. FIG.
9 is a schematic view of a lithium battery according to one embodiment.
이하, 예시적인 구현예들에 따른 리튬전지용 복합막, 리튬전지용 양극, 이를 포함하는 리튬전지에 대하여 보다 상세히 설명한다.Hereinafter, a composite membrane for a lithium battery, a positive electrode for a lithium battery, and a lithium battery including the same will be described in more detail.
일구현예에 따른 리튬전지용 복합막은 하기 화학식 1로 표시되는 제1반복단위와 하기 화학식 2로 표시되는 제2반복단위를 포함하는 공중합체를 함유한다.The composite membrane for a lithium battery according to an embodiment contains a copolymer comprising a first repeating unit represented by the following formula (1) and a second repeating unit represented by the following formula (2).
[화학식 1][Chemical Formula 1]
화학식 1 중, Ar1은 치환된 또는 비치환된 C6-C30 아릴렌기 또는 치환된 또는 비치환된 C6-C30 헤테로아릴렌기이고, R1, R2 및 R3은 서로에 관계없이 수소, 비치환된 또는 치환된 C1-C20 알킬기, 비치환된 또는 치환된 C6-C20 아릴기, 또는 비치환된 또는 치환된 C3-C30 헤테로아릴기이고, A는 단순히 화학결합을 나타내거나 비치환된 또는 치환된 C1-C30 알킬렌기, 비치환된 또는 치환된 C6-C30 아릴렌기, 비치환된 또는 치환된 C3-C30 헤테로아릴렌기, 비치환된 또는 치환된 C4-C30 사이클로알킬렌기, 또는 비치환된 또는 치환된 C3-C30 헤테로사이클로알킬렌기이고,In formula (1), Ar 1 is a substituted or unsubstituted C6-C30 arylene group or a substituted or unsubstituted C6-C30 heteroarylene group, and R 1 , R 2 and R 3 independently represent hydrogen, A substituted or unsubstituted C1-C20 alkyl group, an unsubstituted or substituted C6-C20 aryl group, or an unsubstituted or substituted C3-C30 heteroaryl group, A represents a chemical bond or an unsubstituted or substituted An unsubstituted or substituted C6-C30 heteroarylene group, an unsubstituted or substituted C4-C30 cycloalkylene group, or an unsubstituted or substituted C6-C30 arylene group, an unsubstituted or substituted C3- C3-C30 < / RTI > heterocycloalkylene group,
는 2 내지 30개의 탄소 원자를 포함하는 3원 내지 31원 고리(membered ring)이며, X는 S, N, N(R) 또는 P(R’)이고, R 및 R’은 서로 독립적으로 수소, 비치환된 또는 치환된 C1-C30 알킬기, 비치환된 또는 치환된 C1-C30 헤테로알킬기, 비치환된 또는 치환된 C1-C30 알콕시기, 비치환된 또는 치환된 C6-C30 아릴기, 비치환된 또는 치환된 C7-C30 아릴알킬기, 비치환된 또는 치환된 C6-C30 아릴옥시기, 비치환된 또는 치환된 C3-C30 헤테로아릴기, 비치환된 또는 치환된 C4-C30 헤테로아릴알킬기, 비치환된 또는 치환된 C3-C30 사이클로알킬기, 비치환된 또는 치환된 C2-C30 알케닐기, 비치환된 또는 치환된 C3-C30 헤테로아릴옥시기, 비치환된 또는 치환된 C3-C30 헤테로사이클로알킬기 또는 비치환된 또는 치환된 C3-C30 알키닐기이고, Y-는 음이온이고, Is a 3 to 31 membered ring comprising 2 to 30 carbon atoms, X is S, N, N (R) or P (R ' ), R and R ' An unsubstituted or substituted C1-C30 alkyl group, an unsubstituted or substituted C1-C30 heteroalkyl group, an unsubstituted or substituted C1-C30 alkoxy group, an unsubstituted or substituted C6-C30 aryl group, Unsubstituted or substituted C7-C30 arylalkyl groups, unsubstituted or substituted C6-C30 aryloxy groups, unsubstituted or substituted C3-C30 heteroaryl groups, unsubstituted or substituted C4-C30 heteroarylalkyl groups, An unsubstituted or substituted C3-C30 cycloalkyl group, an unsubstituted or substituted C2-C30 alkenyl group, an unsubstituted or substituted C3-C30 heteroaryloxy group, an unsubstituted or substituted C3-C30 heterocycloalkyl group, A substituted or unsubstituted C 3 -
[화학식 2](2)
화학식 2 중, R4, R5, 및 R6은 서로 독립적으로 수소, 비치환된 또는 치환된 C1-C20 알킬기, 비치환된 또는 치환된 C6-C20 아릴기, 또는 비치환된 또는 치환된 C3-C30 헤테로아릴기이고,In
R7은 수소, 비치환된 또는 치환된 C1-C20 알킬기, R 7 is hydrogen, an unsubstituted or substituted C 1 -
또는 비치환된 또는 치환된 C6-C20 아릴기이고,Or an unsubstituted or substituted C6-C20 aryl group,
a는 1 내지 10의 정수이고, a is an integer of 1 to 10,
화학식 1 및 2에서 m과 n은 각각 화학식 1로 표시되는 반복단위와 화학식 2로 표시되는 반복단위의 몰분율로서 이들의 합은 1이며, 이들은 각각 0보다 크고 1보다 작다. In the general formulas (1) and (2), m and n are molar ratios of the repeating unit represented by the formula (1) and the repeating unit represented by the formula (2), and the sum thereof is 1,
상기 2 내지 30개의 탄소 원자를 포함하는 3원 내지 31원 고리는 포화 또는 불포화 고리일 수 있다.The 3-to 31-membered ring containing 2 to 30 carbon atoms may be a saturated or unsaturated ring.
상기 화학식 1에서 Ar1은 페닐렌기, 비페닐렌기, 나프탈레닐렌기, 페난트레닐렌기, 트리페닐레닐렌기, 안트라세닐렌기, 플루오레닐렌기 및 카바졸릴렌기로 이루어진 군으로부터 선택된 하나이다.In
상기 화학식 1에서 Ar1은 하기 화학식 3으로 표시되는 그룹 중에서 선택된 하나일 수 있다.In
[화학식 3](3)
화학식 3 중, *는 결합영역을 나타내며, R11 내지 R19은 서로 독립적으로 수소, 비치환된 또는 치환된 C1-C20 알킬기, 비치환된 또는 치환된 C6-C20 아릴기, 또는 비치환된 또는 치환된 C3-C30 헤테로아릴기이다.Wherein R 1 to R 19 independently represent hydrogen, an unsubstituted or substituted C 1 -
화학식 1의 반복단위에서 Ar1이 상술한 바와 같이 아릴렌 또는 헤테로아릴렌기이다. 이러한 아릴렌기 및 헤테로아릴렌기를 갖는 화학식 1의 반복단위를 갖는 공중합체는 상술한 아릴렌기 또는 헤테로아릴렌기의 π-π상호작용으로 기계적 물성이 더 우수하다. 화학식 1에서 Ar1이 알킬렌기, 2가의 지방족 고리와 같이 지방족 그룹인 경우에는 Ar1이 아릴렌기 또는 헤테로아릴렌기인 경우에 비하여 기계적 물성이 현저하게 저하된다.In the repeating unit represented by the formula (1), Ar1 is an arylene or heteroarylene group as described above. Such a copolymer having a repeating unit represented by the formula (1) having an arylene group and a heteroarylene group is superior in mechanical properties due to the above-described π-π interaction of the arylene group or the heteroarylene group. When in formula (I) Ar 1 is an aliphatic group such as an alkylene group, a divalent aliphatic chain, the mechanical properties are significantly reduced compared to the case where Ar 1 an aryl group or a heteroarylene group.
음극으로서 리튬 금속 전극을 사용하는 리튬전지의 경우 이론적으로 높은 에너지원을 제공할 수 있지만 액체 전해질이 수분 및 산소와 반응하여 발열 반응을 일으킬 뿐만 아니라 흑연 또는 탄소계 음극에 비하여 열적 안정성이 저하된다. 그리고 기존의 액체 전해질과 리튬 금속 전극의 반응성이 매우 높아 이로 인하여 비가역층이 형성되어 리튬전지의 사이클 특성이 저하되는 문제점이 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 리튬 금속 전극의 상부에 리튬 이온 전도성 고분자 전해질을 적용한다. 리튬 이온 전도성 고분자 전해질로는 폴리에틸렌옥사이드 전해질과 같은 에테르계 전해질을 사용하는 것이 일반적이다. 그런데 이러한 에테르계 전해질은 리튬이온이동도가 액체 전해질에 비하여 상대적으로 낮고 기계적 물성이 충분치 않아 전기화학적 성능이 저하될 수 있다. Lithium batteries using a lithium metal electrode as a cathode can provide a theoretically high energy source, but the liquid electrolyte reacts with moisture and oxygen to cause an exothermic reaction, and also has a lower thermal stability than a graphite or carbon-based anode. Also, since the reactivity between the conventional liquid electrolyte and the lithium metal electrode is very high, an irreversible layer is formed, thereby deteriorating the cycle characteristics of the lithium battery. In order to solve such a problem, a lithium ion conductive polymer electrolyte is applied to the upper portion of the lithium metal electrode. As the lithium ion conductive polymer electrolyte, an ether type electrolyte such as a polyethylene oxide electrolyte is generally used. However, the ether-based electrolyte has relatively low lithium ion mobility as compared with the liquid electrolyte, and its mechanical properties are insufficient, so that the electrochemical performance may be deteriorated.
리튬전지의 온도를 상승시키는 경우 에테르계 전해질은 프리스탠딩 상태의 막 형태를 유지하기가 어려워 기계적 물성이 더 저하되어 단락이 발생될 수 있다. 그리고 리튬 음극 표면상에 리튬 덴드라이트의 형성 및 성장으로 인하여 리튬전지의 사이클 특성이 저하될 수 있다.When the temperature of the lithium battery is raised, it is difficult to maintain the film shape of the ether-based electrolyte in the free standing state, so that the mechanical properties may be further lowered and a short circuit may occur. And the cycle characteristics of the lithium battery may be deteriorated due to the formation and growth of lithium dendrite on the surface of the lithium negative electrode.
이에 본 발명자들은 리튬 음극과의 부반응 억제를 통한 전기화학적 안정성을 개선할 수 있는 신규한 복합막을 제공한다. 이러한 복합막은 리튬 음극의 보호막, 전해질 또는 리튬 음극의 보호막겸 전해질로서 이용 가능하다.Accordingly, the present inventors provide a novel composite membrane capable of improving electrochemical stability through inhibition of side reactions with a lithium negative electrode. Such a composite membrane can be used as a protective film and electrolyte for a lithium negative electrode, and a protective film and electrolyte for a lithium negative electrode.
일구현예에 따른 리튬전지용 복합막은 리튬이온이동도가 우수하며 전기화학적으로 매우 안정한 고분자화 이온성 액체(polymerized ionic liquid: PIL)를 갖는 제1반복단위와 리튬 이온 전도성 제2반복단위를 포함하는 공중합체를 함유한다. 제2반복단위는 폴리옥시에틸렌메타크릴레이트(POEM) 반복단위이다. 상기 공중합체는 제2반복단위의 낮은 기계적 물성을 개선하여 리튬전지의 전기화학적 특성을 향상시킬 수 있다.The composite membrane for a lithium battery according to an embodiment includes a first repeating unit having a polymerized ionic liquid (PIL) which is excellent in lithium ion mobility and is electrochemically very stable and a second repeating unit having a lithium ion conductive second repeating unit Lt; / RTI > The second repeating unit is a polyoxyethylene methacrylate (POEM) repeating unit. The copolymer improves the electrochemical characteristics of the lithium battery by improving the low mechanical properties of the second repeating unit.
도 1은 일구현예에 따른 리튬전지용 복합막을 구성하는 하기 화학식 1로 표시되는 제1반복단위(PIL)와 하기 화학식 2로 표시되는 제2반복단위(POEM)를 포함하는 공중합체의 조성을 개략적으로 나타낸 것이다. FIG. 1 schematically shows a composition of a copolymer comprising a first repeating unit (PIL) represented by the following formula (1) and a second repeating unit (POEM) represented by the following formula (2) constituting a composite membrane for a lithium battery according to an embodiment .
공중합체의 제1반복단위는 구조적 강성을 제공하며 리튬 덴드라이트 성장을 억제하는 그룹을 갖고 있고, 공중합체의 제2반복단위는 리튬 이온 전도성 그룹인 POEM 그룹을 갖고 있다. 도 1에서 보여주고 있듯이 제1반복단위와 제2반복단위를 갖는 공중합체는 제1반복단위(PIL)과 이온 전도성 제2반복단위(POEM)를 함유한 비균질 고분자일 수 있다. 이와 같이 비균질 상태를 가짐으로써 균질화된 상태를 갖는 고분자를 이용한 경우에 비하여 리튬 덴드라이트 성장을 억제하는 효과가 더 우수하다.The first repeating unit of the copolymer provides structural rigidity and has a group inhibiting lithium dendrite growth, and the second repeating unit of the copolymer has a POEM group which is a lithium ion conductive group. As shown in FIG. 1, the copolymer having the first repeating unit and the second repeating unit may be a heterogeneous polymer containing a first repeating unit (PIL) and an ion-conducting second repeating unit (POEM). By having such a heterogeneous state, the effect of suppressing the growth of lithium dendrite is superior to the case of using a polymer having a homogenized state.
본 명세서에서 용어 "비균질(heterogeneous) 고분자"는 도 1에 나타난 바와 같이 제1반복단위(PIL)과 이온 전도성 제2반복단위(POEM)가 불규칙하거나 또는 불균일하게 존재하는 고분자를 말한다.As used herein, the term " heterogeneous polymer " refers to a polymer in which the first repeating unit (PIL) and the ionic conductive second repeating unit (POEM) are irregular or nonuniform, as shown in FIG.
상기 공중합체는 랜덤 공중합체 또는 블록 공중합체일 수 있다.The copolymer may be a random copolymer or a block copolymer.
랜덤 공중합체는 제1반복단위(PIL)와 제2반복단위(POEM)가 비균질화 상태로 함유하고 있다. 랜덤 공중합체에서는 제1반복단위와 제2반복단위가 비균질화된 상태로 존재하고 제1반복단위간의 상호작용이 블록 공중합체인 경우에 비하여 감소되어 제1반복단위가 리튬 음극 표면의 리튬 영역으로 이동하기가 용이해져 리튬 덴드라이트 주변을 효과적으로 블록킹할 수 있다. 그 결과 공중합체 전체에서 균일한 전하의 비편재화 효과(charge delocalization effect)를 제공하므로 리튬 금속 표면에서 리튬 이온은 국부적인 증가에 의한 덴드라이트 형성을 보다 효과적으로 억제할 수 있다.The random copolymer contains the first repeating unit (PIL) and the second repeating unit (POEM) in an inhomogeneous state. In the random copolymer, the first repeating unit and the second repeating unit exist in a non-homogenized state and the interaction between the first repeating units is reduced as compared with the case where the block copolymer is used, so that the first repeating unit moves to the lithium region of the lithium negative electrode surface And it is possible to effectively block the periphery of the lithium dendrite. As a result, it provides a charge delocalization effect of uniform charge throughout the copolymer, so lithium ions on the lithium metal surface can more effectively inhibit dendrite formation due to local increase.
또한 랜덤 공중합체는 블록 공중합체와 비교하여 합성하기가 용이하고 제조비용이 저렴하다. 그리고 랜덤 공중합체는 블록 공중합체와 비교하여 고분자 백본 전반적으로 유사한 물성을 나타낼 수 있다.Also, the random copolymer is easier to synthesize and less expensive to manufacture than a block copolymer. The random copolymers can exhibit similar physical properties to the polymer backbone as compared with the block copolymers.
예를 들어, 상술한 제1반복단위와 제2반복단위를 함유한 블록 공중합체는 랜덤 공중합체와 비교하여 제1반복단위와 이온성 액체 모이어티를 포함하지 않는 제2반복단위가 국부적으로 존재하여 리튬 음극 표면에서 리튬 덴드라이트의 성장 을 균일하게 억제하기가 어려울 수 있다. 그리고 또한 블록 공중합체는 이온성 액체 모이어티를 포함하지 않는 제2반복단위로 이루어진 고분자 블록 부분에서 전하의 편재화(localization)가 발생하기 쉬워 리튬 금속 표면에서 리튬 이온의 국부적인 환원에 의한 덴드라이트 성장을 효과적으로 억제하기 어려울 수 있다. 또한 제1반복단위간의 자체 상호작용으로 랜덤 공중합체와 비교하여 리튬 덴드라이트 위치까지 이동하기가 상대적으로 어렵게 될 수 있어 리튬 덴드라이트를 블록킹할 기회가 적어진다. 따라서 랜덤 공중합체가 블록 공중합체에 비하여 리튬 덴드라이트 억제 효과가 더 개선될 수 있다.For example, in the block copolymer containing the first repeating unit and the second repeating unit, the first repeating unit and the second repeating unit not containing an ionic liquid moiety are locally present , It may be difficult to uniformly suppress the growth of lithium dendrites on the surface of the lithium negative electrode. Also, the block copolymer is liable to localization of charges in the polymer block portion composed of the second repeating unit which does not include the ionic liquid moiety, so that the dendrite by the local reduction of lithium ions on the lithium metal surface It may be difficult to effectively suppress growth. In addition, due to the self-interaction between the first repeating units, it is relatively difficult to move to the lithium dendrite site as compared with the random copolymer, thereby reducing the chance of blocking the lithium dendrite. Therefore, the lithium dendrite inhibiting effect of the random copolymer can be further improved as compared with the block copolymer.
일구현예에 따른 복합막은 기계적 물성이 우수하고 리튬 금속 덴드라이트를 저감할 수 있는 이온성 액체 유닛을 갖는 공중합체를 포함하여 POEM 함유 막에 비해서 고온에서 기계적 물성이 우수하고 많은 양의 리튬염을 담지할 수 있다. 따라서 리튬 이온 이동 능력이 더 개선되어 사이클 특성이 개선된 리튬전지를 제조할 수 있다.The composite membrane according to one embodiment includes a copolymer having an ionic liquid unit capable of reducing the lithium metal dendrites with excellent mechanical properties and has excellent mechanical properties at a high temperature and a large amount of lithium salt . Therefore, the lithium ion transfer ability is further improved and a lithium battery improved in cycle characteristics can be produced.
리튬전지용 복합막은 리튬전지의 음극 보호막으로서 사용되거나 또는 전해질로서 사용 가능하다. 복합막은 음극 보호막겸 전해질로서 사용가능하다. The composite membrane for a lithium battery can be used as a cathode protection film of a lithium battery or as an electrolyte. The composite membrane can be used as a cathode protective film and an electrolyte.
화학식 1에서 는 지방족 고리 또는 질소 함유 방향족 고리인 이미다졸 고리일 수 있다.In formula (1) May be an aliphatic ring or an imidazole ring which is a nitrogen containing aromatic ring.
는 지방족 고리일 수 있다. 공중합체가 포함하는 가 지방족 고리를 형성함에 의하여 방향족 고리를 포함하는 이온성 액체 고분자에 비하여 더 넓은 전압 범위에서 안정하므로 보다 넓은 전기화학적 창(window)을 제공할 수 있다. 예를 들어, 리튬 금속에 대하여 보다 넓은 환원 전위를 제공할 수 있다. 예를 들어, 랜덤 공중합체가 리튬 금속에 대하여 음의 전압 범위에서도 전기화학적으로 안정할 수 있다. 본 명세서에서 "전기화학적으로 안정하다"는 의미는 공중합체 자체의 산화 또는 환원에 기인한 전류가 리튬의 산화/환원에 기인한 전류에 비하여 1/2 이하라는 의미이다. May be an aliphatic ring. Copolymer Containing Is more stable in a wider voltage range than an ionic liquid polymer containing an aromatic ring by forming an aliphatic ring, so that a wider electrochemical window can be provided. For example, it is possible to provide a wider reduction potential for the lithium metal. For example, the random copolymer may be electrochemically stable even in the negative voltage range with respect to the lithium metal. In the present specification, the term " electrochemically stable " means that the current due to the oxidation or reduction of the copolymer itself is 1/2 or less of the current due to the oxidation / reduction of lithium.
공중합체가 포함하는 지방족 고리는 특별히 한정되지 않으며 당해 기술분야에서 이온성 액체의 양이온에 해당하는 모이어티로 작용할 수 있는 것이라면 모두 가능하다.The aliphatic ring included in the copolymer is not particularly limited and can be any one capable of acting as a moiety corresponding to the cation of the ionic liquid in the technical field.
화학식 1의 가 하기 화학식 4로 표시되는 그룹 및 화학식 4a로 표시되는 그룹 중에서 선택될 수 있다.(1) May be selected from the group represented by the following general formula (4) and the group represented by the general formula (4a).
[화학식 4][Chemical Formula 4]
상기 화학식 4에서, Z는 S, N 또는 P이며, R11 내지 R25은 서로 독립적으로 수소, 비치환된 또는 치환된 C1-C30 알킬기, 비치환된 또는 치환된 C1-C30 알콕시기, 비치환된 또는 치환된 C6-C30 아릴기, 비치환된 또는 치환된 C6-C30 아릴옥시기, 비치환된 또는 치환된 C3-C30 헤테로아릴기, 비치환된 또는 치환된 C3-C30 헤테로아릴옥시기, 비치환된 또는 치환된 C4-C30 사이클로알킬기 또는 비치환된 또는 치환된 C3-C30 헤테로사이클로알킬기이고,Wherein Z is S, N or P and R 11 to R 25 are independently of each other hydrogen, an unsubstituted or substituted C 1 -
단, Z가 S이면, R11은 부재한다(absent).Provided that if Z is S then R 11 is absent.
[화학식 4a][Chemical Formula 4a]
화학식 4a중, R22 내지 R26은 상기 화학식 4의 R11 내지 R25와 동일하게 정의되며, Z은 N이다. In formula (4a), R 22 to R 26 are defined as R 11 to R 25 in formula (4), and Z is N.
상기 화학식 1의 가 하기 화학식 5로 표시되는 그룹 중에서 선택되고, In the
화학식 1의 Y-는 BF4 -, PF6 -, AsF6 -, SbF6 -, AlCl4 -, HSO4 -, CH3SO3 -, (CF3SO2)2N-, Cl-, Br-, I-, SO4 2-, ClO4 -, CF3SO3 -, CF3CO2 -, (C2F5SO2)2N-, (C2F5SO2)(CF3SO2)N-, (FSO2)2N-, NO3 -, Al2Cl7 -, CH3COO-, (CF3SO2)3C-, (CF3)2PF4 -, (CF3)3PF3 -, (CF3)4PF2 -, (CF3)5PF-, (CF3)6P-, SF5CF2SO3 -, SF5CHFCF2SO3 -, CF3CF2(CF3)2CO-, (CF3SO2)2CH-, (SF5)3C-, 및 -(O(CF3)2C2(CF3)2O)2PO- 중에서 선택된 하나 이상의 음이온일 수 있다. Y of the formula - is BF 4 -, PF 6 -, AsF 6 -, SbF 6 -, AlCl 4 -, HSO 4 -,
[화학식 5][Chemical Formula 5]
화학식 5 중, R20 내지 R28은 서로 독립적으로 수소, 비치환된 또는 치환된 C1-C30 알킬기, 비치환된 또는 치환된 C1-C30 알콕시기, 비치환된 또는 치환된 C6-C30 아릴기, 비치환된 또는 치환된 C6-C30 아릴옥시기, 비치환된 또는 치환된 C3-C30 헤테로아릴기, 비치환된 또는 치환된 C3-C30 헤테로아릴옥시기, 비치환된 또는 치환된 C4-C30 사이클로알킬기 또는 비치환된 또는 치환된 C3-C30 헤테로사이클로알킬기이다.In
상기 복합막은 리튬염을 포함한다. 리튬염의 함량은 복합막 100 중량부를 기준으로 하여 1 내지 90 중량부, 예를 들어 20 내지 60 중량부이다.The composite membrane comprises a lithium salt. The content of the lithium salt is 1 to 90 parts by weight, for example 20 to 60 parts by weight, based on 100 parts by weight of the composite membrane.
상기 화학식 1의 제1반복단위와 화학식 2의 제2반복단위를 함유하는 공중합체에서 상기 화학식 1로 표시되는 제1반복단위와 화학식 2로 표시되는 제2반복단위의 몰비는 1:99 내지 99:1일 수 있다. 공중합체에서 상기 화학식 1로 표시되는 제1반복단위와 화학식 2로 표시되는 제2반복단위의 몰비는 1:1 내지 4:1일 수 있다. 화학식 1로 표시되는 제1반복단위의 함량이 상술한 범위일 때, 공중합체 및 이를 포함한 복합막의 기계적 강도가 저하됨이 없이 이온 전도도가 우수한 복합막을 제조할 수 있다.In the copolymer containing the first repeating unit of
일구현예에 따른 공중합체는 하기 화학식 6으로 표시되는 공중합체일 수 있다.The copolymer according to one embodiment may be a copolymer represented by the following formula (6).
[화학식 6][Chemical Formula 6]
화학식 6중, Ar1은 치환된 또는 비치환된 C6-C30 아릴렌기이고, In the formula (6), Ar 1 is a substituted or unsubstituted C6-C30 arylene group,
R1, R2 및 R3은 서로에 관계없이 수소, 비치환된 또는 치환된 C1-C20 알킬기, 비치환된 또는 치환된 C6-C20 아릴기, 또는 비치환된 또는 치환된 C3-C30 헤테로아릴기이고,R 1 , R 2 and R 3 independently of one another are hydrogen, an unsubstituted or substituted C 1 -
A는 단순히 화학결합을 나타내거나 비치환된 또는 치환된 C1-C30 알킬렌기, 또는 비치환된 또는 치환된 C6-C30 아릴렌기이고,A is a chemical bond or an unsubstituted or substituted C1-C30 alkylene group, or an unsubstituted or substituted C6-C30 arylene group,
는 하기 화학식 5로 표시되는 그룹이며, Is a group represented by the following formula (5)
[화학식 5][Chemical Formula 5]
화학식 5 중, R20 내지 R28은 서로 독립적으로 수소, 비치환된 또는 치환된 C1-C30 알킬기, 비치환된 또는 치환된 C1-C30 알콕시기, 비치환된 또는 치환된 C6-C30 아릴기, 비치환된 또는 치환된 C6-C30 아릴옥시기, 비치환된 또는 치환된 C3-C30 헤테로아릴기, 비치환된 또는 치환된 C3-C30 헤테로아릴옥시기, 비치환된 또는 치환된 C4-C30 사이클로알킬기 또는 비치환된 또는 치환된 C3-C30 헤테로사이클로알킬기이고, *는 결합영역을 나타내며,In
Y-는 BF4 -, PF6 -, AsF6 -, SbF6 -, AlCl4 -, HSO4 -, CH3SO3 -, (CF3SO2)2N-, Cl-, Br-, I-, SO4 2-, ClO4 -, CF3SO3 -, CF3CO2 -, (C2F5SO2)2N-, (C2F5SO2)(CF3SO2)N-, (FSO2)2N-, NO3 -, Al2Cl7 -, CH3COO-, (CF3SO2)3C-, (CF3)2PF4 -, (CF3)3PF3 -, (CF3)4PF2 -, (CF3)5PF-, (CF3)6P-, SF5CF2SO3 -, SF5CHFCF2SO3 -, CF3CF2(CF3)2CO-, (CF3SO2)2CH-, (SF5)3C-, 및 (O(CF3)2C2(CF3)2O)2PO- 중에서 선택된 하나 이상의 음이온이며, Y - is BF 4 -, PF 6 -, AsF 6 -, SbF 6 -, AlCl 4 -, HSO 4 -,
m과 n은 각각 0.01 내지 0.99이고 이들의 합은 1이다.m and n are each from 0.01 to 0.99, and the sum thereof is 1.
상기 공중합체가 하기 화학식 6a, 화학식 6b, 화학식 6c, 및 화학식 6d로 표시되는 화합물 중에서 선택된 하나 이상일 수 있다.The copolymer may be at least one selected from compounds represented by the following formulas (6a), (6b), (6c), and (6d).
[화학식 6a] [화학식 6b][Formula 6a] [Formula 6b]
[화학식 6c] [화학식 6d][Chemical Formula 6c] [Chemical formula 6d]
화학식 6a 내지 6d중, Y-는 PF6 -, AsF6 -, SbF6 -, AlCl4 -, HSO4 -, CH3SO3 -, (CF3SO2)2N-, Cl-, Br-, I-, SO4 2-, ClO4 -, CF3SO3 -, CF3CO2 -, (C2F5SO2)2N-, (C2F5SO2)(CF3SO2)N-, (FSO2)2N-, NO3 -, Al2Cl7 -, CH3COO-, (CF3SO2)3C-, (CF3)2PF4 -, (CF3)3PF3 -, (CF3)4PF2 -, (CF3)5PF-, (CF3)6P-, SF5CF2SO3 -, SF5CHFCF2SO3 -, CF3CF2(CF3)2CO-, (CF3SO2)2CH-, (SF5)3C-, 및 (O(CF3)2C2(CF3)2O)2PO- 중에 선택된 하나 이상이고, a는 1 내지 10의 정수이고, R24는 C1-C10의 알킬기이고, m과 n은 각각 0.01 내지 0.99이고 이들의 합은 1이고, 중합도는 10 내지 5000의 수이다.Of formula 6a to 6d, Y - is PF 6 -, AsF 6 -, SbF 6 -, AlCl 4 -, HSO 4 -, CH 3 SO 3 -, (CF 3 SO 2) 2 N -, Cl -, Br - , I -, SO 4 2-, ClO 4 -, CF 3 SO 3 -, CF 3 CO 2 -, (C 2 F 5 SO 2) 2 N -, (C 2 F 5 SO 2) (CF 3 SO 2 ) N -, (FSO 2) 2 N -, NO 3 -, Al 2 Cl 7 -, CH 3 COO -, (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 -, and (O (CF 3) 2 C 2 (CF 3) 2 O) 2 PO - at least one selected among A is an integer of 1 to 10, R 24 is a C 1 -C 10 alkyl group, m and n are each in the range of 0.01 to 0.99, the sum of these is 1, and the degree of polymerization is 10 to 5000.
상기 공중합체는 예를 들어 하기 화학식 6e, 6f 또는 6g로 표시되는 공중합체일 수 있다.The copolymer may be, for example, a copolymer represented by the following formula 6e, 6f or 6g.
[화학식 6e] [화학식 6f][Chemical Formula 6e] [Chemical Formula 6f]
[화학식 6g] [Chemical Formula 6g]
상기 화학식 6e, 6f 및 6g중, a는 1 내지 10의 정수이고, m과 n은 각각 0.01 내지 0.99이고 이들의 합은 1이고, 중합도는 10 내지 5000의 수이다.In the above formulas (6e), (6f) and (6g), a is an integer of 1 to 10, m and n each are 0.01 to 0.99, the sum thereof is 1, and the degree of polymerization is 10 to 5000.
상기 공중합체의 중합도는 10 내지 5,000의 수이다. 그리고 공중합체의 중량평균분자량은 3,000 Dalton 내지 400,000 Dalton, 예를 들어 5,000 내지 200,000 Dalton이다. 공중합체의 중합도 및 중량평균분자량이 상술한 범위일 때, 공중합체의 기계적 강도가 우수하여 리튬 덴드라이트의 성장을 효과적으로 억제할 수 있어 리튬전지의 성능이 더 향상될 수 있다. 중량평균분자량은 GPC(Gel Permeation Chromatography)을 사용하여 PMMA(polymethylmethacylate) 표준 시료에 대하여 측정한 것이다.The degree of polymerization of the copolymer is 10 to 5,000. And the weight average molecular weight of the copolymer is from 3,000 Dalton to 400,000 Dalton, for example from 5,000 to 200,000 Dalton. When the degree of polymerization and the weight average molecular weight of the copolymer are in the ranges described above, the mechanical strength of the copolymer is excellent and the growth of the lithium dendrite can be effectively suppressed, thereby further improving the performance of the lithium battery. The weight average molecular weight was measured for polymethylmethacylate (PMMA) standard samples using GPC (Gel Permeation Chromatography).
예를 들어, 공중합체의 다분산지수(PDI, Polydipersity Index)가 1 내지 3, 예를 들어 1 내지 2.0, 예를 들어 1.2 내지 2.8일 수 있다. 상기 다분산지수 범위를 가지는 공중합체를 포함함에 의하여 리튬전지의 성능이 더욱 향상될 수 있다. For example, the polydipersity index (PDI) of the copolymer can be from 1 to 3, for example from 1 to 2.0, for example from 1.2 to 2.8. The performance of the lithium battery can be further improved by including the copolymer having the polydispersity index range.
공중합체의 유리전이온도(Tg)가 30 내지 90일 수 있다. 예를 들어, 공중합체의 중량평균분자량 37,000 Dalton에서 유리전이온도(Tg)가 55일 수 있다. 상기 범위의 유리전이온도를 가지는 공중합체를 포함함에 의하여 리튬전지의 성능이 더욱 향상될 수 있다.The glass transition temperature (T g ) of the copolymer can be from 30 to 90. [ For example, a number of 55 at a weight average molecular weight of 37,000 Dalton copolymer glass transition temperature (T g). By including the copolymer having the glass transition temperature in the above range, the performance of the lithium battery can be further improved.
공중합체는 리튬에 대하여 -0.4 V까지 전기화학적으로 안정할 수 있다. 즉, 공중합체는 리튬에 대하여 -0.4 V까지 랜덤공중합체의 부반응에 의한 환원전류를 무시할 수 있다. 예를 들어, 공중합체는 리튬 금속 대비 -0.4 V 내지 6.2 V 범위, 예를 들어 -0.4 V 내지 5.5 V 범위, 예를 들어, -0.4 V 내지 5.0 V 범위, 예를 들어 리튬 금속 대비 -0.4 V 내지 4.5V의 전기화학적으로 안정한 넓은 전위창(voltage window)을 제공할 수 있다. The copolymer may be electrochemically stable to -0.4 V with respect to lithium. That is, the copolymer can neglect the reduction current due to the side reaction of the random copolymer to -0.4 V with respect to lithium. For example, the copolymer may be in the range of -0.4 V to 6.2 V relative to the lithium metal, for example, in the range of -0.4 V to 5.5 V, for example, in the range of -0.4 V to 5.0 V, To provide a wide electrochemically stable voltage window of < RTI ID = 0.0 > 4.5V. ≪ / RTI >
일구현예에 따른 복합막은 전해질로 이용 가능하다. 전해질이 상술한 공중합체를 포함함에 의하여 향상된 내구성 및 이온전도성을 가지는 전해질이 얻어질 수 있다. 또한, 이러한 전해질을 포함하는 리튬전지의 충방전 특성이 향상될 수 있다.The composite membrane according to one embodiment is available as an electrolyte. An electrolyte having enhanced durability and ionic conductivity can be obtained by including the above-mentioned copolymer in the electrolyte. In addition, the charge / discharge characteristics of a lithium battery including such an electrolyte can be improved.
공중합체를 포함하는 전해질은 리튬염을 추가적으로 포함할 수 있다. 리튬염은 예를 들어 LiPF6, LiBF4, LiSbF6, LiAsF6, LiN(SO2C2F5)2, Li(CF3SO2)2N, Li(FSO2)2N, LiC4F9SO3, LiClO4, LiAlO2, LiAlCl4, LiN(CxF2x + 1SO2)(CyF2y + 1SO2)(여기서, x 및 y는 1 내지 30), LiF, LiBr, LiCl, LiI, LiB(C2O4)2(리튬 비스옥살레이토 보레이트: lithium bis(oxalato) borate; LiBOB), LiTFSI(Lithium Bis(Trifluoromethanesulfonyl)Imide) 및 LiNO3로 이루어진 군에서 선택되는 하나 또는 둘 이상일 수 있으나, 반드시 이들로 한정되지 않으며 당해 기술 분야에서 리튬염으로 사용될 수 있는 것이라면 모두 가능하다.The electrolyte comprising the copolymer may additionally comprise a lithium salt. The lithium salt can be, for example, LiPF 6 , LiBF 4 , LiSbF 6 , LiAsF 6 , LiN (SO 2 C 2 F 5 ) 2 , Li (CF 3 SO 2 ) 2 N, Li (FSO 2 ) 2 N, LiC 4 F 9 SO 3, LiClO 4, LiAlO 2,
또한, 랜덤 공중합체를 포함하는 전해질은 다른 중합체를 추가적으로 포함할 수 있다. 추가되는 중합체는 특별히 한정되지 않으며 당해 기술분야에서 전해질로 사용될 수 있는 것이라면 모두 가능하다. 예를 들어, 전해질이 폴리에틸렌옥사이드, 폴리비닐알코올(PVA) 등을 추가적으로 포함할 수 있다.In addition, the electrolyte comprising the random copolymer may additionally comprise another polymer. The polymer to be added is not particularly limited and can be used as an electrolyte in the art. For example, the electrolyte may further include polyethylene oxide, polyvinyl alcohol (PVA), and the like.
또한, 공중합체를 포함하는 전해질은 액체 전해질 또는 고체 전해질일 수 있다. In addition, the electrolyte containing the copolymer may be a liquid electrolyte or a solid electrolyte.
예를 들어, 공중합체를 포함하는 액체 전해질은 유기용매 및 이온성 액체 중에서 선택된 하나 이상을 추가적으로 포함하여 상온에서 액체 상태일 수 있다.For example, the liquid electrolyte containing the copolymer may be liquid at room temperature, further comprising at least one selected from an organic solvent and an ionic liquid.
유기용매는 비양자성 용매를 포함할 수 있다. 비양성자성 용매로서 예를 들어 카보네이트계, 에스테르계, 에테르계, 케톤계, 또는 알코올계 용매를 사용할 수 있다. 상기 카보네이트계 용매로는 디메틸 카보네이트(DMC), 디에틸 카보네이트(DEC), 에틸메틸 카보네이트(EMC), 디프로필 카보네이트(DPC), 메틸프로필 카보네이트(MPC), 에틸프로필 카보네이트(EPC), 에틸렌 카보네이트(EC), 프로필렌 카보네이트(PC), 부틸렌 카보네이트(BC) 등이 사용될 수 있고, 상기 에스테르계 용매로는 메틸 아세테이트, 에틸 아세테이트, n-프로필 아세테이트, 터트부틸아세테이트, 메틸프로피오네이트, 에틸프로피오네이트, 감마부티로락톤, 데카놀라이드(decanolide), 발레로락톤, 메발로노락톤(mevalonolactone), 카프로락톤(caprolactone) 등이 사용될 수 있다. 상기 에테르계 용매로는 디부틸 에테르, 테트라글라임, 디글라임, 디메톡시에탄, 2-메틸테트라히드로퓨란, 테트라히드로퓨란 등이 사용될 수 있으며, 상기 케톤계 용매로는 시클로헥사논 등이 사용될 수 있다. 또한 상기 알코올계 용매로는 에틸알코올, 이소프로필 알코올 등이 사용될 수 있으나, 반드시 이들로 한정되지 않으며 당해 기술분야에서 사용될 수 있는 양성자성 용매라면 모두 가능하다.상기 유기용매로서 예를 들어 테트라에틸렌글리콜디메틸에테르(TEGDME) 등이 사용될 수 있다.The organic solvent may comprise an aprotic solvent. As aprotic solvents, for example, carbonate, ester, ether, ketone, or alcohol solvents may be used. Examples of the carbonate solvent include dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), ethyl methyl carbonate (EMC), dipropyl carbonate (DPC), methyl propyl carbonate (MPC), ethyl propyl carbonate (EPC) EC), propylene carbonate (PC), and butylene carbonate (BC) can be used. As the ester solvent, methyl acetate, ethyl acetate, n-propyl acetate, butyl acetate, methyl propionate, ethyl propionate Natta, gamma butyrolactone, decanolide, valerolactone, mevalonolactone, caprolactone and the like can be used. Examples of the ether solvent include dibutyl ether, tetraglyme, diglyme, dimethoxyethane, 2-methyltetrahydrofuran, and tetrahydrofuran. As the ketone solvent, cyclohexanone may be used have. As the alcoholic solvent, ethyl alcohol, isopropyl alcohol, etc. may be used, but not limited thereto, and any protonic solvent that can be used in the art can be used. As the organic solvent, for example, tetraethylene glycol Dimethyl ether (TEGDME) and the like can be used.
이온성 액체는 이온성 액체는 상온(25℃)에서 용융 상태인 이온성 물질로, 양이온과 음이온을 포함하는 것이라면 제한 없이 사용 가능하다. 이온성 액체는 양이온으로 이에 한정되는 것은 아니나 이미다졸륨(imidazolium), 암모늄(ammonium), 피롤리디늄(pyrrolidinium) 또는 피페리디늄(piperidinium)을 포함하고, 음이온으로는 이에 한정되는 것은 아니나 비스(플루오로술포닐)이미드(bis(fluorosulfonyl)imide), 플루오로술포닐아미드(fluorosufonylamide), 플루오로보레이트(fluoroborate), 또는 플루오로포스페이트(fluorophosphate)를 포함한다. 상기 양이온의 구체적인 예로는 트리에틸암모늄 등의 알킬암모늄, 에틸메틸이미다졸륨, 부틸메틸이미다졸륨 등의 이미다졸륨, 1-메틸-1-프로필피롤리디늄 등의 피롤리디늄을 들 수 있다. 또한 음이온의 구체적인 예로는 비스(트리플루오로메틸술포닐)이미드(bis(trifluoromethylsulfonyl)imide(TFSI)), 비스(펜타플루오로에틸술포닐)이미드(bis(pentafluoroethylsufonyl)imide(BETI)), 테트라플루오로보레이트(tetrafluoroborate(BF4)), 또는 헥사플루오로포스페이트(hexafluorophosphate(PF6))를 들 수 있다.An ionic liquid is an ionic liquid which is in a molten state at room temperature (25 ° C), and can be used without limitation as long as it contains cations and anions. The ionic liquid includes, but is not limited to, a cation, including but not limited to imidazolium, ammonium, pyrrolidinium or piperidinium, and anions include, but are not limited to, bis (Fluorosulfonyl) imide, fluorosufonylamide, fluoroborate, or fluorophosphate. The term " fluorosulfonyl " Specific examples of the cation include, for example, alkylammonium such as triethylammonium, imidazolium such as ethylmethylimidazolium and butylmethylimidazolium, and pyrrolidinium such as 1-methyl-1-propylpyrrolidinium . Specific examples of the anion include bis (trifluoromethylsulfonyl) imide (TFSI), bis (pentafluoroethylsufonyl) imide (BETI), bis Tetrafluoroborate (BF 4 ), or hexafluorophosphate (PF 6 ).
이온성 액체는 구체적인 예를 들어 [emim]Cl/AlCl3(emim = ethyl methyl imidazolium), [bmpyr]NTf2(bppyr = butyl methyl pyridinium), [bpy]Br/AlCl3(bpy = 4, 4'-bipyridine), [choline]Cl/CrCl3·6H2O, [Hpy(CH2)3pyH][NTf2]2 (NTf2 = bistrifluoromethanesulfonimide), [emim]OTf/[hmim]I(hmim = hexyl methyl imidazolium), [choline]Cl/HOCH2CH2OH, [Et2MeN(CH2CH2OMe)]BF4 (Et =ethyl, Me = methyl, Pr = propyl, Bu = butyl, Ph = phenyl, Oct = octyl, Hex = hexyl), [Bu3PCH2CH2C8F17]OTf(OTf = trifluoromethane sulfonate), [bmim]PF6(bmim = butyl methyl imidazolium), [bmim]BF4, [omim]PF6(omim = octyl methyl imidazolium), [Oct3PC18H37]I, [NC(CH2)3mim]NTf2(mim = methyl imidazolium), [Pr4N][B(CN)4], [bmim]NTf2, [bmim]Cl, [bmim][Me(OCH2CH2)2OSO3], [PhCH2mim]OTf, [Me3NCH(Me)CH(OH)Ph] NTf2, [pmim][(HO)2PO2] (pmim = propyl methyl imidazolium), [(6-Me)b quin]NTf2(bquin = butyl quinolinium, [bmim][Cu2Cl3], [C18H37OCH2mim]BF4(mim = methyl imidazolium), [heim]PF6(heim = hexyl ethyl imidazolium), [mim(CH2CH2O)2CH2CH2mim][NTf2]2(mim = methyl imidazolium), [obim]PF6(obim = octyl butyl imidazolium), [oquin]NTf2(oquin = octyl quinolinium), [hmim][PF3(C2F5)3], [C14H29mim]Br(mim = methyl imidazolium), [Me2N(C12H25)2]NO3, [emim]BF4, [mm(3-NO2)im][dinitrotriazolate], [MeN(CH2CH2OH)3][MeOSO3], [Hex3PC14H29]NTf2, [emim][EtOSO3], [choline][ibuprofenate], [emim]NTf2, [emim][(EtO)2PO2], [emim]Cl/CrCl2, [Hex3PC14H29]N(CN)2, 등일 수 있으나 반드시 이들로 한정되지 않으며 당해 기술분야에서 이온성 액체로 사용될 수 있는 것이라면 모두 가능하다.Ionic liquids Specific example [emim] Cl / AlCl 3 ( emim = ethyl methyl imidazolium), [bmpyr] NTf2 (bppyr = butyl methyl pyridinium), [bpy] Br / AlCl 3 (bpy = 4, 4'- bipyridine, [choline] Cl / CrCl 3 .6H 2 O, [Hpy (CH 2 ) 3 pyH] [NTf 2 ] 2 (NTf 2 = bistrifluoromethanesulfonimide), [emim] OTf / [hmim] I (hmim = hexyl methyl imidazolium ), [choline] Cl / HOCH 2 CH 2 OH, [Et 2 MeN (CH 2 CH 2 OMe)] BF 4 (Et = ethyl, Me = octyl, Hex = hexyl), [ Bu 3 PCH 2 CH 2 C 8 F 17] OTf (OTf = trifluoromethane sulfonate), [bmim] PF 6 (bmim = butyl methyl imidazolium), [bmim] BF 4, [omim] PF 6 (omim = octyl methyl imidazolium) , [Oct 3 PC 18 H 37] I, [NC (CH 2) 3 mim] NTf 2 (mim = methyl imidazolium), [Pr 4 N] [B (CN) 4], [Me 3 NCH (Me) CH (OH) Ph] NTf 2 , [bmim] NTf 2 , [bmim] Cl, [bmim] [Me (OCH 2 CH 2 ) 2 OSO 3 ], [PhCH 2 mim] [bmim] [Cu 2 Cl 3 ], [C 18 H (PO 4 ) 2 ], [(6-Me) b quin] NTf 2 (bquin = butyl quinolinium, 37 OCH 2 mim] BF 4 (mim = methyl imidazolium) , [heim] PF 6 (heim = hexyl ethyl imidazolium), [mim (CH 2 CH 2 O) 2 CH 2 CH 2 mim] [NTf 2] 2 (mim = methyl imidazolium), [obim] PF 6 (obim = octyl butyl imidazolium), [oquin] NTf 2 (oquin = octyl quinolinium), [hmim] [PF 3 (C 2 F 5) 3], [C 14 H 29 mim] Br (mim = methyl imidazolium), [Me 2 N (C 12 H 25) 2] NO 3, [emim] BF 4, [mm (3-NO 2) im] [dinitrotriazolate], [MeN (CH 2 CH 2 OH) 3 ] [[MeOSO 3 ], [Hex 3 PC 14 H 29 ] NTf 2 , [emim] [EtOSO 3 ], [choline] [ibuprofenate], [emim] NTf 2 , [emim] [(EtO) 2 PO 2 ] [emim] Cl / CrCl 2 , [Hex 3 PC 14 H 29 ] N (CN) 2 , and the like, but is not limited thereto and can be used as an ionic liquid in the related art.
공중합체를 포함하는 고체 전해질은 상온에서 고체이며 유기용매를 포함하지 않을 수 있다.The solid electrolyte containing the copolymer is solid at room temperature and may contain no organic solvent.
고체 전해질은 50℃ 이하, 예를 들어 30℃ 이하, 예를 들어 25℃ 이하에서 The solid electrolyte may be heated to a temperature below 50 ° C, for example below 30 ° C, for example below 25 ° C
고체일 수 있다. 일구현예에 의하면, 고체 전해질은 고화온도(solidification temperature)가 0 내지 50℃, 예를 들어 5 내지 40℃, 예를 들어 10 내지 30℃일 수 있다. 전해질이 공중합체를 포함함에 의하여 상온에서 고체일 수 있다. 고체 전해질이 용매 비함유(solvent free) 전해질일 수 있다. 고체 전해질은 용매를 함유하지 않을 수 있다. 예를 들어, 고체 전해질이 용매를 함유하지 않고 공중합체와 리튬염만으로 이루어진 고체 고분자 전해질일 수 있다. 전해질이 용매를 포함하지 않음에 의하여 용매로 인한 부반응, 누액 등의 문제를 방지할 수 있다.It can be solid. According to one embodiment, the solid electrolyte may have a solidification temperature of 0 to 50 占 폚, for example 5 to 40 占 폚, for example 10 to 30 占 폚. The electrolyte may be a solid at room temperature by including a copolymer. The solid electrolyte may be a solvent free electrolyte. The solid electrolyte may not contain a solvent. For example, the solid electrolyte may be a solid polymer electrolyte comprising only a copolymer and a lithium salt without containing a solvent. Since the electrolyte does not contain a solvent, it is possible to prevent problems such as side reactions and leakage of the solvent.
용매 비함유 고체전해질은 고체 고분자가 소량의 용매를 포함하는 고분자 겔 전해질과 구분된다. 고분자 겔 전해질은 예를 들어 이온전도성 고분자가 소량의 용매를 포함함에 의하여 전해질이 더욱 향상된 이온전도도를 가질 수 있다.The solvent-free solid electrolyte is distinguished from the polymer gel electrolyte in which the solid polymer contains a small amount of solvent. The polymer gel electrolyte can have a further improved ionic conductivity, for example, by including a small amount of solvent in the ion conductive polymer.
일구현예에 따른 복합막이 리튬 음극 보호막으로 사용되는 경우 보호막이 공중합체를 포함함에 의하여 리튬전지 내에서 충방전 과정에서 음극 표면의 덴드라이트 생성이 억제되고 이로 인하여 리튬전지의 충방전 특성이 향상될 수 있다.When the composite membrane according to one embodiment is used as a lithium cathode protection film, the protection film includes a copolymer, thereby suppressing dendrite formation on the surface of the cathode during charging and discharging in the lithium battery, thereby improving the charge / discharge characteristics of the lithium battery .
음극은 리튬 금속, 리튬 금속 기반의 합금 또는 리튬을 흡장, 방출할 수 있는 물질을 포함하나, 반드시 이들로 한정되지 않으며 당해 기술 분야에서 음극으로 사용될 수 있는 것으로서 리튬을 포함하거나 리튬을 흡장 방출할 수 있는 재료라면 모두 가능하다. 음극은 예를 들어 리튬 금속일 수 있다. 리튬 금속 기반의 합금은 예를 들어 알루미늄, 주석, 마그네슘, 인듐, 칼슘, 티타늄, 바나듐 등과 리튬의 합금일 수 있다.The negative electrode includes a lithium metal, a lithium-metal-based alloy, or a material capable of absorbing and releasing lithium, but is not limited thereto. The negative electrode may be used as a negative electrode in the related art. Any material is possible. The cathode may be, for example, lithium metal. The lithium metal-based alloy may be, for example, an alloy of aluminum, tin, magnesium, indium, calcium, titanium, vanadium and the like and lithium.
상기 보호막은 리튬염을 추가적으로 포함할 수 있다. 리튬염을 추가적으로 포함함에 의하여 보호막의 이온전도도가 증가하여 음극과 전해질의 계면저항이 감소할 수 있다. 리튬염은 상술한 공중합체를 포함하는 전해질에 포함되는 리튬염과 동일한 것을 사용할 수 있다. The protective layer may further include a lithium salt. By additionally including the lithium salt, the ionic conductivity of the protective film is increased, so that the interface resistance between the cathode and the electrolyte can be reduced. The lithium salt may be the same as the lithium salt contained in the electrolyte containing the above-mentioned copolymer.
복합막의 두께는 1nm 내지 1000㎛, 예를 들어 0.1㎛ 내지 100㎛, 예를 0.5 내지 70㎛, 예를 들어 1 내지 50㎛, 예를 들어 1 내지 20㎛ 일 수 있다. 상기 두께 범위의 복합막을 포함하여 리튬 음극을 보호하는 기능이 우수하면서 리튬 이온의 전달이 용이하여 리튬전지의 충방전 특성이 향상될 수 있다. The thickness of the composite membrane may be from 1 nm to 1000 탆, for example from 0.1 탆 to 100 탆, for example from 0.5 to 70 탆, for example from 1 to 50 탆, for example from 1 to 20 탆. The composite membrane having the above thickness range is excellent in the function of protecting the lithium negative electrode, and the lithium ion can be easily transferred, so that the charge / discharge characteristics of the lithium battery can be improved.
복합막은 음극의 일면 또는 양면 상에 배치될 수 있고 복합막은 음극 피복할 수 있다. 복합막이 음극 전체를 피복함에 의하여 음극 표면 전체에서 덴드라이트의 생성을 효과적으로 억제할 수 있다.The composite membrane may be disposed on one or both surfaces of the cathode, and the composite membrane may be cathode coated. By the composite film covering the entire cathode, the generation of dendrite on the entire surface of the cathode can be effectively suppressed.
복합막은 단층 구조 또는 다층 구조를 가질 수 있다. 복합막이 다층 구조를 가짐에 의하여 복수의 층에서 각 층별로 조성을 달리하여 전체적인 복합막의 물성을 용이하게 조절할 수 있다. 다층 구조를 가지는 복합막에서 적어도 하나의 층이 공중합체를 포함할 수 있다.The composite membrane may have a single-layer structure or a multi-layer structure. The composite membrane has a multi-layer structure, so that the physical properties of the entire composite membrane can be easily controlled by varying the composition of each layer in a plurality of layers. In a composite membrane having a multi-layer structure, at least one of the layers may comprise a copolymer.
상기 복합막의 25℃에서의 리튬 이온 전도도가 0.001 mS/cm 이상, 예를 들어 0.01 내지 0.5 mS/cm이다.The lithium ion conductivity of the composite membrane at 25 캜 is 0.001 mS / cm or more, for example, 0.01 to 0.5 mS / cm.
다른 측면에 따라 리튬전지는 양극; 음극; 및 이들 사이에 배치되는 복합막을 포함한다.According to another aspect, the lithium battery comprises a positive electrode; cathode; And a composite membrane disposed therebetween.
상기 복합막은 리튬전지에서 양극과 음극 사이에 배치되는 전해질일 수 있다. 예를 들어, 상기 리튬전지는 액체 전해질 또는 고체 전해질을 더 포함할 수 있다. 상기 리튬전지는 리튬이온전지, 리튬공기전지일 수 있다. 또한, 리튬전지는 1차 전지 또는 2차 전지일 수 있다.The composite membrane may be an electrolyte disposed between an anode and a cathode in a lithium battery. For example, the lithium battery may further include a liquid electrolyte or a solid electrolyte. The lithium battery may be a lithium ion battery or a lithium air battery. The lithium battery may be a primary battery or a secondary battery.
리튬전지는 음극으로서 리튬 금속 또는 리튬 합금 전극을 포함하는 리튬 음극일 수 있다. 리튬 음극을 채용한 리튬전지는 리튬금속전지이다.The lithium battery may be a lithium negative electrode including a lithium metal or a lithium alloy electrode as a negative electrode. A lithium battery employing a lithium negative electrode is a lithium metal battery.
상기 음극이 리튬 금속 또는 리튬 금속 합금 전극이거나; 또는 상기 음극은 탄소계 재료, 실리콘, 실리콘 산화물, 실리콘계 합금, 실리콘-탄소계 재료 복합체, 주석, 주석계 합금, 주석-탄소 복합체, 리튬과 합금 가능한 금속/준금속, 이들의 합금 또는 이의 산화물 중에서 선택된 하나 이상의 음극 활물질을 포함할 수 있다.The negative electrode is a lithium metal or lithium metal alloy electrode; Alternatively, the negative electrode may be formed of a carbon-based material, silicon, silicon oxide, silicon-based alloy, silicon-carbon based material composite, tin, tin-based alloy, tin-carbon composite material, metal / And may include one or more selected anode active materials.
상기 음극이 리튬 금속 또는 리튬 금속 합금 전극이며, 상기 복합막은 음극 보호막이거나 또는 음극보호막 겸 전해질이다.Wherein the cathode is a lithium metal or lithium metal alloy electrode, and the composite membrane is a cathode protection film or a cathode protection film and electrolyte.
상기 복합막은 전해질로서 이용될 수 있다.The composite membrane can be used as an electrolyte.
상기 리튬전지는 액체 전해질, 고체 전해질, 겔 전해질, 및 고분자 이온성 액체(polymer ionic liquid) 중에서 선택된 하나 이상을 더 포함할 수 있다.The lithium battery may further include at least one selected from a liquid electrolyte, a solid electrolyte, a gel electrolyte, and a polymer ionic liquid.
양극은 양극 활물질 및 상기 화학식 1로 표시되는 제1반복단위와 상기 화학식 2로 표시되는 제2반복단위를 포함하는 공중합체를 함유할 수 있다. 이와 같이 양극이 상기 화학식 1로 표시되는 제1반복단위와 상기 화학식 2로 표시되는 제2반복단위를 포함하는 공중합체를 함유하면 리튬이온이동도가 우수하고 전기화학적으로 안정하고 기계적 물성이 개선되어 리튬전지의 전기화학적 특성이 향상될 수 있다.The positive electrode may contain a positive electrode active material and a copolymer including the first repeating unit represented by the formula (1) and the second repeating unit represented by the formula (2). When the positive electrode contains a copolymer containing the first repeating unit represented by the formula (1) and the second repeating unit represented by the formula (2), the lithium ion mobility is excellent, the electrochemical stability is improved, and the mechanical properties are improved The electrochemical characteristics of the lithium battery can be improved.
상기 리튬전지의 동작전압이 4.0V 이상이다.The operating voltage of the lithium battery is 4.0 V or more.
또 다른 측면에 따라 양극 활물질 및 상기 화학식 1로 표시되는 제1반복단위와 상기 화학식 2로 표시되는 제2반복단위를 포함하는 공중합체를 포함하는 리튬전지용 양극이 제공된다.According to another aspect, there is provided a positive electrode for a lithium battery comprising a positive electrode active material, a copolymer comprising a first repeating unit represented by the formula (1) and a second repeating unit represented by the formula (2).
리튬전지는 예를 들어 다음과 같은 방법으로 제조될 수 있다.The lithium battery can be produced, for example, in the following manner.
먼저 양극이 준비된다. 양극으로는 일구현예에 따른 양극이 사용될 수 있고 또는 일반적인 양극이 사용될 수 있다.First, the anode is prepared. As the anode, a cathode according to one embodiment may be used, or a general anode may be used.
예를 들어, 양극활물질, 도전제, 바인더 및 용매가 혼합된 양극활물질 조성물이 준비된다. 상기 양극 활물질 조성물이 금속 집전체상에 직접 코팅 및 건조되어 양극이 제조된다. 양극 활물질 조성물에는 상술한 화학식 1로 표시되는 제1반복단위와 상기 화학식 2로 표시되는 제2반복단위를 포함하는 공중합체를 더 포함할 수 있다. 이와다르게는, 상기 양극 활물질 조성물이 별도의 지지체상에 캐스팅된 다음, 상기 지지체로부터 박리된 필름이 금속 집전체상에 라미네이션되어 양극판이 제조될 수 있다. For example, a cathode active material composition in which a cathode active material, a conductive agent, a binder and a solvent are mixed is prepared. The positive electrode active material composition is coated directly on the metal current collector and dried to produce a positive electrode. The positive electrode active material composition may further include a copolymer including a first repeating unit represented by the formula (1) and a second repeating unit represented by the formula (2). Alternatively, the cathode active material composition may be cast on a separate support, and then the film peeled off from the support may be laminated on the metal current collector to produce a cathode plate.
상기 양극활물질로서 리튬코발트산화물, 리튬니켈코발트망간산화물, 리튬니켈코발트알루미늄산화물, 리튬철포스페이트, 및 리튬망간산화물로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있으나, 반드시 이들로 한정되지 않으며 당해 기술분야에서 이용 가능한 모든 양극활물질이 사용될 수 있다.The positive electrode active material 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. However, 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- cCobBcO2 - αF2(상기 식에서, 0.90≤a≤1.8, 0≤b≤0.5, 0≤c≤0.05, 0<α<2이다); LiaNi1 -b-cMnbBcDα(상기 식에서, 0.90≤a≤1.8, 0≤b≤0.5, 0≤c≤0.05, 0<α≤2이다); LiaNi1 -b-cMnbBcO2-αFα(상기 식에서, 0.90≤a≤1.8, 0≤b≤0.5, 0≤c≤0.05, 0<α< 2이다); LiaNi1 -b- cMnbBcO2 - αF2(상기 식에서, 0.90≤a≤1.8, 0≤b≤0.5, 0≤c≤0.05, 0 <α< 2이다); LiaNibEcGdO2(상기 식에서, 0.90≤a≤1.8, 0≤b≤0.9, 0≤c≤0.5, 0.001≤d≤0.1이다.); LiaNibCocMndGeO2(상기 식에서, 0.90≤a≤1.8, 0≤b≤0.9, 0≤c≤0.5, 0≤d≤0.5, 0.001≤e≤0.1이다.); LiaNiGbO2(상기 식에서, 0.90≤a≤1.8, 0.001≤b≤0.1이다.); LiaCoGbO2(상기 식에서, 0.90≤a≤1.8, 0.001≤b≤0.1이다.); LiaMnGbO2(상기 식에서, 0.90≤a≤1.8, 0.001≤b≤0.1이다.); LiaMn2GbO4(상기 식에서, 0.90≤a≤1.8, 0.001≤b≤0.1이다.); QO2; QS2; LiQS2; V2O5; LiV2O5; LiIO2; LiNiVO4; Li(3-f)J2(PO4)3(0≤f≤2); Li(3-f)Fe2(PO4)3(0≤f≤2); LiFePO4의 화학식 중 어느 하나로 표현되는 화합물을 사용할 수 있다: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 Co b B c O 2 - ? F 2 wherein 0.90? A? 1.8, 0 ? B ? 0.5, 0? C? 0.05, 0 <? Li a Ni 1 -bc Mn b B c D ? Wherein, in the formula, 0.90 ? A? 1.8, 0 ? B ? 0.5, 0 ? C ? 0.05, 0? ? A ? 1.8, 0 ? B ? 0.5, 0 ? C ? 0.05, 0?? <2), Li a Ni 1 -bc Mn b B c O 2 -? F ? Li a Ni 1 -b- c Mn b B c O 2 - ? F 2 wherein 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, in the formula, 0.90? A? 1.8, 0? B? 0.9, 0? C? 0.5, and 0.001? D? 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; In the formula of LiFePO 4 may be used a compound represented by any one:
상기 화학식에 있어서, A는 Ni, Co, Mn, 또는 이들의 조합이고; B는 Al, Ni, Co, Mn, Cr, Fe, Mg, Sr, V, 희토류 원소 또는 이들의 조합이고; D는 O, F, S, P, 또는 이들의 조합이고; E는 Co, Mn, 또는 이들의 조합이고; F는 F, S, P, 또는 이들의 조합이고; G는 Al, Cr, Mn, Fe, Mg, La, Ce, Sr, V, 또는 이들의 조합이고; Q는 Ti, Mo, Mn, 또는 이들의 조합이고; I는 Cr, V, Fe, Sc, Y, 또는 이들의 조합이며; J는 V, Cr, Mn, Co, Ni, Cu, 또는 이들의 조합이다.In the above formula, A is Ni, Co, Mn, or a combination thereof; B is Al, Ni, Co, Mn, Cr, Fe, Mg, Sr, V, a rare earth element or a combination thereof; D is O, F, S, P, or a combination thereof; E is Co, Mn, or a combination thereof; F is F, S, P, or a combination thereof; G is Al, Cr, Mn, Fe, Mg, La, Ce, Sr, V, or combinations thereof; Q is Ti, Mo, Mn, or a combination thereof; I is Cr, V, Fe, Sc, Y, or a combination thereof; J is V, Cr, Mn, Co, Ni, Cu, or a combination thereof.
물론 이 화합물 표면에 코팅층을 갖는 것도 사용할 수 있고, 또는 상기 화합물과 코팅층을 갖는 화합물을 혼합하여 사용할 수도 있다. 이 코팅층은 코팅 원소의 옥사이드, 하이드록사이드, 코팅 원소의 옥시하이드록사이드, 코팅 원소의 옥시카보네이트, 또는 코팅 원소의 하이드록시카보네이트의 코팅 원소 화합물을 포함할 수 있다. 이들 코팅층을 이루는 화합물은 비정질 또는 결정질일 수 있다. 상기 코팅층에 포함되는 코팅 원소로는 Mg, Al, Co, K, Na, Ca, Si, Ti, V, Sn, Ge, Ga, B, As, Zr 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있다. 코팅층 형성 공정은 상기 화합물에 이러한 원소들을 사용하여 양극 활물질의 물성에 악영향을 주지 않는 방법(예를 들어 스프레이 코팅, 침지법 등)으로 코팅할 수 있으면 어떠한 코팅 방법을 사용하여도 무방하며, 이에 대하여는 당해 분야에 종사하는 사람들에게 잘 이해될 수 있는 내용이므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.Of course, a compound having a coating layer on the surface of the compound may be used, or a compound having a coating layer may be mixed with the compound. The coating layer may comprise an oxide, a hydroxide of the coating element, an oxyhydroxide of the coating element, an oxycarbonate of the coating element, or a coating element compound of the hydroxycarbonate of the coating element. The compound constituting these coating layers may be amorphous or crystalline. The coating layer may contain Mg, Al, Co, K, Na, Ca, Si, Ti, V, Sn, Ge, Ga, B, As, Zr or a mixture thereof. The coating layer forming step may be any coating method as long as it can coat the above compound by a method that does not adversely affect physical properties of the cathode active material (for example, spray coating, dipping, etc.) by using these elements, It will be understood by those skilled in the art that a detailed description will be omitted.
예를 들어, LiNiO2, LiCoO2, LiMnxO2x(x=1 또는 2), LiNi1 - xMnxO2(0<x<1), LiNi1 -x-yCoxMnyO2 (0≤x≤0.5, 0≤y≤0.5), LiFeO2, V2O5, TiS, MoS 등이 사용될 수 있다.For example, LiNiO 2, LiCoO 2, LiMn x O 2x (x = 1 or 2), LiNi 1 - x Mn x O 2 (0 <x <1), LiNi 1 -xy Co x Mn y O 2 (0 ? 0.5, 0? Y? 0.5), LiFeO 2 , V 2 O 5 , TiS, MoS and the like can be used.
상기 도전제로는 카본 블랙, 흑연 미립자 천연 흑연, 인조 흑연, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 탄소섬유; 카본나노튜브, 구리, 니켈, 알루미늄, 은 등의 금속 분말 또는 금속 섬유 또는 금속 튜브; 폴리페닐렌 유도체와 같은 전도성 고분자 등이 사용될 수 있으나 이들로 한정되지 않으며 당해 기술 분야에서 도전제로 사용될 수 있는 것이라면 모두 가능하다.Examples of the conductive agent include carbon black, graphite fine particle natural graphite, artificial graphite, acetylene black, Ketjen black, carbon fiber; Metal powders or metal fibers or metal tubes such as carbon nanotubes, copper, nickel, aluminum, and silver; Conductive polymers such as polyphenylene derivatives, and the like can be used, but the present invention is not limited thereto, and any conductive polymer may be used as the conductive polymer in the art.
상기 결합제로는 비닐리덴 플루오라이드/헥사플루오로프로필렌 코폴리머, 폴리비닐리덴플루오라이드, 폴리이미드, 폴리에틸렌, 폴리에스테르, 폴리아크릴로니트릴, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 카르복시메틸 셀룰로오즈-스티렌 부타디엔 러버(carboxymethyl cellulose-styrene-butadiene rubber: SMC/SBR) 공중합체, 스티렌 부타디엔 고무계 폴리머 또는 그 혼합물이 사용될 수 있다. Examples of the binder include vinylidene fluoride / hexafluoropropylene copolymer, polyvinylidene fluoride, polyimide, polyethylene, polyester, polyacrylonitrile, polymethylmethacrylate, polytetrafluoroethylene (PTFE) A carboxymethyl cellulose-styrene-butadiene rubber (SMC / SBR) copolymer, a styrene butadiene rubber-based polymer, or a mixture thereof may be used.
상기 용매로는 N-메틸피롤리돈, 아세톤 또는 물 등이 사용될 수 있으나, 이As the solvent, N-methylpyrrolidone, acetone or water may be used.
들로 한정되지 않으며 당해 기술분야에서 사용될 수 있는 것이라면 모두 다 사용가능하다.But not limited to, all of those which can be used in the technical field.
상기 복합 양극 활물질, 도전제, 결합제 및 용매의 함량은 리튬 전지에서 통상적으로 사용하는 수준이다. 리튬 전지의 용도 및 구성에 따라 상기 도전제, 결합제 및 용매 중 하나 이상이 생략될 수 있다.The content of the composite cathode active material, the conductive agent, the binder, and the solvent is a level commonly used in a lithium battery. At least one of the conductive agent, the binder and the solvent may be omitted depending on the use and configuration of the lithium battery.
음극은 상술한 양극 제조과정에서 양극 활물질 대신 음극 활물질을 사용한 것을 제외하고는 거의 동일한 방법에 따라 실시하여 얻을 수 있다. The negative electrode can be obtained by carrying out almost the same method except that the negative electrode active material is used instead of the positive electrode active material in the positive electrode manufacturing process described above.
음극 활물질로는 탄소계 재료, 실리콘, 실리콘 산화물, 실리콘계 합금, 실리콘-탄소계 재료 복합체, 주석, 주석계 합금, 주석-탄소 복합체, 금속 산화물 또는 그 조합을 사용한다.As the negative electrode active material, a carbon-based material, silicon, a silicon oxide, a silicon-based alloy, a silicon-carbon-based material composite, a tin, a tin alloy, a tin-carbon composite or a metal oxide or a combination thereof is used.
상기 탄소계 재료는 결정질 탄소, 비정질 탄소 또는 이들의 혼합물일 수 있다. 상기 결정질 탄소는 무정형, 판상, 인편상(flake), 구형 또는 섬유형의 천연 흑연 또는 인조 흑연과 같은 흑연일 수 있으며, 상기 비정질 탄소는 소프트 카본(soft carbon: 저온 소성 탄소) 또는 하드 카본(hard carbon), 메조페이스 피치(mesophase pitch) 탄화물, 소성된 코크스, 그래핀, 카본블랙, 플러렌 수트(fullerene soot), 카본나노튜브, 및 탄소섬유로 등일 수 있으나 반드시 이들로 한정되지 않으며 당해 기술분야에서 사용될 수 있는 것이라면 모두 가능하다.The carbon-based material may be crystalline carbon, amorphous carbon or a mixture thereof. The crystalline carbon may be graphite such as natural graphite or artificial graphite in the form of amorphous, plate-like, flake, spherical or fibrous type, and the amorphous carbon may be soft carbon or hard carbon carbon fiber, carbon fiber, mesophase pitch carbide, fired cokes, graphene, carbon black, fullerene soot, carbon nanotubes, and carbon fiber, and the like, Anything that can be used is possible.
상기 음극 활물질은 Si, SiOx(0 <x <2, 예를 들어 0.5 내지 1.5), Sn, SnO2, 또는 실리콘 함유 금속 합금 및 이들이 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 것을 사용할 수 있다. 상기 실리콘 합금을 형성할 수 있는 금속으로는 Al, Sn, Ag, Fe, Bi, Mg, Zn, in, Ge, Pb 및 Ti 중에서 하나 이상 선택하여 사용할 수 있다.The negative electrode active material may be selected from the group consisting of Si, SiOx (0 <x <2, for example, 0.5 to 1.5), Sn, SnO 2 or a silicon-containing metal alloy and mixtures thereof. At least one of Al, Sn, Ag, Fe, Bi, Mg, Zn, In, Ge, Pb and Ti can be used as the metal for forming the silicon alloy.
상기 음극 활물질은 리튬과 합금 가능한 금속/준금속, 이들의 합금 또는 이의 산화물을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 리튬과 합금 가능한 금속/준금속, 이들의 합금 또는 이의 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), MnOx (0 < x ≤ 2) 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. 예를 들어, 상기 리튬과 합금가능한 금속/준금속의 산화물은 리튬 티탄 산화물, 바나듐 산화물, 리튬 바나듐 산화물, SnO2, SiOx(0<x<2) 등일 수 있다.The negative electrode active material may include a metal / metalloid alloy that is alloyable with lithium, an alloy thereof, or an oxide thereof. Al, Ge, Pb, Bi, Sb, and Si-Y alloy (Y is an alkali metal, an alkali earth metal, or an alloy thereof) (Wherein Y is an alkali metal, an alkaline earth metal, a Group 13 to Group 16 element, a transition metal, a rare earth element or a rare earth element, or a combination thereof) Or a combination thereof, but not Sn), MnOx (0 < x? 2), 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. For example, the oxide of the metal / metalloid capable of alloying with lithium may be lithium titanium oxide, vanadium oxide, lithium vanadium oxide, SnO 2 , SiO x (0 <x <2) and the like.
예를 들어, 상기 음극 활물질은 원소 주기율표의 13족 원소, 14족 원소 및 15족 원소로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 원소를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 음극 활물질은 Si, Ge 및 Sn으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 원소를 포함할 수 있다. For example, the negative electrode active material may include one or more elements selected from the group consisting of Group 13 elements, Group 14 elements, and Group 15 elements of the Periodic Table of the Elements. For example, the negative electrode active material may include at least one element selected from the group consisting of Si, Ge, and Sn.
상기, 음극 활물질, 도전제, 결합제 및 용매의 함량은 리튬 전지에서 통상적으로 사용되는 수준이다. The content of the negative electrode active material, the conductive agent, the binder and the solvent is a level commonly used in a lithium battery.
다음으로, 상기 양극과 음극 사이에 세퍼레이터가 더 삽입될 수 있다.Next, a separator may be inserted between the positive electrode and the negative electrode.
세퍼레이터는 양극과 음극 사이에 개재되며, 높은 이온 투과도와 기계적 강도를 가지는 절연성의 얇은 박막이 사용된다. The separator is interposed between the positive electrode and the negative electrode, and an insulating thin film having high ion permeability and mechanical strength is used.
세퍼레이터의 기공 직경은 일반적으로 0.01 ~ 10 ㎛이고, 두께는 일반적으로 5 ~ 20㎛이다. 이러한 세퍼레이터로는, 예를 들어, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 등의 올레핀계 고분자; 유리섬유 또는 폴리에틸렌 등으로 만들어진 시트나 부직포 등이 사용된다. 전해질로서 고체 고분자 전해질이 사용되는 경우에는 고체 고분자 전해질이 세퍼레이터를 겸할 수도 있다.The pore diameter of the separator is generally 0.01 to 10 mu m and the thickness is generally 5 to 20 mu m. Examples of such a separator include olefin-based polymers such as polypropylene and polyethylene; A sheet or nonwoven fabric made of glass fiber, polyethylene or the like is used. When a solid polymer electrolyte is used as the electrolyte, the solid polymer electrolyte may also serve as a separator.
상기 세퍼레이터 중에서 올레핀계 고분자의 구체적인 예로는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리비닐리덴 플루오라이드 또는 이들의 2층 이상의 다층막이 사용될 수 있으며, 폴리에틸렌/폴리프로필렌 2층 세퍼레이타, 폴리에틸렌/폴리프로필렌/폴리에틸렌 3층 세퍼레이타, 폴리프로필렌/폴리에틸렌/폴리프로필렌 3층 세퍼레이터 등과 같은 혼합 다층막이 사용될 수 있다.Of the above separators, specific examples of the olefin-based polymer include polyethylene, polypropylene, polyvinylidene fluoride, or a multilayer film of two or more thereof. The polyethylene / polypropylene double layer separator, polyethylene / polypropylene / A multi-layered film such as a separator, a polypropylene / polyethylene / polypropylene three-layer separator, or the like can be used.
다음으로 전해질이 준비된다. 전해질은 액체 또는 겔(gel) 상태일 수 있다. 전해질은 상술한 랜덤공중합체를 포함할 수 있다.Next, the electrolyte is prepared. The electrolyte may be in a liquid or gel state. The electrolyte may comprise the random copolymer described above.
예를 들어, 전해질은 유기 액체 전해질일 수 있다. 유기 액체 전해질은 유기용매에 리튬염이 용해되어 제조될 수 있다. 유기용매는 상술한 비양성자성 용매가 사용될 수 있다. 리튬염도 상술한 전해질에 포함되는 리튬염이 사용될 수 있다.For example, the electrolyte may be an organic liquid electrolyte. The organic liquid electrolyte can be prepared by dissolving a lithium salt in an organic solvent. As the organic solvent, the above-mentioned aprotic solvent may be used. Lithium salt The lithium salt contained in the electrolyte described above can also be used.
다르게는, 전해질은 고체일 수 있다. 예를 들어, 보론산화물, 리튬옥시나이트라이드 등일 수 있으나 이들로 한정되지 않으며 당해 기술분야에서 고체전해질로 사용될 수 있은 것이라면 모두 사용가능하다. 고체 전해질은 스퍼터링 등의 방법으로 상기 음극상에 형성될 수 있다.Alternatively, the electrolyte may be a solid. For example, boron oxide, lithium oxynitride, and the like, but not limited thereto, and any of them can be used as long as they can be used as solid electrolytes in the art. The solid electrolyte may be formed on the cathode by a method such as sputtering.
도 9에서 보여지는 바와 같이 상기 리튬전지(91)는 양극(93), 음극(92) 및 복합막(94)을 포함한다. 상술한 양극(93), 음극(92) 및 복합막(94)가 와인딩되거나 접혀서 전지케이스(95)에 수용된다. 이어서, 상기 전지케이스(95)에 유기전해액이 주입되고 캡(cap) 어셈블리(96)로 밀봉되어 리튬전지(91)가 완성된다. 상기 전지케이스는 원통형, 각형, 박막형 등일 수 있다. 예를 들어, 상기 리튬전지는 박막형전지일 수 있다. As shown in FIG. 9, the
예를 들어, 상기 리튬전지는 리튬이온폴리머전지일 수 있다. 리튬이온폴리머 전지에서 양극 및 음극 사이에 세퍼레이터가 배치되어 전지구조체가 형성되고, 이어서 전지구조체가 바이셀 구조로 적층되거나 권취된 다음, 유기 전해액에 함침되고, 얻어진 결과물이 파우치에 수용되어 밀봉되어 완성된다.For example, the lithium battery may be a lithium ion polymer battery. In the lithium ion polymer battery, a separator is disposed between the positive electrode and the negative electrode to form a battery structure, and then the battery structure is laminated or wound in a bi-cell structure, then impregnated with the organic electrolyte solution, do.
또한, 전지구조체는 복수개 적층되어 전지팩을 형성하고, 이러한 전지팩이 고용량 및 고출력이 요구되는 모든 기기에 사용될 수 있다. 예를 들어, 노트북, 스마트폰, 전기차량 등에 사용될 수 있다.In addition, a plurality of battery structures are stacked to form a battery pack, and such a battery pack can be used for all devices requiring high capacity and high output. For example, a notebook, a smart phone, an electric vehicle, and the like.
특히, 리튬전지는 열안정성이 우수하고 양호한 전지특성을 제공하므로 전기차량(electric vehicle, EV)에 적합하다. 예를 들어, 플러그인하이브리드차량(plug-in hybrid electric vehicle, PHEV) 등의 하이브리드차량에 적합하다.Particularly, the lithium battery is suitable for an electric vehicle (EV) because it has excellent thermal stability and provides good battery characteristics. For example, it is suitable for a hybrid vehicle such as a plug-in hybrid electric vehicle (PHEV).
다르게는, 리튬전지는 리튬공기전지일 수 있다.Alternatively, the lithium battery may be a lithium air battery.
리튬공기전지는 예를 들어 다음과 같이 준비될 수 있다.The lithium air cell can be prepared, for example, as follows.
먼저, 양극으로서 공기극이 준비된다. 예를 들어, 상기 공기극은 다음과 같이 제조될 수 있다. 상기 전극 부재로서 도전제, 및 바인더를 혼합한 후 적당한 용매를 첨가하거나 용매를 첨가하지 않고 혼합하여 공기극 슬러리를 제조한 후 집전체 표면에 도포 및 건조하거나, 선택적으로 전극밀도의 향상을 위하여 집전체에 압축성형하여 제조할 수 있다. 상기 집전체는 가스확산층일 수 있다. 다르게는, 상기 공기극 슬러리를 세퍼레이터 또는 고체전해질막 표면에 도포 및 건조하거나, 선택적으로 전극밀도 향상을 위하여 세퍼레이터 또는 고체전해질막에 압축성형하여 제조할 수 있다.First, an air electrode is prepared as an anode. For example, the air electrode may be manufactured as follows. As the electrode member, a conductive agent and a binder are mixed and then an appropriate solvent is added or a solvent is not added to prepare an air electrode slurry. Then, the air electrode slurry is coated and dried on the current collector surface, For example, by compression molding. The current collector may be a gas diffusion layer. Alternatively, the air electrode slurry may be coated and dried on the surface of a separator or a solid electrolyte membrane, or alternatively, compression-molded into a separator or a solid electrolyte membrane to improve electrode density.
공기극 슬러리가 포함하는 도전성 재료는 다공성일 수 있다. 따라서, 다공성 및 도전성을 갖는 것이라면 제한 없이 사용할 수 있으며, 예를 들어 다공성을 갖는 탄소계 재료를 사용할 수 있다. 이와 같은 탄소계 재료로서는 카본 블랙류, 그래파이트류, 그라펜류, 활성탄류, 탄소섬유류 등을 사용할 수 있다.The conductive material contained in the air electrode slurry may be porous. Accordingly, any material having porosity and conductivity can be used without limitation, and for example, a carbon-based material having porosity can be used. Examples of such carbon-based materials include carbon blacks, graphites, graphenes, activated carbons, and carbon fibers.
공기극 슬러리에는 산소의 산화/환원을 위한 촉매가 첨가될 수 있으며, 이와 같은 촉매로서는 백금, 금, 은, 팔라듐, 루테늄, 로듐, 오스뮴과 같은 귀금속계 촉매, 망간산화물, 철산화물, 코발트산화물, 니켈산화물 등과 같은 산화물계 촉매, 또는 코발트 프탈로시아닌과 같은 유기 금속계 촉매를 사용할 수 있으나, 반드시 이들로 한정되지 않으며 당해 기술분야에서 산소의 산화/환원 촉매로 사용될 수 있는 것이라면 모두 가능하다.Catalysts for oxidation / reduction of oxygen may be added to the air electrode slurry. Examples of such catalysts include noble metal catalysts such as platinum, gold, silver, palladium, ruthenium, rhodium and osmium, manganese oxides, iron oxides, cobalt oxides, nickel Oxides and the like, or organometallic catalysts such as cobalt phthalocyanine may be used. However, the present invention is not limited thereto, and any catalyst that can be used as an oxidation / reduction catalyst for oxygen in the related art can be used.
또한, 촉매는 담체에 담지될 수 있다. 상기 담체는 산화물, 제올라이트, 점토계 광물, 카본 등일 수 있다. 산화물은 알루미나, 실리카, 산화지르코늄, 이산화티탄 등의 산화물을 하나 이상 포함할 수 있다. Ce, Pr, Sm, Eu, Tb, Tm, Yb, Sb, Bi, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Nb, Mo 및 W로부터 선택되는 하나 이상의 금속을 포함하는 산화물일 수 있다. 상기 카본은 케첸블랙, 아세틸렌 블랙, 채널 블랙, 램프 블랙 등의 카본 블랙류, 천연 흑연, 인조 흑연, 팽창 흑연 등의 흑연류, 활성탄류, 탄소 섬유류 등일 수 있으나, 반드시 이들로 한정되지 않으며 당해 기술분야에서 담체로 사용될 수 있는 것이라면 모두 가능하다.In addition, the catalyst may be supported on the carrier. The carrier may be an oxide, zeolite, clay minerals, carbon, or the like. The oxide may include one or more oxides such as alumina, silica, zirconium oxide, and titanium dioxide. Or an oxide comprising at least one metal selected from Ce, Pr, Sm, Eu, Tb, Tm, Yb, Sb, Bi, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, . The carbon may be carbon black such as Ketjen black, acetylene black, channel black or lamp black, graphite such as natural graphite, artificial graphite or expanded graphite, activated carbon, carbon fiber or the like, but is not limited thereto, Anything that can be used as a carrier in the field is possible.
공기극 슬러리는 바인더를 포함할 수 있다. 상기 바인더는 열가소성 수지 또는 열경화성 수지를 포함할 수 있다. 예를 들어, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리테트라플루오로 에틸렌(PTFE), 폴리불화비닐리덴(PVDF), 스티렌-부타디엔 고무, 테트라플루오로에틸렌-퍼플루오로알킬비닐에테르 공중합체, 불화비닐리덴-헥사플루오로프로필렌 공중합체, 불화비닐리덴-클로로트리플루오로에틸렌 공중합체, 에틸렌-테트라플루오로에틸렌 공중합체, 폴리클로로트리플루오로에틸렌, 불화비니리덴-펜타플루오로 프로필렌 공중합체, 프로필렌-테트라플루오로에틸렌 공중합체, 에틸렌-클로로트리플루오로에틸렌 공중합체, 불화비닐리덴-헥사플루오로프로필렌-테트라플루오로에틸렌 공중합체, 불화비닐리덴-퍼플루오로메틸비닐에테르-테트라플루오로 에틸렌 공중합체, 에틸렌-아크릴산 공중합제 등을 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있으나, 반드시 이들로 한정되지 않으며 당해 기술분야에서 바인더로 사용될 수 있는 것이라면 모두 가능하다.The air electrode slurry may comprise a binder. The binder may include a thermoplastic resin or a thermosetting resin. For example, it is possible to use polyethylene, polypropylene, polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVDF), styrene-butadiene rubber, tetrafluoroethylene-perfluoroalkyl vinyl ether copolymer, vinylidene fluoride- Vinylidene fluoride copolymer, fluoroethylene copolymer, fluoropropylene copolymer, vinylidene fluoride-chlorotrifluoroethylene copolymer, ethylene-tetrafluoroethylene copolymer, polychlorotrifluoroethylene, vinylidene fluoride-pentafluoropropylene copolymer, Ethylene copolymer, ethylene-chlorotrifluoroethylene copolymer, vinylidene fluoride-hexafluoropropylene-tetrafluoroethylene copolymer, vinylidene fluoride-perfluoromethyl vinyl ether-tetrafluoroethylene copolymer, ethylene- Acrylic acid copolymer and the like can be used singly or in combination, but they are not limited to these, Anything that can be used as a binder in the technical field is possible.
상기 집전체는 산소의 확산을 신속하게 하기 위하여 망상 또는 메시모양 등의 다공체를 이용할 수 있으며, 스테인레스강, 니켈, 알루미늄 등의 다공성 금속판을 사용할 수 있으나 반드시 이들로 한정되지 않으며 당해 기술분야에서 집전체로 사용될 수 있는 것이라면 모두 가능하다. 상기 집전체는 내산화성의 금속 또는 합금 피막으로 피복될 수 있다.The current collector may use a porous material such as a mesh or mesh in order to accelerate the diffusion of oxygen, and a porous metal plate such as stainless steel, nickel, or aluminum may be used. However, the present invention is not limited thereto, As long as it can be used as an electronic device. The current collector may be coated with an oxidation-resistant metal or alloy coating.
상기 공기극 슬러리는 종래의 일반적인 산소 산화/환원 촉매 및 도전성 재료를 선택적으로 포함할 수 있다. 또한, 상기 공기극 슬러리는 리튬산화물을 선택적으로 포함할 수 있다.The air electrode slurry may optionally include conventional conventional oxygen oxidation / reduction catalysts and conductive materials. In addition, the air electrode slurry may optionally include lithium oxide.
공기극과 음극 사이에 상술한 리튬전지용 복합막이 배치된다. 리튬전지에 사용되는 세퍼레이터를 더 포함할 수 있다.And the composite membrane for a lithium battery described above is disposed between the air electrode and the cathode. And may further include a separator used in a lithium battery.
또한, 리튬공기전지는 공기극과 음극 사이에 산소에 대하여 불투과성(impervious)인 산소 차단막이 추가적으로 배치될 수 있다. 불투과성(impervious)인 산소 차단막을 갖는 리튬공기전지는 일반적인 세퍼레이터를 함유하지 않을 수도 있다. 산소 차단막은 리튬이온전도성 고체전해질막으로서 공기극에 포함된 산소 등의 불순물이 리튬 금속 음극과 직접적으로 반응하지 못하도록 보호하는 보호막 역할을 수행할 수 있다. 이와 같이 산소에 대하여 불투과성인 리튬이온전도성 고체전해질막 형성재료로는 리튬 이온 전도성 글래스, 리튬 이온 전도성 결정(세라믹 또는 글래스-세라믹) 또는 이들의 혼합물을 함유하는 무기 물질을 예시할 수 있으나 반드시 이들로 한정되는 것은 아니면 리튬 이온 전도성을 가지며 산소에 대하여 불투과성을 가지며 음극을 보호할 수 있는 고체전해질막으로서 당해 기술분야에서 사용될 수 있는 것이라면 모두 가능하다. 한편, 화학적 안정성을 고려할 때, 상기 리튬 이온 전도성 고체 전해질막은 산화물을 예로 들 수 있다.Further, in the lithium air battery, an oxygen barrier film impervious to oxygen may be additionally disposed between the air electrode and the cathode. A lithium air cell having an oxygen barrier membrane that is impervious may not contain a general separator. The oxygen barrier layer may serve as a protective layer for protecting impurities such as oxygen contained in the air electrode from directly reacting with the lithium metal anode, as a lithium ion conductive solid electrolyte membrane. Examples of the lithium ion conductive solid electrolyte film forming material that is impermeable to oxygen in this way include inorganic materials containing lithium ion conductive glass, lithium ion conductive crystals (ceramic or glass-ceramic), or mixtures thereof. , It is possible to use a solid electrolyte membrane which has lithium ion conductivity and is impermeable to oxygen and can protect the cathode, as long as it can be used in the technical field. On the other hand, in consideration of chemical stability, the lithium ion conductive solid electrolyte membrane may be exemplified by an oxide.
예를 들어, 리튬 이온 전도성 결정을 포함하는 산소 차단막은 Li1+x+yAlx(Ti,Ge)2-xSiyP3-yO1, 0≤x≤2, 0≤y≤3)을 포함하며, 예를 들어 LATP(Li1.4Ti1.6Al0.4P3O12)을 포함하는 고체 전해질막이다.For example, the oxygen barrier film containing lithium ion conductive crystals may include Li 1 + x + y Al x (Ti, Ge) 2-x Si y P 3-y O 1, 0? X? 2, ), And is, for example, a solid electrolyte membrane containing LATP (Li 1.4 Ti 1.6 Al 0.4 P 3 O 12 ).
다음으로, 공기극과 음극 사이에 전해질이 주입된다. 전해질은 리튬전지에 사용하는 것과 동일한 것이 사용될 수 있다. Next, an electrolyte is injected between the air electrode and the cathode. The electrolyte may be the same as that used for the lithium battery.
리튬공기전지의 형상은 특별히 한정되는 것은 아니며, 예를 들어 코인형, 버튼형, 시트형, 적층형, 원통형, 편평형, 뿔형 등을 예시할 수 있다. 또한 전기 자동차 등에 이용하는 대형 전지에도 적용할 수 있다.The shape of the lithium air battery is not particularly limited and may be, for example, a coin shape, a button shape, a sheet shape, a laminate shape, a cylindrical shape, a flat shape, a horn shape or the like. It can also be applied to large-sized batteries used in electric vehicles and the like.
본 명세서에서 사용되는 용어인 "공기(air)"는 대기 공기로 제한되는 것은 아니며, 산소를 포함하는 기체의 조합, 또는 순수 산소 기체를 포함할 수 있다. 이러한 용어 "공기"에 대한 넓은 정의가 모든 용도, 예를 들어 공기 전지, 공기 공기극 등에 적용될 수 있다.As used herein, the term " air " is not meant to be limited to atmospheric air, but may include a combination of gases containing oxygen, or pure oxygen gas. The broad definition of this term " air " can be applied to all applications, such as air cells, air air poles, and the like.
일구현예에 따른 공중합체는 합성방법에 따라 랜덤 공중합체 또는 블록 공중합체를 제조할 수 있다. 예를 들어 블록 공중합체는 음이온 중합, CTA(chain transfer agent) 등을 이용하여 제조할 수 있다. The copolymer according to one embodiment can produce a random copolymer or a block copolymer according to a synthesis method. For example, the block copolymer may be prepared by anionic polymerization, chain transfer agent (CTA), or the like.
이하에서는 일구현예로서 공중합체의 합성과정을 보다 상세하게 살펴보기로 한다.Hereinafter, the synthesis process of the copolymer will be described in more detail.
먼저 하기 화학식 7로 표시되는 제1모노머와 하기 화학식 8로 표시되는 제2모노머의 중합 반응을 실시하여 화학식 9로 표시되는 공중합체를 얻을 수 있다. The first monomer represented by the following general formula (7) and the second monomer represented by the following general formula (8) are subjected to a polymerization reaction to obtain a copolymer represented by the general formula (9).
[화학식 7] [화학식 8][Chemical Formula 7]
화학식 7 중, R1 내지 R3, Ar1, A는 화학식 1에서 정의된 바와 같고, X는 할로겐 원자이다. 할로겐 원자는 예를 들어 Cl, Br, 또는 I이다.In the formula (7), R 1 to R 3 ,
화학식 8 중, R4 내지 R7, a는 화학식 2에서 정의된 바와 같다.In formula (8), R 4 to R 7 , a are as defined in formula (2).
[화학식 9][Chemical Formula 9]
화학식 9 중, X는 할로겐 원자이고, R1 내지 R3, Ar1, A는 화학식 1에서 정의된 바와 같고, R4 내지 R7, a는 화학식 2에서 정의된 바와 같고, m과 n은 각 반복단위의 몰분율로서 이들의 합은 1이고, 0.1 내지 0.99의 수이다. Wherein R 1 to R 3 ,
화학식 9로 표시되는 공중합체를 화학식 10으로 표시되는 화합물과 반응하여 공중합체의 말단에 존재하는 X가 X-로 변화된다. 이어서, 상기 결과물에 Y-를 함유한 화합물을 부가 및 반응하여 목적하는 공중합체를 얻을 수 있다.The copolymer represented by the formula (9) is reacted with the compound represented by the formula (10) so that X at the terminal of the copolymer X - . ≪ / RTI > Then, a compound containing Y - is added to and reacted with the resultant product to obtain the desired copolymer.
[화학식 10][Chemical formula 10]
화학식 10 중, 는 2 내지 30개의 탄소 원자를 포함하는 3원 내지 31원 고리(membered ring)이며, X는 S, N, N(R) 또는 P(R')이고, R, R'은 화학식 1에서 정의된 바와 같다.In formula (10) Is a 3 to 31 membered ring comprising 2 to 30 carbon atoms, X is S, N, N (R) or P (R ') and R, R' Same as.
상기 화학식 10으로 표시되는 화합물은 2 내지 30개의 탄소 원자를 포함하는 3원 내지 31원 고리(membered ring) 화합물이며, X는 화학식 1에서 정의된 바와 같다.The compound represented by
화학식 10으로 표시되는 화합물은 예를 들어 N-메틸피롤리딘(N-methylpyrrolidine), N-메틸이미다졸 등을 들 수 있다. 그리고 Y-를 함유한 화합물은 예를 들어 리튬 비스(트리플루오로메틸술포닐)이미드, 리튬 비스(플루오로술포닐)이미드 등을 이용한다. Examples of the compound represented by formula (10) include N-methylpyrrolidine, N-methylimidazole, and the like. As the compound containing Y - , for example, lithium bis (trifluoromethylsulfonyl) imide, lithium bis (fluorosulfonyl) imide and the like are used.
공중합체 제조방법에서 중합 방법은 용액 중합이 사용될 수 있으나 반드시 이들로 한정되지 않으며 당해 기술분야에서 중합체의 제조방법으로 사용될 수 있는 것이라면 모두 가능하다. 중합 온도 및 중합 시간도 특별히 한정되지 않으며 적절히 변경될 수 있다.The polymerization method in the copolymer production method is not limited to them but solution polymerization may be used, and any method can be used as a method for producing a polymer in the art. The polymerization temperature and the polymerization time are not particularly limited and can be appropriately changed.
일구현예에 따른 공중합체는 상술한 바와 같이 제1반복단위에서 Y- 는 화학식 9로 표시되는 공중합체를 먼저 합성한 후, 이를 상기 화학식 10으로 표시되는 화합물 및 상기 Y-를 함유한 화합물과 순차적으로 반응하여 공중합체의 말단에 존재하는 X를 Y-로 변화되어 목적하는 공중합체를 제조할 수 있다. 다르게는 일구현예에 따른 공중합체는 하기 화학식 7a로 표시되는 제1모노머와 상기 화학식 8로 표시되는 제2모노머를 공중합하여 제조하는 것도 가능하다.The copolymer according to one embodiment has a structure in which in the first repeating unit Y - is prepared by first synthesizing a copolymer represented by the formula (9), and then sequentially reacting the compound represented by the formula (10) and the compound containing the Y - to form X at the end of the copolymer Y - , so that the desired copolymer can be produced. Alternatively, the copolymer according to one embodiment may be prepared by copolymerizing a first monomer represented by the following formula (7a) and a second monomer represented by the following formula (8).
[화학식 7a][Formula 7a]
화학식 7a중, R1 내지 R3, Ar1, A, Y-, 는 화학식 1에서 정의된 바와 같다.In formula (7a), R 1 to R 3 , Ar 1 , A, Y - , Is as defined in formula (1).
또 다른 측면에 따라 상술한 화학식 1로 표시되는 제1반복단위와 화학식 2로 표시되는 제2반복단위를 포함하는 공중합체가 제공된다. 이 공중합체는 상술한 바와 같이 랜덤 공중합체일 수 있다.According to another aspect, there is provided a copolymer comprising the first repeating unit represented by the formula (1) and the second repeating unit represented by the formula (2). This copolymer may be a random copolymer as described above.
본 명세서의 화학식에서 사용되는 치환기의 정의에 대하여 살펴 보면 다음과 같다.The definitions of substituents used in the formulas of the present specification are as follows.
알킬기는 완전 포화된 분지형 또는 비분지형 (또는 직쇄 또는 선형) 탄화수소의 기를 말한다. 상기 알킬기의 비제한적인 예로서 메틸, 에틸, n-프로필, 이소프로필, n-부틸, 이소부틸, sec-부틸, n-펜틸, 이소펜틸, 네오펜틸, n-헥실, 3-메틸헥실, 2,2-디메틸펜틸, 2,3-디메틸펜틸, n-헵틸 등을 들 수 있다. 상기 알킬 중 하나 이상의 수소 원자는 할로겐 원자, 할로겐 원자로 치환된 C1-C20의 알킬기(예: CF3, CH3CF2, CH2F, CCl3 등), C1-C20의 알콕시기, C2-C20의 알콕시알킬기, 히드록시기, 니트로기, 시아노기, 아미노기, 알킬아미노기, 아미디노기, 히드라진, 히드라존, 카르복실기나 그의 염, 술포닐기, 설파모일(sulfamoyl)기, 술폰산기나 그의 염, 인산이나 그의 염, 또는 C1-C20의 알킬기, C2-C20의 알케닐기, C2-C20의 알키닐기, C1-C20의 헤테로알킬기, C6-C20의 아릴기, C7-C20의 아릴알킬기, C6-C20의 헤테로아릴기, C7-C20의 헤테로아릴알킬기, C6-C20의 헤테로아릴옥시기, C6-C20의 헤테로아릴옥시알킬기 또는 C6-C20의 헤테로아릴알킬기로 치환될 수 있다.Alkyl groups refer to groups of fully saturated branched or unbranched (or straight chain or linear) hydrocarbons. Non-limiting examples of the alkyl group include methyl, ethyl, n-propyl, isopropyl, n-butyl, isobutyl, sec-butyl, n-pentyl, isopentyl, neopentyl, n- , 2-dimethylpentyl, 2,3-dimethylpentyl, n-heptyl and the like. At least one of the hydrogen atoms of the alkyl is an alkyl group of a halogen atom, halogen-substituted C1-C20 (for example: CF 3, CH 3 CF 2 , CH 2 F,
알케닐기는 하나 이상의 이중결합을 포함하는 지방족 탄화수소를 의미하며, 알키닐기는 하나 이상의 삼중결합을 포함하는 지방족 탄화수소를 의미한다.The alkenyl group means an aliphatic hydrocarbon containing one or more double bonds, and the alkynyl group means an aliphatic hydrocarbon containing one or more triple bonds.
사이클로알킬기는 하나 이상의 고리를 포함하는 지방족 탄화수소를 의미한다. 이때 알킬기는 상술한 바와 같다. 헤테로사이클로알킬기는 N, O, P 또는 S 중에서 선택된 하나 이상의 헤테로원자를 포함하는 사이클로 알킬기를 의미한다. 이때 사이클로알킬기를 상술한 바와 같다.A cycloalkyl group means an aliphatic hydrocarbon containing one or more rings. Wherein the alkyl group is as described above. Heterocycloalkyl means a cycloalkyl group containing at least one heteroatom selected from N, O, P or S. Wherein the cycloalkyl group is as described above.
할로겐 원자는 불소, 브롬, 염소, 요오드 등을 포함한다. The halogen atom includes fluorine, bromine, chlorine, iodine and the like.
알콕시기는 알킬기-O-를 나타내며, 이때 알킬기는 상술한 바와 같다. 상기 알콕시기의 비제한적인 예로서 메톡시기, 에톡시기, 프로폭시기, 2-프로폭시기, 부톡시기, 터트-부톡시기, 펜틸옥시기, 헥실옥시기, 사이클로프로폭시기, 사이클로헥실옥시기 등이 있다. 상기 알콕시기 중 하나 이상의 수소 원자는 상술한 알킬기의 경우와 동일한 치환기로 치환가능하다.The alkoxy group represents an alkyl group -O-, wherein the alkyl group is as described above. Non-limiting examples of the alkoxy group include methoxy, ethoxy, propoxy, 2-propoxy, butoxy, tert-butoxy, pentyloxy, . At least one hydrogen atom of the alkoxy group may be substituted with the same substituent as the alkyl group described above.
사이클로알킬옥시기는 사이클로알킬기-O-를 나타내며, 이때 사이클로알킬기는 상술한 바와 같다. 헤테로사이클로알킬옥시기는 헤테로사이클로알킬기-O-를 나타내며, 이때 헤테로사이클로알킬기는 상술한 바와 같다. The cycloalkyloxy group represents a cycloalkyl group -O-, wherein the cycloalkyl group is as described above. The heterocycloalkyloxy group represents a heterocycloalkyl group -O-, wherein the heterocycloalkyl group is as described above.
아릴기는 단독 또는 조합하여 사용되어, 하나 이상의 고리를 포함하는 방향족 탄화수소를 의미한다. 아릴기는 방향족 고리가 하나 이상의 사이클로알킬고리에 융합된 그룹도 포함한다. 상기 아릴의 비제한적인 예로서, 페닐기, 나프틸기, 테트라히드로나프틸기 등이 있다. 또한 상기 아릴기중 하나 이상의 수소원자는 상술한 알킬기의 경우와 마찬가지의 치환기로 치환가능하다.The aryl group, alone or in combination, means an aromatic hydrocarbon containing one or more rings. The aryl group also includes a group in which the aromatic ring is fused to one or more cycloalkyl rings. Non-limiting examples of the aryl group include a phenyl group, a naphthyl group, and a tetrahydronaphthyl group. Further, at least one hydrogen atom in the aryl group may be substituted with the same substituent as in the case of the above-mentioned alkyl group.
아릴알킬기에서 알킬기 및 아릴기는 상술한 바와 같다. The alkyl group and the aryl group in the arylalkyl group are as described above.
아릴옥시기는 아릴기-O-를 나타내며, 이때 아릴기는 상술한 바와 같다. The aryloxy group represents an aryl group -O-, wherein the aryl group is as described above.
아릴티오기는 아릴기-S-를 나타내며, 이때 아릴기는 상술한 바와 같다. The arylthio group represents an aryl group -S-, wherein the aryl group is as described above.
헤테로아릴기는 N, O, P 또는 S 중에서 선택된 하나 이상의 헤테로원자를 포함하고, 나머지 고리 원자가 탄소인 모노사이클릭(monocyclic) 또는 바이사이클릭(bicyclic) 유기 화합물을 의미한다. 상기 헤테로아릴기는 예를 들어 1-5개의 헤테로원자를 포함할 수 있고, 5-10개의 고리 멤버(ring member)를 포함할 수 있다. 상기 S 또는 N은 산화되어 여러가지 산화 상태를 가질 수 있다.Heteroaryl means a monocyclic or bicyclic organic compound having at least one heteroatom selected from N, O, P or S and the remaining ring atoms carbon. The heteroaryl group may contain, for example, 1 to 5 hetero atoms, and may include 5 to 10 ring members. The S or N may be oxidized to have various oxidation states.
모노사이클릭 헤테로아릴기는 예를 들어 티에닐기, 푸릴기, 피롤릴기, 이미다졸릴기, 피라졸릴기, 티아졸릴기, 이소티아졸릴기, 1,2,3-옥사디아졸릴기, 1,2,4-옥사디아졸릴기, 1,2,5-옥사디아졸릴기, 1,3,4-옥사디아졸릴기기, 1,2,3-티아디아졸릴기, 1,2,4-티아디아졸릴기, 1,2,5-티아디아졸릴기, 1,3,4-티아디아졸릴기, 이소티아졸-3-일기, 이소티아졸-4-일기, 이소티아졸-5-일기, 옥사졸-2-일기, 옥사졸-4-일기, 옥사졸-5-일기, 이소옥사졸-3-일기, 이소옥사졸-4-일기, 이소옥사졸-5-일기, 1,2,4-트리아졸-3-일기, 1,2,4-트리아졸-5-일기, 1,2,3-트리아졸-4-일기, 1,2,3-트리아졸-5-일기, 테트라졸릴기, 피리드-2-일기, 피리드-3-일기, 2-피라진-2일기, 피라진-4-일기, 피라진-5-일기, 2-피리미딘-2-일기, 4-피리미딘-2-일기, 또는 5-피리미딘-2-일기 등을 들 수 있다.The monocyclic heteroaryl group includes, for example, thienyl, furyl, pyrrolyl, imidazolyl, pyrazolyl, thiazolyl, isothiazolyl, 1,2,3-oxadiazolyl, , 4-oxadiazolyl group, 1,2,5-oxadiazolyl group, 1,3,4-oxadiazolyl group, 1,2,3-thiadiazolyl group, 1,2,4-thiadiazolyl Thiadiazolyl group, a 1,3,4-thiadiazolyl group, an isothiazol-3-yl group, an isothiazol-4-yl group, an isothiazol- An isoxazol-4-yl group, an isoxazol-5-yl group, an 1,2,4-triazole group, Yl group, a 1,2,3-triazol-5-yl group, a tetrazolyl group, a p-toluenesulfonyl group, Pyrazin-2-yl group, a pyrimidin-2-yl group, a pyrimidin-2-yl group, Or a 5-pyrimidin-2-yl group.
헤테로아릴은 헤테로방향족 고리가 하나 이상의 아릴, 지환족(cyclyaliphatic), 또는 헤테로사이클에 융합된 경우를 포함한다.Heteroaryl includes those where the heteroaromatic ring is fused to one or more aryl, cyclyaliphatic, or heterocycle.
바이사이클릭 헤테로아릴의 예로는, 인돌릴(indolyl), 이소인돌릴(isoindolyl), 인다졸릴(indazolyl), 인돌리지닐(indolizinyl), 푸리닐(purinyl), 퀴놀리지닐(quinolizinyl), 퀴놀리닐(quinolinyl), 이소퀴놀리닐(isoquinolinyl) 등이 있다. 이와 같은 헤테로아릴중 하나 이상의 수소원자는 상술한 알킬기의 경우와 마찬가지의 치환기로 치환가능하다. Examples of bicyclic heteroaryls include, but are not limited to, indolyl, isoindolyl, indazolyl, indolizinyl, purinyl, quinolizinyl, quinolyl, Quinolinyl, isoquinolinyl, and the like. At least one hydrogen atom in such heteroaryl may be substituted with the same substituent as in the case of the above-mentioned alkyl group.
헤테로아릴알킬기에서 아릴기는 상술한 바와 같다. 헤테로아릴옥시기는 헤테로아릴기-O-를 나타내며, 이때 헤테로아릴기는 상술한 바와 같다. 그리고 헤테로아릴티오기는 헤테로아릴기-S-를 나타내며, 이때 헤테로아릴기는 상술한 바와 같다. The aryl group in the heteroarylalkyl group is as described above. The heteroaryloxy group represents a heteroaryl group -O-, wherein the heteroaryl group is as described above. And the heteroarylthio group represents a heteroaryl group -S-, wherein the heteroaryl group is as described above.
알킬렌, 아릴렌, 헤테로아릴렌, 사이클로알킬렌, 헤테로사이클로알킬렌은 알킬, 아릴, 헤테로아릴, 사이클로알킬, 헤테로사이클로알킬에서 하나의 수소가 제거된 치환기를 의미한다.Alkylene, arylene, heteroarylene, cycloalkylene, heterocycloalkylene means a substituent wherein one hydrogen is removed from alkyl, aryl, heteroaryl, cycloalkyl, heterocycloalkyl.
이하의 실시예 및 비교예를 통하여 더욱 상세하게 설명된다. 단, 실시예는 예시하기 위한 것으로서 이들만으로 발명의 범위가 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 limit the scope of the invention.
제조예Manufacturing example 1: One: 랜덤공중합체의Random copolymer 합성 synthesis
반응기 내부에 1-클로로메틸-4-비닐벤젠(1-chloromethyl-4-vinylbenzene, Oakwood chemical사 제조) 10g 및 폴리옥시에틸렌메타크릴레이트 (A)를 부가하고 여기에 중합개시제인 AIBN(Azobisisobutyronitrile) 0.075g을 첨가하고, 이를 60℃에서 15시간 동안 교반하면서 중합 반응을 진행하였다. 1-클로로메틸-4-비닐벤젠과 폴리옥시에틸렌메타크릴레이트의 몰비는 4:1이었다. 중합 반응 종료 후, 용매를 감압증발로 제거하고 n-헥산으로 침전시켜 중합 생성물인 랜덤공중합체 (B)를 얻었다.10 g of 1-chloromethyl-4-vinylbenzene (manufactured by Oakwood Chemical Company) and polyoxyethylene methacrylate (A) were added to the inside of the reactor, and AIBN (Azobisisobutyronitrile) 0.075 g, and the polymerization reaction was carried out while stirring at 60 DEG C for 15 hours. The molar ratio of 1-chloromethyl-4-vinylbenzene to polyoxyethylene methacrylate was 4: 1. After completion of the polymerization reaction, the solvent was removed by evaporation under reduced pressure, and the residue was precipitated with n-hexane to obtain a random copolymer (B) as a polymerization product.
[반응식 1][Reaction Scheme 1]
반응식 1중, m과 n은 각각 몰분율로서 이들의 합은 1이며, m은 0.8이고, n은 0.2이고, a는 10이고 상기 랜덤 공중합체의 중합도는 중량평균분자량이 약 30만 Dalton이 되도록 제어된다. In
랜덤 공중합체 (B)에 100ml의 디클로로에탄(dichloroethane)에 용해한 6.13g의 n-메틸피롤리딘(n-methylpyrrolidine, 97%, Sigma-Aldrich사 제조)를 부가하고 이를 약 70℃에서 9시간 동안 반응을 실시하여 랜덤 공중합체 (C)를 제조하였다.6.13 g of n-methylpyrrolidine (97%, manufactured by Sigma-Aldrich) dissolved in 100 ml of dichloroethane was added to the random copolymer (B) The reaction was carried out to prepare a random copolymer (C).
(C) (C)
상기식중, m은 0.8이고, n은 0.2이고, a는 10이다.Wherein m is 0.8, n is 0.2, and a is 10.
상기 랜덤 공중합체 (C)에 리튬 비스(트리플루오로메틸술포닐)이미드(lithium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide, LiTFSI, PANAX사 제조)와 아세톤을 첨가하여 랜덤 공중합체 조성물을 제조하였다. 랜덤 공중합체 (C)와 LiTFSI는 1:1.2의 몰비로 혼합되고, 아세톤의 함량은 랜덤 공중합체 조성물의 총중량을 기준으로 하여 랜덤 공중합체(C)의 함량이 약 10 중량%가 되도록 제어하였다. 상기 반응 혼합물을 상온(25℃)에서 6시간 동안 교반시켜 랜덤 공중합체 (C)의 Cl- 음이온이 TFSI- 음이온으로 치환된 화학식 6e의 랜덤 공중합체를 합성하였다.A random copolymer composition was prepared by adding lithium bis (trifluoromethylsulfonyl) imide (LiTFSI, manufactured by PANAX) and acetone to the random copolymer (C). The random copolymer (C) and LiTFSI were mixed at a molar ratio of 1: 1.2, and the content of acetone was controlled so that the content of the random copolymer (C) was about 10% by weight based on the total weight of the random copolymer composition. The reaction mixture was stirred at room temperature (25 ° C) for 6 hours to synthesize a random copolymer of the formula (6e) in which the Cl - anion of the random copolymer (C) was substituted with TFSI - anion.
[화학식 6e][Formula 6e]
화학식 6e중, m과 n은 각각 몰분율로서 이들의 합은 1이며, m은 0.8이고, n은 0.2이고, a는 10이고 화학식 6e의 랜덤 공중합체의 중합도는 중량평균분자량이 30만 Dalton이 되도록 제어된다. In the formula (6e), m and n are each a molar fraction, and the sum thereof is 1, m is 0.8, n is 0.2, a is 10, and the degree of polymerization of the random copolymer of formula (6e) is 300,000 Dalton Respectively.
제조예Manufacturing example 2: 랜덤 공중합체의 제조 2: Preparation of random copolymer
랜덤공중합체 (B) 제조시, 1-클로로메틸-4-비닐벤젠과 폴리옥시에틸렌메타크릴레이트의 몰비는 1:1로 변화된 것을 제외하고는, 제조예 1과 동일한 방법에 따라 실시하여 화학식 6e로 표시되는 랜덤 공중합체를 제조하였다. 화학식 6e에서 m과 n은 모두 0.5이었다.The procedure of Production Example 1 was repeated except that the molar ratio of 1-chloromethyl-4-vinylbenzene and polyoxyethylene methacrylate was changed to 1: 1 in the preparation of the random copolymer (B) Was prepared. ≪ tb > < TABLE > In formula 6e, both m and n were 0.5.
제조예Manufacturing example 3: 랜덤 공중합체의 제조 3: Preparation of random copolymer
랜덤공중합체 (B) 제조시, 1-클로로메틸-4-비닐벤젠과 폴리옥시에틸렌메타크릴레이트의 몰비가 2:1로 변화된 것을 제외하고는, 제조예 1과 동일한 방법에 따라 실시하여 화학식 6e로 표시되는 랜덤 공중합체를 제조하였다. 화학식 6e에서 m과 n은 각각 0.67 및 0.23이었다.The procedure of Production Example 1 was repeated except that the molar ratio of 1-chloromethyl-4-vinylbenzene to polyoxyethylene methacrylate was changed to 2: 1 in the preparation of the random copolymer (B) Was prepared. ≪ tb > < TABLE > In the formula (6e), m and n were 0.67 and 0.23, respectively.
제조예Manufacturing example 4: 4: 랜덤공중합체의Random copolymer 합성 synthesis
상기 랜덤 공중합체 (C)에 부가되는 리튬 비스(트리플루오로메틸술포닐)이미드 대신 리튬 비스(플루오로술포닐)이미드(lithium bis(fluorosulfonyl)imide, LiFSI, PANAX사 제조)를 사용한 것을 제외하고는, 제조예 1과 동일한 방법에 따라 실시하여 하기 화학식 6f로 표시되는 랜덤 공중합체를 제조하였다.Lithium bis (fluorosulfonyl) imide (LiFSI, manufactured by PANAX) was used instead of lithium bis (trifluoromethylsulfonyl) imide added to the random copolymer (C) , A random copolymer represented by the following formula (6f) was prepared.
[화학식 6f](6f)
화학식 6f중, m과 n은 각각 몰분율로서 이들의 합은 1이며, m은 0.8이고, n은 0.2이고, a는 10이고 중합도는 화학식 6f의 랜덤 공중합체의 중량평균분자량이 30만 Dalton이 되도록 제어된다. In formula (6f), m and n are each a molar fraction, and the sum thereof is 1, m is 0.8, n is 0.2, a is 10, and the degree of polymerization is such that the random copolymer of formula (6f) has a weight average molecular weight of 300,000 Dalton Respectively.
제조예Manufacturing example 5: 랜덤 공중합체의 제조 5: Preparation of random copolymer
클로로메틸-4-비닐벤젠 대신 하기 화학식 11의 화합물을 사용한 것을 제조예 1과 동일한 방법에 따라 실시하여 화학식 6g로 표시되는 랜덤 공중합체를 제조하였다.The procedure of Preparation Example 1 was repeated except that chloromethyl-4-vinylbenzene was used instead of the compound of Formula 11 to prepare a random copolymer represented by Formula 6g.
[화학식 11] [화학식 6g][Chemical Formula 11] [Chemical Formula 6g]
화학식 6g중 m은 0.8, n은 0.2이고, a는 10이고 중합도는 화학식 6g의 랜덤 공중합체의 중합도는 중량평균분자량이 30만 Dalton이 되도록 제어된다. In the formula (6g), m is 0.8, n is 0.2, a is 10, and the degree of polymerization of the random copolymer of formula (6g) is controlled so that the weight average molecular weight is 300,000 Dalton.
비교제조예Comparative Manufacturing Example 1: One: 랜덤공중합체의Random copolymer 제조 Produce
반응기 내부에 1-클로로메틸-4-비닐벤젠(1-chloromethyl-4-vinylbenzene, Oakwood chemical사 제조) 10g을 투입하고, 여기에 100ml의 디클로로에탄(dichloroethane)에 용해한 6.13g의 n-메틸피롤리딘(n-methylpyrrolidine, 97%, Sigma-Aldrich사 제조)을 투입한 후 70℃에서 9시간 동안 교반하면서 반응을 진행시켜 1-클로로메틸4-비닐벤젠의 메틸기에 N-메틸-피롤리디늄의 질소 원자가 결합된 중간 생성물을 얻었다. 10 g of 1-chloromethyl-4-vinylbenzene (manufactured by Oakwood Chemical Company) was introduced into the inside of the reactor, and 6.13 g of n-methylpyrrolidone dissolved in 100 ml of dichloroethane (N-methylpyrrolidine, 97%, manufactured by Sigma-Aldrich) was added thereto, and the reaction was allowed to proceed at 70 ° C for 9 hours to obtain a solution of N-methylpyrrolidinium To obtain an intermediate product having a nitrogen atom bonded thereto.
상기 중간 생성물과 리튬 비스(트리플루오로메틸술포닐)이미드(lithium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide, LiTFSI, PANAX사 제조)와 아세톤을 첨가하여 조성물을 제조하였다. 중간 생성물과 LiTFSI는 1:1.2의 몰비로 혼합되고, 아세톤의 함량은 조성물의 총중량을 기준으로 하여 중간 생성물의 함량이 약 10 중량%가 되도록 제어하였다. 상기 반응 혼합물을 상온(25℃)에서 6시간 동안 교반시켜 Cl- 음이온이 TFSI- 음이온으로 치환된 비닐벤질-4-메틸-피롤리디늄+TFSI- (mVBMPYR+TFSI-) 단량체를 합성하였다.A composition was prepared by adding lithium bis (trifluoromethylsulfonyl) imide, LiTFSI, PANAX) and acetone to the intermediate product. The intermediate product and LiTFSI were mixed in a molar ratio of 1: 1.2 and the acetone content was controlled to be about 10% by weight based on the total weight of the composition. To the reaction mixture was stirred for 6 hours at room temperature (25 ℃) Cl - ethylamine The TFSI anion monomer-vinyl substituted with anion-benzyl-4-methyl-pyrrolidin pyridinium TFSI + - - (+ mVBMPYR TFSI).
이어서, 반응기 내부에 스티렌(styrene) 20g과 상기에서 합성된 비닐벤질-4-메틸-피롤리디늄+TFSI- (mVBMPYR+TFSI-) 단량체 10.74g을 투입(8:2 몰비)하고, 개시제인 AIBN(Azobisisobutyronitrile) 0.75g을 투입하고, 60℃에서 15시간 동안 교반하면서 중합 반응을 진행하였다. 중합 반응 종료 후, 용매를 로타리 증발기를 이용하여 제거하고 메탄올로 침전시켜 중합 생성물인 랜덤공중합체 (D)를 회수하였다.Then, to the reactor a styrene (styrene) and 20g of 4-vinylbenzyl prepared in methyl-pyrrolidin pyridinium + TFSI - (+ mVBMPYR TFSI -) input of the monomer 10.74g: the (82 molar ratio), and initiator AIBN (Azobisisobutyronitrile), and the polymerization reaction was carried out while stirring at 60 ° C for 15 hours. After completion of the polymerization reaction, the solvent was removed using a rotary evaporator and precipitated with methanol to recover the random copolymer (D) as a polymerization product.
(D) (D)
상기식중, m은 0.8이고, n은 0.2이고, 랜덤 공중합체의 중합도는 얻어진 랜덤 공중합체 (D)의 중량평균분자량이 37,000 Dalton이 되도록 제어되었다. 그리고 랜덤 공중합체 (D)의 다분산지수(PDI)는 1.55이었다.In the above formula, m was 0.8, n was 0.2, and the degree of polymerization of the random copolymer was controlled such that the weight average molecular weight of the obtained random copolymer (D) was 37,000 Dalton. The polydispersion index (PDI) of the random copolymer (D) was 1.55.
실시예Example 1: 리튬전지( 1: Lithium battery ( LiLi // LiLi 대칭셀Symmetric cell )의 제조)
제조예 1에서 제조된 화학식 6e의 랜덤중합체 0.4g을 디메틸포름아미드(DMF)와 테트라하이드로퓨란(THF)의 혼합용매(5:5 부피비) 4 ml에 용해하여 중합체 용액을 얻고 리튬염 LiTFSI를 0.2g 투입하여 용해시킨 후 상기 용액을 닥터 블레이드를 사용하여 두께 20㎛의 리튬 호일 상에 코팅한 후 건조실의 상온(25℃)에서 2일 동안 건조한 후 진공건조(60℃, overnight)하여 용매가 제거된 두께 5㎛의 랜덤 공중합체를 포함하는 보호막이 리튬 음극 상에 형성하고 보호막의 다른 일면에 리튬 음극을 적층하여 Li/Li 대칭셀을 제조하였다. 상기 보호막이 이온성 액체 고분자(polymeric ionic liquid)인 랜덤공중합체와 리튬염을 포함하므로 상기 보호막이 전해질으로 작용할 수 있다.0.4 g of the random polymer of the formula 6e prepared in Preparation Example 1 was dissolved in 4 ml of a mixed solvent of dimethylformamide (DMF) and tetrahydrofuran (THF) (5: 5 by volume) to obtain a polymer solution. The lithium salt LiTFSI was dissolved in 0.2 g, and the solution was coated on a lithium foil having a thickness of 20 탆 by using a doctor blade. The solution was dried at room temperature (25 캜) for 2 days and vacuum dried (60 캜 overnight) A 5 占 퐉 -thick random copolymer was formed on the lithium negative electrode and a lithium negative electrode was laminated on the other side of the protective film to prepare a Li / Li symmetric cell. Since the protective layer includes a random copolymer and a lithium salt, which are polymeric ionic liquids, the protective layer may act as an electrolyte.
실시예Example 2-3: 리튬전지( 2-3: Lithium battery ( LiLi // LiLi 대칭셀Symmetric cell )의 제조)
제조예 1에서 제조된 화학식 6e의 랜덤공중합체 대신에 제조예 2 및 3에서 각각 제조된 화학식 6e의 랜덤공중합체를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하여 Li/Li 대칭셀을 제조하였다. A Li / Li symmetric cell was prepared in the same manner as in Example 1 except that the random copolymer of the formula (6e) prepared in Preparation Examples 2 and 3 was used instead of the random copolymer of the formula (6e) prepared in Preparation Example 1, .
실시예Example 4: 리튬전지( 4: Lithium battery ( 풀셀Full cell )의 제조)
실시예 1에 따라 실시하여 두께 5㎛의 랜덤공중합체를 포함하는 보호막이 리튬 음극 상에 형성하였다. 보호막의 다른 일 면에 양극을 적층하여 풀셀을 제조하였다.A protective film containing a random copolymer having a thickness of 5 탆 was formed on the lithium negative electrode in accordance with Example 1. The positive electrode was laminated on the other side of the protective film to prepare a full cell.
양극은 LiN0 . 6Co0 . 2Mn0 .2(3.5mAh/cm2, LiNCM, 삼성SDI), 도전제(Super-P; Timcal Ltd.), 제조예 1에 따라 얻은 화학식 6e의 공중합체 및 N-메틸피롤리돈을 혼합하여 양극 조성물을 얻었다. 양극 조성물에서 LiNCM, 도전제 및 제조예 1에 따라 얻은 화학식 6e의 공중합체의 혼합 중량비는 70:5:25이었다. 상기 양극 조성물을 알루미늄 호일(두께: 약 15㎛) 상부에 코팅하고 25℃에서 건조한 다음, 건조된 결과물을 진공, 약 110℃에서 건조시켜 풀셀을 제조하였다.The anode is LiN 0 . 6 Co 0 . 2 Mn 0 .2 (3.5mAh / cm 2, LiNCM, Samsung SDI), a conductive agent (Super-P; Timcal Ltd.) ,
실시예Example 5-6: 리튬전지( 5-6: Lithium battery ( 풀셀Full cell )의 제조)
제조예 1의 공중합체 대신 제조예 4의 공중합체 및 제조예 5의 공중합체를 각각 사용한 것을 제외하고는, 실시예 4와 동일한 방법에 따라 실시하였다.The procedure of Example 4 was repeated except that the copolymer of Preparation Example 4 and the copolymer of Preparation Example 5 were used in place of the copolymer of Preparation Example 1, respectively.
비교예Comparative Example 1: 리튬전지( 1: Lithium battery ( LiLi // LiLi 대칭셀Symmetric cell )의 제조)
제조예 1에서 제조된 랜덤중합체 대신 폴리옥시에틸렌메타크릴레이트(POEM)를 사용하여 POEM막을 형성한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법에 따라 실시하여 Li/Li 대칭셀을 제조하였다. POEM막은 프리스탠딩 상태의 막을 형성하기가 매우 어려워 셀 제조시 두께가 약 15㎛인 O-ring 형태의 쇼트방지막을 함께 사용하였다. 쇼트방지막으로는 12 μm 두께의 셀가드(Celgard) 분리막을 사용하였다. 이와 같이 POEM막은 단독막으로 사용할 수 없을 정도로 기계적 물성이 부족하다는 것을 알 수 있었다.A Li / Li symmetric cell was prepared in the same manner as in Example 1, except that a POEM membrane was formed using polyoxyethylene methacrylate (POEM) instead of the random polymer prepared in Preparation Example 1. It is very difficult to form a free standing film in the POEM film, and an O-ring type short prevention film having a thickness of about 15 mu m is used together with the POEM film. A 12 μm thick Celgard membrane was used as the short-circuiting film. Thus, it was found that the POEM membrane was insufficient in mechanical properties to such an extent that it could not be used as a single membrane.
비교예Comparative Example 2: 리튬전지( 2: Lithium battery ( LiLi // LiLi 대칭셀Symmetric cell )의 제조)
제조예 1에서 제조된 랜덤중합체 대신 비교제조예 1에 따라 제조된 랜덤공중합체 (D)를 이용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법에 따라 실시하여 Li/Li 대칭셀을 제조하였다.A Li / Li symmetric cell was prepared in the same manner as in Example 1, except that the random copolymer (D) prepared in Comparative Preparation Example 1 was used instead of the random polymer prepared in Production Example 1.
비교예Comparative Example 3: 3: 리튬전지(Li/Li 대칭셀)의제조Manufacture of lithium battery (Li / Li symmetric cell)
제조예 1에서 제조된 랜덤중합체 대신 폴리에틸렌옥사이드(중량평균분자량: 60만Daltons)를 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법에 따라 실시하여 Li/Li 대칭셀을 제조하였다.A Li / Li symmetric cell was prepared in the same manner as in Example 1, except that polyethylene oxide (weight average molecular weight: 60,000 Daltons) was used in place of the random polymer prepared in Preparation Example 1.
비교예Comparative Example 4: 리튬전지( 4: Lithium battery ( 풀셀Full cell )의 제조)
음극 보호막으로서 하기 과정에 따라 얻은 음극 보호막을 이용하는 것을 제외하고는, 실시예 4와 동일한 방법에 따라 실시하여 풀셀을 제조하였다.The procedure of Example 4 was repeated to prepare a full cell, except that the cathode protecting film obtained by the following procedure was used as the cathode protecting film.
음극 보호막은 실시예 1에서 제조예 1에 따라 제조된 랜덤 공중합체 대신 비교제조예 1에 따라 제조된 랜던공중합체 (D)를 이용한 것을 제외하고는, 동일하게 실시하여 제조하였다.The negative electrode protective film was prepared in the same manner as in Example 1, except that the random copolymer (D) prepared in Comparative Preparation Example 1 was used instead of the random copolymer produced in Production Example 1.
평가예Evaluation example 1: FT-IR 분석 1: FT-IR analysis
제조예 1에서 제조된 화학식 6e의 랜덤공중합체, 랜덤공중합체 (B) 및 (C)에 대하여 FT-IR을 측정하여 그 결과를 도 2에 나타내었다. 도 2에서 POEM-PVBCl(polyoxyethylene methacrylate-poly(vinylbenzyl chloride) copolymer), POEM-PVBMPryCl(polyoxyethylene methacrylate-poly(vinylbenzyl-methyl-pyrrolidinium chloride) copolymer) 및 POEM-PVBMPryTFSI(polyoxyethylene methacrylate-poly(vinylbenzyl-methyl-pyrrolidinium (trifluoromethanesulfonyl)imide) copolymer)는 각각 랜덤공중합체 (B), 랜덤 공중합체 (C) 및 화학식 6e의 랜덤 공중합체를 나타낸다.FT-IR was measured on the random copolymer (B) and (C) of the formula (6e) prepared in Production Example 1, and the results are shown in FIG. 2, polyoxyethylene methacrylate-poly (vinylbenzyl chloride) (POEM-PVBCl), POEM-PVBMPryCl (polyoxyethylene methacrylate-poly), and POEM-PVBMPryTFSI (polyoxyethylene methacrylate- pyrrolidinium (trifluoromethanesulfonyl) imide) copolymer represents a random copolymer (B), a random copolymer (C) and a random copolymer of formula (6e).
이를 참조하면, 폴리스티렌의 비닐기에서 유래하는 C=C 결합 및 C-H(sp2 오비탈) 결합에 해당하는 피크는 관찰되지 않았다. 또한, 1-클로로메틸-4-비닐벤젠의 C-Cl 결합에 해당하는 피크도 관찰되지 않았다. 따라서, 중합이 완전히 진행하여 랜덤공중합체가 합성되었음을 확인하였다. As a result, peaks corresponding to C = C bonds and C-H (sp2 orbital) bonds derived from the vinyl group of polystyrene were not observed. In addition, no peak corresponding to the C-Cl bond of 1-chloromethyl-4-vinylbenzene was observed. Thus, it was confirmed that the polymerization proceeded completely and the random copolymer was synthesized.
평가예Evaluation example 2: 핵자기 공명 스펙트럼(NMR) 2: Nuclear magnetic resonance spectrum (NMR)
제조예 1에 따라 얻은 화학식 6e의 랜덤공중합체에 대한 NMR 분석을 실시하였고, 그 결과를 도 3a에 나타내었고, 화학식 6e의 랜덤공중합체에 대한 2D DOSY(diffusion ordered spectroscopy) NMR 스펙트럼을 도 3b에 나타내었다. NMR analysis was conducted on the random copolymer of the formula (6e) obtained in Production Example 1, and the result is shown in FIG. 3A. The 2D DOSY (diffusion ordered spectroscopy) NMR spectrum of the random copolymer of the formula (6e) Respectively.
도 3a를 참조하여, 랜덤 공중합체를 구성하고 있는 모노머의 구조를 확인할 수 있었고 상기 랜덤 공중합체가 비균질 공중합체 분자 구조를 갖는다는 것을 알 수 있었다. 또한 도 3b에 나타난 바와 같이 공중합체 형태로 이루어진 것을 알 수 있었다. 이러한 NMR 분석을 통하여 랜덤 공중합체를 이루는 제1반복단위와 제2반복단위의 혼합비를 확인할 수 있다. 3A, the structure of the monomer constituting the random copolymer was confirmed, and it was found that the random copolymer had a heterogeneous copolymer molecular structure. As shown in FIG. 3B. Through this NMR analysis, the mixing ratio of the first repeating unit and the second repeating unit constituting the random copolymer can be confirmed.
평가예Evaluation example 3: 전기화학적 안정성 평가 3: Evaluation of electrochemical stability
실시예 1의 Li/Li 대칭셀에서 리튬 음극중 하나를 bare 알루미늄 박막(두께 10㎛)으로 변경하여 Li/Al 대칭셀을 제조하였다. Li/Al 대칭셀에서 리튬 음극을 기준 전극(reference electrode)으로 사용하고, 랜덤 공중합체를 포함하는 보호막으로 보호된 알루미늄 박막(이하, 보호 알루미늄 전극)을 작동 전극(working electorde)으로 사용하였다.In the Li / Li symmetric cell of Example 1, one of the lithium negative electrodes was changed to a bare aluminum thin film (
상기 Li/Al 셀에서 순환전류전압법으로 리튬 금속 대비 -1.5 내지 6.0V 사이를 5mV/sec의 속도로 스캔하여 보호막의 부반응에 의한 환원 전류의 발생 여부를 관찰하였다. 실험에 포텐시오미터(potentiometer, 전기화학 인터페이스(1287 ECI), Solartron analytical 사 제조)를 사용하였다.The Li / Al cell was scanned at a rate of 5 mV / sec between -1.5 and 6.0 V relative to the lithium metal by the cyclic voltammetric method to observe whether a reduction current was generated by the side reaction of the protective film. A potentiometer (electrochemical interface (1287 ECI), manufactured by Solartron analytical) was used in the experiment.
순환전류전압법 측정 결과를 도 4a 및 도 4b에 나타내었다.The results of the cyclic voltammetry measurement are shown in Figs. 4A and 4B.
보호 알루미늄 전극은 bare 금속 전극과 같이 리튬 금속 대비 0V 이하의 전압에서 리튬 이온이 전착되는(deposition) 환원 전류 및 리튬 금속 대비 0V 이상의 전압에서 환원된 리튬이 용해되는 산화 전류만을 보여주며 보호막의 부반응에 의한 환원 전류를 보여주지 않았다.The protective aluminum electrode shows only the reduction current of deposition of lithium ions at a voltage lower than 0 V compared to the lithium metal and the oxidation current at which lithium reduced at a voltage of 0 V or more compared to the lithium metal is lower than the lithium metal. The reduction current was not shown.
따라서, 보호막은 리튬 금속에 대하여 -0.5 V까지 전기화학적으로 안정함을 보여주었다. 그리고 보호막은 리튬금속에 대하여 고전압에서도 전기화학적으로 안정하다는 것을 알 수 있었다. 이러한 결과로부터 리튬전지의 작동전압 범위에서 전해질의 전기화학적 안정성을 확인할 수 있었다.Therefore, the protective film showed electrochemical stability to -0.5 V against lithium metal. It was also found that the protective film is electrochemically stable against lithium metal even at a high voltage. From these results, the electrochemical stability of the electrolyte was confirmed in the operating voltage range of the lithium battery.
평가예Evaluation example 4: 임피던스 측정 4: Impedance measurement
비교예 2 및 3의 리튬전지 및 실시예 1의 리튬전지에 대하여 임피던스 분석기(Solartron 1260A Impedance/Gain-Phase Analyzer)를 25℃에서 교류 전압의 주파수에 따른 임피던스의 변화를 측정하였다. 진폭 10mV, 주파수 범위는 0.1Hz 내지 1MHz 였다.The impedance of the lithium battery of Comparative Examples 2 and 3 and the lithium battery of Example 1 was measured at 25 ° C by using an impedance analyzer (Solartron 1260A Impedance / Gain-Phase Analyzer). The amplitude was 10 mV, and the frequency range was 0.1 Hz to 1 MHz.
각 리튬전지에 대한 임피던스 측정 결과의 나이퀴스트 플롯(Nyquist plot)을 도 5a에 나타내었다. 그리고 각 리튬전지에 대한 계면저항을 도 5b에 나타내었다.The Nyquist plot of the impedance measurement results for each lithium battery is shown in FIG. 5A. The interfacial resistance for each lithium battery is shown in FIG. 5B.
도 5a을 참조하면, 반원의 좌측 x측 절편과 우측 x측 절편의 차이는 전극에서의 계면 저항을 나타낸다. 실시예 1의 리튬전지는 비교예 3의 리튬전지에 비하여 면적비저항(Area specific resistance: ASR)이 18% 감소하였다.Referring to FIG. 5A, the difference between the left x side fragment and the right x side fragment of the semicircle represents the interface resistance at the electrode. The area specific resistance (ASR) of the lithium battery of Example 1 was 18% lower than that of the lithium battery of Comparative Example 3.
도 5b에서 보여주고 있듯이, 실시예 1의 리튬전지는 비교예 3의 리튬전지에 비하여 계면저항(charge transfer resistance)이 80% 정도 감소하였다.As shown in FIG. 5B, the charge transfer resistance of the lithium battery of Example 1 was reduced by about 80% as compared with the lithium battery of Comparative Example 3.
평가예Evaluation example 5: 리튬이온가능도 측정 5: Lithium ion availability measurement
실시예 1, 비교예 1 및 3에 따라 제조된 리튬전지에 대한 리튬이온이동도(lithium transference number: 리튬운반율), 리튬이온전도도 및 리튬이동가능도를 측정하여 각각 도 6a 내지도 6c에 나타내었다. 리튬이온가능도(lithium transfer probability)는 하기식 1로 정의된다.The lithium ion transfer mobility (lithium transference rate), lithium ion conductivity and lithium mobility of the lithium battery prepared according to Example 1 and Comparative Examples 1 and 3 were measured and shown in FIGS. 6A to 6C, respectively. . The lithium transfer probability is defined by
[식 1][Formula 1]
리튬이온가능도=리튬이온전도도 X 리튬이온이동도Lithium ion availability = lithium ion conductivity X Lithium ion mobility
도 6a를 참조하여, 실시예 1의 리튬전지는 비교예 1 및 3의 리튬전지와 비교하여 리튬이온전도도가 우수하고 도 6b에서 보여주고 있듯이 실시예 1의 리튬전지의 리튬이온이동도가 비교예 1의 경우에 비하여 약 100% 개선되고, 비교예 3의 경우에 비해서도 크게 향상되는 것을 알 수 있었다. 그리고 도 6c에 나타난 바와 같이 실시예 1의 리튬전지는 비교예 1 및 3의 리튬전지와 비교하여 리튬이온가능도가 약 120% 개선되었다.6A, the lithium battery of Example 1 has superior lithium ion conductivity as compared with the lithium batteries of Comparative Examples 1 and 3, and the lithium ion mobility of the lithium battery of Example 1 is higher than that of Comparative Example 1 1, it was improved by about 100%, and it was found to be remarkably improved as compared with the case of Comparative Example 3. As shown in FIG. 6C, the lithium ion battery of Example 1 was improved by about 120% in lithium ion availability as compared with the lithium batteries of Comparative Examples 1 and 3.
평가예Evaluation example 6: 6: 충방전Charging and discharging 특성 characteristic
실시예 1 및 비교예 2에 따라 제조된 리튬전지(Li/Li 대칭셀)을 0.2 mA/cm2 의 충방전 속도로 1시간 충방전을 통해 Li ion 용착 및 박리 거동 평가하여 각 전지의 전기화학적 안정성을 측정하였다. 실시예 1 및 비교예 2에 따라 제조된 리튬전지의 전기화학적 안정성 측정 결과를 각각 도 7a 및 도 7b에 나타내었다.Example 1 and compares the lithium cell (Li / Li symmetric cells) prepared according to Example 2 0.2 mA /
도 7b에 나타난 바와 같이 POEM에 비해서 기계적 강도가 좋은 Polystyrene(PS)와 공중합체를 이룬 PS-PIL(비교예2) 적용시 약 1V 정도의 over-potential을 보이며 120 사이클 후 쇼트가 일어나는 반면에, 실시예 1의 리튬전지는 도 7a에 나타난 바와 같이 상대적으로 낮은 over-potential을 유지하며 270회 이상의 사이클이 진행될 때까지 안정적인 용착/박리 거동을 보여 사이클 특성이 약 125% 개선된다는 것을 알 수 있었다.As shown in FIG. 7B, when applying Polystyrene (PS) and copolymer PS-PIL (Comparative Example 2) having good mechanical strength as compared with POEM, the over-potential of about 1 V is shown and shot occurs after 120 cycles, As shown in FIG. 7A, the lithium battery of Example 1 maintained a relatively low over-potential and exhibited a stable deposition / peeling behavior until a cycle of 270 or more cycles was reached, indicating that the cycle characteristics were improved by about 125%.
평가예Evaluation example 7: 7: 충방전Charging and discharging 특성 characteristic
실시예 4 및 비교예 4에서 제조된 리튬전지를 25℃에서 리튬 금속 대비 2.7 V에서 4.2V까지 0.7C rate의 정전류로 충전한 후, 4.2V에서 전류가 0.025C로 감소할 때까지 정전압 충전한 후, 0.5C의 정전류로 방전하였다. 이어서, 상기 충방전 사이클을 반복하여 총 80회 충방전시켰다. 실험 결과의 일부를 도 8a 및 도 8b에 나타나내었다. 용량유지율은 하기 식 2로부터 계산된다.The lithium battery prepared in Example 4 and Comparative Example 4 was charged at a constant current of 0.7 C rate from 2.7 V to 4.2 V at 25 캜 with lithium metal and then charged at a constant voltage until the current decreased to 0.025 C at 4.2 V And then discharged at a constant current of 0.5C. Subsequently, the charge-discharge cycle was repeated to charge and discharge a total of 80 times. Some of the experimental results are shown in Figs. 8A and 8B. The capacity retention rate is calculated from the following equation (2).
<식 2><
용량유지율(%)= [80th 사이클 방전용량/1st 사이클 방전용량]×100Capacity retention rate (%) = [80th cycle discharge capacity / 1st cycle discharge capacity] × 100
도 8a 및 도 8b를 참조하여, 비교예 4에 비해 실시예 4의 전지의 사이클 특성이 약 115% 정도 향상되는 것을 확인할 수 있었다. 그리고 리튬 이온 전도성 고분자인 POEM과 리튬 이온 이동도를 향상시키며 기계적 물성을 향상시키는 PIL의 공중합체로 이루어진 POEM-PIL이 리튬 금속을 사용하는 리튬 전지의 고분자 전해질로 적용되어 전기화학적 성능을 향상시킬 수 있음을 확인할 수 있었다.Referring to FIGS. 8A and 8B, it was confirmed that the cycle characteristics of the battery of Example 4 were improved by about 115% as compared with Comparative Example 4. POEM-PIL, which consists of POEM, which is a lithium ion conductive polymer, and PIL, which improves lithium ion mobility and improves mechanical properties, is applied as a polymer electrolyte for a lithium battery using lithium metal, thereby improving electrochemical performance .
또한 실시예 5 및 6에 따라 제조된 리튬전지의 사이클 특성을 상술한 실시예 4의 리튬전지의 사이클 특성 평가방법과 동일하게 실시하였다.The cycle characteristics of the lithium batteries produced in Examples 5 and 6 were evaluated in the same manner as in the evaluation method of cycle characteristics of the lithium battery of Example 4 described above.
평가 결과, 실시예 5 및 6의 리튬전지는 실시예 4의 리튬전지와 비교하여 사이클 특성이 동등한 수준을 나타낸다는 것을 알 수 있었다.As a result of the evaluation, it was found that the lithium batteries of Examples 5 and 6 exhibited the same cycle characteristics as those of the lithium battery of Example 4.
평가예Evaluation example 8: 8: 복합막의Composite membrane 프리스탠딩Free standing 여부 확인 Check whether
실시예 1 내지 4에 따라 제조된 복합막 및 비교예 1 내지 4에 따라 제조된 복합막의 25℃에서 프리스탠딩 여부를 확인하였다.The composite membranes prepared in Examples 1 to 4 and the composite membranes prepared in Comparative Examples 1 to 4 were confirmed to be free standing at 25 ° C.
실시예 1 내지 4에 따라 제조된 복합막은 25℃에서 프리스탠딩이 가능한 막 형태를 갖는데 비하여, 비교예 1의 복합막은 프리스탠딩이 가능하지 않아 성막성이 불량하였다. 그리고 비교예 2 및 4의 복합막은 프리스탠딩은 가능하였지만 리튬 이온 전도도가 약 0.005 mS/cm 정도로 불량하여 실질적인 적용이 곤란하였다.The composite membranes prepared according to Examples 1 to 4 had a film form capable of being freed up at 25 DEG C, whereas the composite membranes of Comparative Example 1 were not capable of free standing and had poor film forming properties. The composite membranes of Comparative Examples 2 and 4 were free standing, but had a lithium ion conductivity of about 0.005 mS / cm, which was difficult to apply practically.
비교예 3의 복합막은 리튬 이온 전도도는 양호하지만 비교예 1의 복합막과 마찬가지로 프리스탠딩이 용이하지 않았다. The composite membrane of Comparative Example 3 had good lithium ion conductivity, but free standing was not easy as in the case of the composite membrane of Comparative Example 1.
91: 리튬전지
92: 음극
93: 양극
94: 세퍼레이터
95: 전지케이스
96: 캡 어셈블리91: Lithium battery 92: cathode
93: anode 94: separator
95: Battery case 96: Cap assembly
Claims (25)
[화학식 1]
화학식 1 중, Ar1은 치환된 또는 비치환된 C6-C30 아릴렌기 또는 치환된 또는 비치환된 C6-C30 헤테로아릴렌기이고,
R1, R2 및 R3은 서로에 관계없이 수소, 비치환된 또는 치환된 C1-C20 알킬기, 비치환된 또는 치환된 C6-C20 아릴기, 또는 비치환된 또는 치환된 C3-C30 헤테로아릴기이고,
A는 단순히 화학결합을 나타내거나 비치환된 또는 치환된 C1-C30 알킬렌기, 비치환된 또는 치환된 C6-C30 아릴렌기, 비치환된 또는 치환된 C3-C30 헤테로아릴렌기, 비치환된 또는 치환된 C4-C30 사이클로알킬렌기, 또는 비치환된 또는 치환된 C3-C30 헤테로사이클로알킬렌기이고,
는 2 내지 30개의 탄소 원자를 포함하는 3원 내지 31원 고리(membered ring)이며,
X는 S, N, N(R) 또는 P(R’)이고,
R 및 R’은 서로 독립적으로 수소, 비치환된 또는 치환된 C1-C30 알킬기, 비치환된 또는 치환된 C1-C30 헤테로알킬기, 비치환된 또는 치환된 C1-C30 알콕시기, 비치환된 또는 치환된 C6-C30 아릴기, 비치환된 또는 치환된 C7-C30 아릴알킬기, 비치환된 또는 치환된 C6-C30 아릴옥시기, 비치환된 또는 치환된 C3-C30 헤테로아릴기, 비치환된 또는 치환된 C4-C30 헤테로아릴알킬기, 비치환된 또는 치환된 C3-C30 사이클로알킬기, 비치환된 또는 치환된 C2-C30 알케닐기, 비치환된 또는 치환된 C3-C30 헤테로아릴옥시기, 비치환된 또는 치환된 C3-C30 헤테로사이클로알킬기 또는 비치환된 또는 치환된 C3-C30 알키닐기이고,
Y-는 음이온이고,
[화학식 2]
화학식 2 중, R4, R5, 및 R6은 서로 독립적으로 수소, 비치환된 또는 치환된 C1-C20 알킬기, 비치환된 또는 치환된 C6-C20 아릴기, 또는 비치환된 또는 치환된 C3-C30 헤테로아릴기이고,
R7은 수소, 비치환된 또는 치환된 C1-C20 알킬기,
또는 비치환된 또는 치환된 C6-C20 아릴기이고,
a는 1 내지 10의 정수이고,
화학식 1 및 2에서 m과 n은 각각 화학식 1로 표시되는 반복단위와 화학식 2로 표시되는 반복단위의 몰분율로서 이들의 합은 1이며, 이들은 각각 0보다 크고 1보다 작다. A composite membrane for a lithium battery, comprising a copolymer comprising a first repeating unit represented by the following formula (1) and a second repeating unit represented by the following formula (2).
[Chemical Formula 1]
In formula (1), Ar 1 is a substituted or unsubstituted C6-C30 arylene group or a substituted or unsubstituted C6-C30 heteroarylene group,
R 1 , R 2 and R 3 independently of one another are hydrogen, an unsubstituted or substituted C 1 -C 20 alkyl group, an unsubstituted or substituted C 6 -C 20 aryl group or an unsubstituted or substituted C 3 -C 30 heteroaryl Lt; / RTI &
A represents a chemical bond or an unsubstituted or substituted C1-C30 alkylene group, an unsubstituted or substituted C6-C30 arylene group, an unsubstituted or substituted C3-C30 heteroarylene group, an unsubstituted or substituted C30 cycloalkylene group, or an unsubstituted or substituted C3-C30 heterocycloalkylene group,
Is a 3 to 31 membered ring comprising 2 to 30 carbon atoms,
X is S, N, N (R) or P (R ' ),
R and R ' independently from each other are hydrogen, an unsubstituted or substituted C1-C30 alkyl group, an unsubstituted or substituted C1-C30 heteroalkyl group, an unsubstituted or substituted C1-C30 alkoxy group, An unsubstituted or substituted C7-C30 arylalkyl group, an unsubstituted or substituted C6-C30 aryloxy group, an unsubstituted or substituted C3-C30 heteroaryl group, an unsubstituted or substituted aryl group, Unsubstituted or substituted C3-C30 heteroaryloxy groups, unsubstituted or substituted C3-C30 heteroarylalkyl groups, unsubstituted or substituted C3-C30 cycloalkyl groups, unsubstituted or substituted C2-C30 alkenyl groups, A substituted C3-C30 heterocycloalkyl group or an unsubstituted or substituted C3-C30 alkynyl group,
Y - is an anion,
(2)
In Formula 2, R 4 , R 5 , and R 6 are each independently of the other hydrogen, an unsubstituted or substituted C 1 -C 20 alkyl group, an unsubstituted or substituted C 6 -C 20 aryl group, or an unsubstituted or substituted C3 C30 heteroaryl group,
R 7 is hydrogen, an unsubstituted or substituted C 1 -C 20 alkyl group,
Or an unsubstituted or substituted C6-C20 aryl group,
a is an integer of 1 to 10,
In the general formulas (1) and (2), m and n are molar ratios of the repeating unit represented by the formula (1) and the repeating unit represented by the formula (2), and the sum thereof is 1,
상기 화학식 1에서 Ar1은 페닐렌기, 비페닐렌기, 나프탈레닐렌기, 페난트레닐렌기, 트리페닐레닐렌기, 안트라세닐렌기, 플루오레닐렌기 및 카바졸릴렌기로 이루어진 군으로부터 선택된 하나인 리튬전지용 복합막.The method according to claim 1,
In the above formula (1), Ar 1 is a lithium group which is selected from the group consisting of a phenylene group, a biphenylene group, a naphthalenylene group, a phenanthrenylene group, a triphenylenylene group, an anthracenylene group, a fluorenylene group and a carbazolylene group Composite membrane.
상기 화학식 1에서 Ar1은 하기 화학식 3으로 표시되는 그룹중에서 선택된 하나인 리튬전지용 복합막:
[화학식 3]
화학식 3 중, *는 결합영역을 나타내며, R11 내지 R19은 서로 독립적으로 수소, 비치환된 또는 치환된 C1-C20 알킬기, 비치환된 또는 치환된 C6-C20 아릴기, 또는 비치환된 또는 치환된 C3-C30 헤테로아릴기이다.The method according to claim 1,
Wherein Ar 1 in Formula 1 is selected from the group consisting of the following Formula 3:
(3)
Wherein R 1 to R 19 independently represent hydrogen, an unsubstituted or substituted C 1 -C 20 alkyl group, an unsubstituted or substituted C 6 -C 20 aryl group, or an unsubstituted or substituted Substituted C3-C30 heteroaryl group.
상기 화학식 1의 가 하기 화학식 4 또는 화학식 4a로 표시되는 그룹 중에서 선택되는 리튬전지용 복합막:
[화학식 4]
상기 화학식 4에서, Z는 S, N 또는 P이며, R11 내지 R25은 서로 독립적으로 수소, 비치환된 또는 치환된 C1-C30 알킬기, 비치환된 또는 치환된 C1-C30 알콕시기, 비치환된 또는 치환된 C6-C30 아릴기, 비치환된 또는 치환된 C6-C30 아릴옥시기, 비치환된 또는 치환된 C3-C30 헤테로아릴기, 비치환된 또는 치환된 C3-C30 헤테로아릴옥시기, 비치환된 또는 치환된 C4-C30 사이클로알킬기 또는 비치환된 또는 치환된 C3-C30 헤테로사이클로알킬기이고,
단, Z가 S이면, R11은 부재한다(absent).
[화학식 4a]
화학식 4a중, R22 내지 R26은 상기 화학식 4의 R11 내지 R25와 동일하게 정의되며, Z은 N이다. The method according to claim 1,
In the formula 1 Is selected from the group consisting of the following Chemical Formula 4 or Chemical Formula 4a:
[Chemical Formula 4]
Wherein Z is S, N or P and R 11 to R 25 are independently of each other hydrogen, an unsubstituted or substituted C 1 -C 30 alkyl group, an unsubstituted or substituted C 1 -C 30 alkoxy group, An unsubstituted or substituted C6-C30 aryl group, an unsubstituted or substituted C6-C30 aryloxy group, an unsubstituted or substituted C3-C30 heteroaryl group, an unsubstituted or substituted C3-C30 heteroaryloxy group, An unsubstituted or substituted C4-C30 cycloalkyl group or an unsubstituted or substituted C3-C30 heterocycloalkyl group,
Provided that if Z is S then R 11 is absent.
[Chemical Formula 4a]
In formula (4a), R 22 to R 26 are defined as R 11 to R 25 in formula (4), and Z is N.
상기 화학식 1의 가 하기 화학식 5로 표시되는 그룹 중에서 선택되고, 화학식 1의 Y-는 BF4 -, PF6 -, AsF6 -, SbF6 -, AlCl4 -, HSO4 -, CH3SO3 -, (CF3SO2)2N-, Cl-, Br-, I-, SO4 2-, ClO4 -, CF3SO3 -, CF3CO2 -, (C2F5SO2)2N-, (C2F5SO2)(CF3SO2)N-, (FSO2)2N-, NO3 -, Al2Cl7 -, CH3COO-, (CF3SO2)3C-, (CF3)2PF4 -, (CF3)3PF3 -, (CF3)4PF2 -, (CF3)5PF-, (CF3)6P-, SF5CF2SO3 -, SF5CHFCF2SO3 -, CF3CF2(CF3)2CO-, (CF3SO2)2CH-, (SF5)3C-, 및 (O(CF3)2C2(CF3)2O)2PO- 중에서 선택된 하나 이상의 음이온인 리튬전지용 복합막:
[화학식 5]
화학식 5 중, R20 내지 R28은 서로 독립적으로 수소, 비치환된 또는 치환된 C1-C30 알킬기, 비치환된 또는 치환된 C1-C30 알콕시기, 비치환된 또는 치환된 C6-C30 아릴기, 비치환된 또는 치환된 C6-C30 아릴옥시기, 비치환된 또는 치환된 C3-C30 헤테로아릴기, 비치환된 또는 치환된 C3-C30 헤테로아릴옥시기, 비치환된 또는 치환된 C4-C30 사이클로알킬기 또는 비치환된 또는 치환된 C3-C30 헤테로사이클로알킬기이다.The method according to claim 1,
In the formula 1 And Y - in the formula (1) is selected from the group consisting of BF 4 - , PF 6 - , AsF 6 - , SbF 6 - , AlCl 4 - , HSO 4 - , CH 3 SO 3 - , 3 SO 2) 2 N -, Cl -, Br -, I -, SO 4 2-, ClO 4 -, CF 3 SO 3 -, CF 3 CO 2 -, (C 2 F 5 SO 2) 2 N -, 3 C, (CF 3 SO 2 ) - - (C 2 F 5 SO 2) (CF 3 SO 2) N -, (FSO 2) 2 N -, NO 3 -, Al 2 Cl 7 -, CH 3 COO, (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 -, and (O (CF 3) 2 C 2 ( CF 3 ) 2 O) 2 PO - .
[Chemical Formula 5]
In Formula 5, R 20 to R 28 independently represent hydrogen, an unsubstituted or substituted C 1 -C 30 alkyl group, an unsubstituted or substituted C 1 -C 30 alkoxy group, an unsubstituted or substituted C 6 -C 30 aryl group, Unsubstituted or substituted C6-C30 aryloxy groups, unsubstituted or substituted C3-C30 heteroaryl groups, unsubstituted or substituted C3-C30 heteroaryloxy groups, unsubstituted or substituted C4-C30 cyclo An alkyl group or an unsubstituted or substituted C3-C30 heterocycloalkyl group.
상기 공중합체는 랜덤 공중합체인 리튬전지용 복합막.The method according to claim 1,
Wherein the copolymer is a random copolymer.
상기 복합막이 리튬염을 포함하는 리튬전지용 복합막.The method according to claim 1,
Wherein the composite membrane comprises a lithium salt.
상기 리튬염의 함량은 복합막 총중량 100 중량부를 기준으로 하여 1 내지 90 중량부인 리튬전지용 복합막.8. The method of claim 7,
Wherein the content of the lithium salt is 1 to 90 parts by weight based on 100 parts by weight of the total weight of the composite membrane.
상기 공중합체의 중합도는 10 내지 5,000의 수인 리튬전지용 복합막.The method according to claim 1,
Wherein the copolymer has a degree of polymerization of 10 to 5,000.
상기 화학식 1에서 m은 0.45 내지 0.8인 리튬전지용 복합막.The method according to claim 1,
Wherein m is from 0.45 to 0.8 in the formula (1).
상기 공중합체가 하기 화학식 6으로 표시되는 공중합체이며, 상기 공중합체의 중합도는 10 내지 5,000의 수인 리튬전지용 복합막:
[화학식 6]
화학식 6중, Ar1은 치환된 또는 비치환된 C6-C30 아릴렌기이고,
R1, R2 및 R3은 서로에 관계없이 수소, 비치환된 또는 치환된 C1-C20 알킬기, 비치환된 또는 치환된 C6-C20 아릴기, 또는 비치환된 또는 치환된 C3-C30 헤테로아릴기이고,
A는 단순히 화학결합을 나타내거나 비치환된 또는 치환된 C1-C30 알킬렌기, 또는 비치환된 또는 치환된 C6-C30 아릴렌기이고,
Y-는 BF4 -, PF6 -, AsF6 -, SbF6 -, AlCl4 -, HSO4 -, CH3SO3 -, (CF3SO2)2N-, Cl-, Br-, I-, SO4 2-, ClO4 -, CF3SO3 -, CF3CO2 -, (C2F5SO2)2N-, (C2F5SO2)(CF3SO2)N-, (FSO2)2N-, NO3 -, Al2Cl7 -, CH3COO-, (CF3SO2)3C-, (CF3)2PF4 -, (CF3)3PF3 -, (CF3)4PF2 -, (CF3)5PF-, (CF3)6P-, SF5CF2SO3 -, SF5CHFCF2SO3 -, CF3CF2(CF3)2CO-, (CF3SO2)2CH-, (SF5)3C-, 및 (O(CF3)2C2(CF3)2O)2PO- 중에서 선택된 하나 이상의 음이온이며,
m과 n은 각각 0.01 내지 0.99이고 이들의 합은 1이고,
R7은 수소, 비치환된 또는 치환된 C1-C20 알킬기, 또는 비치환된 또는 치환된 C6-C20 아릴기이고,
는 하기 화학식 4로 표시되는 그룹이며,
[화학식 5]
화학식 5 중, R20 내지 R28은 서로 독립적으로 수소, 비치환된 또는 치환된 C1-C30 알킬기, 비치환된 또는 치환된 C1-C30 알콕시기, 비치환된 또는 치환된 C6-C30 아릴기, 비치환된 또는 치환된 C6-C30 아릴옥시기, 비치환된 또는 치환된 C3-C30 헤테로아릴기, 비치환된 또는 치환된 C3-C30 헤테로아릴옥시기, 비치환된 또는 치환된 C4-C30 사이클로알킬기 또는 비치환된 또는 치환된 C3-C30 헤테로사이클로알킬기이고, *는 결합영역을 나타낸다.The method according to claim 1,
Wherein the copolymer is a copolymer represented by the following Chemical Formula 6 and the degree of polymerization of the copolymer is 10 to 5,000:
[Chemical Formula 6]
In the formula (6), Ar 1 is a substituted or unsubstituted C6-C30 arylene group,
R 1 , R 2 and R 3 independently of one another are hydrogen, an unsubstituted or substituted C 1 -C 20 alkyl group, an unsubstituted or substituted C 6 -C 20 aryl group or an unsubstituted or substituted C 3 -C 30 heteroaryl Lt; / RTI &
A is a chemical bond or an unsubstituted or substituted C1-C30 alkylene group, or an unsubstituted or substituted C6-C30 arylene group,
Y - is BF 4 -, PF 6 -, AsF 6 -, SbF 6 -, AlCl 4 -, HSO 4 -, CH 3 SO 3 -, (CF 3 SO 2) 2 N -, Cl -, Br -, I -, SO 4 2-, ClO 4 -, CF 3 SO 3 -, CF 3 CO 2 -, (C 2 F 5 SO 2) 2 N -, (C 2 F 5 SO 2) (CF 3 SO 2) N -, (FSO 2) 2 N -, NO 3 -, Al 2 Cl 7 -, CH 3 COO -, (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 -, and (O (CF 3) 2 C 2 (CF 3) 2 O) 2 PO - , and one or more anions selected from the group consisting of ,
m and n are each from 0.01 to 0.99 and the sum of them is 1,
R 7 is hydrogen, an unsubstituted or substituted C 1 -C 20 alkyl group, or an unsubstituted or substituted C 6 -C 20 aryl group,
Is a group represented by the following general formula (4)
[Chemical Formula 5]
In Formula 5, R 20 to R 28 independently represent hydrogen, an unsubstituted or substituted C 1 -C 30 alkyl group, an unsubstituted or substituted C 1 -C 30 alkoxy group, an unsubstituted or substituted C 6 -C 30 aryl group, Unsubstituted or substituted C6-C30 aryloxy groups, unsubstituted or substituted C3-C30 heteroaryl groups, unsubstituted or substituted C3-C30 heteroaryloxy groups, unsubstituted or substituted C4-C30 cyclo An alkyl group or an unsubstituted or substituted C3-C30 heterocycloalkyl group, and * represents a bonding region.
상기 공중합체가 하기 화학식 6a, 화학식 6b, 화학식 6c, 및 화학식 6d로 표시되는 화합물 중에서 선택된 하나 이상인 리튬전지용 복합막:
[화학식 6a] [화학식 6b]
[화학식 6c] [화학식 6d]
Y-는 PF6 -, AsF6 -, SbF6 -, AlCl4 -, HSO4 -, CH3SO3 -, (CF3SO2)2N-, Cl-, Br-, I-, SO4 2-, ClO4 -, CF3SO3 -, CF3CO2 -, (C2F5SO2)2N-, (C2F5SO2)(CF3SO2)N-, (FSO2)2N-, NO3 -, Al2Cl7 -, CH3COO-, (CF3SO2)3C-, (CF3)2PF4 -, (CF3)3PF3 -, (CF3)4PF2 -, (CF3)5PF-, (CF3)6P-, SF5CF2SO3 -, SF5CHFCF2SO3 -, CF3CF2(CF3)2CO-, (CF3SO2)2CH-, (SF5)3C-, 및 (O(CF3)2C2(CF3)2O)2PO- 중에 선택된 하나 이상이고,
a는 1 내지 10의 정수이고,
R24는 C1-C10의 알킬기이고,.
m과 n은 각각 0.01 내지 0.99이고 이들의 합은 1이고,
공중합체의 중합도는 10 내지 5000의 수이다.The method according to claim 1,
Wherein the copolymer is at least one selected from the compounds represented by the following general formulas (6a), (6b), (6c) and (6d)
[Formula 6a] [Formula 6b]
[Chemical formula 6c] [Chemical formula 6d]
Y - is PF 6 -, AsF 6 -, SbF 6 -, AlCl 4 -, HSO 4 -, CH 3 SO 3 -, (CF 3 SO 2) 2 N -, Cl -, Br -, I -, SO 4 2-, ClO 4 -, CF 3 SO 3 -, CF 3 CO 2 -, (C 2 F 5 SO 2) 2 N -, (C 2 F 5 SO 2) (CF 3 SO 2) N -, (FSO 2) 2 N -, NO 3 -, Al 2 Cl 7 -, CH 3 COO -, (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 and at least one selected among, - -, (CF 3 SO 2) 2 CH -, (SF 5) 3 C -, and (O (CF 3) 2 C 2 (CF 3) 2 O) 2 PO
a is an integer of 1 to 10,
R 24 is a C 1 -C 10 alkyl group;
m and n are each from 0.01 to 0.99 and the sum of them is 1,
The polymerization degree of the copolymer is 10 to 5000.
상기 복합막의 두께는 1nm 내지 1000㎛인 리튬전지용 복합막.The method according to claim 1,
Wherein the composite membrane has a thickness of 1 nm to 1000 占 퐉.
상기 공중합체의 중량평균분자량이 3,000 Dalton 내지 400,000 Dalton인 리튬전지용 복합막.The method according to claim 1,
Wherein the copolymer has a weight average molecular weight of 3,000 to 400,000 Dalton.
상기 복합막은 25 내지 60℃에서 프리스탠딩막(free standing film)을 유지하는 리튬전지용 복합막.The method according to claim 1,
Wherein the composite membrane retains a free standing film at 25 to 60 占 폚.
상기 공중합체가 리튬에 대하여 -0.4V까지 전기화학적으로 안정한 리튬전지용 복합막.The method according to claim 1,
Wherein the copolymer is electrochemically stable up to -0.4 V with respect to lithium.
상기 복합막의 25℃에서의 리튬 이온 전도도가 0.001 mS/cm 이상인 리튬전지용 복합막.The method according to claim 1,
Wherein the composite membrane has a lithium ion conductivity of 0.001 mS / cm or more at 25 캜.
음극; 및
이들 사이에 개재된 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항의 복합막을 포함하는 리튬전지.anode;
cathode; And
17. A lithium battery comprising the composite membrane according to any one of claims 1 to 17 interposed therebetween.
상기 음극이 리튬 금속 또는 리튬 금속 합금 전극이거나; 또는
상기 음극은 탄소계 재료, 실리콘, 실리콘 산화물, 실리콘계 합금, 실리콘-탄소계 재료 복합체, 주석, 주석계 합금, 주석-탄소 복합체, 리튬과 합금 가능한 금속/준금속, 이들의 합금 또는 이의 산화물 중에서 선택된 하나 이상의 음극 활물질을 포함하는 리튬전지. 19. The method of claim 18,
The negative electrode is a lithium metal or lithium metal alloy electrode; or
Wherein the anode is selected from the group consisting of a carbon-based material, silicon, a silicon oxide, a silicon-based alloy, a silicon-carbon based material composite, a tin-tin alloy, a tin-carbon composite, a metal / A lithium battery comprising at least one negative electrode active material.
상기 음극이 리튬 금속 또는 리튬 금속 합금 전극이며, 상기 복합막은 음극 보호막이거나 또는 음극보호막 겸 전해질인 리튬전지.19. The method of claim 18,
Wherein the cathode is a lithium metal or a lithium metal alloy electrode, and the composite membrane is a cathode protection film or a cathode protection film and electrolyte.
상기 복합막은 전해질인 리튬전지.19. The method of claim 18,
Wherein the composite membrane is an electrolyte.
상기 리튬전지는 액체 전해질, 고체 전해질, 겔 전해질, 및 고분자 이온성 액체(polymer ionic liquid) 중에서 선택된 하나 이상을 더 포함하는 리튬전지.19. The method of claim 18,
Wherein the lithium battery further comprises at least one selected from a liquid electrolyte, a solid electrolyte, a gel electrolyte, and a polymer ionic liquid.
상기 리튬전지의 동작전압이 4.0V 이상인 리튬전지.19. The method of claim 18,
Wherein the lithium battery has an operating voltage of 4.0 V or more.
상기 양극이 양극 활물질 및 하기 화학식 1로 표시되는 제1반복단위와 하기 화학식 2로 표시되는 제2반복단위를 포함하는 공중합체를 포함하는 리튬전지:
[화학식 1]
화학식 1 중, Ar1은 치환된 또는 비치환된 C6-C30 아릴렌기 또는 치환된 또는 비치환된 C6-C30 헤테로아릴렌기이고,
R1, R2 및 R3은 서로에 관계없이 수소, 비치환된 또는 치환된 C1-C20 알킬기, 비치환된 또는 치환된 C6-C20 아릴기, 또는 비치환된 또는 치환된 C3-C30 헤테로아릴기이고,
A는 단순히 화학결합을 나타내거나 비치환된 또는 치환된 C1-C30 알킬렌기, 비치환된 또는 치환된 C6-C30 아릴렌기, 비치환된 또는 치환된 C3-C30 헤테로아릴렌기, 비치환된 또는 치환된 C4-C30 사이클로알킬렌기, 또는 비치환된 또는 치환된 C3-C30 헤테로사이클로알킬렌기이고,
는 2 내지 30개의 탄소 원자를 포함하는 3원 내지 31원 고리(membered ring)이며,
X는 S, N, N(R) 또는 P(R’)이고,
R 및 R’은 서로 독립적으로 수소, 비치환된 또는 치환된 C1-C30 알킬기, 비치환된 또는 치환된 C1-C30 헤테로알킬기, 비치환된 또는 치환된 C1-C30 알콕시기, 비치환된 또는 치환된 C6-C30 아릴기, 비치환된 또는 치환된 C7-C30 아릴알킬기, 비치환된 또는 치환된 C6-C30 아릴옥시기, 비치환된 또는 치환된 C3-C30 헤테로아릴기, 비치환된 또는 치환된 C4-C30 헤테로아릴알킬기, 비치환된 또는 치환된 C3-C30 사이클로알킬기, 비치환된 또는 치환된 C2-C30 알케닐기, 비치환된 또는 치환된 C3-C30 헤테로아릴옥시기, 비치환된 또는 치환된 C3-C30 헤테로사이클로알킬기 또는 비치환된 또는 치환된 C3-C30 알키닐기이고,
Y-는 음이온이고,
[화학식 2]
화학식 2 중, R4, R5, 및 R6은 서로에 관계없이 수소, 비치환된 또는 치환된 C1-C20 알킬기, 비치환된 또는 치환된 C6-C20 아릴기, 또는 비치환된 또는 치환된 C3-C30 헤테로아릴기이고,
R7은 수소, 비치환된 또는 치환된 C1-C20 알킬기,
또는 비치환된 또는 치환된 C6-C20 아릴기이고,
a는 1 내지 10의 정수이고,
화학식 1 및 2에서 m, n은 각각 화학식 1로 표시되는 반복단위와 화학식 2로 표시되는 반복단위의 몰분율로서 이들의 합은 1이며, 이들은 각각 0보다 크고 1보다 작다. 19. The method of claim 18,
Wherein the positive electrode comprises a positive electrode active material and a copolymer comprising a first repeating unit represented by the following formula 1 and a second repeating unit represented by the following formula 2:
[Chemical Formula 1]
In formula (1), Ar 1 is a substituted or unsubstituted C6-C30 arylene group or a substituted or unsubstituted C6-C30 heteroarylene group,
R 1 , R 2 and R 3 independently of one another are hydrogen, an unsubstituted or substituted C 1 -C 20 alkyl group, an unsubstituted or substituted C 6 -C 20 aryl group or an unsubstituted or substituted C 3 -C 30 heteroaryl Lt; / RTI &
A represents a chemical bond or an unsubstituted or substituted C1-C30 alkylene group, an unsubstituted or substituted C6-C30 arylene group, an unsubstituted or substituted C3-C30 heteroarylene group, an unsubstituted or substituted C30 cycloalkylene group, or an unsubstituted or substituted C3-C30 heterocycloalkylene group,
Is a 3 to 31 membered ring comprising 2 to 30 carbon atoms,
X is S, N, N (R) or P (R ' ),
R and R ' independently from each other are hydrogen, an unsubstituted or substituted C1-C30 alkyl group, an unsubstituted or substituted C1-C30 heteroalkyl group, an unsubstituted or substituted C1-C30 alkoxy group, An unsubstituted or substituted C7-C30 arylalkyl group, an unsubstituted or substituted C6-C30 aryloxy group, an unsubstituted or substituted C3-C30 heteroaryl group, an unsubstituted or substituted aryl group, Unsubstituted or substituted C3-C30 heteroaryloxy groups, unsubstituted or substituted C3-C30 heteroarylalkyl groups, unsubstituted or substituted C3-C30 cycloalkyl groups, unsubstituted or substituted C2-C30 alkenyl groups, A substituted C3-C30 heterocycloalkyl group or an unsubstituted or substituted C3-C30 alkynyl group,
Y - is an anion,
(2)
In formula (2), R 4 , R 5 , and R 6 independently of one another are hydrogen, an unsubstituted or substituted C 1 -C 20 alkyl group, an unsubstituted or substituted C 6 -C 20 aryl group, A C3-C30 heteroaryl group,
R 7 is hydrogen, an unsubstituted or substituted C 1 -C 20 alkyl group,
Or an unsubstituted or substituted C6-C20 aryl group,
a is an integer of 1 to 10,
In the general formulas (1) and (2), m and n are molar ratios of the repeating unit represented by the formula (1) and the repeating unit represented by the formula (2), and the sum thereof is 1,
[화학식 1]
화학식 1 중, Ar1은 치환된 또는 비치환된 C6-C30 아릴렌기 또는 치환된 또는 비치환된 C6-C30 헤테로아릴렌기이고,
R1, R2 및 R3은 서로에 관계없이 수소, 비치환된 또는 치환된 C1-C20 알킬기, 비치환된 또는 치환된 C6-C20 아릴기, 또는 비치환된 또는 치환된 C3-C30 헤테로아릴기이고,
A는 단순히 화학결합을 나타내거나 비치환된 또는 치환된 C1-C30 알킬렌기, 비치환된 또는 치환된 C6-C30 아릴렌기, 비치환된 또는 치환된 C3-C30 헤테로아릴렌기, 비치환된 또는 치환된 C4-C30 사이클로알킬렌기, 또는 비치환된 또는 치환된 C3-C30 헤테로사이클로알킬렌기이고,
는 2 내지 30개의 탄소 원자를 포함하는 3원 내지 31원 고리(membered ring)이며,
X는 S, N, N(R) 또는 P(R’)이고,
R 및 R’은 서로 독립적으로 수소, 비치환된 또는 치환된 C1-C30 알킬기, 비치환된 또는 치환된 C1-C30 헤테로알킬기, 비치환된 또는 치환된 C1-C30 알콕시기, 비치환된 또는 치환된 C6-C30 아릴기, 비치환된 또는 치환된 C7-C30 아릴알킬기, 비치환된 또는 치환된 C6-C30 아릴옥시기, 비치환된 또는 치환된 C3-C30 헤테로아릴기, 비치환된 또는 치환된 C4-C30 헤테로아릴알킬기, 비치환된 또는 치환된 C3-C30 사이클로알킬기, 비치환된 또는 치환된 C2-C30 알케닐기, 비치환된 또는 치환된 C3-C30 헤테로아릴옥시기, 비치환된 또는 치환된 C3-C30 헤테로사이클로알킬기 또는 비치환된 또는 치환된 C3-C30 알키닐기이고,
Y-는 음이온이고,
[화학식 2]
화학식 2 중, R4, R5, 및 R6은 서로에 관계없이 수소, 비치환된 또는 치환된 C1-C20 알킬기, 비치환된 또는 치환된 C6-C20 아릴기, 또는 비치환된 또는 치환된 C3-C30 헤테로아릴기이고,
R7은 서로에 관계없이 수소, 비치환된 또는 치환된 C1-C20 알킬기,
또는 비치환된 또는 치환된 C6-C20 아릴기이고,
a는 1 내지 10의 정수이고,
화학식 1 및 2에서 m과 n은 각각 화학식 1로 표시되는 반복단위와 화학식 2로 표시되는 반복단위의 몰분율로서 이들의 합은 1이며, 이들은 각각 0보다 크고 1보다 작다.
A positive electrode for a lithium battery comprising a positive electrode active material, a copolymer comprising a first repeating unit represented by the following formula (1) and a second repeating unit represented by the following formula (2)
[Chemical Formula 1]
In formula (1), Ar 1 is a substituted or unsubstituted C6-C30 arylene group or a substituted or unsubstituted C6-C30 heteroarylene group,
R 1 , R 2 and R 3 independently of one another are hydrogen, an unsubstituted or substituted C 1 -C 20 alkyl group, an unsubstituted or substituted C 6 -C 20 aryl group or an unsubstituted or substituted C 3 -C 30 heteroaryl Lt; / RTI &
A represents a chemical bond or an unsubstituted or substituted C1-C30 alkylene group, an unsubstituted or substituted C6-C30 arylene group, an unsubstituted or substituted C3-C30 heteroarylene group, an unsubstituted or substituted C30 cycloalkylene group, or an unsubstituted or substituted C3-C30 heterocycloalkylene group,
Is a 3 to 31 membered ring comprising 2 to 30 carbon atoms,
X is S, N, N (R) or P (R ' ),
R and R ' independently from each other are hydrogen, an unsubstituted or substituted C1-C30 alkyl group, an unsubstituted or substituted C1-C30 heteroalkyl group, an unsubstituted or substituted C1-C30 alkoxy group, An unsubstituted or substituted C7-C30 arylalkyl group, an unsubstituted or substituted C6-C30 aryloxy group, an unsubstituted or substituted C3-C30 heteroaryl group, an unsubstituted or substituted aryl group, Unsubstituted or substituted C3-C30 heteroaryloxy groups, unsubstituted or substituted C3-C30 heteroarylalkyl groups, unsubstituted or substituted C3-C30 cycloalkyl groups, unsubstituted or substituted C2-C30 alkenyl groups, A substituted C3-C30 heterocycloalkyl group or an unsubstituted or substituted C3-C30 alkynyl group,
Y - is an anion,
(2)
In formula (2), R 4 , R 5 , and R 6 independently of one another are hydrogen, an unsubstituted or substituted C 1 -C 20 alkyl group, an unsubstituted or substituted C 6 -C 20 aryl group, A C3-C30 heteroaryl group,
R 7 is independently selected from the group consisting of hydrogen, unsubstituted or substituted C 1 -C 20 alkyl groups,
Or an unsubstituted or substituted C6-C20 aryl group,
a is an integer of 1 to 10,
In the general formulas (1) and (2), m and n are molar ratios of the repeating unit represented by the formula (1) and the repeating unit represented by the formula (2), and the sum thereof is 1,
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US11575128B2 (en) | 2018-12-21 | 2023-02-07 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Positive electrode and lithium battery including the same |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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KR20160075233A (en) * | 2014-12-19 | 2016-06-29 | 삼성전자주식회사 | Composite electrolyte, and lithium battery comprising electrolyte |
-
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Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103682433A (en) * | 2012-09-26 | 2014-03-26 | 中国科学院研究生院 | Multi-arm star-shaped block polymer based electrolyte and preparation method thereof |
KR20160075233A (en) * | 2014-12-19 | 2016-06-29 | 삼성전자주식회사 | Composite electrolyte, and lithium battery comprising electrolyte |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US11575128B2 (en) | 2018-12-21 | 2023-02-07 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Positive electrode and lithium battery including the same |
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