KR20200010298A - 에테르계 화합물을 포함하는 겔화 가능 시스템 및 이의 제조 방법 및 응용 - Google Patents

에테르계 화합물을 포함하는 겔화 가능 시스템 및 이의 제조 방법 및 응용 Download PDF

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Abstract

본 발명은 겔화 가능 시스템 및 이의 제조 방법 및 응용을 제공한다. 상기 겔화 가능 시스템은 리튬염 및 소분자 에테르계 화합물(예를 들어, 고리형 에테르계 화합물 또는 직쇄형 에테르계 화합물임)을 혼합하고, 무기 나노 입자, 첨가제, 다른 용매 및/또는 전해질을 임의로 선택적으로 넣는다. 양자의 상호 작용(예를 들어, 새로운 착화합물을 생성하거나 자기 조립 작용 등) 및 소분자 고리형 에테르계 화합물의 고리 열림 중합(Ring-Opening Polymerization) 또는 중축합, 또는 소분자 직쇄형 에테르계 화합물과의 체인 절단 중합 등 방식에 의해 겔 시스템 또는 고체 시스템을 형성할 수 있으며, 상기 겔 시스템 또는 고체 시스템은 일반 겔 시스템 또는 고체 시스템보다 우수한 사용 안전성을 갖고 있을 뿐만 아니라, 비교적 양호한 강도 조절 가능성을 갖고 있으며, 원재료의 성분 함량 및 종류를 변화시켜 겔을 형성하는 강도를 원천으로부터 개선할 수 있고, 상기 강도의 변화는 상기 겔 시스템이 상기 고체 시스템으로 확장되도록 할 수 있으며, 이로써 겔 시스템의 응용 범위를 보다 더 확장한다.

Description

에테르계 화합물을 포함하는 겔화 가능 시스템 및 이의 제조 방법 및 응용
본 발명은 겔 기술 분야에 속한 것으로, 에테르계 화합물을 포함하는 겔화 가능 시스템 및 이의 제조 방법 및 응용에 관한 것이다.
최근 몇 년간, 인류 활동으로 인한 화석 에너지의 급격한 감소로 인해 일부 에너지가 소진될 예정이며, 이로 인해 환경이 악화되고 자원이 부당하게 사용되면서 인류 생활과 생산에 모두 무시해서는 안될 영향을 미치고 있다. 사람들의 나날이 증가하는 물질 문화 수요를 만족시키기 위해, 동시에 사람들이 안전하고 녹색적으로 생산 및 생활을 진행하도록 보장함에 있어서, 새로운 안전적이고 친환경적인 에너지 시스템을 개발하는 것이 시급하다.
리튬 이온 전지는 예를 들어, 디지털 카메라 및 휴대식 컴퓨터 등과 휴대식 전자 기기에 응용될 수 있을 뿐만 아니라, 전동 도구, 전동 자동차 등 분야에서도 광범위하게 응용되고 있다. 그러나, 연소, 폭발 등과 같은 안전 문제는 추가 개발을 제한하며, 리튬 이온 전지의 안전 문제는 주로 양극 및 음극 물질의 용해, 격막의 꿰뚫기 및 액체 상태 전해액의 휘발 및 누출 등 문제를 포함하나, 현재 흔히 사용되는 액체 상태 전해액은 모두 휘발 가능 액체에 의해 제조되며, 또한 이는 전기화학 반응의 모든 과정에 참여한다. 따라서, 휘발성 전해액의 누출, 전지 가연성 및 과전압 분해 등 문제는 리튬 이온 전지의 안전성을 심각하게 제한한다.
액체 상태 전해액의 누출 및 가연성 등 문제를 극복하기 위해, 무기 고체 전해질, 폴리머 고체 전해질 및 폴리머 겔 전해질 등은 이미 광범위하게 연구되고 있으며, 여기서, 무기 고체 전해질은 무기 초이온 전도성을 포함하는 리튬염이고, 폴리머 고체 전해질은 폴리머 및 리튬염이 구성한 전도성을 가진 고체이나, 현재 보도된 고체 전해질의 전도성은 모두 좋지 않으며, 이는 제조된 전지의 순환 성능에 심한 영향을 미친다.
리튬황 전지는 리튬 전지의 일종으로서, 주요하게 유황 원소를 전지 양극으로 하고, 금속 리튬을 음극으로 하는 리튬 전지이다. 유황 단체는 지구에 풍부하게 저장되었기 때문에 가격이 저렴하고 친환경적인 등 특징을 가진다. 양극 물질로 유황을 사용하는 리튬황 전지는 물질 이론상의 비용량 및 전지 이론상의 비에너지가 비교적 높고 각각 1672 mAh/g 및 2600 Wh/kg에 달한다. 그러나, 리튬황 전지는 많은 단점이 있으며 상용화를 제한하는데, 예를 들어 활성 물질의 이용률이 낮고 방전 중간 산물이 용해되어 전해액에서 “셔틀 효과” 등을 형성한다.
많은 연구자들은 다공성 탄소가 유황, N 도핑을 부하하는 유황 탄소 복합 재료 등과 같은 리튬황 전지의 결점에 대해 다양한 양극 물질을 설계하였으며, 이러한 양극 물질의 설계는 일정한 정도에서 다황화물의 “셔틀 효과”를 억제하나, 양극의 합성 과정이 번거롭고 지루하며, 수율이 낮고, 반복성이 열하다. 겔 전해질 및 고체 전해질은 다황화물이 “셔틀 효과”를 발생시키는 현상을 완화시킬 수 있고 심지어 철저히 막을 수 있음으로써 활성 물질의 이용률을 향상시키며, 또한 겔 전해질 및 고체 전해질은 액체 전해액의 누출을 방지하여 안전적 위험을 제거할 수 있다.
겔은 액체와 고체 사이의 반고체 시스템으로 액체와 고체의 이점과 특징을 모두 갖고 있으며, 이는 연구 분야 및 생산 생활에서의 이슈 중 하나로 되도록 하며, 많은 연구자들은 다양한 재료를 겔 상태로 설계하려고 온갖 방법을 생각하고 있다. 주지된 바와 같이, 겔 시스템은 많은 분야에서 사용될 수 있으며, 예를 들어, 리튬 전지의 전해액을 겔 전해질 또는 고체 전해질로 설계할 수 있고, 이로써 액체 전해액의 누출 문제를 개선하고 그 안전적 위험을 낮춘다. 또한 겔 시스템을 인체에 인입하여 인공 장기를 구축하거나 겔 시스템을 건축 재료 등 분야에 적용할 수도 있다.
현재, 일반적인 겔 시스템 구축에 두 가지 경우가 있다. 하나는, 하나 도는 다수의 고분자를 직접 용매에 인입하여 네트워크 구조 또는 상호 투과 네트워크 구조를 형성하도록 하는 것인데 이러한 겔의 강도는 비교적 높다. 다른 하나는, 소분자의 유기 겔 인자를 특정된 용매에 인입하여 고온에서 상기 용매에 용해되도록 하고, 실온 또는 저온에서 겔을 형성하도록 하는 것인데 이러한 겔의 강도는 일반적으로 모두 비교적 낮다. 상기 두 가지 방식에 의해 형성된 겔 시스템에 있어서, 리튬 이온 이차 전지의 전해액으로 사용되던지, 아니면 인공 장기 구축 등 분야에 응용되던지, 모두 불가피하게 원료로부터 고분자 또는 합성 단계가 비교적 복잡한 소분자의 유기 겔 인자를 인입하여야 하며, 일반적으로 비교적 번거롭고 지루한 실험 방법을 사용하는데, 제조시 시간, 체력, 원료를 낭비하며 또한 고분자 분자량이 상이함으로 인해 얻어진 겔 시스템도 다 같지 않은 현상이 쉽게 발생하여 상기 겔에 의해 얻은 제품에 차이가 존재하는 등 문제를 초래한다. 현재 보도된 겔 시스템은 모두 불가역적으로, 겔이 파괴된 후에 원래의 형태와 우세를 복원하기 어렵게 되며 따라서 겔의 사용 및 추진을 제한한다.
선행 기술의 부족한 점을 해결하기 위해, 본 발명은 겔화 가능 시스템을 제공하는 것을 그 목적으로 하며, 상기 시스템은 리튬염 및 에테르계 화합물을 포함하고, 상기 에테르계 화합물은 고리형 에테르계 화합물 및/또는 직쇄형 에테르계 화합물로부터 선택된다. 상기 시스템은 다른 용매 및/또는 전해액, 무기 나노 입자, 첨가제 등을 더 포함한다.
본 발명의 다른 목적은 상기 겔화 가능 시스템의 겔화에 의해 제조된 겔 도는 고체 전해질, 및 상기 겔 또는 고체 전해질의 제조 방법 및 응용을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 하기 기술적 해결수단에 의해 구현된다.
겔화 가능 시스템으로서, 리튬염 및 에테르계 화합물인 성분을 포함하고, 상기 에테르계 화합물은 고리형 에테르계 화합물 또는 직쇄형 에테르계 화합물 중의 적어도 하나로부터 선택되며, 시스템 중 겔화 가능한 폴리머 및/또는 겔화 가능한 프리폴리머의 질량 백분율은 1 wt%보다 작거나 같다.
겔로서, 상기 겔은 상기 겔화 가능 시스템의 겔화에 의해 얻어지며, 상기 겔화 가능 시스템에서, 상기 리튬염의 질량 백분율은 2 wt%보다 크거나 같고 20 wt%보다 작으며, 상기 고리형 에테르계 화합물의 질량 백분율은 80 wt%보다 크고 98 wt%보다 작거나 같으며, 또는 상기 리튬염의 질량 백분율은 2 wt%보다 크거나 같고 20 wt%보다 작으며, 상기 직쇄형 에테르계 화합물의 질량 백분율은 80 wt%보다 크거나 같고 98 wt%보다 작거나 같다.
고체 전해질로서, 상기 고체 전해질은 상기 겔화 가능 시스템의 겔화에 의해 얻어지며, 상기 겔화 가능 시스템에서, 상기 리튬염의 질량 백분율은 20 wt%보다 크거나 같고 50 wt%보다 작거나 같으며, 상기 고리형 에테르계 화합물의 질량 백분율은 50 wt%보다 크거나 같고 80 wt%보다 작거나 같으며, 또는 상기 리튬염의 질량 백분율은 20 wt%보다 크거나 같고 75 wt%보다 작거나 같으며, 상기 직쇄형 에테르계 화합물의 질량 백분율은 25 wt%보다 크거나 같고 80 wt%보다 작거나 같다.
겔 전해질로서, 상기 겔을 포함한다.
리튬계 전지로서, 상기 겔 전해질 및/또는 상기 고체 전해질을 포함한다.
상기 겔, 상기 고체 전해질 또는 상기 겔 전해질의 응용으로서, 리튬계 전지 분야에 사용되며, 바람직하게, 리튬 이온 전지, 리튬황 전지, 리튬에어 전지 분야에 사용된다.
본 발명의 유익한 효과는 하기와 같다.
1. 본 발명은 겔화 가능 시스템 및 이의 제조에 의해 얻은 겔 및/또는 고체 전해질, 및 이의 제조 방법 및 응용을 제공한다. 출원인이 연구 중 발견한데 의하면, 리튬염 및 소분자 에테르계 화합물(예를 들어, 고리형 에테르계 화합물 또는 직쇄형 에테르계 화합물임)을 혼합하고, 양자의 상호 작용(예를 들어, 새로운 착화합물을 생성하거나 자기 조립 작용 등) 및 소분자 고리형 에테르계 화합물의 고리 열림 중합(Ring-Opening Polymerization) 또는 중축합, 또는 소분자 직쇄형 에테르계 화합물과의 체인 절단 중합 등 방식에 의해 겔 시스템 또는 고체 시스템을 형성할 수 있으며, 상기 겔 시스템 또는 고체 시스템은 일반 겔 시스템 또는 고체 시스템보다 우수한 사용 안전성을 갖고 있을 뿐만 아니라, 비교적 양호한 강도 조절 가능성을 갖고 있으며, 원재료의 성분 함량 및 종류를 변화시켜 겔을 형성하는 강도를 원천으로부터 개선할 수 있고, 상기 강도의 변화는 상기 겔 시스템이 상기 고체 시스템으로 확장되도록 할 수 있으며, 이로써 겔 시스템의 응용 범위를 보다 더 확장한다.
2. 본 발명에 따른 겔화 가능 시스템에 의해 제조된 겔 및 고체 전해질은 강도를 조절할 수 있고, 형성시간(즉, 자유로 유동할 수 있는 액체 상태가 유동 불가능한 겔 상태 및/또는 고체 전해질 상태로 변환됨)을 조절할 수 있으며, 변환 온도(즉, 유동 불가능한 겔 상태 및/또는 고체 전해질 상태가 자유로 유동할 수 있는 액체 상태로 변환될 시의 최저 온도)를 조절할 수 있고, 즉 구체적인 수요에 따라 상이한 강도의 겔 및 고체 전해질을 제조하여 상이한 수요를 만족시킬 수 있다. 상기 겔 및 고체 전해질은 비교적 강한 충격 저항 능력을 가지며, 리튬계 전지 분야에 응용될 경우, 액체 전해액 용액의 누출 등 문제를 효과적으로 해결할 수 있을 뿐만 아니라, 리튬계 전지가 보다 높은 충전 및 방전 효율, 보다 양호한 충격 내성을 갖도록 할 수 있고, “셔틀 효과”를 완화시키고 심지어 철저히 막을 수 있고, 리튬 덴드라이트(Lithium dendrite)의 생장으로 인해 격막 피어스 또는 고체 전해질로 인한 전지 단락을 보다 양호하게 방지할 수 있어, 상기 리튬계 전지가 보다 높은 사용 안전성을 갖도록 한다.
3. 본 발명에 따른 겔화 가능 시스템에 의해 제조된 겔 및 고체 전해질은 비교적 높은 변환 온도를 가지며, 동시에 가역성을 갖는다. 시스템에 첨가제를 넣으면, 원 시스템 중 겔 또는 고체 전해질의 강도를 감소시킬 수 있고, 겔 또는 고체 전해질의 변환 온도를 감소시키며, 겔 또는 고체 전해질의 가소성을 증가시키고, 겔 또는 고체 전해질의 전도율을 향상시키며, 성능이 보다 우위적인 겔 또는 고체 전해질을 제조한다. 이로부터, 첨가제의 첨가는 겔 및 고체 전해질의 형성 시간을 확장할 수 있고, 겔 및 고체 전해질의 변환 온도 범위를 확장하며, 겔 및 고체 전해질의 전도율을 향상시켜 겔 및 고체 전해질의 응용 분야를 확대시킨다. 시스템에 무기 나노 입자를 넣으면, 겔 시스템 및 고체 시스템의 기계 강도를 보다 더 강화시켜, 전해질막의 공극률을 향상시킬 수 있음으로써 전해질막이 보다 많은 액체 상태 전해액을 흡착할 수 있도록 하며, 따라서 겔 또는 고체 전해질 중 리튬 이온의 전이율 및 전도율을 향상시킨다. 상기 겔 또는 고체 전해질의 사용 온도가 그 변환 온도보다 높을 경우, 겔 또는 고체 전해질은 유동할 수 있게 되나, 변환 온도보다 낮게 냉각시킨 후, 가역성을 가지므로 겔 또는 고체 전해질로 다시 형성하여 다시 사용할 수 있게 된다. 이가 비교적 높은 변환 온도 및 가역성을 가지므로, 사용 수명을 연장시킬 수 있고, 원가를 절약하여 하나의 녹색 및 친환경적인 새로운 겔 재료로 되도록 한다.
4. 본 발명에 따른 겔 및 고체 전해액은 제조 방법이 간단하고, 반응 조건이 부드러우며, 반응 주기가 짧고, 산물 수율이 높으며, 제조 원가가 낮고, 산업화 생산을 구현하기 쉽다.
5. 본 발명에 따른 겔화 가능 시스템에 의해 제조된 겔 및 고체 전해질은 저온에서 보다 양호한 겔 상태 또는 고체 전해질 상태를 나타낼 수 있으며, 즉 상기 겔 또는 고체 전해질의 변환 온도 이하에서 매우 양호한 겔 상태 또는 고체 전해질 상태를 유지할 수 있고, 또한 저온에서 상기 겔 및 고체 전해질의 강도는 보다 바람직하다.
6. 본 발명에 따른 겔화 가능 시스템에 의해 제조된 겔 또는 고체 전해질은 리튬계 전지(예를 들어, 리튬 이온 전지, 리튬황 전지, 리튬에어 전지 등등)에 응용될 수 있으며, 고온에서 여전히 사용될 수 있다.
도 1은 실시예1-2의 겔의 광학 사진이다.
도 2는 실시예1-3의 고체 전해질의 광학 사진이다.
도 3은 실시예1-5의 인장 가능한 겔의 광학 사진이다.
도 4는 실시예1-4에서 얻은 겔 전해질을 리튬황 전지의 전해액으로 사용하여 전지로 조립하는 최초 방전도이다.
도 5는 실시예1-4에서 얻은 겔 전해질을 리튬황 전지의 전해액으로 사용하여 전지로 조립하는 순환 성능도이다.
도 6은 실시예2-1에서 얻은 겔 전해질을 리튬 이온 전지의 전해액으로 사용하여 전지로 조립하는 최초 방전도이다.
도 7은 실시예2-1에서 얻은 겔 전해질을 리튬 이온 전지의 전해액으로 사용하여 전지로 조립하는 순환 성능도이다.
도 8은 실시예2-4에서 얻은 고체 전해질을 리튬 이온 전지의 전해질로 사용하여 전지로 조립하는 최초 방전도이다.
도 9는 실시예2-4에서 얻은 고체 전해질을 리튬 이온 전지의 전해질로 사용하여 전지로 조립하는 순환 성능도이다.
도 10은 실시예3-1에서 얻은 겔 전해질을 리튬황 전지의 전해액으로 사용하여 전지로 조립하는 최초 방전도이다.
도 11은 실시예3-1에서 얻은 겔 전해질을 리튬황 전지의 전해액으로 사용하여 전지로 조립하는 순환 성능도이다.
도 12는 실시예4-1에서 얻은 겔 전해질을 리튬 이온 전지의 전해액으로 사용하여 전지로 조립하는 최초 방전도이다.
도 13은 실시예4-1에서 얻은 겔 전해질을 리튬 이온 전지의 전해액으로 사용하여 전지로 조립하는 순환 성능도이다.
도 14는 실시예4-5에서 얻은 겔 전해질을 리튬황 전지의 전해액으로 사용하여 전지로 조립하는 최초 방전도이다.
도 15는 실시예4-5에서 얻은 겔 전해질을 리튬황 전지의 전해액으로 사용하여 전지로 조립하는 순환 성능도이다.
도 16은 실시예5-8에서 얻은 고체 전해질의 광학 사진이다.
도 17은 실시예5-1에서 얻은 겔 전해질을 리튬 이온 전지의 전해액으로 사용하여 전지로 조립하는 최초 방전도이다.
도 18은 실시예5-1에서 얻은 겔 전해질을 리튬 이온 전지의 전해액으로 사용하여 전지로 조립하는 순환 성능도이다.
도 19는 실시예5-8에서 얻은 고체 전해질을 리튬황 전지의 전해액으로 사용하여 전지로 조립하는 최초 충전 및 방전도이다.
도 20은 실시예5-8에서 얻은 고체 전해질을 리튬황 전지의 전해액으로 사용하여 전지로 조립하는 순환 성능도이다.
도 21은 실시예6-2에서 얻은 고체 전해질의 광학 사진이다.
도 22는 실시예6-3에서 얻은 겔 전해질을 리튬 이온 전지의 전해액으로 사용하여 전지로 조립하는 최초 방전도이다.
도 23은 실시예6-3에서 얻은 겔 전해질을 리튬 이온 전지의 전해액으로 사용하여 전지로 조립하는 순환 성능도이다.
도 24는 실시예6-6에서 얻은 고체 전해질을 리튬황 전지의 전해액으로 사용하여 전지로 조립하는 최초 충전 및 방전도이다.
도 25는 실시예6-6에서 얻은 고체 전해질을 리튬황 전지의 전해액으로 사용하여 전지로 조립하는 순환 성능도이다.
도 26은 실시예1-0에서 얻은 고체 전해질 추출물의 핵자기공명 수소 스펙트로그램이다.
도 27은 실시예1-0에서 얻은 고체 전해질 추출물의 적외선 스펙트로그램이다.
도 28은 실시예1-9에서 얻은 겔 전해질을 리튬 망간산염 소프트 전지(1Ah)의 전해액으로 사용하여 전지로 조립하는 순환 성능 및 이에 대응되는 쿨롱 효율도이다.
도 29는 실시예2-8에서 얻은 고체 전해질을 리튬인산철의 전해질로 사용하여 전지로 조립하는 순환 성능도이다.
도 30은 실시예3-8에서 얻은 겔 전해질을 리튬황 전지의 전해액으로 사용하여 전지로 조립하는 순환 성능도이다.
도 31은 실시예1-5에서 얻은 겔 전해질 추출물의 핵자기공명 수소 스펙트로그램이다.
도 32는 실시예2-5에서 얻은 고체 전해질 추출물의 핵자기공명 수소 스펙트로그램이다.
[ 리튬염 및 고리형 에테르계 화합물을 포함하는 겔화 가능 시스템 및 이의 제조 방법 및 응용]
본 발명의 제1 양태에 따르면, 겔화 가능 시스템을 제공하며, 상기 시스템은 리튬염 및 에테르계 화합물인 성분을 포함하고, 상기 에테르계 화합물은 고리형 에테르계 화합물로부터 선택되며; 시스템 중 겔화 가능한 폴리머 및/또는 겔화 가능한 프리폴리머의 질량 백분율은 1 wt%보다 작거나 같다. 상기 겔화 가능 시스템에서, 각 성분의 중량 백분율의 합은 100 wt%이다.
본 발명에 있어서, 상기 리튬염의 질량 백분율은 2 wt%보다 크거나 같고 50 wt%보다 작거나 같으며; 상기 고리형 에테르계 화합물의 질량 백분율은 50 wt%보다 크거나 같고 98 wt%보다 작거나 같다.
여기서, 상기 리튬염의 질량 백분율은 5 wt%보다 크거나 같고 20 wt%보다 작으며; 상기 고리형 에테르계 화합물의 질량 백분율은 80 wt%보다 크고 95 wt%보다 작거나 같으며; 또는 상기 리튬염의 질량 백분율은 20 wt%보다 크거나 같고 30 wt%보다 작거나 같으며; 상기 고리형 에테르계 화합물의 질량 백분율은 70 wt%보다 크거나 같고 80 wt%보다 작거나 같다.
본 발명에 있어서, 상기 고리형 에테르계 화합물은 하나의 산소, 2개의 산소, 3개의 산소 또는 보다 많은 산소를 포함하는 고리형 에테르계 화합물로부터 선택된다. 상기 고리형 에테르계 화합물은 단일 고리, 포함하는 고리, 축합 고리(예를 들어, 이중 고리) 또는 브릿지된 고리일 수 있다.
본 발명의 제2 양태에 따르면, 상기 겔화 가능 시스템의 겔화에 의해 얻어진 겔을 제공하며; 상기 리튬염의 질량 백분율은 2 wt%보다 크거나 같고 20 wt%보다 작으며; 상기 고리형 에테르계 화합물의 질량 백분율은 80 wt%보다 크고 98 wt%보다 작거나 같다.
여기서, 상기 리튬염의 질량 백분율은 5 wt%보다 크거나 같고 20 wt%보다 작으며; 상기 고리형 에테르계 화합물의 질량 백분율은 80 wt%보다 크고 95 wt%보다 작거나 같다.
본 발명에 있어서, 상기 겔의 변환 온도는 30 ~ 100 ℃이고, 바람직하게 45 ~ 90 ℃이다.
본 발명에 있어서, 상기 겔의 전도율은 10-5 ~ 10-2 S/cm이고, 바람직하게 10-5 ~ 5×10-3 S/cm이다.
본 발명의 제3 양태에 따르면, 고리형 에테르계 화합물과 리튬염을 혼합하고, 교반 하에서 리튬염의 고리형 에테르계 화합물 용액, 즉 상기 겔화 가능 시스템을 얻고, 상기 용액을 계속하여 교반하면서 겔화에 의해 상기 겔을 얻는 단계를 포함하는 상기 겔의 제조 방법을 제공한다.
여기서, 상기 겔의 제조 방법은 구체적으로, 고리형 에테르계 화합물을 리튬염에 넣고, 교반 하에서 리튬염의 고리형 에테르계 화합물 용액, 즉 상기 겔화 가능 시스템을 얻고, 상기 용액을 계속하여 교반하면서 겔화에 의해 상기 겔을 얻는 단계를 포함한다.
본 발명에 있어서, 상기 리튬염 및 고리형 에테르계 화합물에 대해 미리 수분 제거 처리를 수행하고; 바람직하게, 분자체 및/또는 진공 건조 방법을 이용하여 상기 리튬염 및 고리형 에테르계 화합물에 대해 미리 수분 제거 처리를 수행한다.
본 발명에 있어서, 상기 겔화 과정은 방치 조건에서 완성해야 한다. 상기 겔이 형성되는 온도는 상기 겔의 변환 온도보다 낮으며, 상기 겔이 형성되는 시간은 30초 ~ 200시간이다.
본 발명의 제4 양태에 따르면, 상기 겔화 가능 시스템의 겔화에 의해 얻어진 고체 전해질을 제공하며; 상기 리튬염의 질량 백분율은 20 wt%보다 크거나 같고 50 wt%보다 작거나 같으며; 상기 고리형 에테르계 화합물의 질량 백분율은 50 wt%보다 크거나 같고 80 wt%보다 작거나 같다.
여기서, 상기 리튬염의 질량 백분율은 20 wt%보다 크거나 같고 30 wt%보다 작거나 같으며; 상기 고리형 에테르계 화합물의 질량 백분율은 70 wt%보다 크거나 같고 80 wt%보다 작거나 같다.
본 발명에 있어서, 상기 고체 전해질의 변환 온도는 60 ~ 150 ℃이고, 바람직하게 70 ~ 110 ℃이다.
본 발명에 있어서, 상기 고체 전해질의 전도율은 10-7 ~ 10-3 S/cm이고, 바람직하게 10-7 ~ 10-5 S/cm이다.
본 발명의 제5 양태에 따르면,
고리형 에테르계 화합물 및 리튬염을 혼합하고, 교반 하에서 리튬염의 고리형 에테르계 화합물 용액, 즉 상기 겔화 가능 시스템을 얻고, 상기 용액을 계속하여 교반하면서 겔화에 의해 상기 고체 전해질을 얻는 단계를 포함하는 상기 고체 전해질의 제조 방법을 제공한다.
여기서, 상기 고체 전해질의 제조 방법은 구체적으로, 고리형 에테르계 화합물을 리튬염에 넣고, 교반 하에서 리튬염의 고리형 에테르계 화합물 용액, 즉 상기 겔화 가능 시스템을 얻고, 상기 용액을 계속하여 교반하면서 겔화에 의해 상기 고체 전해질을 얻는 단계를 포함한다.
본 발명에 있어서, 상기 리튬염 및 고리형 에테르계 화합물에 대해 미리 수분 제거 처리를 수행하고, 바람직하게, 분자체 및/또는 진공 건조 방법을 이용하여 상기 리튬염 및 고리형 에테르계 화합물에 대해 미리 수분 제거 처리를 수행한다.
본 발명에 있어서, 상기 겔화 과정은 방치 조건에서 완성해야 한다. 상기 고체 전해질이 형성되는 온도는 상기 고체 전해질의 변환 온도보다 낮으며, 상기 고체 전해질이 형성되는 시간은 30분 ~ 100시간이다.
본 발명의 제6 양태에 따르면, 상기 겔을 포함하는 겔 전해질을 제공한다.
본 발명의 제7 양태에 따르면, 상기 겔 전해질 및/또는 고체 전해질을 포함하는 리튬계 전지를 제공한다.
본 발명의 제8 양태에 따르면, 리튬 이온 전지, 리튬황 전지, 리튬에어 전지 등 분야와 같은 리튬계 전지 분야에 사용될 수 있는 상기 겔, 상기 고체 전해질, 상기 겔 전해질의 응용을 제공한다.
[ 리튬염 , 리튬 이온 전지에 사용되는 전해액 또는 이의 용매 및 고리형 에테르계 화합물을 포함하는 겔화 가능 시스템 및 이의 제조 방법 및 응용]
본 발명의 제9 양태에 따르면, 리튬 이온 전지에 사용되는 겔화 가능 시스템을 제공하며, 상기 시스템은 리튬 이온 전지에 사용되는 리튬염, 에테르계 화합물 및 리튬 이온 전지에 사용되는 전해액 또는 이의 용매인 성분을 포함하고; 상기 에테르계 화합물은 고리형 에테르계 화합물로부터 선택되며; 이밖에, 시스템 중 겔화 가능한 폴리머 및/또는 겔화 가능한 프리폴리머의 질량 백분율은 1 wt%보다 작거나 같다.
상기 리튬 이온 전지에 사용되는 겔화 가능 시스템에서, 각 성분의 중량 백분율의 합은 100 wt%이다.
본 발명에 있어서, 상기 리튬 이온 전지에 사용되는 겔화 가능 시스템에서, 상기 리튬 이온 전지에 사용되는 리튬염의 질량 백분율은 5 wt%보다 크거나 같고 60 wt%보다 작거나 같으며; 상기 고리형 에테르계 화합물의 질량 백분율은 20 wt%보다 크거나 같고 90 wt%보다 작거나 같으며; 상기 리튬 이온 전지에 사용되는 전해액 또는 이의 용매의 질량 백분율은 5 wt%보다 크거나 같고 75 wt%보다 작거나 같다.
여기서, 상기 리튬 이온 전지에 사용되는 겔화 가능 시스템에서, 상기 리튬 이온 전지에 사용되는 리튬염의 질량 백분율은 10 wt%보다 크거나 같고 40 wt%보다 작거나 같으며; 상기 고리형 에테르계 화합물의 질량 백분율은 20 wt%보다 크거나 같고 60 wt%보다 작거나 같으며; 상기 리튬 이온 전지에 사용되는 전해액 또는 이의 용매의 질량 백분율은 20 wt%보다 크거나 같고 60 wt%보다 작거나 같다.
여기서, 상기 리튬 이온 전지에 사용되는 겔화 가능 시스템에서, 상기 리튬 이온 전지에 사용되는 리튬염의 질량 백분율은 10 wt%보다 크거나 같고 40 wt%보다 작거나 같으며; 상기 고리형 에테르계 화합물의 질량 백분율은 60 wt%보다 크고 85 wt%보다 작거나 같으며; 상기 리튬 이온 전지에 사용되는 전해액 또는 이의 용매의 질량 백분율은 5 wt%보다 크거나 같고 30 wt%보다 작거나 같다.
본 발명의 제10 양태에 따르면, 상기 리튬 이온 전지에 사용되는 겔화 가능 시스템의 겔화에 의해 얻어진 겔을 제공한다. 여기서, 상기 리튬 이온 전지에 사용되는 리튬염의 질량 백분율은 5 wt%보다 크거나 같고 60 wt%보다 작거나 같으며; 상기 고리형 에테르계 화합물의 질량 백분율은 20 wt%보다 크거나 같고 60 wt%보다 작거나 같으며; 상기 리튬 이온 전지에 사용되는 전해액 또는 이의 용매의 질량 백분율은 20 wt%보다 크거나 같고 75 wt%보다 작거나 같다.
여기서, 상기 리튬 이온 전지에 사용되는 겔화 가능 시스템에서, 상기 리튬 이온 전지에 사용되는 리튬염의 질량 백분율은 10 wt%보다 크거나 같고 40 wt%보다 작거나 같으며; 상기 고리형 에테르계 화합물의 질량 백분율은 20 wt%보다 크거나 같고 60 wt%보다 작거나 같으며; 상기 리튬 이온 전지에 사용되는 전해액 또는 이의 용매의 질량 백분율은 20 wt%보다 크거나 같고 60 wt%보다 작거나 같다.
본 발명에 있어서, 상기 겔의 변환 온도는 40 ~ 90 ℃이고, 바람직하게 60 ~ 75 ℃이다.
본 발명에 있어서, 상기 겔의 전도율은 10-6 ~ 10-1 S/cm이고, 바람직하게 10-5 ~ 5×10-2 S/cm이다.
본 발명의 제11 양태에 따르면,
1) 리튬 이온 전지에 사용되는 리튬염을 리튬 이온 전지에 사용되는 전해액 또는 이의 용매에 넣고, 균일하게 교반한 후, 리튬염을 포함하는 혼합 용액을 얻는 단계;
2) 고리형 에테르계 화합물을 상기 혼합 용액에 넣고, 교반 하에서 혼합 시스템, 즉 상기 리튬 이온에 사용되는 겔화 가능 시스템을 얻고, 상기 용액을 계속하여 교반하면서 겔화에 의해 상기 겔을 얻는 단계를 포함하는 상기 겔의 제조 방법을 제공한다.
본 발명에 있어서, 단계2)에서, 상기 겔화 과정은 방치 조건에서 완성해야 한다. 상기 겔이 형성되는 온도는 상기 겔의 변환 온도보다 낮으며, 상기 겔이 형성되는 시간은 30초 ~ 300시간이다.
본 발명에 있어서, 리튬 이온 전지에 사용되는 전해액 또는 이의 용매, 리튬 이온 전지에 사용되는 리튬염 및 고리형 에테르계 화합물에 대해 미리 수분 제거 처리를 수행하고; 바람직하게, 분자체 및/또는 진공 건조 방법을 이용하여 리튬 이온 전지에 사용되는 전해액 또는 이의 용매, 리튬 이온 전지에 사용되는 리튬염 및 고리형 에테르계 화합물에 대해 미리 수분 제거 처리를 수행한다.
본 발명의 제12 양태에 따르면, 상기 리튬 이온 전지에 사용되는 겔화 가능 시스템의 겔화에 의해 얻어진 고체 전해질을 제공한다. 여기서 상기 리튬 이온 전지에 사용되는 리튬염의 질량 백분율은 5 wt%보다 크거나 같고 60 wt%보다 작거나 같으며; 상기 고리형 에테르계 화합물의 질량 백분율은 60 wt%보다 크고 90 wt%보다 작거나 같으며; 상기 리튬 이온 전지에 사용되는 전해액 또는 이의 용매의 질량 백분율은 5 wt%보다 크거나 같고 30 wt%보다 작거나 같다.
여기서, 상기 리튬 이온 전지에 사용되는 겔화 가능 시스템에서, 상기 리튬 이온 전지에 사용되는 리튬염의 질량 백분율은 10 wt%보다 크거나 같고 40 wt%보다 작거나 같으며; 상기 고리형 에테르계 화합물의 질량 백분율은 60 wt%보다 크고 85 wt%보다 작거나 같으며; 상기 리튬 이온 전지에 사용되는 전해액 또는 이의 용매의 질량 백분율은 5 wt%보다 크거나 같고 30 wt%보다 작거나 같다.
본 발명에 있어서, 상기 고체 전해질의 변환 온도는 65 ~ 130 ℃이고, 바람직하게 75 ~ 120 ℃이다.
본 발명에 있어서, 상기 고체 전해질의 전도율은 10-7 ~ 10-3 S/cm이고, 바람직하게 10-6 ~ 10-3 S/cm이다.
본 발명의 제13 양태에 따르면,
1) 리튬 이온 전지에 사용되는 리튬염을 리튬 이온 전지에 사용되는 전해액 또는 이의 용매에 넣고, 균일하게 교반한 후, 리튬염을 포함하는 혼합 용액을 얻는 단계;
2) 고리형 에테르계 화합물을 상기 혼합 용액에 넣고, 교반 하에서 혼합 시스템, 즉 상기 리튬 이온에 사용되는 겔화 가능 시스템을 얻고, 상기 용액을 계속하여 교반하면서 겔화에 의해 상기 고체 전해질을 얻는 단계를 포함하는 상기 고체 전해질의 제조 방법을 제공한다.
본 발명에 있어서, 단계 2)에서, 상기 겔화 과정은 방치 조건에서 완성해야 한다. 상기 고체 전해질이 형성되는 온도는 상기 고체 전해질의 변환 온도보다 낮으며, 상기 고체 전해질이 형성되는 시간은 30분 ~ 150시간이다.
본 발명에 있어서, 리튬 이온 전지에 사용되는 전해액 또는 이의 용매, 리튬 이온 전지에 사용되는 리튬염 및 고리형 에테르계 화합물에 대해 미리 수분 제거 처리를 수행하고; 바람직하게, 분자체 및/또는 진공 건조 방법을 이용하여 리튬 이온 전지에 사용되는 전해액 또는 이의 용매, 리튬 이온 전지에 사용되는 리튬염 및 고리형 에테르계 화합물에 대해 미리 수분 제거 처리를 수행한다,
본 발명의 제14 양태에 따르면, 상기 겔을 포함하는 겔 전해질을 제공한다.
본 발명의 제15 양태에 따르면, 상기 겔 전해질 및/또는 고체 전해질을 포함하는 리튬 이온 전지를 제공한다.
본 발명의 제16 양태에 따르면, 리튬 이온 전지 등 분야에 사용될 수 있는 상기 겔, 상기 고체 전해질, 상기 겔 전해질의 응용을 제공한다.
[ 리튬염 , 리튬황 전지에 사용되는 전해액 또는 이의 용매 및 고리형 에테르계 화합물을 포함하는 겔화 가능 시스템 및 이의 제조 방법 및 응용]
본 발명의 제17 양태에 따르면, 리튬황 전지에 사용되는 겔화 가능 시스템을 제공하며, 상기 시스템은 리튬염，에테르계 화합물 및 리튬황 전지에 사용되는 전해액 또는 이의 용매인 성분을 포함하며; 상기 에테르계 화합물은 고리형 에테르계 화합물로부터 선택되고; 이밖에, 시스템 중 겔화 가능한 폴리머 및/또는 겔화 가능한 프리폴리머의 질량 백분율은 1 wt%보다 작거나 같다.
상기 리튬황 전지에 사용되는 겔화 가능 시스템에서, 각 성분의 중량 백분율의 합은 100 wt%이다.
본 발명에 있어서, 상기 리튬황 전지에 사용되는 겔화 가능 시스템에서, 상기 리튬염의 질량 백분율은 5 wt%보다 크고 60 wt%보다 작거나 같으며; 상기 고리형 에테르계 화합물의 질량 백분율은 20 wt%와 같고 90 wt%보다 작거나 같으며, 상기 리튬황 전지에 사용되는 전해액 또는 이의 용매의 질량 백분율은 5 wt%보다 크거나 같고 75 wt%보다 작거나 같다.
여기서, 상기 리튬황 전지에 사용되는 겔화 가능 시스템에서, 상기 리튬염의 질량 백분율은 10 wt%보다 크거나 같고 40 wt%보다 작거나 같으며; 상기 고리형 에테르계 화합물의 질량 백분율은 20 wt%보다 크거나 같고 60 wt%보다 작거나 같으며, 상기 리튬황 전지에 사용되는 전해액 또는 이의 용매의 질량 백분율은 20 wt%보다 크거나 같고 60 wt%보다 작거나 같다.
여기서, 상기 리튬황 전지에 사용되는 겔화 가능 시스템에서, 상기 리튬염의 질량 백분율은 10 wt%보다 크거나 같고 40 wt%보다 작거나 같으며; 상기 고리형 에테르계 화합물의 질량 백분율은 60 wt%보다 크고 85 wt%보다 작거나 같으며, 상기 리튬황 전지에 사용되는 전해액 또는 이의 용매의 질량 백분율은 5 wt%보다 크고 30 wt%보다 작다.
본 발명의 제18 양태에 따르면, 상기 리튬황 전지에 사용되는 겔화 가능 시스템의 겔화에 의해 얻어진 겔을 제공한다. 여기서, 상기 리튬황 전지에 사용되는 겔화 가능 시스템에서, 상기 리튬염의 질량 백분율은 5 wt%보다 크고 60 wt%보다 작거나 같으며; 상기 고리형 에테르계 화합물의 질량 백분율은 20 wt%와 같고 60 wt%보다 작거나 같으며, 상기 리튬황 전지에 사용되는 전해액 또는 이의 용매의 질량 백분율은 20 wt%보다 크거나 같고 75 wt%보다 작거나 같다.
여기서, 상기 리튬황 전지에 사용되는 겔화 가능 시스템에서, 상기 리튬염의 질량 백분율은 10 wt%보다 크거나 같고 40 wt%보다 작거나 같으며; 상기 고리형 에테르계 화합물의 질량 백분율은 20 wt%보다 크거나 같고 60 wt%보다 작거나 같으며, 상기 리튬황 전지에 사용되는 전해액 또는 이의 용매의 질량 백분율은 20 wt%보다 크거나 같고 60 wt%보다 작거나 같다.
본 발명에 있어서, 상기 겔의 변환 온도는 40 ~ 95 ℃이고, 바람직하게 45 ~ 85 ℃이다.
본 발명에 있어서, 상기 겔의 전도율은 10-5 ~ 10-1 S/cm이고, 바람직하게 10-5 ~ 10-2 S/cm이다.
본 발명의 제19 양태에 따르면,
1)리튬염을 리튬황 전지에 사용되는 전해액 또는 이의 용매에 넣고 균일하게 교반하여 리튬염을 포함하는 혼합 용액을 얻는 단계;
2)고리형 에테르계 화합물을 상기 혼합 용액에 넣고, 교반 하에서 혼합 시스템, 즉 리튬황 전지에 사용되는 겔화 가능 시스템을 얻고, 상기 용액을 계속하여 교반하면서 겔화에 의해 상기 겔을 얻는 단계를 포함하는 상기 겔의 제조 방법을 제공한다.
본 발명에 있어서, 단계2)에서, 상기 겔화 과정은 방치 조건에서 완성해야 한다. 상기 겔이 형성되는 온도는 상기 겔의 변환 온도보다 낮으며, 상기 겔이 형성되는 시간은 30초 ~ 300시간이다.
본 발명에 있어서, 리튬황 전지에 사용되는 전해액 또는 이의 용매, 리튬염 및 고리형 에테르계 화합물에 대해 미리 수분 제거 처리를 수행하고; 바람직하게, 분자체 및/또는 진공 건조 방법을 이용하여 리튬황 전지에 사용되는 전해액 또는 이의 용매, 리튬염 및 고리형 에테르계 화합물에 대해 미리 수분 제거 처리를 수행한다.
본 발명의 제20 양태에 따르면, 상기 리튬황 전지에 사용되는 겔화 가능 시스템의 겔화에 의해 얻어진 고체 전해질을 제공하며; 여기서, 상기 리튬염의 질량 백분율은 5 wt%보다 크거나 같고 60 wt%보다 작거나 같으며; 상기 고리형 에테르계 화합물의 질량 백분율은 60 wt%보다 크고 90 wt%보다 작거나 같으며; 상기 리튬황 전지에 사용되는 전해액 또는 이의 용매의 질량 백분율은 5 wt%보다 크거나 같고 30 wt%보다 작거나 같다.
여기서, 상기 리튬황 전지에 사용되는 겔화 가능 시스템에서, 상기 리튬염의 질량 백분율은 10 wt%보다 크거나 같고 40 wt%보다 작거나 같으며; 상기 고리형 에테르계 화합물의 질량 백분율은 60 wt%보다 크고 85 wt%보다 작거나 같으며; 상기 리튬황 전지에 사용되는 전해액 또는 이의 용매의 질량 백분율은 5 wt%보다 크거나 같고 30 wt%보다 작거나 같다.
본 발명에 있어서, 상기 고체 전해질의 변환 온도는 60 ~ 130 ℃이고, 바람직하게 80 ~ 110 ℃이다.
본 발명에 있어서, 상기 고체 전해질의 전도율은 10-7 ~ 10-3 S/cm이고, 바람직하게 10-6 ~ 10-4 S/cm이다.
본 발명의 제21 양태에 따르면,
1)리튬염을 리튬황 전지에 사용되는 전해액 또는 이의 용매에 넣고 균일하게 교반하여 리튬염을 포함하는 혼합 용액을 얻는 단계;
2)고리형 에테르계 화합물을 상기 혼합 용액에 넣고, 교반 하에서 혼합 시스템, 즉 리튬황 전지에 사용되는 겔화 가능 시스템을 얻고, 상기 용액을 계속하여 교반하면서 겔화에 의해 상기 고체 전해질을 얻는 단계를 포함하는 상기 고체 전해질의 제조 방법을 제공한다.
본 발명에 있어서, 단계2)에서, 상기 겔화 과정은 방치 조건에서 완성해야 한다. 상기 고체 전해질이 형성되는 온도는 상기 고체 전해질의 변환 온도보다 낮으며, 상기 고체 전해질이 형성되는 시간은 30분 ~ 100시간이다.
본 발명에 있어서, 리튬황 전지에 사용되는 전해액 또는 이의 용매, 리튬염 및 고리형 에테르계 화합물에 대해 미리 수분 제거 처리를 수행하고, 바람직하게, 분자체 및/또는 진공 건조 방법을 이용하여 리튬황 전지에 사용되는 전해액 또는 이의 용매, 리튬염 및 고리형 에테르계 화합물에 대해 미리 수분 제거 처리를 수행한다.
본 발명의 제22 양태에 따르면, 상기 겔을 포함하는 겔 전해질을 제공한다.
본 발명의 제23 양태에 따르면, 상기 겔 전해질 및/또는 고체 전해질을 포함하는 리튬황 전지를 제공한다.
본 발명의 제24 양태에 따르면, 리튬황 전지 등 분야에 사용될 수 있는 상기 겔, 상기 고체 전해질, 상기 겔 전해질의 응용을 제공한다.
[ 리튬염 , 무기 나노 입자 및 고리형 에테르계 화합물을 포함하는 겔화 가능 시스템 및 이의 제조 방법 및 응용]
본 발명의 제25 양태에 따르면, 겔화 가능 시스템을 제공하며, 상기 시스템은 리튬염, 에테르계 화합물 및 무기 나노 입자인 성분을 포함하며; 상기 에테르계 화합물은 고리형 에테르계 화합물로부터 선택되고; 또한 시스템 중 겔화 가능한 폴리머 및/또는 겔화 가능한 프리폴리머의 질량 백분율은 1 wt%보다 작거나 같다.
상기 겔화 가능 시스템에서, 각 성분의 중량 백분율의 합은 100 wt%이다.
본 발명에 있어서, 상기 겔화 가능 시스템에서, 상기 리튬염의 질량 백분율은 5 wt%보다 크고 60 wt%보다 작거나 같으며; 상기 고리형 에테르계 화합물의 질량 백분율은 20 wt%보다 크거나 같고 95 wt%보다 작거나 같으며; 상기 무기 나노 입자의 질량 백분율은 0 보다 크고 30 wt%보다 작거나 같다.
여기서, 상기 겔화 가능 시스템에서, 상기 리튬염의 질량 백분율은 10 wt%보다 크거나 같고 40 wt%보다 작거나 같으며; 상기 고리형 에테르계 화합물의 질량 백분율은 20 wt%보다 크거나 같고 60 wt%보다 작거나 같으며; 상기 무기 나노 입자의 질량 백분율은 0 wt%보다 크고 15 wt%보다 작거나 같다.
여기서, 상기 겔화 가능 시스템에서, 상기 리튬염의 질량 백분율은 10 %보다 크고 40 wt%보다 작거나 같으며; 상기 고리형 에테르계 화합물의 질량 백분율은 60 wt%보다 크고 90 wt%보다 작거나 같으며; 상기 무기 나노 입자의 질량 백분율은 0 wt%보다 크고 20 wt%보다 작거나 같다.
본 발명에 있어서, 상기 겔화 가능 시스템은 다른 용매 및/또는 전해액을 더 포함하며, 상기 다른 용매 및/또는 전해액은 리튬황 전지에 사용되는 전해액, 리튬황 전지에 사용되는 전해액의 용매, 리튬 이온 전지에 사용되는 전해액, 리튬 이온 전지에 사용되는 전해액의 용매 중의 적어도 하나를 포함한다.
본 발명에 있어서, 상기 겔화 가능 시스템에서, 상기 다른 용매 및/또는 전해액의 질량 백분율은 0 wt%보다 크거나 같고 75 wt%보다 작거나 같다. 바람직하게, 상기 겔화 가능 시스템에서, 상기 다른 용매 및/또는 전해액의 질량 백분율은 5 wt%보다 크거나 같고 60 wt%보다 작거나 같다.
본 발명의 제26 양태에 따르면, 상기 겔화 가능 시스템의 겔화에 의해 얻어진 겔을 제공한다. 여기서, 상기 겔화 가능 시스템에서, 상기 리튬염의 질량 백분율은 5 wt%보다 크고 60 wt%보다 작거나 같으며; 상기 고리형 에테르계 화합물의 질량 백분율은 20 wt%보다 크거나 같고 60 wt%보다 작거나 같으며; 상기 무기 나노 입자의 질량 백분율은 0 보다 크고 30 wt%보다 작거나 같으며; 상기 (d) 다른 용매 및/또는 전해액의 질량 백분율은 0 wt%보다 크거나 같고 75 wt%보다 작거나 같다.
여기서, 상기 겔화 가능 시스템에서, 상기 리튬염의 질량 백분율은 10 wt%보다 크거나 같고 40 wt%보다 작거나 같으며, 상기 고리형 에테르계 화합물의 질량 백분율은 20 wt%보다 크거나 같고 60 wt%보다 작거나 같으며; 상기 무기 나노 입자의 질량 백분율은 0 wt%보다 크고 15 wt%보다 작거나 같으며; 상기 (d) 다른 용매 및/또는 전해액의 질량 백분율은 5 wt%보다 크거나 같고 60 wt%보다 작거나 같다.
본 발명에 있어서, 상기 겔의 변환 온도는 40 ~ 170 ℃이고, 바람직하게 45 ~ 105 ℃이다.
본 발명에 있어서, 상기 겔의 전도율은 10-5 ~ 10-1 S/cm이고, 바람직하게 10-5 ~ 8×10-2 S/cm이다.
본 발명의 제27 양태에 따르면,
무기 나노 입자, 리튬염 및 고리형 에테르계 화합물을 혼합하고, 교반 하에서 무기 나노 입자를 포함하는 리튬염의 고리형 에테르계 화합물 용액, 즉 상기 겔화 가능 시스템을 얻고, 상기 용액을 계속하여 교반하면서 겔화에 의해 상기 겔을 얻는 단계를 포함하는 상기 겔의 제조 방법을 제공한다.
바람직하게, 겔의 제조 방법은 구체적으로,
1)무기 나노 입자를 고리형 에테르계 화합물에 넣고, 균일하게 분산된 혼합 용액을 제조하는 단계;
2)상기 제조된 혼합 용액을 리튬염에 넣고, 교반 하에서 무기 나노 입자를 포함하는 리튬염의 고리형 에테르계 화합물 용액, 즉 상기 겔화 가능 시스템을 얻고, 상기 용액을 계속하여 교반하면서 겔화에 의해 상기 겔을 얻는 단계를 포함한다.
더 바람직하게, 상기 겔의 제조 방법은 구체적으로,
무기 나노 입자, 리튬염, 고리형 에테르계 화합물 및 다른 용매 및/또는 전해액을 혼합하고, 교반 하에서 무기 나노 입자를 포함하는 리튬염의 고리형 에테르계 화합물 용액, 즉 상기 겔화 가능 시스템을 얻고, 상기 용액을 계속하여 교반하면서 겔화에 의해 상기 겔을 얻는 단계를 포함한다.
보다 바람직하게, 상기 겔의 제조 방법은 구체적으로,
1') 무기 나노 입자를 고리형 에테르계 화합물에 넣고, 균일하게 분산된 혼합 용액을 제조하는 단계;
2') 리튬염을 다른 용매 및/또는 전해액에 용해시켜 리튬염 용액을 제조하는 단계;
3') 단계1')에서 얻은 혼합 용액을 단계2')에서 얻은 리튬염 용액에 넣고, 교반 하에서 무기 나노 입자를 포함하는 다른 용매 및/또는 전해액이 용해된 리튬염의 고리형 에테르계 화합물 용액, 즉 상기 겔화 가능 시스템을 얻고, 상기 용액을 계속하여 교반하면서 겔화에 의해 상기 겔을 얻는 단계를 포함한다.
본 발명에 있어서, 상기 리튬염, 고리형 에테르계 화합물, 무기 나노 입자 및 다른 용매 및/또는 전해액에 대해 미리 수분 제거 처리를 수행하고; 바람직하게, 분자체 및/또는 진공 건조 방법을 이용하여 상기 리튬염, 고리형 에테르계 화합물, 무기 나노 입자 및 다른 용매 및/또는 전해액에 대해 미리 수분 제거 처리를 수행한다.
본 발명에 있어서, 상기 겔화 과정은 방치 조건에서 완성해야 한다. 상기 겔이 형성되는 온도는 상기 겔의 변환 온도보다 낮으며, 상기 겔이 형성되는 시간은 30초 ~ 300시간이다.
본 발명의 제28 양태에 따르면, 상기 겔화 가능 시스템의 겔화에 의해 얻어진 고체 전해질을 제공한다. 여기서, 상기 겔화 가능 시스템에서; 상기 리튬염의 질량 백분율은 5 wt%보다 크고 60 wt%보다 작거나 같으며, 상기 고리형 에테르계 화합물의 질량 백분율은 60 wt%보다 크고 95 wt%보다 작거나 같으며; 상기 무기 나노 입자의 질량 백분율은 0 wt%보다 크고 30 wt%보다 작거나 같으며; 상기 (d) 다른 용매 및/또는 전해액의 질량 백분율은 0 wt%보다 크거나 같고 75 wt%보다 작거나 같다.
여기서, 상기 겔화 가능 시스템에서, 상기 리튬염의 질량 백분율은 10 %보다 크고 40 wt%보다 작거나 같으며, 상기 고리형 에테르계 화합물의 질량 백분율은 60 wt%보다 크고 90 wt%보다 작거나 같으며, 상기 무기 나노 입자의 질량 백분율은 0 wt%보다 크고 20 wt%보다 작거나 같으며, 상기 (d) 다른 용매 및/또는 전해액의 질량 백분율은 5 wt%보다 크거나 같고 60 wt%보다 작거나 같다.
본 발명에 있어서, 상기 고체 전해질의 변환 온도는 70 ~ 180 ℃이고, 바람직하게 72 ~ 145 ℃이다.
본 발명에 있어서, 상기 고체 전해질의 전도율은 10-7 ~ 10-2 S/cm이고, 바람직하게 10-6 ~ 2×10-3 S/cm이다.
본 발명의 제29 양태에 따르면,
무기 나노 입자, 리튬염 및 고리형 에테르계 화합물을 혼합하고, 교반 하에서 무기 나노 입자를 포함하는 리튬염의 고리형 에테르계 화합물 용액, 즉 상기 겔화 가능 시스템을 얻고, 상기 용액을 계속하여 교반하면서 겔화에 의해 상기 고체 전해질을 얻는 단계를 포함하는 상기 고체 전해질의 제조 방법을 제공한다.
바람직하게, 상기 고체 전해질의 제조 방법은 구체적으로,
a)무기 나노 입자를 고리형 에테르계 화합물에 넣고, 균일하게 분산된 혼합 용액을 제조하는 단계;
b)상기 제조된 혼합 용액을 리튬염에 넣고, 교반 하에서 무기 나노 입자를 포함하는 리튬염의 고리형 에테르계 화합물 용액, 즉 상기 겔화 가능 시스템을 얻고, 상기 용액을 계속하여 교반하면서 겔화에 의해 상기 고체 전해질을 얻는 단계를 포함한다.
더 바람직하게, 상기 고체 전해질의 제조 방법은 구체적으로,
무기 나노 입자, 리튬염, 고리형 에테르계 화합물 및 다른 용매 및/또는 전해액을 혼합하고, 교반 하에서 무기 나노 입자를 포함하는 리튬염의 고리형 에테르계 화합물 용액, 즉 상기 겔화 가능 시스템을 얻고, 상기 용액을 계속하여 교반하면서 겔화에 의해 상기 고체 전해질을 얻는 단계를 포함한다.
보다 바람직하게, 상기 고체 전해질의 제조 방법은 구체적으로,
a’) 무기 나노 입자를 고리형 에테르계 화합물에 넣고, 균일하게 분산된 혼합 용액을 제조하는 단계;
b’) 리튬염을 다른 용매 및/또는 전해액에 용해시켜 리튬염 용액을 제조하는 단계;
c’) 단계a’)에서 얻은 혼합 용액을 단계b’)에서 얻은 리튬염 용액에 넣고, 교반 하에서 무기 나노 입자를 포함하는 다른 용매 및/또는 전해액이 용해된 리튬염의 고리형 에테르계 화합물 용액, 즉 상기 겔화 가능 시스템을 얻고, 상기 용액을 계속하여 교반하면서 겔화에 의해 상기 고체 전해질을 얻는 단계를 포함한다.
본 발명에 있어서, 상기 리튬염, 고리형 에테르계 화합물, 무기 나노 입자 및 다른 용매 및/또는 전해액에 대해 미리 수분 제거 처리를 수행하고, 바람직하게, 분자체 및/또는 진공 건조 방법을 이용하여 상기 리튬염, 고리형 에테르계 화합물, 무기 나노 입자 및 다른 용매 및/또는 전해액에 대해 미리 수분 제거 처리를 수행한다.
본 발명에 있어서, 상기 겔화 과정은 방치 조건에서 완성해야 한다. 상기 고체 전해질이 형성되는 온도는 상기 겔 고체 전해질의 변환 온도보다 낮으며, 상기 고체 전해질이 형성되는 시간은 30분 ~ 150시간이다.
본 발명의 제30 양태에 따르면, 상기 겔을 포함하는 겔 전해질을 제공한다.
본 발명의 제31 양태에 따르면, 상기 겔 전해질 및/또는 고체 전해질을 포함하는 리튬계 전지를 제공한다.
본 발명의 제32 양태에 따르면, 리튬계 전지, 건축 재료 등 분야에 사용될 수 있는 상기 겔, 상기 고체 전해질의 응용을 제공한다.
본 발명의 제33 양태에 따르면, 리튬계 전지 등 분야에 사용될 수 있는 상기 겔 전해질의 응용을 제공한다. 바람직하게, 상기 리튬계 전지는 리튬 이온 전지, 리튬황 전지, 리튬에어 전지 중의 적어도 하나를 포함한다.
[ 리튬염 , 첨가제 및 고리형 에테르계 화합물을 포함하는 겔화 가능 시스템 및 이의 제조 방법 및 응용]
본 발명의 제34 양태에 따르면, 겔화 가능 시스템을 제공하며, 상기 시스템은 리튬염, 에테르계 화합물 및 첨가제인 성분을 포함하며; 상기 에테르계 화합물은 고리형 에테르계 화합물로부터 선택되고; 상기 첨가제는 폴리에스테르 또는 이의 블렌드 중의 하나 또는 다수로부터 선택된다. 시스템 중 겔화 가능한 폴리머 및/또는 겔화 가능한 프리폴리머의 질량 백분율은 ≤1 wt%이다.
상기 겔화 가능 시스템에서, 각 성분의 중량 백분율의 합은 100 wt%이다.
본 발명에 있어서, 상기 겔화 가능 시스템에서, 상기 리튬염의 질량 백분율은 5 wt%보다 크거나 같고 60 wt%보다 작거나 같으며; 상기 고리형 에테르계 화합물의 질량 백분율은 20 wt%보다 크거나 같고 90 wt%보다 작거나 같으며; 상기 첨가제의 질량 백분율은 5 wt%보다 크거나 같고 60 wt%보다 작거나 같다.
여기서, 상기 겔화 가능 시스템에서, 상기 리튬염의 질량 백분율은 10 wt%보다 크거나 같고 40 wt%보다 작거나 같으며; 상기 고리형 에테르계 화합물의 질량 백분율은 20 wt%보다 크거나 같고 60 wt%보다 작거나 같으며; 상기 첨가제의 질량 백분율은 20 wt%보다 크고 60 wt%보다 작거나 같다.
여기서, 상기 겔화 가능 시스템에서, 상기 리튬염의 질량 백분율은 10 wt%보다 크거나 같고 40 wt%보다 작거나 같으며; 상기 고리형 에테르계 화합물의 질량 백분율은 60 wt%보다 크고 90 wt%보다 작거나 같으며; 상기 첨가제의 질량 백분율은 5 wt%보다 크거나 같고 20 wt%보다 작거나 같다.
본 발명에 있어서, 상기 겔화 가능 시스템은 다른 용매 및/또는 전해액을 더 포함하며, 상기 다른 용매 및/또는 전해액은 리튬황 전지에 사용되는 전해액, 리튬황 전지에 사용되는 전해액의 용매, 리튬 이온 전지에 사용되는 전해액, 리튬 이온 전지에 사용되는 전해액의 용매 중의 적어도 하나를 포함한다.
본 발명에 있어서, 상기 겔화 가능 시스템에서, 상기 다른 용매 및/또는 전해액의 질량 백분율은 0 wt%보다 크거나 같고 60 wt%보다 작거나 같다. 바람직하게, 상기 겔화 가능 시스템에서, 상기 다른 용매 및/또는 전해액의 질량 백분율은 0 wt%보다 크고 25 wt%보다 작거나 같다.
본 발명에 있어서, 상기 겔화 가능 시스템은 무기 나노 입자를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 겔화 가능 시스템에서, 상기 무기 나노 입자의 질량 백분율은 0 wt%보다 크거나 같고 30 wt%보다 작거나 같다. 바람직하게, 상기 겔화 가능 시스템에서, 상기 무기 나노 입자의 질량 백분율은 0 wt%보다 크고 15 wt%보다 작거나 같다.
본 발명의 제35 양태에 따르면, 상기 겔화 가능 시스템의 겔화에 의해 얻어진 겔을 제공하며; 여기서, 상기 겔화 가능 시스템에서, 상기 리튬염의 질량 백분율은 5 wt%보다 크거나 같고 60 wt%보다 작거나 같으며; 상기 고리형 에테르계 화합물의 질량 백분율은 20 wt%보다 크거나 같고 60 wt%보다 작거나 같으며; 상기 첨가제의 질량 백분율은 5 wt%보다 크거나 같고 60 wt%보다 작거나 같으며; 상기 다른 용매 및/또는 전해액의 질량 백분율은 0 wt%보다 크거나 같고 60 wt%보다 작거나 같으며; 상기 무기 나노 입자의 질량 백분율은 0 wt%보다 크거나 같고 30 wt%보다 작거나 같다.
여기서, 상기 겔화 가능 시스템에서, 상기 리튬염의 질량 백분율은 10 wt%보다 크거나 같고 40 wt%보다 작거나 같으며; 상기 고리형 에테르계 화합물의 질량 백분율은 20 wt%보다 크거나 같고 60 wt%보다 작거나 같으며; 상기 첨가제의 질량 백분율은 20 wt%보다 크거나 같고 60 wt%보다 작거나 같으며; 상기 다른 용매 및/또는 전해액의 질량 백분율은 0 wt%보다 크고 30 wt%보다 작거나 같으며; 상기 무기 나노 입자의 질량 백분율은 0 wt%보다 크고 15 wt%보다 작거나 같다.
본 발명에 있어서, 상기 겔의 변환 온도는 30 ~ 150 ℃이고, 바람직하게 40 ~ 100 ℃이다.
본 발명에 있어서, 상기 겔의 전도율은 10-4 ~ 10-1 S/cm이고, 바람직하게 10-3 ~ 5×10-2 S/cm이다.
본 발명의 제36 양태에 따르면,
첨가제, 리튬염 및 고리형 에테르계 화합물을 혼합하고, 교반 하에서 첨가제를 포함하는 리튬염의 고리형 에테르계 화합물 용액, 즉 상기 겔화 가능 시스템을 얻고, 상기 용액을 계속하여 교반하면서 겔화에 의해 상기 겔을 얻는 단계를 포함하는 상기 겔의 제조 방법을 제공한다.
바람직하게, 상기 겔의 제조 방법은 구체적으로,
1)첨가제를 고리형 에테르계 화합물에 넣어 균일한 혼합 용액을 제조하는 단계;
2)상기 제조된 균일한 혼합 용액을 리튬염에 넣고, 교반 하에서 첨가제의 리튬염의 에테르계 화합물 용액, 즉 상기 겔화 가능 시스템을 얻고, 상기 용액을 계속하여 교반하면서 겔화에 의해 상기 겔을 얻는 단계를 포함한다.
바람직하게, 상기 겔의 제조 방법은 구체적으로,
첨가제, 리튬염, 고리형 에테르계 화합물, 다른 용매 및/또는 전해액 및/또는 무기 나노 입자를 혼합하고, 교반 하에서 첨가제를 포함하는 리튬염의 고리형 에테르계 화합물 용액, 즉 상기 겔화 가능 시스템을 얻고, 상기 용액을 계속하여 교반하면서 겔화에 의해 상기 겔을 얻는 단계를 포함한다.
보다 바람직하게, 상기 겔의 제조 방법은 구체적으로,
1’) 첨가제 및 임의로 선택된 무기 나노 입자를 고리형 에테르계 화합물에 넣고, 균일하게 분산된 혼합 용액을 얻는 단계;
2’) 리튬염을 다른 용매 및/또는 전해액에 용해시켜 리튬염 용액을 제조하는 단계;
3’) 단계1’)에서 얻은 혼합 용액을 단계2’)에서 얻은 리튬염 용액에 넣고, 교반 하에서 첨가제 및 임의로 선택된 무기 나노 입자를 포함하는, 다른 용매 및/또는 전해액이 용해된 리튬염의 고리형 에테르계 화합물 용액, 즉 상기 겔화 가능 시스템을 얻고, 상기 용액을 계속하여 교반하면서 겔화에 의해 상기 겔을 얻는 단계를 포함한다.
더 바람직하게, 상기 겔의 제조 방법은 구체적으로,
1’’) 첨가제 및 무기 나노 입자를 고리형 에테르계 화합물에 넣고, 균일하게 분산된 혼합 용액을 얻는 단계;
2’’) 단계1’’)에서 얻은 혼합 용액을 리튬염에 넣고, 교반 하에서 첨가제 및 무기 나노 입자를 포함하는 리튬염의 고리형 에테르계 화합물 용액, 즉 상기 겔화 가능 시스템을 얻고, 상기 용액을 계속하여 교반하면서 겔화에 의해 상기 겔을 얻는 단계를 포함한다.
본 발명에 있어서, 상기 리튬염, 고리형 에테르계 화합물, 첨가제, 무기 나노 입자 및 다른 용매 및/또는 전해액에 대해 미리 수분 제거 처리를 수행하고; 바람직하게, 분자체 및/또는 진공 건조 방법을 이용하여 상기 리튬염, 고리형 에테르계 화합물 첨가제, 무기 나노 입자 및 다른 용매 및/또는 전해액에 대해 미리 수분 제거 처리를 수행한다.
본 발명에 있어서, 상기 겔이 형성되는 온도는 상기 겔의 변환 온도보다 낮으며, 겔 형성된 시간은 5분 ~ 500시간이다.
본 발명의 제37 양태에 따르면, 상기 겔화 가능 시스템의 겔화에 의해 얻어진 고체 전해질을 제공하며; 여기서, 상기 겔화 가능 시스템에서, 상기 리튬염의 질량 백분율은 5 wt%보다 크거나 같고 60 wt%보다 작거나 같으며; 상기 고리형 에테르계 화합물의 질량 백분율은 60 wt%보다 크고 90 wt%보다 작거나 같으며; 상기 첨가제의 질량 백분율은 5 wt%보다 크거나 같고 60 wt%보다 작거나 같으며; 상기 다른 용매 및/또는 전해액의 질량 백분율은 0 wt%보다 크거나 같고 60 wt%보다 작거나 같으며; 상기 무기 나노 입자의 질량 백분율은 0 wt%보다 크거나 같고 30 wt%보다 작거나 같다.
여기서, 상기 겔화 가능 시스템에서, 상기 리튬염의 질량 백분율은 10 wt%보다 크거나 같고 40 wt%보다 작거나 같으며; 상기 고리형 에테르계 화합물의 질량 백분율은 60 wt%보다 크고 90 wt%보다 작거나 같으며; 상기 첨가제의 질량 백분율은 5 wt%보다 크거나 같고 20 wt%보다 작거나 같으며; 상기 다른 용매 및/또는 전해액의 질량 백분율은 0 wt%보다 크고 15 wt%보다 작거나 같으며; 상기 무기 나노 입자의 질량 백분율은 0 wt%보다 크고 15 wt%보다 작거나 같다.
본 발명에 있어서, 상기 고체 전해질의 변환 온도는 70 ~ 170 ℃이고, 바람직하게 80 ~ 120 ℃이다.
본 발명에 있어서, 상기 고체 전해질의 전도율은 10-7 ~ 10-3 S/cm이고, 바람직하게 10-5 ~ 10-3 S/cm이다.
본 발명의 제38 양태에 따르면,
첨가제, 리튬염 및 고리형 에테르계 화합물을 혼합하고, 교반 하에서 첨가제를 포함하는 리튬염의 고리형 에테르계 화합물 용액, 즉 상기 겔화 가능 시스템을 얻고, 상기 용액을 계속하여 교반하면서 겔화에 의해 상기 고체 전해질을 얻는 단계를 포함하는 상기 고체 전해질의 제조 방법을 제공한다.
바람직하게, 상기 고체 전해질의 제조 방법은 구체적으로,
1)첨가제를 고리형 에테르계 화합물에 넣어 균일한 혼합 용액을 제조하는 단계;
2)상기 제조된 균일한 혼합 용액을 리튬염에 넣고, 교반 하에서 첨가제의 리튬염의 에테르계 화합물 용액, 즉 상기 겔화 가능 시스템을 얻고, 상기 용액을 계속하여 교반하면서 겔화에 의해 상기 고체 전해질을 얻는 단계를 포함한다.
바람직하게, 상기 고체 전해질의 제조 방법은 구체적으로,
첨가제, 리튬염, 고리형 에테르계 화합물, 다른 용매 및/또는 전해액 및/또는 무기 나노 입자를 혼합하고, 교반 하에서 첨가제를 포함하는 리튬염의 고리형 에테르계 화합물 용액, 즉 상기 겔화 가능 시스템을 얻고, 상기 용액을 계속하여 교반하면서 겔화에 의해 상기 고체 전해질을 얻는 단계를 포함한다.
보다 바람직하게, 상기 고체 전해질의 제조 방법은 구체적으로,
1’) 첨가제 및 임의로 선택된 무기 나노 입자를 고리형 에테르계 화합물에 넣고, 균일하게 분산된 혼합 용액을 제조하는 단계;
2’) 리튬염을 다른 용매 및/또는 전해액에 용해시켜 리튬염 용액을 제조하는 단계;
3’) 단계1’)에서 얻은 혼합 용액을 단계2’)에서 얻은 리튬염 용액에 넣고, 교반 하에서 첨가제 및 임의로 선택된 무기 나노 입자를 포함하는, 다른 용매 및/또는 전해액이 용해된 리튬염의 고리형 에테르계 화합물 용액, 즉 상기 겔화 가능 시스템을 얻고, 상기 용액을 계속하여 교반하면서 겔화에 의해 상기 고체 전해질을 얻는 단계를 포함한다.
더 바람직하게, 상기 고체 전해질의 제조 방법은 구체적으로,
1’’) 첨가제 및 무기 나노 입자를 고리형 에테르계 화합물에 넣고, 균일하게 분산된 혼합 용액을 제조하는 단계;
2’’) 단계1’’)에서 얻은 혼합 용액을 리튬염에 넣고, 교반 하에서 첨가제 및 무기 나노 입자를 포함하는 리튬염의 고리형 에테르계 화합물 용액, 즉 상기 겔화 가능 시스템을 얻고, 상기 용액을 계속하여 교반하면서 겔화에 의해 상기 고체 전해질을 얻는 단계를 포함한다.
본 발명에 있어서, 상기 리튬염, 고리형 에테르계 화합물, 첨가제, 무기 나노 입자 및 다른 용매 및/또는 전해액에 대해 미리 수분 제거 처리를 수행하고; 바람직하게, 분자체 및/또는 진공 건조 방법을 이용하여 상기 리튬염, 고리형 에테르계 화합물 첨가제, 무기 나노 입자 및 다른 용매 및/또는 전해액에 대해 미리 수분 제거 처리를 수행한다.
본 발명에 있어서, 상기 고체 전해질이 형성되는 온도는 상기 고체 전해질의 변환 온도보다 낮으며, 상기 고체 전해질이 형성되는 시간은 50분 ~ 200시간이다.
본 발명의 제39 양태에 따르면, 상기 겔을 포함하는 겔 전해질을 제공한다.
본 발명의 제40 양태에 따르면, 상기 겔 전해질 및/또는 고체 전해질을 포함하는 리튬계 전지를 제공한다.
본 발명의 제41 양태에 따르면, 리튬계 전지 등 분야에 사용되는 상기 겔, 상기 고체 전해질, 상기 겔 전해질의 응용을 제공한다. 바람직하게, 상기 리튬계 전지는 리튬 이온 전지, 리튬황 전지, 리튬에어 전지 중의 적어도 하나를 포함한다.
[ 리튬염 및 직쇄형 에테르계 화합물을 포함하는 겔화 가능 시스템 및 이의 제조 방법 및 응용]
본 발명의 제42 양태에 따르면, 겔화 가능 시스템을 제공하며, 상기 시스템은 리튬염 및 에테르계 화합물인 성분을 포함하고; 상기 에테르계 화합물은 직쇄형 에테르계 화합물로부터 선택되며; 시스템 중 겔화 가능한 폴리머 및/또는 겔화 가능한 프리폴리머의 질량 백분율은 1 wt%보다 작거나 같다.
상기 겔화 가능 시스템에서, 각 성분의 중량 백분율의 합은 100 wt%이다.
본 발명에 있어서, 상기 리튬염의 질량 백분율은 2 wt%보다 크거나 같고 75 wt%보다 작거나 같으며; 상기 직쇄형 에테르계 화합물의 질량 백분율은 25 wt%보다 크거나 같고 98 wt%보다 작거나 같다.
여기서, 상기 리튬염의 질량 백분율은 5 wt%보다 크거나 같고 20 wt%보다 작으며; 상기 직쇄형 에테르계 화합물의 질량 백분율은 80 wt%보다 크고 95 wt%보다 작거나 같으며, 또는 상기 리튬염의 질량 백분율은 20 wt%보다 크거나 같고 30 wt%보다 작거나 같으며; 상기 직쇄형 에테르계 화합물의 질량 백분율은 70 wt%보다 크거나 같고 80 wt%보다 작거나 같다.
본 발명에 있어서, 상기 겔화 가능 시스템은 다른 용매 및/또는 전해액을 더 포함하며, 상기 다른 용매 및/또는 전해액은 리튬황 전지에 사용되는 전해액, 리튬황 전지에 사용되는 전해액의 용매, 리튬 이온 전지에 사용되는 전해액, 리튬 이온 전지에 사용되는 전해액의 용매 중의 적어도 하나를 포함한다.
본 발명에 있어서, 상기 겔화 가능 시스템에서, 상기 다른 용매 및/또는 전해액의 질량 백분율은 0 wt%보다 크거나 같고 75 wt%보다 작거나 같다. 바람직하게, 상기 겔화 가능 시스템에서, 상기 다른 용매 및/또는 전해액의 질량 백분율은 0 wt%보다 크고 60 wt%보다 작거나 같다.
본 발명에 있어서, 상기 겔화 가능 시스템은 무기 나노 입자를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 겔화 가능 시스템에서, 상기 무기 나노 입자의 질량 백분율은 0 wt%보다 크거나 같고 30 wt%보다 작거나 같다. 바람직하게, 상기 겔화 가능 시스템에서, 상기 무기 나노 입자의 질량 백분율은 0 wt%보다 크고 20 wt%보다 작거나 같다.
본 발명의 제43 양태에 따르면, 상기 겔화 가능 시스템의 겔화에 의해 얻어진 겔을 제공한다. 여기서, 상기 리튬염의 질량 백분율은 2 wt%보다 크거나 같고 20 wt%보다 작으며; 상기 직쇄형 에테르계 화합물의 질량 백분율은 80 wt%보다 크거나 같고 98 wt%보다 작거나 같으며; 상기 다른 용매 및/또는 전해액의 질량 백분율은 0 wt%보다 크거나 같고 75 wt%보다 작거나 같으며; 상기 무기 나노 입자의 질량 백분율은 0 wt%보다 크거나 같고 30 wt%보다 작거나 같다.
바람직하게, 상기 리튬염의 질량 백분율은 5 wt%보다 크거나 같고 20 wt%보다 작으며; 상기 직쇄형 에테르계 화합물의 질량 백분율은 80 wt%보다 크고 95 wt%보다 작거나 같으며; 상기 다른 용매 및/또는 전해액의 질량 백분율0 wt%보다 크고 60 wt%보다 작거나 같으며; 상기 무기 나노 입자의 질량 백분율은 0 wt%보다 크고 20 wt%보다 작거나 같다.
본 발명에 있어서, 상기 겔의 변환 온도는 40 ~ 170 ℃이고, 바람직하게 55 ~ 130 ℃이고, 더 바람직하게 55 ~ 85 ℃이다.
본 발명에 있어서, 상기 겔의 전도율은 10-5 ~ 10-1 S/cm이고, 바람직하게 10-5 ~ 5×10-2 S/cm이다.
본 발명의 제44 양태에 따르면,
직쇄형 에테르계 화합물, 리튬염 및 임의로 선택된 다른 용매 및/또는 전해액 및 임의로 선택된 무기 나노 입자를 혼합하고, 교반 하에서 리튬염의 직쇄형 에테르계 화합물 용액, 즉 상기 겔화 가능 시스템을 얻고, 상기 용액을 계속하여 교반하면서 겔화에 의해 상기 겔을 얻는 단계를 포함하는 상기 겔의 제조 방법을 제공한다.
바람직하게, 상기 겔의 제조 방법은 구체적으로,
직쇄형 에테르계 화합물을 리튬염에 넣고, 교반 하에서 리튬염의 직쇄형 에테르계 화합물 용액을 얻고, 임의로 선택적으로 다른 용매 및/또는 전해액 및/또는 무기 나노 입자를 리튬염의 직쇄형 에테르계 화합물 용액, 즉 상기 겔화 가능 시스템에 넣고, 상기 용액을 계속하여 교반하면서 겔화에 의해 상기 겔을 얻는 단계를 포함한다.
본 발명에 있어서, 상기 리튬염, 직쇄형 에테르계 화합물, 임의로 선택된 다른 용매 및/또는 전해액 및 임의로 선택된 무기 나노 입자에 대해 미리 수분 제거 처리를 수행하고; 바람직하게, 분자체 및/또는 진공 건조 방법을 이용하여 상기 리튬염, 직쇄형 에테르계 화합물, 임의로 선택된 다른 용매 및/또는 전해액 및 임의로 선택된 무기 나노 입자에 대해 미리 수분 제거 처리를 수행한다.
본 발명에 있어서, 상기 겔화 과정은 방치 조건에서 완성해야 한다. 상기 겔이 형성되는 온도는 상기 겔의 변환 온도보다 낮으며, 상기 겔이 형성되는 시간은 30초 ~ 300시간이다.
본 발명의 제45 양태에 따르면, 상기 겔화 가능 시스템의 겔화에 의해 얻어진 고체 전해질을 제공하며; 여기서, 상기 리튬염의 질량 백분율은 20 wt%보다 크거나 같고 75 wt%보다 작거나 같으며; 상기 직쇄형 에테르계 화합물의 질량 백분율은 25 wt%보다 크거나 같고 80 wt%보다 작거나 같으며; 상기 다른 용매 및/또는 전해액의 질량 백분율은 0 wt%보다 크거나 같고 75 wt%보다 작거나 같으며; 상기 무기 나노 입자의 질량 백분율은 0 wt%보다 크거나 같고 30 wt%보다 작거나 같다.
바람직하게, 상기 리튬염의 질량 백분율은 20 wt%보다 크거나 같고 30 wt%보다 작거나 같으며; 상기 직쇄형 에테르계 화합물의 질량 백분율은 70 wt%보다 크거나 같고 80 wt%보다 작거나 같으며; 상기 다른 용매 및/또는 전해액의 질량 백분율0 wt%보다 크고 60 wt%보다 작거나 같으며; 상기 무기 나노 입자의 질량 백분율은 0 wt%보다 크고 20 wt%보다 작거나 같다.
본 발명에 있어서, 상기 고체 전해질의 변환 온도는 70 ~ 140 ℃이고, 바람직하게 75 ~ 110 ℃이다.
본 발명에 있어서, 상기 고체 전해질의 전도율은 10-7 ~ 10-3 S/cm이고, 바람직하게 10-6 ~ 10-3 S/cm이며, 더 바람직하게 10-5 ~ 10-3 S/cm이다.
본 발명의 제46 양태에 따르면,
직쇄형 에테르계 화합물, 리튬염 및 임의로 선택된 다른 용매 및/또는 전해액 및 임의로 선택된 무기 나노 입자를 혼합하고, 교반 하에서 리튬염의 직쇄형 에테르계 화합물 용액, 즉 상기 겔화 가능 시스템을 얻고, 상기 용액을 계속하여 교반하면서 겔화에 의해 상기 고체 전해질을 얻는 단계를 포함하는 상기 고체 전해질의 제조 방법을 제공한다.
바람직하게, 상기 고체 전해질의 제조 방법은 구체적으로,
직쇄형 에테르계 화합물을 리튬염에 넣고, 교반 하에서 리튬염의 직쇄형 에테르계 화합물 용액을 얻고, 임의로 선택적으로 다른 용매 및/또는 전해액 및/또는 무기 나노 입자를 리튬염의 직쇄형 에테르계 화합물 용액, 즉 상기 겔화 가능 시스템에 넣고, 상기 용액을 계속하여 교반하면서 겔화에 의해 상기 고체 전해질을 얻는 단계를 포함한다.
본 발명에 있어서, 상기 리튬염, 직쇄형 에테르계 화합물, 임의로 선택된 다른 용매 및/또는 전해액 및 임의로 선택된 무기 나노 입자에 대해 미리 수분 제거 처리를 수행하고; 바람직하게, 분자체 및/또는 진공 건조 방법을 이용하여 상기 리튬염, 직쇄형 에테르계 화합물, 임의로 선택된 다른 용매 및/또는 전해액 및 임의로 선택된 무기 나노 입자에 대해 미리 수분 제거 처리를 수행한다.
본 발명에 있어서, 상기 겔화 과정은 방치 조건에서 완성해야 한다. 상기 고체 전해질이 형성되는 온도는 상기 고체 전해질의 변환 온도보다 낮으며, 상기 고체 전해질이 형성되는 시간은 30분 ~ 200시간이다.
본 발명의 제47 양태에 따르면, 상기 겔을 포함하는 겔 전해질을 제공한다.
본 발명의 제48 양태에 따르면, 상기 겔 전해질 및/또는 고체 전해질을 포함하는 리튬계 전지를 제공한다.
본 발명의 제49 양태에 따르면, 리튬계 전지 등 분야에 사용되는 상기 겔, 상기 고체 전해질, 상기 겔 전해질의 응용을 제공한다. 바람직하게, 상기 리튬계 전지는 리튬 이온 전지, 리튬황 전지, 리튬에어 전지 중의 적어도 하나를 포함한다.
[고리형 에테르계 화합물]
본 발명의 겔화 가능 시스템은 에테르계 화합물을 함유하며, 상기 에테르계 화합물은 고리형 에테르계 화합물로부터 선택된다. 상기 고리형 에테르계 화합물은 적어도 하나의 산소 원자를 포함하는 C2 ~ C20 시클로알칸(즉 고리형 구조 중의 탄소 원자 개수가 2 ~ 20개임)으로부터 선택되거나 적어도 하나의 산소 원자를 포함하는 C3 ~ C20 시클로알켄(즉 고리형 구조 중의 탄소 원자 개수가 3 ~ 20개임)로부터 선택되고, 여기서 적어도 하나의 탄소-탄소 이중결합을 포함한다.
본 발명에 있어서, 상기 시클로알칸 또는 시클로알켄은 단일 고리, 축합 고리(예를 들어, 이중 고리), 스피로 고리 또는 브릿지된 고리이며, 상기 시클로알칸 또는 시클로알켄이 스피로 고리 또는 브릿지된 고리이며 2개 이상의 산소 원자를 함유할 경우, 산소 원자는 하나의 고리에 있을 수 있고, 복수 개의 고리에 있을 수도 있다.
본 발명에 있어서, 상기 고리형 에테르계 화합물은 적어도 하나의 산소 원자를 포함하는 C2 ~ C20의 모노시클로알칸으로부터 선택되고, 바람직하게, 적어도 하나의 산소 원자를 포함하는 C3 ~ C20의 모노시클로알칸으로부터 선택되며, 예를 들어 하기 제1유형 화합물 중의 하나이다:
Figure pct00001
본 발명에 있어서, 상기 고리형 에테르계 화합물은 적어도 하나의 산소 원자를 포함하는 C4 ~ C20의 축합 시클로알칸으로부터 선택되며, 예를 들어, 하기 제2유형 화합물 중의 하나이다:
Figure pct00002
Figure pct00003
Figure pct00004
본 발명에 있어서, 상기 고리형 에테르계 화합물은 적어도 하나의 산소 원자를 포함하는 C4 ~ C20의 브릿지된 시클로알칸으로부터 선택되며, 예를 들어, 하기 제3유형 화합물 중의 하나이다:
Figure pct00005
본 발명에 있어서, 상기 고리형 에테르계 화합물은 적어도 하나의 산소 원자를 포함하는 C4 ~ C20의 스피로 시클로알칸으로부터 선택되며, 예를 들어, 하기 제4유형 화합물 중의 하나이다:
Figure pct00006
Figure pct00007
Figure pct00008
본 발명에 있어서, 상기 제4유형의 화합물 중의 고리 구조 상의 C-C 결합에서 적어도 하나가 C=C로 대체되고 안정적으로 존재하는 화합물이며, 상기 적어도 하나의 산소 원자를 포함하는 C3 ~ C20 시클로알켄은 본 발명의 바람직한 고리형 에테르계 화합물 중 하나이다.
본 발명에 있어서, 상기 시클로알칸 또는 시클로알켄이 단일 고리 또는 축합 고리일 경우, 이의 상기 고리에서의 탄소 원자는 하나 또는 복수 개의 R1기에 의해 치환될 수 있으며; 상기 시클로알칸 또는 시클로알켄이 브릿지된 고리일 경우, 이의 비가교(non bridging) 연결 고리의 탄소 원자는 하나 또는 복수 개의 R1기에 의해 치환될 수 있고; 상기 시클로알칸 또는 시클로알켄이 스피로 고리일 경우, 이의 고리에서의 탄소 원자는 하나 또는 복수 개의 R1기에 의해 치환될 수 있으며, 상기 R1기는 알킬기(alkyl group), 알케닐기(Alkenyl group), 알키닐기(alkynyl group), 알콕시기(alkoxy group), 알킬티오(alkylthio), 할로알킬(Haloalkyl), 시클로알킬기(cycloalkyl group), 시클로알킬옥시(Cycloalkyloxy), 시클로알킬티오(Cycloalkylthio), 헤테로시클릭기(Heterocyclic group), 헤테로시클릴옥시(Heterocyclyloxy), 헤테로시클릴티오(Heterocyclylthio), 아릴기(aryl group), 아릴옥시(Aryloxy), 헤테로아릴기(Heteroaryl group), 헤테로아릴옥시(Heteroaryloxy), 히드록시기(hydroxyl group), 메르캅토기(mercapto group), 니트로기(nitro group), 카르복시기(Carboxyl Group), 아미노기(amino group), 에스테르기(ester group), 할로겐(halogen), 아실기(acyl group), 알데히드기(Aldehyde group)인 그룹(기) 중 하나로부터 선택된다.
본 발명에 있어서, 상기 하나의 산소를 포함하는 고리형 에테르계 화합물은 치환 또는 비치환된 옥세탄(oxetane), 치환 또는 비치환된 테트라히드로푸란(Tetrahydrofuran), 치환 또는 비치환된 테트라히드로피란(Tetrahydropyran)으로부터 선택되며; 상기 치환기의 개수는 하나 또는 복수 개일 수 있고; 상기 치환기는 상기 R1기이다.
본 발명에 있어서, 상기 하나의 산소를 포함하는 고리형 에테르계 화합물은 3,3-디클로로메틸옥세탄(3,3-dichloromethyloxetane), 2-클로로메틸옥세탄(2-chloromethyloxetane), 2-클로로메틸프로필렌옥사이드(2-chloromethyl propylene oxide), 1,4-에폭시시클로헥산(1,4-epoxycyclohexane), 1,3-에폭시시클로헥산(1,3-epoxycyclohexane), 테트라히드로푸란(Tetrahydrofuran), 2-메틸테트라히드로푸란(2-methyltetrahydrofuran), 3-메틸테트라히드로푸란(3-methyltetrahydrofuran), 테트라히드로피란(Tetrahydropyran), 2-메틸테트라히드로피란(2-methyltetrahydropyran), 옥세판(Oxepane), 옥사시클로옥탄(Oxacyclooctane), 옥사시클로노난(Oxacyclononane) 또는 옥사시클로데칸(Oxacyclodecane)으로부터 선택된다.
본 발명에 있어서, 상기 2개 산소를 포함하는 고리형 에테르계 화합물은 치환 또는 비치환된 1,3-디옥솔란(1,3-dioxolane, DOL), 치환 또는 비치환된 1,4-디옥산(1,4-Dioxane)으로부터 선택되며; 상기 치환기의 개수는 하나 또는 복수 개일 수 있고; 상기 치환기는 상기 R1기이다.
본 발명에 있어서, 상기 3개 산소를 포함하는 고리형 에테르계 화합물은 치환 또는 비치환된 트리옥산(Trioxane)으로부터 선택되고; 상기 치환기의 개수는 하나 또는 복수 개일 수 있으며; 상기 치환기는 상기 R1기이다.
본 발명에 있어서, 상기 보다 많은 산소를 포함하는 고리형 에테르계 화합물은 치환 또는 비치환된 18-크라운-6(18-Crown-6), 치환 또는 비치환된 12-크라운-4, 치환 또는 비치환된 24-크라운-8로부터 선택되며; 상기 치환기의 개수는 하나 또는 복수 개일 수 있고; 상기 치환기는 상기 R1기이다.
[ 직쇄형 에테르계 화합물]
본 발명의 겔화 가능 시스템은 에테르계 화합물을 함유하며, 상기 에테르계 화합물은 직쇄형 에테르계 화합물로부터 선택된다. 상기 직쇄형 에테르계 화합물의 일반식은 식(1)에 표시된 바와 같다:
R1-O-(R2-O)n-R3 식(1)
여기서, n은 0보다 큰 정수이며; R2는 직쇄 또는 측쇄의 C1 ~ C6의 알킬렌(Alkylene), 직쇄 또는 측쇄의 C2 ~ C6의 알케닐렌(Alkenylene)로부터 선택되고; 상기 R2의 탄소 원자의 H는 알케닐기(Alkenyl group), 알키닐기(alkynyl group), 알콕시기(alkoxy group), 알킬티오(alkylthio), 시클로알킬기(cycloalkyl group), 시클로알킬옥시(Cycloalkyloxy), 시클로알킬티오(Cycloalkylthio), 헤테로시클릭기(Heterocyclic group), 헤테로시클릴옥시(Heterocyclyloxy), 헤테로시클릴티오(Heterocyclylthio), 아릴기(aryl group), 아릴옥시(Aryloxy), 헤테로아릴기(Heteroaryl group), 헤테로아릴옥시(Heteroaryloxy), 히드록시기(hydroxyl group), 메르캅토기(mercapto group), 니트로기(nitro group), 카르복시기(Carboxyl Group), 아미노기(amino group), 에스테르기(ester group), 할로겐(halogen), 아실기(acyl group), 알데히드기(Aldehyde group)인 그룹(기) 중의 적어도 하나에 의해 치환되며;
R1 및 R3은 동일하거나 상이하며, 상호 독립적으로 수소 원자, 알킬기(alkyl group), 시클로알킬기(cycloalkyl group), 헤테로시클릭기(Heterocyclic group), 알케닐기(Alkenyl group), 알키닐기(alkynyl group) 중의 하나 또는 다수로부터 선택되고; 상기 R1 및 R3의 탄소 원자의 H는 알케닐기(Alkenyl group), 알키닐기(alkynyl group), 알콕시기(alkoxy group), 알킬티오(alkylthio), 시클로알킬기(cycloalkyl group), 시클로알킬옥시(Cycloalkyloxy), 시클로알킬티오(Cycloalkylthio), 헤테로시클릭기(Heterocyclic group), 헤테로시클릴옥시(Heterocyclyloxy), 헤테로시클릴티오(Heterocyclylthio), 아릴기(aryl group), 아릴옥시(Aryloxy), 히드록시기(hydroxyl group), 메르캅토기(mercapto group), 니트로기(nitro group), 카르복시기(Carboxyl Group), 아미노기(amino group), 에스테르기(ester group), 할로겐(halogen), 아실기(acyl group), 알데히드기(Aldehyde group)인 그룹(기) 중의 적어도 하나에 의해 치환된다.
여기서, n은 1 ~ 6 사이의 정수이고; R2는 직쇄 또는 측쇄의 C1 ~ C4의 알킬렌(Alkylene), 직쇄 또는 측쇄의 C2 ~ C6의 알케닐렌(Alkenylene)으로부터 선택되며, R1 및 R3은 동일하거나 상이하고, 상호 독립적으로 직쇄 또는 측쇄의 C1 ~ C6의 알킬기(alkyl group)로부터 선택된다.
여기서, R2는 메틸기, 에틸기, 프로필기, 이소프로필기, 부틸기, 이소부틸기, 비닐기(Vinyl group)로부터 선택되고; R1 및 R3은 동일하거나 상이하며, 상호 독립적으로 메틸기, 에틸기, 프로필기로부터 선택되며, R1 및 R3은 동일하거나 상이하며, 상호 독립적으로 메틸기, 에틸기, 프로필기로부터 선택된다.
여기서, 상기 직쇄형 에테르계 화합물은 디메톡시에탄(dimethoxyethane), 디에톡시에탄(Diethoxyethane), 에틸렌글리콜메틸에테르(Ethylene glycol methyl ether), 1,4-부탄디올디메틸에테르(1,4-butanediol dimethyl ether), 1,4-부탄디올디에틸에테르(1,4-butanediol diethyl ether), 1,4-부탄디올메틸에테르(1,4-butanediol methyl ether) 중의 하나 또는 다수로부터 선택된다.
본 발명에 있어서, 상기 직쇄형 에테르계 화합물은 예를 들어 하기 화합물 중의 하나이다.
Figure pct00009
[다른 용매 및/또는 전해액]
본 발명에 있어서, 상기 다른 용매 및/또는 전해액은 리튬황 전지에 사용되는 전해액, 리튬황 전지에 사용되는 전해액의 용매, 리튬 이온 전지에 사용되는 전해액, 리튬 이온 전지에 사용되는 전해액의 용매 중의 적어도 하나를 포함한다.
본 발명에 있어서, 상기 리튬 이온 전지에 사용되는 전해액은 리튬 이온 전지에 사용되는 리튬염을 포함하는 에스테르류 혼합액, 예를 들어, 1M 리튬 헥사플루오로포스페이트(lithium hexafluorophosphate)(LiPF6)을 포함하는 에틸렌 카보네이트(Ethylene Carbonate, EC) 및 디메틸 카보네이트(Dimethyl carbonate, DMC)의 혼합액으로부터 선택되고, 여기서, 상기 에틸렌 카보네이트(Ethylene Carbonate, EC) 및 디메틸 카보네이트(Dimethyl carbonate, DMC)의 부피비는 1:1이다.
본 발명에 있어서, 상기 리튬 이온 전지에 사용되는 전해액의 용매는 리튬 이온 전지에 사용되는 전해액의 고리형 비수성 유기용매 및 리튬 이온 전지에 사용되는 전해액의 사슬형 비수성 유기용매 중의 적어도 하나로부터 선택된다.
본 발명에 있어서, 상기 고리형 비수성 유기용매는 에틸렌 카보네이트(Ethylene Carbonate, EC), 프로필렌카보네이트(Propylene Carbonate, PC), 플루오로에틸렌카보네이트(Fluoroethylene carbonate, FEC), γ-부티로락톤(γ-butyrolactone, GBL), 아황산비닐에스테르(ES), 프로필렌설파이트(Propylene sulfite, PS), 설포레인(Sulfolane, SL), 글리세릴카보네이트(Glyceryl carbonate, GC) 중의 적어도 하나로부터 선택된다.
본 발명에 있어서, 상기 사슬형 비수성 유기용매는 디에틸카보네이트(Diethyl carbonate, DEC), 디메틸 카보네이트(Dimethyl carbonate, DMC), 에틸 메틸 카보네이트(Ethyl Methyl Carbonate, EMC), 메틸프로필카보네이트(Methyl propyl carbonate, MPC), 디프로필카보네이트(Dipropyl carbonate, DPC), 에틸프로필카보네이트(Ethyl propyl carbonate, EPC), 에틸아세테이트(Ethyl acetate, EA), 프로필아세테이트(Propyl acetate, PA), 에틸프로피오네이트(Ethyl propionate, EP), 부티르산에틸(Ethyl butyrate, EB), 메틸부티레이트(Methyl butyrate, MB), 디메틸설파이트(Dimethyl sulfite, DMS), 디에틸설파이트(Diethyl sulfite, DES), 메틸에틸설파이트(Methyl ethyl sulfite, EMS), 메틸설포닐메탄(Methylsulfonylmethane, MSM), 디메틸설폭시드(dimethyl sulfoxide, DMSO) 중의 적어도 하나로부터 선택된다.
본 발명에 있어서, 상기 리튬황 전지에 사용되는 전해액은 리튬염을 포함하는 에테르계 혼합액, 예를 들어, 1M 리튬 디플루오로메탄설폰이미드(Lithium difluoromethane sulfonimide, LiTFSI)를 포함하는 1,3-디옥솔란(1,3-dioxolane, DOL) 및 디메톡시에탄(dimethoxyethane, DME)의 혼합액으로부터 선택되고, 여기서, 상기 1,3-디옥솔란(1,3-dioxolane, DOL) 및 디메톡시에탄(dimethoxyethane, DME)의 부피비는 1:1이다.
본 발명에 있어서, 상기 리튬황 전지에 사용되는 전해액의 용매는 1,3-디옥솔란, 1,2-디메톡시에테인(1,2-dimethoxyethane), 트리에틸렌글리콜디메틸에테르(triethylene glycol dimethyl ether), 테트라에틸렌글리콜디메틸에테르(Tetraethylene glycol dimethyl ether), 플루오로에틸렌카보네이트(Fluoroethylene carbonate), 폴리에틸렌글리콜보레이트(Polyethylene glycol borate), 1,1',2,2'-테트라플루오로에틸-2,2',3,3'-테트라플루오로프로펜에테르(1,1',2,2'-tetrafluoroethyl-2,2',3,3'-tetrafluoropropene ether) 중의 하나 또는 다수로부터 선택된다.
[무기 나노 입자]
본 발명에 있어서, 상기 무기 나노 입자는 이산화규소, 산화알루미늄, 질화 규소, 산화아연, 이산화티타늄, 탄화 규소, 규산염, 탄산칼슘, 황산바륨, 점토, 사산화삼철, 산화세륨, 나노 탄소 재료, 산화철 중의 하나 또는 다수로부터 선택된다. 바람직하게, 상기 무기 나노 입자는 이산화규소, 산화알루미늄, 이산화티타늄, 산화아연 중의 하나 또는 다수로부터 선택된다.
[ 리튬염 ]
본 발명에 있어서, 상기 리튬염은 리튬 헥사플루오로포스페이트(lithium hexafluorophosphate), 리튬 테트라플루오로보레이트(lithium tetrafluoroborate), 리튬 헥사플루오로아세네이트(Lithium hexafluoroarsenate), 리튬 퍼클로레이트(lithium perchlorate), 리튬 트리플루오로메탄설포네이트(Lithium trifluoromethanesulfonate), 리튬 퍼플루오로부틸설포네이트(Lithium perfluorobutylsulfonate), 리튬 디플루오로메탄설폰이미드(Lithium difluoromethane sulfonimide), 리튬 디플루오로설폰이미드(Lithium difluorosulfonimide), 리튬 알루미네이트(lithium aluminate), 리튬 클로로알루미네이트(Lithium chloroaluminate), 리튬 플루오로설폰이미드(Lithium fluorosulfonimide), 리튬 클로라이드(Lithium chloride) 및 리튬 아이오다이드(Lithium iodide) 중의 하나 또는 다수로부터 선택될 수 있으며;
바람직하게, 리튬 이온 전지에 사용될 경우, 상기 리튬염은 리튬 헥사플루오로포스페이트(lithium hexafluorophosphate), 리튬 퍼클로레이트(lithium perchlorate) 중의 하나 또는 2개로부터 선택된다.
바람직하게, 리튬황 전지에 사용될 경우, 상기 리튬염은 리튬 헥사플루오로포스페이트(lithium hexafluorophosphate), 리튬 헥사플루오로아세네이트(Lithium hexafluoroarsenate), 리튬 퍼클로레이트(lithium perchlorate), 리튬 트리플루오로메탄설포네이트(Lithium trifluoromethanesulfonate), 리튬 디플루오로메탄설폰이미드(Lithium difluoromethane sulfonimide), 리튬 디플루오로설폰이미드(Lithium difluorosulfonimide), 리튬 플루오로설폰이미드(Lithium fluorosulfonimide), 리튬 클로라이드(Lithium chloride) 중의 하나 또는 다수로부터 선택된다.
[첨가제]
본 발명에 있어서, 상기 첨가제는 폴리에스테르 또는 이의 블렌드 중의 하나 또는 다수로부터 선택된다. 여기서 상기 폴리에스테르는 폴리산 또는 산무수물(acid anhydride)과 폴리알콜의 중축합에 의해 얻어진다.
여기서, 상기 폴리산은 이염기산, 삼염기산 또는 다가산으로부터 선택되고, 상기 폴리알콜은 2가알콜, 3가알콜 또는 다가알콜로부터 선택된다.
일 바람직한 실시형태에서, 상기 폴리산은 치환 또는 비치환된 옥살산(Oxalic acid), 말론산(Malonic acid), 숙신산(Succinic Acid), 부텐디오익산(butenedioic acid), 글루타르산(Glutaric acid), 아디프산(adipic acid), 피멜산(pimelic acid), 수베르산(suberic acid), 세바스산(Sebacic acid), 아젤라산(Azelaic acid), 트리카르발릴산(Tricarballylic acid) 등 폴리산 중의 하나 또는 2개 또는 3개 또는 3개 이상으로부터 선택되고; 상기 치환기의 개수는 하나 또는 복수 개일 수 있으며; 상기 치환기가 복수 개일 경우, 고리형을 이룰 수 있고; 상기 치환기는 알킬기(alkyl group), 시클로알킬기(cycloalkyl group), 아릴기(aryl group), 히드록시기(hydroxyl group), 아미노기(amino group), 에스테르기(ester group), 할로겐(halogen), 아실기(acyl group), 알데히드기(Aldehyde group), 메르캅토기(mercapto group), 알콕시기(alkoxy group) 중의 하나 또는 다수이다.
일 바람직한 실시형태에서, 상기 산무수물은 치환 또는 비치환된 옥살산무수물(Oxalic anhydride), 말론산무수물(Malonic anhydride), 숙신산무수물(Succinic anhydride), 부텐디오익산무수물(butenedioic anhydride), 글루타르산무수물(Glutaric anhydride), 아디프산무수물(adipic anhydride), 피멜산무수물(pimelic anhydride), 수베르산무수물(suberic anhydride), 세바스산무수물(Sebacic anhydride), 아젤라산무수물(Azelaic anhydride), 헥사히드로프탈산무수물(Hexahydrophthalic anhydride), 테트라히드로프탈산무수물(Tetrahydrophthalic anhydride) 등 산무수물 중의 하나 또는 2개 또는 3개 또는 3개 이상으로부터 선택되고; 상기 치환기의 개수는 하나 또는 복수 개일 수 있으며; 상기 치환기가 복수 개일 경우, 고리형을 이룰 수 있고; 상기 치환기는 알킬기(alkyl group), 시클로알킬기(cycloalkyl group), 아릴기(aryl group), 히드록시기(hydroxyl group), 아미노기(amino group), 에스테르기(ester group), 할로겐(halogen), 아실기(acyl group), 알데히드기(Aldehyde group), 메르캅토기(mercapto group), 알콕시기(alkoxy group) 중의 하나 또는 다수이다.
일 바람직한 실시형태에서, 상기 폴리알콜은 치환 또는 비치환된 프로필렌글리콜(Propylene Glycol), 부탄디올(Butanediol), 펜탄디올(Pentanediol), 헥실렌글리콜(Hexylene Glycol) , 헵탄디올(Heptanediol), 옥탄디올(Octanediol), 노난디올(Nonanediol), 데칸디올(Decanediol), 폴리에틸렌글리콜(Polyethylene glycol), 글리세롤(Glycerol) 등 폴리알콜 중의 하나 또는 다수로부터 선택되고; 상기 치환기의 개수는 하나 또는 복수 개일 수 있으며; 상기 치환기가 복수 개일 경우, 고리형을 이룰 수 있고; 상기 치환기는 알킬기(alkyl group), 시클로알킬기(cycloalkyl group), 아릴기(aryl group), 히드록시기(hydroxyl group), 아미노기(amino group), 에스테르기(ester group), 할로겐(halogen), 아실기(acyl group), 알데히드기(Aldehyde group), 메르캅토기(mercapto group), 알콕시기(alkoxy group) 중의 하나 또는 다수이다.
일 바람직한 실시형태에서, 상기 폴리알콜은 폴리에틸렌글리콜(Polyethylene glycol), 또는 폴리에틸렌글리콜(Polyethylene glycol)과 프로필렌글리콜(Propylene Glycol), 부탄디올(Butanediol), 펜탄디올(Pentanediol), 헥실렌글리콜(Hexylene Glycol) , 헵탄디올(Heptanediol), 옥탄디올(Octanediol), 노난디올(Nonanediol), 데칸디올(Decanediol) 등 폴리알콜 중의 하나 또는 다수의 조합으로부터 선택된다.
일 바람직한 실시형태에서, 상기 폴리에틸렌글리콜(Polyethylene glycol)의 중합도는 100 ~ 1000이며, 바람직하게 150 ~ 800이고, 더 바람직하게 200 ~ 600이다. 여기서 상기 폴리에틸렌글리콜(Polyethylene glycol)과 다른 폴리알콜의 중량비는 1:(0 ~ 1)이고, 바람직하게 1:(0 ~ 0.9)이며, 더 바람직하게 1:(0 ~ 0.8)이다.
[용어 및 정의]
달리 설명되지 않는 한, 본원 발명의 명세서에 기재된 치환기 및 용어 정의는 실예로서의 정의, 예시적 정의, 바람직한 정의, 표에 기재된 정의, 실시예 중 구체적인 화합물의 정의 등을 포함하며, 상호 사이에서 임의로 조합 및 결합될 수 있다. 이러한 조합 및 결합 후의 치환기 정의 및 화합물 구조는 본원 발명의 보호 범위 내에 속하여야 한다.
본 발명에서의 용어 “겔”은 본 기술분야에서 공지된 의미를 가지며, 용어 “겔화”도 본 기술분야에서 공지된 의미를 갖는다.
본 발명에서의 겔화 가능한 폴리머 및/또는 겔화 가능한 프리폴리머는 일정한 조건에서 겔을 형성할 수 있거나 겔화될 수 있는 폴리머 및/또는 프리폴리머를 가리킨다. 제한되지 않게, 본 발명의 상기 겔화 가능한 폴리머 및/또는 겔화 가능한 프리폴리머는 폴리에틸렌옥사이드(Polyethylene oxide, PEO), 폴리에틸렌글리콜(Polyethylene glycol, PEG), 폴리비닐리덴 플루오라이드(polyvinylidene fluoride, PVDF), 폴리염화비닐(Polyvinyl chloride, PVC), 폴리스티렌(Polystyrene, PS), 폴리아크릴로니트릴(Polyacrylonitrile, PAN), 폴리에틸아세테이트(Polyethyl acetate, PVAC), 폴리비닐피롤리돈(Polyvinylpyrrolidone, PVP), 폴리디비닐설파이드(Polydivinyl sulfide, PVS), 폴리트리메틸렌카보네이트(Polytrimethylene carbonate, PTMC), 폴리메틸메타크릴레이트(Polymethylmethacrylate, PMMA), 폴리에틸렌글리콜디메타크릴레이트(Polyethylene glycol dimethacrylate, PEGDM), 폴리옥시프로필렌(Polyoxypropylene, PPO), 폴리디메틸실록산(Polydimethylsiloxane, PDMSO) 또는 이의 프리폴리머, 또는 이의 공중합체(copolymer), 또는 이의 블렌드 중의 하나 또는 다수로부터 선택될 수 있다.
본원 발명의 명세서에 기재된 수치 범위에 있어서, 상기 수치 범위가 “정수”로 정의될 경우, 상기 범위의 2개의 단점(Endpoint) 및 상기 범위 내의 각각의 정수를 기재한 것으로 이해해야 한다. 예를 들어, “0 ~ 10의 정수”는 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 및 10의 각각의 정수를 기재한 것으로 이해해야 한다. 상기 수치 범위가 “수”로 정의될 경우, 상기 범위의 2개의 단점, 상기 범위 내의 각각의 정수 및 상기 범위 내의 각각의 소수(decimal)를 기재한 것으로 이해해야 한다. 예를 들어, “0 ~ 10의 수”는 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 및 10의 각각의 정수를 기재하였을 뿐만 아니라, 적어도 그중 각각의 정수와 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5, 0.6, 0.7, 0.8, 0.9의 합을 각각 기재한 것으로 이해해야 한다.
본 발명에 사용된 “할로겐(halogen)”은 불소, 염소, 브롬 및 요오드를 가리킨다.
본 발명에서 독립적으로 사용되거나 접미사 또는 접두사로 사용되는 “알킬기(alkyl group)”의 의미는 1개 내지 20개, 바람직하게 1 ~ 6개의 탄소 원자(또는 탄소 원자의 구체적 수가 제공되면 상기 구체적 수를 가리킴)를 갖는 측쇄형 및 직쇄형 포화지방족 탄화수소기를 포함한다. 예를 들어, “C1- 6알킬기(alkyl group)”는 1, 2, 3, 4, 5 또는 6개의 탄소 원자를 갖는 직쇄형 및 측쇄형 알킬기(alkyl group)를 표시한다. 알킬기의 실예는 메틸기, 에틸기, n-프로필기, 이소프로필기, n-부틸기, 이소부틸기, 이차 부틸기, tert-부틸기, 펜틸기(pentyl group) 및 헥실기(Hexyl group)를 포함하지만 이에 한정되지 않는다.
본 발명에서 독립적으로 사용되거나 접미사 또는 접두사로 사용되는 “할로알킬(Haloalkyl)” 또는 “할로겐화알킬”의 의미는 적어도 하나의 할로겐 치환기를 가지고 1 ~ 20개, 바람직하게 1 ~ 6개의 탄소 원자(또는 탄소 원자의 구체적 수가 제공되면 상기 구체적 수를 가리킴)를 갖는 측쇄형 및 직쇄형 포화지방족 탄화수소기를 포함한다. 예를 들어, “C1- 10할로알킬(Haloalkyl)”은 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10개의 탄소 원자를 갖는 할로알킬을 표시한다. 할로알킬의 실예는 플루오로메틸기(Fluoromethyl group), 디플루오로메틸기(difluoromethyl group), 트리플루오로메틸기(trifluoromethyl group), 클로로플루오로메틸기(chlorofluoromethyl group), 1-플루오로에틸기(1-fluoroethyl group), 3-플루오로프로필기(3-fluoropropyl group), 2-클로로프로필기(2-chloropropyl group), 3,4-디플루오로부틸기(3,4-difluorobutyl group) 등을 포함하지만 이에 한정되지 않는다.
본 발명에서 독립적으로 사용되거나 접미사 또는 접두사로 사용되는 “알케닐기(Alkenyl group)”의 의미는 2개 내지 20개, 바람직하게 2 ~ 6개의 탄소 원자(또는 탄소 원자의 구체적 수가 제공되면 상기 구체적 수를 가리킴)를 갖는 알케닐기(Alkenyl group) 또는 올레핀(olefin)을 포함한 측쇄형 및 직쇄형 지방족 탄화수소기를 포함한다. 예를 들어, “C2- 6알케닐기”는 2, 3, 4, 5개 또는 6개의 탄소 원자를 갖는 알케닐기를 표시한다. 알케닐기의 실예는 비닐기(Vinyl group), 알릴기(Allyl group), 1-프로페닐기(1-propenyl group), 1-부테닐기(1-butenyl group), 2-부테닐기(2-butenyl group), 3-부테닐기(3-butenyl group), 2-메틸부트-2-에닐기(2-methylbut-2-enyl group), 3-메틸부트-1-에닐기(3-methylbut-1-enyl group), 1-펜테닐기(1-pentenyl group), 3-펜테닐기(3-pentenyl group) 및 4-헥세닐기(4-hexenyl group) 등을 포함하지만 이에 한정되지 않는다.
본 발명에서 독립적으로 사용되거나 접미사 또는 접두사로 사용되는 “알키닐기(alkynyl group)”의 의미는 2개 내지 20개, 바람직하게 2 ~ 6개의 탄소 원자(또는 탄소 원자의 구체적 수가 제공되면 상기 구체적 수를 가리킴)를 갖는 알키닐기(alkynyl group) 또는 알킨을 포함한 측쇄형 및 직쇄형 지방족 탄화수소기를 포함한다. 예를 들어, 에티닐기(Ethynyl group), 프로피닐기(propynyl group)(예를 들어, 1-프로피닐기(1-propynyl group), 2-프로피닐기(2-propynyl group)), 3-부티닐기(3-butynyl group), 펜티닐기(pentynyl group), 헥시닐기(hexynyl group) 및 1-메틸펜트-2-이닐기(1-methylpent-2-ynyl group)이다.
본 발명에 사용되는 용어 “아릴기(aryl group)”는 5개 내지 20개의 탄소 원자로 구성된 방향족 고리 구조를 가리킨다. 예를 들어, 5, 6, 7개 및 8개의 탄소 원자를 포함하는 방향족 고리 구조는 페닐기와 같은 단일 고리 방향족기일 수 있고, 8, 9, 10, 11, 12, 13개 또는 14개의 탄소 원자를 포함하는 고리 구조는 나프틸기와 같은 다중 고리일 수 있다. 방향족 고리는 하나 또는 복수 개의 고리 위치에서 상기 치환기를 치환할 수 있다. 용어 “아릴기(aryl group)”는 2개 또는 보다 많은 개수의 고리를 갖는 다중 고리 시스템을 더 포함하며, 여기서 2개 또는 보다 많은 개수의 탄소는 2개의 인접한 고리에 의해 공유되며(상기 고리는 “축합 고리”임), 여기서 적어도 하나의 고리는 방향족이고 또한 시클로알킬기(cycloalkyl group), 시클로알케닐(cycloalkenyl group), 시클로알키닐기(cycloalkynyl group), 아릴기 및/또는 헤테로시클릭기와 같은 다른 고리일 수 있다. 다중 고리의 실예는 2,3-디히드로-1,4-벤조디옥사디엔(2,3-dihydro-1,4-benzodioxadiene) 및 2,3-디히드로-1-벤조푸란(2,3-dihydro-1-benzofuran)을 포함하지만 이에 한정되지 않는다.
본 발명에 사용되는 용어 “시클로알킬기(cycloalkyl group)”의 의미는 지정된 수의 탄소 원자를 갖는 포화 고리기를 포함한다. 이러한 용어는 축합 또는 브릿지의 다중 고리 시스템을 포함할 수 있다. 시클로알킬기는 이의 고리 구조에서 3개 내지 40개의 탄소 원자를 갖는다. 일 실시예에서, 시클로알킬기는 이의 고리 구조에서 3, 4, 5개 또는 6개의 탄소 원자를 갖는다. 예를 들어, “C3- 6시클로알킬기(cycloalkyl group)”는 시클로프로필기(cyclopropyl group), 시클로부틸기(cyclobutyl group), 시클로펜틸기(cyclopentyl group) 또는 시클로헥실기(cyclohexyl group)와 같은 기를 표시한다.
본 발명에 사용되는 “헤테로아릴기(Heteroaryl group)”는 적어도 하나의 고리 헤테로 원자(예를 들어, 유황, 산소 또는 질소)를 갖는 헤테로 방향족 헤테로 고리를 가리킨다. 헤테로아릴기는 단일 고리 시스템 및 다중 고리 시스템(예를 들어, 2, 3개 또는 4개의 축합 고리를 포함함)을 포함한다. 헤테로아릴기의 실예는 피리딜기(pyridyl group), 피리미디닐기(pyrimidinyl group), 피라지닐기(pyrazinyl group), 피리다지닐기(pyridazinyl group), 트리아지닐기(triazinyl group), 푸릴기(furyl group), 퀴놀릴기(quinolyl group), 이소퀴놀리닐기(isoquinolinyl group), 티에닐기(thienyl group), 이미다졸릴기(imidazolyl group), 티아졸릴기(thiazolyl group), 인돌릴기(indolyl group), 피롤릴기(pyrrolyl group), 옥사졸릴기(oxazolyl group), 벤조푸라닐기(benzofuranyl group), 벤조티에닐기(benzothienyl group), 벤조티아졸릴기(benzothiazolyl group), 이속사졸릴기(isoxazolyl group), 피라졸릴기(pyrazolyl group), 트리아졸릴기(triazolyl group), 테트라졸릴기(tetrazolyl group), 옥사졸릴기(oxazolyl group), 1, 2, 4-티아디아졸릴기(1,2,4-thiadiazolyl group), 이소티아졸릴기(isothiazolyl group), 벤조티에닐기(benzothienyl group), 플루오레닐기(fluorenyl group), 카르바졸릴기(carbazolyl group), 벤즈이미다졸릴기(benzimidazolyl group), 벤조옥사졸릴기(benzoxazolyl group), 아자벤족사졸릴기(azabenzoxazolyl group), 이미다조티아졸릴기(imidazothiazolyl group), 벤조[1,4]디옥세닐기(benzo[1,4]dioxenyl group), 벤조[1,3]디옥솔릴기(benzo[1,3]dioxolyl group) 등을 포함하지만 이에 한정되지 않는다. 일부 실시형태에서, 헤테로아릴기는 3개 내지 40개의 탄소 원자를 가지며 다른 실시형태에서 3개 내지 20개의 탄소 원자를 갖는다. 일부 실시형태에서, 헤테로아릴기는 3개 내지 14개, 4개 내지 14개, 3개 내지 7개 또는 5개 내지 6개의 고리 형성 원자를 포함한다. 일부 실시형태에서, 헤테로아릴기는 1개 내지 4개, 1개 내지 3개 또는 1개 내지 2개의 헤테로 원자를 갖는다. 일부 실시형태에서, 헤테로아릴기는 1개의 헤테로 원자를 갖는다.
달리 설명되지 않는 한, 본 발명에 사용되는 용어 “헤테로시클릭기(Heterocyclic group)”는 3개 내지 20개의 원자를 포함한 포화, 불포화 또는 일부 포화의 단일 고리, 2중 고리, 3중 고리를 가리키며, 여기서 1, 2, 3, 4개 또는 5개의 고리 원자는 질소, 유황 또는 산소로부터 선택되고, 달리 설명되지 않는 한, 이는 탄소 또는 질소에 의해 연결될 수 있으며, 여기서 -CH2-기는 임의로 선택적으로 -C(O)-에 의해 대체되고; 또한 달리 설명되지 않는 한, 고리 질소 원자 또는 고리 유황 원자는 임의로 선택적으로 산화되어 N-산화물 또는 S-산화물을 형성하거나 고리 질소 원자는 임의로 선택적으로 4급 암모늄화되며, 여기서 고리 중의 -NH는 임의로 선택적으로 아세틸기, 포르밀기, 메틸기 또는 메탄설포닐기(methanesulfonyl group)에 의해 치환되고, 고리는 임의로 선택적으로 하나 또는 복수 개의 할로겐(halogen)에 의해 치환된다. 헤테로시클릭기 중 S 원자 및 O 원자의 총수가 1을 초과할 경우, 이러한 헤테로 원자는 서로 인접하지 않음을 이해해야 할 것이다. 상기 헤테로시클릭기가 2중 고리 또는 3중 고리이면, 적어도 하나의 고리는 헤테로 방향족 고리 또는 방향족 고리로부터 임의로 선택될 수 있으며, 조건은 적어도 하나의 고리가 비헤테로 방향족인 것이다. 상기 헤테로시클릭기가 단일 고리이면 이는 방향족이 아니어야 한다. 헤테로시클릭기의 실예는 피페리디닐기(Piperidinyl group), N-아세틸피페리디닐기, N-메틸피페리디닐기, N-포르밀피페라지닐기(N-formyl piperazinyl group), N-메탄설포닐피페라지닐기, 피페라진기(Piperazine group), 피페라지닐기(Piperazinyl group), 아제티디닐기(Azetidinyl group), 옥세탄기, 모르폴리닐기(Morpholinyl group), 테트라히드로이소퀴놀리닐기(Tetrahydroisoquinolinyl group), 테트라히드로퀴놀리닐기(Tetrahydroquinolinyl group), 디히드로인데닐기(Dihydroindenyl group), 테트라히드로피라닐기(Tetrahydropyranyl group), 디히드로-2H-피라닐기(Dihydro-2H-pyranyl group), 테트라히드로푸라닐기(Tetrahydrofuranyl group), 테트라히드로티오피라닐기(Tetrahydrothiopyranyl group), 테트라히드로티오피란-1-옥시드(Tetrahydrothiopyran-1-oxide), 테트라히드로티오피란-1,1-디옥시드(Tetrahydrothiopyran-1,1-dioxide), 1H-피리딘-2-온(1H-pyridin-2-one) 및 2,5-디옥소이미다졸리디닐기(2,5-dioxoimidazolidinyl group)를 포함하지만 이에 한정되지 않는다.
이하 구체적인 실시예를 결부하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. 이러한 실시예는 단지 본 발명을 설명하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 보호 범위를 한정하려는 것이 아님을 이해해야 할 것이다. 이밖에, 본 발명의 기재된 내용을 열독한 후 본 기술분야의 기술자들은 본 발명에 대해 다양한 변경 또는 수정을 진행할 수 있으며, 이러한 등가 형식은 이와 같이 본 발명의 보호 범위에 속함을 이해해야 한다.
[테스트 방법]
본 실시예에 따른 전도율은 Gamry회사의 Interface 1000타입의 전기화학 워크스테이션으로 테스트하여 얻은 것이며, 상기 테스트한 스캔 주파수는 1.0 Hz ~ 100 kHz이다. 본 실시예에 따른 전지의 테스트는 블루 파워 전지팩이다.
[원료 및 시약]
본 실시예에서, 상기 리튬염은 사용 전에, 40 ℃에서 10시간 이상 동안 진공 건조함으로써 수분 제거 처리된다. 상기 고리형 에테르계 화합물은 사용 전에, 분자체에 의해 수분 제거 처리된다. 상기 리튬 이온 전지에 사용되는 전해액 또는 이의 용매의 액체는 사용 전에, 분자체에 의해 수분 제거하여 건조된다. 상기 첨가제는 사용 전에, 45 ℃에서 24시간 이상 동안 진공 건조함으로써 수분 제거 처리된다.
본 실시예에서 사용되는 리튬 이온 전지의 일반 전해액은 1M 리튬 헥사플루오로포스페이트(lithium hexafluorophosphate)을 포함하는 비닐 카보네이트(Vinyl carbonate) 및 디메틸 카보네이트(Dimethyl carbonate)의 혼합액으로부터 선택되며, 여기서, 상기 비닐 카보네이트(Vinyl carbonate) 및 디메틸 카보네이트(Dimethyl carbonate)의 부피비는 1:1이다.
본 실시예에서 사용되는 리튬황 전지의 일반 전해액은 리튬염을 포함하는 에테르계 혼합액, 예를 들어, 1M 리튬 디플루오로메탄설폰이미드(Lithium difluoromethane sulfonimide)를 포함하는 1,3-디옥솔란(1,3-dioxolane, DOL) 및 에틸렌글리콜디메틸에테르(ethylene glycol dimethyl ether)의 혼합액으로부터 선택되며, 여기서, 상기 1,3-디옥솔란(1,3-dioxolane, DOL) 및 에틸렌글리콜디메틸에테르(ethylene glycol dimethyl ether)의 부피비는 1:1이다. 상기 무기 나노 입자는 사용 전에, 60 ℃에서 10시간 이상 동안 진공 건조함으로써 수분 제거 처리된다.
[하기 실시예 중의 전지의 조성]
양극 재료는 리튬 코발트 산화물(Lithium Cobalt Oxide), 리튬 니켈 산화물, 리튬 망간 산화물, 삼상물질(ternary material) 니켈 코발트 망간 산화물, 나노 양극 재료(예를 들어, 나노결정 스피넬(Nanocrystalline spinel) LiMn2O4, 비스무트 망간 광산 MnO2 나노섬유, 폴리피롤(Polypyrrole)이 코팅된 스피넬 LiMn2O4 나노튜브, 폴리피롤/V2O5 나노 복합 재료 등), 블렌딩 전극, 바나듐 산화물, 층상 화합물(예를 들어, 아닐린(aniline) 개질 후의 옥시염화철(FeOCl) 등) 중의 적어도 하나로부터 선택된다.
음극 재료는 금속류 음극 재료(예를 들어, 금속 리튬, 리튬 합금 등), 무기 비금속류 음극 재료(예를 들어, 탄소 재료, 규소 재료 및 다른 상이한 비금속의 복합 재료 등) 중의 적어도 하나로부터 선택된다.
격막은 본 발명에 따른 겔화 가능 시스템에 의해 제조된 고체 전해질 격막 또는 폴리올레핀 다공질막, 예를 들어 폴리에틸렌 미세공막, 폴리프로필렌 미세공막, 삼층 복합 격막 중의 적어도 하나로부터 선택된다.
리튬 이온 전지의 양극 극편의 제조: 양극 재료와 전도성 흑연, 도전제 아세틸렌 블랙(Acetylene black)(super p), 접착제 폴리비닐리덴 플루오라이드(polyvinylidene fluoride, PVDF)를 질량비 85:5:5:5로 균일하게 혼합시키고, N-메틸-피롤리돈(N-methyl-pyrrolidone, NMP)으로 이 혼합물을 페이스트로 배합하여 알루미늄박에 균일하게 플레이팅시키며, 120 ℃의 진공 건조기에서 24시간 건조시켜 비축해둔다.
리튬황 전지의 양극 극편의 제조: 양극 재료와 도전제 아세틸렌 블랙(super p), 접착제 폴리비닐리덴 플루오라이드(polyvinylidene fluoride, PVDF)를 질량비 8:1:1로 균일하게 혼합시키고, N-메틸-피롤리돈(N-methyl-pyrrolidone, NMP)으로 이 혼합물을 페이스트로 배합하여 알루미늄박에 균일하게 플레이팅시키며, 60 ℃의 진공 건조기에서 24시간 건조시켜 비축해둔다.
실시예1-0
(1)겔화 가능 시스템 및 고체 전해질의 제조
시약병에서 0.5 g의 리튬 테트라플루오로보레이트 (lithium tetrafluoroborate) 고체를 취하여, 1.6 mL의 1,3-디옥솔란(1,3-dioxolane, DOL)을 넣고, 자력으로 교반 하에서 리튬염이 전부 용해되도록 리튬염 함량이 23 wt%인 리튬 테트라플루오로보레이트 (lithium tetrafluoroborate)/1,3-디옥솔란(1,3-dioxolane, DOL) 용액으로 배합하여 겔화 가능 시스템을 얻는다. 일정한 시간 방치하여 고체 전해질을 얻는다. 테스트 결과, 상기 고체 전해질의 형성 시간은 6시간이고, 상기 고체 전해질의 형성 온도는 실온이며, 상기 고체 전해질의 변환 온도는 60 ℃이고, 상기 고체 전해질의 전도율은 1.06×10-5 S/cm이다.
제조된 고체 전해질을 60 ℃ 이상까지 가열할 경우, 고체 전해질은 붙기 시작하며, 시약병을 거꾸로 놓았을 때 고체 전해질이 아래로 유동하는 것을 관찰할 수 있는데 이는 고체 전해질의 변환 온도에 이미 도달하였다는 것을 설명하며, 온도가 60 ℃ 이하까지 하강될 경우, 고체 전해질은 또다시 형성되는데 이는 제조된 고체 전해질이 매우 양호한 가역성을 갖고 있음을 설명한다.
이 고체 전해질을 용매(예를 들어, 탈이온수)로 전부 용해시킨 다음, 에탄올에서 침강시키고, 얻은 폴리머를 중수소화 클로로포름(Deuterated chloroform)으로 용해시키며, 핵자기 공명 수소 스펙트럼의 테스트를 진행하고, 테스트 결과는 도 26에 도시된 바와 같으며, 결과로부터 볼 수 있다시피, 3.72 ppm의 화학적 변위는 폴리머 체인 세그먼트 -O-CH2-CH2-O-에 속하고, 4.75 ppm의 화학적 변위는 폴리머 체인 세그먼트 -O-CH2-O-에 속하며, 양자의 적분 면적은 2:1이고, 반복 유닛(-CH2-O-CH2-CH2-O-) 중의 2가지 체인 세그먼트와 동일하며, 이는 전해질 시스템에서 타겟 폴리머를 성공적으로 얻는다는 것을 설명한다.
마찬가지로, 이 고체 전해질을 용매(예를 들어, 탈이온수)로 전부 용해시킨 다음, 에탄올에서 침강시키고, 얻은 폴리머를 적절한 양의 KBr 분말과 연마하여 균일하게 혼합시켜 시트로 가압하고, 적외선 스펙트럼으로 특징을 나타내었는데 도 27로부터 볼 수 있다시피, 1100 cm-1 피크에 대응되는 것은 -CH2-의 신축 진동이고, 2900 cm-1 피크에 대응되는 것은 -CH2-의 신축 진동이며, 상기 화합물의 구조를 더한층 증명한다.
(2)전지의 제조
상기 제조된 고체 전해질을 버튼 전지에 응용시키고, 블루 파워 전지팩을 사용하여 버튼 전지의 전기화학적 성능(테스트 결과는 표1에 열거됨)을 테스트한다. 여기서, 상기 버튼 전지의 제조 방법: 격막을 양극과 음극 사이에 놓고, 삼자 사이에 단계(1)에 의해 제조된 겔화 가능 시스템을 가득 채워, 밀봉 압축하여 CR-2032형 버튼 전지로 조립하고, 상기 겔화 가능 시스템이 고체 전해질로 변할 때까지 방치한다.
실시예1-1
(1)겔화 가능 시스템 및 고체 전해질의 제조
시약병에서 0.5 g의 리튬 테트라플루오로보레이트 (lithium tetrafluoroborate) 고체를 취하여, 1.6 mL의 테트라히드로피란(Tetrahydropyran)을 넣고, 자력으로 교반 하에서 리튬염을 용해시켜 23wt%의 리튬염 함량을 가지는 리튬 테트라플루오로보레이트(lithium tetrafluoroborate)/테트라히드로피란(Tetrahydropyran) 용액으로 배합하여 겔화 가능 시스템을 얻는다. 일정한 시간 방치하여 고체 전해질을 얻는다. 테스트 결과, 상기 고체 전해질의 형성 시간은 6시간이고, 상기 고체 전해질의 형성 온도는 실온이며, 상기 고체 전해질의 변환 온도는 90 ℃이고, 상기 고체 전해질의 전도율은 1.06×10-6 S/cm이다.
제조된 고체 전해질을 90 ℃ 이상까지 가열할 경우, 고체 전해질은 붙기 시작하며, 시약병을 거꾸로 놓았을 때 고체 전해질이 아래로 유동하는 것을 관찰할 수 있는데 이는 고체 전해질의 변환 온도에 이미 도달하였다는 것을 설명하며, 온도가 90 ℃ 이하까지 하강될 경우, 고체 전해질은 또다시 형성되는데 이는 제조된 고체 전해질이 매우 양호한 가역성을 갖고 있음을 설명한다.
(2)전지의 제조
상기 제조된 고체 전해질을 버튼 전지에 응용시키고, 블루 파워 전지팩을 사용하여 버튼 전지의 전기화학적 성능(테스트 결과는 표1에 열거됨)을 테스트한다. 여기서, 상기 버튼 전지의 제조 방법: 격막을 양극과 음극 사이에 놓고, 삼자 사이에 단계(1)에 의해 제조된 겔화 가능 시스템을 가득 채워, 밀봉 압축하여 CR-2032형 버튼 전지로 조립하고, 상기 겔화 가능 시스템이 고체 전해질로 변할 때까지 방치한다.
실시예1-2
(1)겔화 가능 시스템 및 겔(전지로 사용될 수 있는 겔 전해질)의 제조
시약병에서 0.7 g의 리튬 헥사플루오로아세네이트(Lithium hexafluoroarsenate) 고체를 취하여, 5.0 mL의 1,4-디옥산(1,4-Dioxane)을 넣고, 자력으로 교반 하에서 리튬염 함량이 12 wt%인 리튬 헥사플루오로아세네이트(Lithium hexafluoroarsenate)/1,4-디옥산(1,4-Dioxane) 용액으로 배합하여 겔화 가능 시스템을 얻는다. 계속하여 교반하고 일정한 시간 방치하여 겔을 얻는다. 테스트 결과, 테스트 결과, 상기 겔의 형성 시간은 24시간이고, 상기 겔의 형성 온도는 실온이며, 상기 겔의 변환 온도는 65 ℃이고, 상기 겔의 전도율은 5.27×10-4 S/cm이다.
도 1은 실시예1-2의 겔의 광학 사진이며, 도면으로부터 볼 수 있다시피, 상기 리튬염 및 고리형 에테르계 화합물의 배합비를 사용하여 무색 투명한 겔을 제조할 수 있고, 이밖에, 변환 온도 이하일 경우, 시약병을 거꾸로 놓았을 때 유동 현상이 나타나지 않는다.
제조된 고체 전해질을 65 ℃ 이상까지 가열할 경우, 겔은 붙기 시작하며, 시약병을 거꾸로 놓았을 때 겔이 아래로 유동하는 것을 관찰할 수 있는데 이는 겔의 변환 온도에 이미 도달하였다는 것을 설명하며, 온도가 65 ℃ 이하까지 하강될 경우, 겔은 또다시 형성되는데 이는 제조된 겔이 매우 양호한 가역성을 갖고 있음을 설명한다.
(2)전지의 제조
상기 제조된 겔을 겔 전해질로서 버튼 전지에 응용시키고, 블루 파워 전지팩을 사용하여 버튼 전지의 전기화학적 성능(테스트 결과는 표1에 열거됨)을 테스트한다. 여기서, 상기 버튼 전지의 제조 방법: 격막을 양극과 음극 사이에 놓고, 삼자 사이에 단계(1)에 의해 제조된 겔화 가능 시스템을 가득 채워, 밀봉 압축하여 CR-2032형 버튼 전지로 조립하고, 상기 겔화 가능 시스템이 겔 전해질로 변할 때까지 방치한다.
실시예1-3
(1)겔화 가능 시스템 및 고체 전해질의 제조
시약병에서 0.45 g의 리튬 플루오로설폰이미드(Lithium fluorosulfonimide) 및 0.45 g의 리튬 퍼클로레이트(lithium perchlorate)(LiClO4) 고체를 취하여, 3.6 mL의 2-메틸테트라히드로피란을 넣고, 자력으로 교반 하에서 리튬염 함량이 20 wt%인 리튬 플루오로설폰이미드(Lithium fluorosulfonimide)+LiClO4/2-메틸테트라히드로피란 용액으로 배합하여 겔화 가능 시스템을 얻는다. 계속하여 교반하고 일정한 시간 방치하여 고체 전해질을 얻는다. 테스트 결과, 테스트 결과, 상기 고체 전해질의 형성 시간은 12시간이고; 상기 고체 전해질의 형성 온도는 실온이며, 상기 고체 전해질의 변환 온도는 80 ℃이고, 상기 고체 전해질의 전도율은 3.26×10-6 S/cm이다.
도 2는 실시예1-3의 고체 전해질의 광학 사진이며, 도면으로부터 볼 수 있다시피, 상기 리튬염 및 고리형 에테르계 화합물의 배합비를 사용하여 고체 전해질을 제조할 수 있고; 이밖에, 변환 온도 이하일 경우, 시약병을 거꾸로 놓았을 때 고체 전해질은 유동 현상이 나타나지 않는다.
제조된 고체 전해질을 80 ℃ 이상까지 가열할 경우, 고체 전해질은 붙기 시작하며, 시약병을 거꾸로 놓았을 때 고체 전해질이 아래로 유동하는 것을 관찰할 수 있는데 이는 고체 전해질의 변환 온도에 이미 도달하였다는 것을 설명하며, 온도가 80 ℃ 이하까지 하강될 경우, 고체 전해질은 또다시 형성되는데 이는 제조된 고체 전해질이 매우 양호한 가역성을 갖고 있음을 설명한다.
(2)전지의 제조
상기 제조된 고체 전해질을 버튼 전지에 응용시키고, 블루 파워 전지팩을 사용하여 버튼 전지의 전기화학적 성능(테스트 결과는 표1에 열거됨)을 테스트한다. 여기서, 상기 버튼 전지의 제조 방법: 격막을 양극과 음극 사이에 놓고, 삼자 사이에 단계(1)에 의해 제조된 겔화 가능 시스템을 가득 채워, 밀봉 압축하여 CR-2032형 버튼 전지로 조립하고, 상기 겔화 가능 시스템이 고체 전해질로 변할 때까지 방치한다.
실시예1-4
(1)겔화 가능 시스템 및 겔(겔 전해질로 사용될 수 있음)의 제조
시약병에서 0.2 g의 리튬퍼플루오로부틸설포네이트(Lithium perfluorobutyl sulfonate) 및 0.2 g의 리튬 디플루오로설폰이미드(Lithium difluorosulfonimide) 고체를 취하여, 8.0 mL의 1,3-디옥솔란(1,3-dioxolane, DOL)을 넣고, 자력으로 교반 하에서 리튬염 함량이 5 wt%인 리튬퍼플루오로부틸설포네이트(Lithium perfluorobutyl sulfonate)+리튬 디플루오로설폰이미드(Lithium difluorosulfonimide)/DOL 용액으로 배합하여 겔화 가능 시스템을 얻는다. 리튬염이 완전히 용해될 때까지 계속하여 교반하고 일정한 시간 방치하여 겔을 얻는다. 테스트 결과, 테스트 결과, 상기 겔의 형성 시간은 20시간이고, 상기 겔의 형성 온도는 실온이며, 상기 겔의 변환 온도는 45 ℃이고, 상기 겔의 전도율은 6.14×10-3 S/cm이다.
제조된 겔을 45 ℃ 이상까지 가열할 경우, 겔은 붙기 시작하며, 시약병을 거꾸로 놓았을 때 겔이 병 입구로 유동하는 것을 관찰할 수 있는데 이는 이때 겔의 변환 온도에 이미 도달하였다는 것을 설명하며, 온도가 45 ℃ 이하까지 하강될 경우, 겔은 또다시 형성되는데 이는 제조된 겔이 매우 양호한 가역성을 갖고 있음을 설명한다.
(2)전지의 제조
상기 제조된 겔을 겔 전해질로서 버튼 전지에 응용시키고, 블루 파워 전지팩을 사용하여 버튼 전지의 전기화학적 성능(테스트 결과는 표1에 열거됨)을 테스트한다. 여기서, 상기 버튼 전지의 제조 방법: 격막을 양극과 음극 사이에 놓고, 삼자 사이에 단계(1)에 의해 제조된 겔화 가능 시스템을 가득 채워, 밀봉 압축하여 CR-2032형 버튼 전지로 조립하고, 상기 겔화 가능 시스템이 겔 전해질로 변할 때까지 방치한다.
실시예1-5
(1)겔화 가능 시스템 및 겔(겔 전해질로 사용될 수 있음)의 제조
시약병에서 0.3 g의 리튬 클로라이드(Lithium chloride), 0.3 g의 리튬 디플루오로메탄설폰이미드(Lithium difluoromethane sulfonimide) 및 0.2 g의 리튬 퍼클로레이트(lithium perchlorate) 고체를 취하여, 10.0 mL의 테트라히드로푸란을 넣고, 자력으로 교반 하에서 리튬염 함량이 7.4 wt%인 리튬 클로라이드(Lithium chloride)+리튬 디플루오로메탄설폰이미드(Lithium difluoromethane sulfonimide)+리튬 퍼클로레이트(lithium perchlorate)/테트라히드로푸란 용액으로 배합하여 겔화 가능 시스템을 얻는다. 리튬염이 완전히 용해될 때까지 계속하여 교반하고 일정한 시간 방치하여 겔을 형성할 수 있다. 테스트 결과, 상기 겔의 형성 시간은 14시간이고, 상기 겔의 형성 온도는 실온이며, 상기 겔의 변환 온도는 63 ℃이고, 상기 겔의 전도율은 3.52×10-3 S/cm이다.
제조된 겔을 63 ℃ 이상까지 가열할 경우, 겔은 붙기 시작하며, 시약병을 거꾸로 놓았을 때 겔이 아래로 유동하는 것을 관찰할 수 있는데 이는 이때 겔의 변환 온도에 이미 도달하였다는 것을 설명하며, 온도가 63 ℃ 이하까지 하강될 경우, 겔은 또다시 형성되는데 이는 제조된 겔이 매우 양호한 가역성을 갖고 있음을 설명한다.
도 3은 실시예1-5의 겔의 광학 사진이며, 도면으로부터 볼 수 있다시피, 상기 리튬염 및 고리형 에테르계 화합물의 배합비를 사용하여 겔을 제조할 수 있고; 또한 상기 겔은 우수한 인장 성능 및 가소성을 갖고 있으며, 임의의 형상으로 인장하거나 비틀 수 있고 자동으로 복원될 수 없으며, 가소성을 복원하려면 외력이 필요하다.
이 겔 전해질을 용매(예를 들어, 탈이온수)로 전부 용해시킨 다음, 에탄올에서 침강시키고, 얻은 폴리머를 중수소화 클로로포름(Deuterated chloroform)으로 용해시키며, 핵자기 공명 수소 스펙트럼의 테스트를 진행하고, 테스트 결과는 도 31에 도시된 바와 같으며, 결과로부터 볼 수 있다시피, 1.51 ppm의 화학적 변위는 폴리머 체인 세그먼트 -O-CH2-CH 2 -(C의 2개의 H를 굵게 함)에 속하고, 3.37 ppm의 화학적 변위는 폴리머 체인 세그먼트 -O-CH 2 -CH2-(C의 2개의 H를 굵게 함)에 속하며, 양자의 적분 면적은 1:1이고, 반복 유닛(-O-CH2-CH2-CH2-CH2-O-) 중의 2가지 체인 세그먼트와 동일하며, 이는 전해질 시스템에서 타겟 폴리머를 성공적으로 얻는다는 것을 설명한다.
(2)전지의 제조
상기 제조된 겔을 겔 전해질로서 버튼 전지에 응용시키고, 블루 파워 전지팩을 사용하여 버튼 전지의 전기화학적 성능(테스트 결과는 표1에 열거됨)을 테스트한다. 여기서, 상기 버튼 전지의 제조 방법: 격막을 양극과 음극 사이에 놓고, 삼자 사이에 단계(1)에 의해 제조된 겔화 가능 시스템을 가득 채워, 밀봉 압축하여 CR-2032형 버튼 전지로 조립하고, 상기 겔화 가능 시스템이 겔 전해질로 변할 때까지 방치한다.
실시예1-6
(1) 겔화 가능 시스템 및 겔(겔 전해질로 사용될 수 있음)의 제조
시약병에서 0.2 g의 리튬 헥사플루오로포스페이트(lithium hexafluorophosphate) 및 0.2 g의 리튬퍼플루오로부틸설포네이트(Lithium perfluorobutyl sulfonate) 고체를 취하여, 4.0 mL의 1,4-에폭시시클로헥산(1,4-epoxycyclohexane)을 넣고, 자력으로 교반 하에서 리튬염이 전부 용해되도록 리튬염 함량이 10 wt%인 리튬 헥사플루오로포스페이트(lithium hexafluorophosphate)+리튬퍼플루오로부틸설포네이트(Lithium perfluorobutyl sulfonate)/1,4-에폭시시클로헥산(1,4-epoxycyclohexane) 용액으로 배합하여 겔화 가능 시스템을 얻고; 일정한 시간 방치하여 겔을 얻는다. 테스트 결과, 상기 겔의 형성 시간은 12시간이고, 상기 겔의 형성 온도는 실온이며, 상기 겔의 변환 온도는 67 ℃이고, 상기 겔의 전도율은 1.05×10-4 S/cm이다.
제조된 겔을 67 ℃ 이상까지 가열할 경우, 겔은 붙기 시작하며, 시약병을 거꾸로 놓았을 때 겔이 아래로 유동하는 것을 관찰할 수 있는데 이는 이때 겔의 변환 온도에 이미 도달하였다는 것을 설명하며, 온도가 67 ℃ 이하까지 하강될 경우, 겔은 또다시 형성되는데 이는 제조된 겔이 매우 양호한 가역성을 갖고 있음을 설명한다.
(2) 전지의 제조
상기 제조된 겔을 겔 전해질로서 버튼 전지에 응용시키고, 블루 파워 전지팩을 사용하여 버튼 전지의 전기화학적 성능(테스트 결과는 표1에 열거됨)을 테스트한다. 여기서, 상기 버튼 전지의 제조 방법: 격막을 양극과 음극 사이에 놓고, 삼자 사이에 단계(1)에 의해 제조된 겔화 가능 시스템을 가득 채워, 밀봉 압축하여 CR-2032형 버튼 전지로 조립하고, 상기 겔화 가능 시스템이 겔 전해질로 변할 때까지 방치한다.
실시예1-7
(1) 겔화 가능 시스템 및 겔(겔 전해질로 사용될 수 있음)의 제조
시약병에서 1.2 g 트리옥산(Trioxane), 0.15 g의 리튬 디플루오로설폰이미드(Lithium difluorosulfonimide) 및 0.1 g의 리튬퍼플루오로부틸설포네이트(Lithium perfluorobutyl sulfonate) 고체를 취하여, 3.0 mL의 1,4-디옥산(1,4-Dioxane)(사용 전에 분자체에 의해 이미 수분이 제거됨)을 넣고, 자력으로 교반 하에서 리튬염 및 트리옥산(Trioxane)이 전부 용해되도록 리튬염 함량이 6 wt%인 리튬 디플루오로설폰이미드(Lithium difluorosulfonimide)+리튬퍼플루오로부틸설포네이트(Lithium perfluorobutyl sulfonate)/1,4-디옥산(1,4-Dioxane)+트리옥산(Trioxane) 용액으로 배합하고 일정한 시간 방치하여 겔을 얻는다. 테스트 결과, 상기 겔의 형성 시간은 26시간이고, 상기 겔의 형성 온도는 실온이며, 상기 겔의 변환 온도는 82 ℃이고, 상기 겔의 전도율은 4.18×10-3 S/cm이다.
제조된 겔을 82 ℃ 이상까지 가열할 경우, 겔은 붙기 시작하며, 시약병을 거꾸로 놓았을 때 겔이 아래로 유동하는 것을 관찰할 수 있는데 이는 이때 겔의 변환 온도에 이미 도달하였다는 것을 설명하며, 온도가 82 ℃ 이하까지 하강될 경우, 겔은 또다시 형성되는데 이는 제조된 겔이 매우 양호한 가역성을 갖고 있음을 설명한다.
(2) 전지의 제조
상기 제조된 겔을 겔 전해질로서 전지에 응용시키고, 블루 파워 전지팩을 사용하여 전지의 전기화학적 성능(테스트 결과는 표1에 열거됨)을 테스트한다. 여기서, 상기 전지의 제조 방법: 양극 극편과 음극 극편을 상기 겔화 가능 시스템으로 충분히 침윤시킨 다음, 격막을 양극과 음극 사이에 놓고, 상기 단계(1)에 의해 제조된 겔화 가능한 전해액을 다시 주입하여, 밀봉 압축하여 전지로 조립하고, 상기 겔화 가능 시스템이 겔 전해질로 변할 때까지 방치한다.
실시예1-8
(1) 겔화 가능 시스템 및 겔(겔 전해질로 사용될 수 있음)의 제조
시약병에서 0.15 g의 리튬 플루오로설폰이미드(Lithium fluorosulfonimide) 및 0.2 g의 리튬퍼플루오로부틸설포네이트(Lithium perfluorobutyl sulfonate) 고체를 취하여, 1.5 mL의 3-메틸테트라히드로푸란 및 1.5 mL의 1,3-에폭시시클로헥산(1,3-epoxycyclohexane)을 넣고, 자력으로 교반 하에서 리튬염이 전부 용해되도록 리튬염 함량이 12 wt%인 리튬 플루오로설폰이미드(Lithium fluorosulfonimide)+리튬퍼플루오로부틸설포네이트(Lithium perfluorobutyl sulfonate)/3-메틸테트라히드로푸란+1,3-에폭시시클로헥산(1,3-epoxycyclohexane) 용액으로 배합하여 겔화 가능 시스템을 얻는다. 일정한 시간 방치하여 겔을 얻는다. 테스트 결과, 상기 겔의 형성 시간은 12시간이고, 상기 겔의 형성 온도는 실온이며, 상기 겔의 변환 온도는 55 ℃이고; 상기 겔의 전도율은 3.74×10-4 S/cm이다.
제조된 겔을 55 ℃ 이상까지 가열할 경우, 겔은 붙기 시작하며, 시약병을 거꾸로 놓았을 때 겔이 아래로 유동하는 것을 관찰할 수 있는데 이는 겔의 변환 온도에 이미 도달하였다는 것을 설명하며, 온도가 55 ℃ 이하까지 하강될 경우, 겔은 또다시 형성되는데 이는 제조된 겔이 매우 양호한 가역성을 갖고 있음을 설명한다.
(2) 전지의 제조
상기 제조된 겔을 겔 전해질로서 버튼 전지에 응용시키고, 블루 파워 전지팩을 사용하여 버튼 전지의 전기화학적 성능(테스트 결과는 표1에 열거됨)을 테스트한다. 여기서, 상기 버튼 전지의 제조 방법: 상기 단계(1) 중의 겔화 가능 시스템으로 기존의 접착제 폴리비닐리덴 플루오라이드(polyvinylidene fluoride, PVDF)를 대체하고, 양극 극편과 음극 극편을 제조할 시, 활성물질과 도전제에 참여하여 함께 페이스트로 배합하여 극편으로 도포시킨 다음 격막을 양극과 음극 사이에 놓고, 상기 단계(1)에 의해 제조된 겔화 가능한 전해액을 다시 주입하여, 밀봉 압축하여 전지로 조립하고, 상기 겔화 가능 시스템이 겔 전해질로 변할 때까지 방치한다.
실시예1-9
(1) 겔화 가능 시스템 및 겔(겔 전해질로 사용될 수 있음)의 제조
시약병에서 0.15 g의 리튬 헥사플루오로포스페이트(lithium hexafluorophosphate) 및 0.2 g의 리튬 비스(옥살레이트)보레이트 (Lithium bis(oxalate) borate) 고체를 취하여, 1.0 g의 요소, 0.5 g의 트리옥산(Trioxane) 및 1.5 mL의 1,3-에폭시시클로헥산(1,3-epoxycyclohexane)을 넣고, 자력으로 교반 하에서 리튬염이 전부 용해되도록 리튬염 함량이 12 wt%인 리튬 헥사플루오로포스페이트(lithium hexafluorophosphate)+리튬 비스(옥살레이트)보레이트 (Lithium bis(oxalate) borate)/트리옥산(Trioxane)+1,3-에폭시시클로헥산(1,3-epoxycyclohexane) 용액으로 배합하여 겔화 가능 시스템을 얻는다. 일정한 시간 방치하여 겔을 얻는다. 테스트 결과, 상기 겔의 형성 시간은 10시간이고, 상기 겔의 형성 온도는 실온이며, 상기 겔의 변환 온도는 62 ℃이고; 상기 겔의 전도율은 3.88×10-4 S/cm이다.
제조된 겔을 62 ℃ 이상까지 가열할 경우, 겔은 붙기 시작하며, 시약병을 거꾸로 놓았을 때 겔이 아래로 유동하는 것을 관찰할 수 있는데 이는 겔의 변환 온도에 이미 도달하였다는 것을 설명하며, 온도가 62 ℃ 이하까지 하강될 경우, 겔은 또다시 형성되는데 이는 제조된 겔이 매우 양호한 가역성을 갖고 있음을 설명한다.
(2) 전지의 제조
상기 제조된 겔을 겔 전해질로서 1 Ah의 리튬 망간산염 소프트 전지에 응용시키고, 블루 파워 전지팩을 사용하여 소프트 전지의 전기화학적 성능(테스트 결과는 표1에 열거됨)을 테스트한다. 여기서, 상기 소프트 전지의 제조 방법: 격막을 양극과 음극 사이에 놓고 감아 입구 밀봉 시 하나의 액체 주입구를 남겨놓아, 단계(1)에 의해 제조된 겔화 가능 시스템을 주입하고, 진공 밀봉시켜 소프트 전지로 조립하고 상기 겔화 가능 시스템이 겔 전해질로 변할 때까지 방치한다.
표1 실시예1-0 내지 실시예1-9 중의 겔 또는 고체 전해질에 의해 제조된 전지의 성능 파라미터
번호 응용 전지 성능
최초 비용량 50회 순환한 후
잔여 비용량
실시예1-0 리튬황 전지 1118 mAh·g-1 707 mAh·g-1
실시예1-1 리튬황 전지 1204 mAh·g-1 711 mAh·g-1
실시예1-2 리튬황 전지 1352 mAh·g-1 720 mAh·g-1
실시예1-3 리튬황 전지 1097 mAh·g-1 733 mAh·g-1
실시예1-4 리튬황 전지 1174 mAh·g-1 721 mAh·g-1
실시예1-5 리튬 이온 전지 129 mAh·g-1 133 mAh·g-1
실시예1-6 리튬 이온 전지 127 mAh·g-1 130 mAh·g-1
실시예1-7 리튬 이온 전지 132 mAh·g-1 135 mAh·g-1
실시예1-8 리튬 이온 전지 131 mAh·g-1 134 mAh·g-1
실시예1-9 리튬 망간산염 소프트 전지 991.6 mAh 994.1 mAh
도 4는 실시예1-4에서 얻은 겔 전해질을 리튬황 전지의 전해액으로 사용하여 전지로 조립하는 최초 방전도이다. 도면으로부터 알 수 있다시피, 상기 겔 전해질은 리튬황 전지의 전해액으로 사용되어 리튬황 전지가 정상적으로 충전 및 방전할 수 있도록 하여 그중의 활성물질이 충분하게 발휘하게 함으로써 비교적 높은 비용량을 얻는다. 도 5는 실시예1-4에서 얻은 겔 전해질을 리튬황 전지의 전해액으로 사용하여 전지로 조립하는 순환 성능도이다. 도면으로부터 알 수 있다시피, 상기 겔 전해질은 리튬황 전지의 전해액으로 사용되어 “셔틀 효과”를 현저하게 완화시킬 수 있으며, 따라서 활성물질의 이용률을 향상시키고 전지의 순환 성능을 더한층 향상시킨다.
도 28은 실시예1-9에서 얻은 겔 전해질을 리튬 망간산염 소프트 전지(1Ah)의 전해액으로 사용하여 전지로 조립하는 순환 성능 및 이에 대응되는 쿨롱 효율도이며, 도면으로부터 알 수 있다시피, 상기 겔 전해질은 소프트 전지에서 그 용량을 충분히 발휘하여 이론 용량에 근접하도록 하며, 50회 순환 후, 용량은 기본적으로 안정적으로 유지되며, 순환 과정에서 쿨롱 효율은 줄곧 100 %에 근접하면서 매우 양호한 순환 안정성을 나타낸다.
실시예2-1
(1) 겔화 가능 시스템 및 겔(전지로 사용될 수 있는 겔 전해질)의 제조
시약병에서 0.9 g의 리튬 헥사플루오로포스페이트(lithium hexafluorophosphate) 고체를 취하여, 1.5 mL의 디메틸 카보네이트(Dimethyl carbonate, DMC)을 넣어 충분히 교반한 후, 리튬 헥사플루오로포스페이트(lithium hexafluorophosphate)이 완전히 용해되도록 이에 1.5 mL의 1,4-에폭시옥탄(1,4-epoxyoctane)을 넣고, 자력으로 교반 하에서 충분히 혼합하여 겔화 가능 시스템을 얻으며; 일정한 시간 방치하여 겔을 형성한다. 상기 겔 시스템에서, 리튬 이온 전지에 사용되는 리튬염의 질량 백분율은 23 wt%이고; 고리형 에테르계 화합물의 질량 백분율은 38 wt%이며; 리튬 이온 전지에 사용되는 전해액 또는 이의 용매의 질량 백분율은 39 wt%이다. 테스트 결과, 상기 겔의 성능은 표2에 열거된다.
제조된 겔을 상기 겔의 변환 온도 이상까지 가열할 경우, 겔은 붙기 시작하며, 시약병을 거꾸로 놓았을 때 겔이 아래로 유동하는 것을 관찰할 수 있는데 이는 온도가 겔의 변환 온도에 이미 도달하였다는 것을 설명하며, 온도가 겔의 변환 온도 이하까지 하강될 경우, 겔은 또다시 형성되는데 이는 제조된 겔이 매우 양호한 가역성을 갖고 있음을 설명한다.
(2) 전지의 제조
상기 제조된 겔을 겔 전해질로서 버튼 전지에 응용시키고, 블루 파워 전지팩을 사용하여 버튼 전지의 전기화학적 성능(테스트 결과는 표2에 열거됨)을 테스트한다. 여기서, 상기 버튼 전지의 제조 방법: 격막을 양극과 음극 사이에 놓고, 삼자 사이에 단계(1)에 의해 제조된 겔화 가능 시스템을 가득 채워, 밀봉 압축하여 CR-2032형 버튼 전지로 조립하고, 상기 겔화 가능 시스템이 겔 전해질로 변할 때까지 방치한다.
실시예2-2
(1) 겔화 가능 시스템 및 겔(전지로 사용될 수 있는 겔 전해질)의 제조
시약병에서 0.3 g의 리튬 퍼클로레이트(lithium perchlorate) 및 0.3 g의 리튬 테트라플루오로보레이트(lithium tetrafluoroborate) 고체를 취하여, 1.0 mL의 혼합 탄산 에스테르류 용매(부피비가 1:1인 디에틸 카보네이트(Diethyl carbonate, DEC)과 비닐 카보네이트(EC)의 혼합 용액)를 넣고, 자력으로 교반 하에서 리튬염이 전부 용해되도록 한 다음, 상기 혼합액에 1.5 mL의 2-메틸-테트라히드로피란을 넣어 충분히 혼합시킨 후 겔화 가능 시스템을 얻으며; 일정한 시간 방치하여 겔을 형성한다. 상기 겔 시스템에서, 리튬 이온 전지에 사용되는 리튬염의 질량 백분율은 19 wt%이고; 고리형 에테르계 화합물의 질량 백분율은 48 wt%이며; 리튬 이온 전지에 사용되는 전해액 또는 이의 용매의 질량 백분율은 33 wt%이다. 테스트 결과, 상기 겔의 성능 파라미터는 표2에 열거된다.
제조된 겔을 상기 겔의 변환 온도 이상까지 가열할 경우, 겔은 붙기 시작하며, 시약병을 거꾸로 놓았을 때 겔이 아래로 유동하는 것을 관찰할 수 있는데 이는 온도가 겔의 변환 온도에 이미 도달하였다는 것을 설명하며, 온도가 겔의 변환 온도 이하까지 하강될 경우, 겔은 또다시 형성되는데 이는 제조된 겔이 매우 양호한 가역성을 갖고 있음을 설명한다.
(2) 전지의 제조
상기 제조된 겔을 겔 전해질로서 버튼 전지에 응용시키고, 블루 파워 전지팩을 사용하여 버튼 전지의 전기화학적 성능(테스트 결과는 표2에 열거됨)을 테스트한다. 여기서, 상기 버튼 전지의 제조 방법: 격막을 양극과 음극 사이에 놓고, 삼자 사이에 단계(1)에 의해 제조된 겔화 가능 시스템을 가득 채워, 밀봉 압축하여 CR-2032형 버튼 전지로 조립하고, 상기 겔화 가능 시스템이 겔 전해질로 변할 때까지 방치한다.
실시예2-3
(1) 겔화 가능 시스템 및 고체 전해질의 제조
시약병에서 1.2 g의 리튬 플루오로설폰이미드(Lithium fluorosulfonimide) 고체를 취하여, 1.5 mL의 일반 리튬 전지 전해액(1 mol/L LiPF6을 포함하는 디에틸 카보네이트(Diethyl carbonate, DEC)와 비닐 카보네이트(EC)의 혼합 용액이며, 상기 디에틸 카보네이트(Diethyl carbonate, DEC)와 비닐 카보네이트(EC)의 부피비는 1:1임)을 넣고, 자력으로 교반 하에서 리튬염이 완전히 용해되도록 한 다음, 상기 혼합 용액에 5.5 mL의 테트라히드로피란(Tetrahydropyran)을 넣어 충분히 혼합시킨 후 겔화 가능 시스템을 얻으며; 일정한 시간 방치하여 고체 전해질을 형성한다. 상기 고체 전해질 시스템에서, 리튬 이온 전지에 사용되는 리튬염의 질량 백분율은 15 wt%이고; 고리형 에테르계 화합물의 질량 백분율은 67 wt%이며; 리튬 이온 전지에 사용되는 전해액 또는 이의 용매의 질량 백분율은 18 wt%이다. 테스트 결과, 상기 고체 전해질의 성능 파라미터는 표2에 열거된다.
제조된 고체 전해질을 상기 고체 전해질의 변환 온도 이상까지 가열할 경우, 고체 전해질은 붙기 시작하며, 시약병을 거꾸로 놓았을 때 고체 전해질이 아래로 유동하는 것을 관찰할 수 있는데 이는 온도가 고체 전해질의 변환 온도에 이미 도달하였다는 것을 설명하며, 온도가 고체 전해질의 변환 온도 이하까지 하강될 경우, 고체 전해질은 또다시 형성되는데 이는 제조된 고체 전해질이 매우 양호한 가역성을 갖고 있음을 설명한다.
(2) 전지의 제조
상기 제조된 고체 전해질을 버튼 전지에 응용시키고, 블루 파워 전지팩을 사용하여 버튼 전지의 전기화학적 성능(테스트 결과는 표2에 열거됨)을 테스트한다. 여기서, 상기 버튼 전지의 제조 방법: 격막을 양극과 음극 사이에 놓고, 삼자 사이에 단계(1)에 의해 제조된 겔화 가능 시스템을 가득 채워, 밀봉 압축하여 CR-2032형 버튼 전지로 조립하고, 상기 겔화 가능 시스템이 고체 전해질로 변할 때까지 방치한다.
실시예2-4
(1) 겔화 가능 시스템 및 고체 전해질의 제조
시약병에서 0.4 g 리튬 헥사플루오로포스페이트(lithium hexafluorophosphate) 및 0.9 g 리튬 플루오로설폰이미드(Lithium fluorosulfonimide)를 취하여, 1.0 mL의 에틸 메틸 카보네이트(Ethyl Methyl Carbonate, EMC) 및 1.0 mL의 비닐 카보네이트(Vinyl carbonate)을 넣고, 자력으로 교반 하에서 리튬염이 완전히 용해되도록 3.0 mL의 테트라히드로피란(Tetrahydropyran) 및 3.5 mL의 1,3-디옥솔란(1,3-dioxolane, DOL)을 넣어 충분히 혼합시킨 후 겔화 가능 시스템을 얻으며; 일정한 시간 방치하여 고체 전해질을 형성한다. 상기 고체 전해질 시스템에서, 리튬 이온 전지에 사용되는 리튬염의 질량 백분율은 13 wt%이고; 고리형 에테르계 화합물의 질량 백분율은 66 wt%이며; 리튬 이온 전지에 사용되는 전해액 또는 이의 용매의 질량 백분율은 21 wt%이다. 테스트 결과, 상기 고체 전해질의 성능 파라미터는 표2에 열거된다.
제조된 고체 전해질을 상기 고체 전해질의 변환 온도 이상까지 가열할 경우, 고체 전해질은 붙기 시작하며, 시약병을 거꾸로 놓았을 때 고체 전해질이 아래로 유동하는 것을 관찰할 수 있는데 이는 온도가 고체 전해질의 변환 온도에 이미 도달하였다는 것을 설명하며, 온도가 고체 전해질의 변환 온도 이하까지 하강될 경우, 고체 전해질은 또다시 형성되는데 이는 제조된 고체 전해질이 매우 양호한 가역성을 갖고 있음을 설명한다.
(2) 전지의 제조
상기 제조된 고체 전해질을 버튼 전지에 응용시키고, 블루 파워 전지팩을 사용하여 버튼 전지의 전기화학적 성능(테스트 결과는 표2에 열거됨)을 테스트한다.여기서, 상기 버튼 전지의 제조 방법: 격막을 양극과 음극 사이에 놓고, 삼자 사이에 단계(1)에 의해 제조된 겔화 가능 시스템을 가득 채워, 밀봉 압축하여 CR-2032형 버튼 전지로 조립하고, 상기 겔화 가능 시스템이 고체 전해질로 변할 때까지 방치한다.
실시예2-5
(1) 겔화 가능 시스템 및 고체 전해질의 제조
시약병에서 1.85 g 트리옥산(Trioxane), 0.6 g의 리튬 알루미네이트(lithium aluminate) 및 0.2 g의 리튬 테트라플루오로보레이트(lithium tetrafluoroborate) 고체를 취하여, 1.0 mL 프로필렌카보네이트(Propylene Carbonate, PC) 및 0.6 mL γ-부티로락톤(γ-butyrolactone)을 넣고, 자력으로 교반 하에서 리튬염 및 트리옥산(Trioxane)이 전부 용해될 때까지 충분히 혼합시키며, 1.85 mL 테트라히드로푸란을 넣어 충분히 혼합시킨 후 겔화 가능 시스템을 얻으며; 일정한 시간 정지시킨 후 고체 전해질을 형성한다. 상기 고체 전해질 시스템에서, 리튬 이온 전지에 사용되는 리튬염의 질량 백분율은 13.1 wt%이고; 고리형 에테르계 화합물의 질량 백분율은 60.7 wt%이며; 리튬 이온 전지에 사용되는 전해액 또는 이의 용매의 질량 백분율은 26.2 wt%이다. 테스트 결과, 상기 고체 전해질의 성능 파라미터는 표2에 열거된다.
제조된 고체 전해질을 상기 고체 전해질의 변환 온도 이상까지 가열할 경우, 고체 전해질은 붙기 시작하며, 시약병을 거꾸로 놓았을 때 고체 전해질이 아래로 유동하는 것을 관찰할 수 있는데 이는 온도가 고체 전해질의 변환 온도에 이미 도달하였다는 것을 설명하며, 온도가 고체 전해질의 변환 온도 이하까지 하강될 경우, 고체 전해질은 또다시 형성되는데 이는 제조된 고체 전해질이 매우 양호한 가역성을 갖고 있음을 설명한다.
이 고체 전해질을 용매(예를 들어, 탈이온수)로 전부 용해시킨 다음, 에탄올에서 침강시키고, 얻은 폴리머를 중수소화 클로로포름(Deuterated chloroform)으로 용해시키며, 핵자기 공명 수소 스펙트럼의 테스트를 진행하고, 테스트 결과는 도 32에 도시된 바와 같으며, 결과로부터 볼 수 있다시피, 4.50 ppm의 화학적 변위는 -O-CH2-O-에 속하고, 폴리포름알데히드(Polyformaldehyde)의 특징 피크이며, 1.51 ppm의 화학적 변위는 폴리머 체인 세그먼트 -O-CH2-CH 2 -(C의 2개의 H를 굵게 함)에 속하고, 3.37 ppm의 화학적 변위는 -O-CH 2 -CH2-(C의 2개의 H를 굵게 함)에 속하며, 양자의 적분 면적은 1:1이고, 폴리테트라히드로푸란의 반복 유닛 중의 2가지 체인 세그먼트와 동일하며, 2가지 물질의 특징 피크 면적비는 1:1이고, 마침 물질 투여비인데 이는 전해질 시스템에서 타겟 폴리머를 성공적으로 얻는다는 것을 설명한다.
(2) 전지의 제조
상기 제조된 고체 전해질을 버튼 전지에 응용시키고, 블루 파워 전지팩을 사용하여 버튼 전지의 전기화학적 성능(테스트 결과는 표2에 열거됨)을 테스트한다. 여기서, 상기 버튼 전지의 제조 방법: 양극 극편과 음극 극편을 상기 단계(1)에 의해 제조된 겔화 가능 시스템으로 충분히 침윤시킴과 동시에 상기 단계(1)에 의해 제조된 겔화 가능 시스템을 스크래치된 유리판에 도포하고 고체 전해질로 될 때까지 방치한 후 이것을 떼어내어 침윤 후의 양극과 음극 사이에 놓고, 밀봉 압축하여 전지로 조립하고, 상기 겔화 가능 시스템이 고체 전해질로 변할 때까지 방치한다.
실시예2-6
(1) 겔화 가능 시스템 및 겔(전지로 사용될 수 있는 겔 전해질)의 제조
시약병에서 0.8 g 리튬 헥사플루오로아세네이트(Lithium hexafluoroarsenate)을 취하여, 이에 1.0 mL 에틸 메틸 카보네이트(Ethyl Methyl Carbonate, EMC) 및 1.0 mL 디메틸 카보네이트(Dimethyl carbonate)을 넣고, 리튬염이 완전히 용해되도록 교반하며, 상기 리튬염 용액에 4.0 mL 1,4-디옥산(1,4-Dioxane)을 넣어 교반하여 충분히 혼합시킨 후 겔화 가능 시스템을 얻으며; 일정한 시간 정지시킨 후 겔을 형성한다. 상기 겔 시스템에서, 리튬 이온 전지에 사용되는 리튬염의 질량 백분율은 12 wt%이고; 고리형 에테르계 화합물의 질량 백분율은 58 wt%이며; 리튬 이온 전지에 사용되는 전해액 또는 이의 용매의 질량 백분율은 30 wt%이다. 테스트 결과, 상기 겔의 성능 파라미터는 표2에 열거된다.
제조된 겔을 상기 겔의 변환 온도 이상까지 가열할 경우, 겔은 붙기 시작하며, 시약병을 거꾸로 놓았을 때 겔이 아래로 유동하는 것을 관찰할 수 있는데 이는 온도가 겔의 변환 온도에 이미 도달하였다는 것을 설명하며, 온도가 겔의 변환 온도 이하까지 하강될 경우, 겔은 또다시 형성되는데 이는 제조된 겔이 매우 양호한 가역성을 갖고 있음을 설명한다.
(2) 전지의 제조
상기 제조된 겔을 겔 전해질로서 버튼 전지에 응용시키고, 블루 파워 전지팩을 사용하여 버튼 전지의 전기화학적 성능(테스트 결과는 표2에 열거됨)을 테스트한다. 여기서, 상기 버튼 전지의 제조 방법: 격막을 양극과 음극 사이에 놓고, 삼자 사이에 단계(1)에 의해 제조된 겔화 가능 시스템을 가득 채워, 밀봉 압축하여 CR-2032형 버튼 전지로 조립하고, 상기 겔화 가능 시스템이 겔 전해질로 변할 때까지 방치한다.
실시예2-7
(1) 겔화 가능 시스템 및 고체 전해질의 제조
시약병에서 0.6 g 리튬 클로라이드(Lithium chloride) 및 1.0 g 리튬 퍼클로레이트(lithium perchlorate)을 취하여, 이에 1.1 mL 리튬 이온의 일반 전해액을 넣고, 자력으로 교반 하에서 리튬염이 완전히 용해되도록 하며, 이에 2.1 mL 1,4-에폭시시클로헥산(1,4-epoxycyclohexane) 및 2.1 mL 테트라히드로푸란을 넣고 교반하여 충분히 혼합시켜 겔화 가능 시스템을 얻으며; 일정한 시간 정지시킨 후 고체 전해질을 형성한다. 상기 고체 전해질 시스템에서, 리튬 이온 전지에 사용되는 리튬염의 질량 백분율은 23 wt%이고; 고리형 에테르계 화합물의 질량 백분율은 61 wt%이며; 리튬 이온 전지에 사용되는 전해액 또는 이의 용매의 질량 백분율은 16 wt%이다. 테스트 결과, 상기 고체 전해질의 성능 파라미터는 표2에 열거된다.
제조된 고체 전해질을 상기 고체 전해질의 변환 온도 이상까지 가열할 경우, 고체 전해질은 붙기 시작하며, 시약병을 거꾸로 놓았을 때 고체 전해질이 아래로 유동하는 것을 관찰할 수 있는데 이는 온도가 고체 전해질의 변환 온도에 이미 도달하였다는 것을 설명하며, 온도가 고체 전해질의 변환 온도 이하까지 하강될 경우, 고체 전해질은 또다시 형성되는데 이는 제조된 고체 전해질이 매우 양호한 가역성을 갖고 있음을 설명한다.
(2) 전지의 제조
상기 제조된 겔을 겔 전해질로서 버튼 전지에 응용시키고, 블루 파워 전지팩을 사용하여 버튼 전지의 전기화학적 성능(테스트 결과는 표2에 열거됨)을 테스트한다. 여기서, 상기 버튼 전지의 제조 방법: 격막을 양극과 음극 사이에 놓고, 삼자 사이에 단계(1)에 의해 제조된 겔화 가능 시스템을 가득 채워, 밀봉 압축하여 CR-2032형 버튼 전지로 조립하고, 상기 겔화 가능 시스템이 겔 전해질로 변할 때까지 방치한다.
실시예2-8
(1) 겔화 가능 시스템 및 고체 전해질의 제조
시약병에서 1.0 g 트리옥산(Trioxane), 0.6 g 리튬 비스트리플루오로메탄설포네이트(Lithium bistrifluoromethanesulfonate) 및 0.2 g의 리튬 테트라플루오로보레이트(lithium tetrafluoroborate) 고체를 취하여, 0.8 mL tert-부틸카보네이트(Tert-butyl carbonate) 및 0.8 mL 디메틸 카보네이트(Dimethyl carbonate)을 넣고, 자력으로 교반 하에서 리튬염 및 트리옥산(Trioxane)이 전부 용해될 때까지 충분히 혼합하며, 2.7 mL 테트라히드로푸란을 넣어 충분히 혼합시킨 후 겔화 가능 시스템을 얻으며; 일정한 시간 정지시킨 후 고체 전해질을 형성한다. 상기 고체 전해질 시스템에서, 리튬 이온 전지에 사용되는 리튬염의 질량 백분율은 13 wt%이고; 고리형 에테르계 화합물의 질량 백분율은 61 wt%이며; 리튬 이온 전지에 사용되는 전해액 또는 이의 용매의 질량 백분율은 26 wt%이다. 테스트 결과, 상기 고체 전해질의 성능 파라미터는 표2에 열거된다.
제조된 고체 전해질을 상기 고체 전해질의 변환 온도 이상까지 가열할 경우, 고체 전해질은 붙기 시작하며, 시약병을 거꾸로 놓았을 때 고체 전해질이 아래로 유동하는 것을 관찰할 수 있는데 이는 온도가 고체 전해질의 변환 온도에 이미 도달하였다는 것을 설명하며, 온도가 고체 전해질의 변환 온도 이하까지 하강될 경우, 고체 전해질은 또다시 형성되는데 이는 제조된 고체 전해질이 매우 양호한 가역성을 갖고 있음을 설명한다.
(2) 전지의 제조
상기 제조된 고체 전해질을 버튼 전지에 응용시키고, 블루 파워 전지팩을 사용하여 버튼 전지의 전기화학적 성능(테스트 결과는 표2에 열거됨)을 테스트한다.여기서, 상기 버튼 전지의 제조 방법: 격막을 양극과 음극 사이에 놓고, 삼자 사이에 단계(1)에 의해 제조된 겔화 가능 시스템을 가득 채워, 밀봉 압축하여 CR-2032형 버튼 전지로 조립하고, 상기 겔화 가능 시스템이 고체 전해질로 변할 때까지 방치한 다음, 60 ℃의 고온 존건에서 순환시킨다.
비교예2-1
시약병에서 1.0 g 리튬 디플루오로메탄설폰이미드(Lithium difluoromethane sulfonimide) 및 1.0 g 리튬 헥사플루오로포스페이트(lithium hexafluorophosphate)을 취하여, 4.0 mL 리튬 이온 전지 일반 전해액(1M LiPF6을 포함하는 디메틸 카보네이트(Dimethyl carbonate, DMC)과 비닐 카보네이트(EC)의 부피비=1/1)을 넣어 충분히 교반하여 리튬염이 완전히 용해되도록 하고 정지시킨다. 상기 시스템에서, 리튬 이온 전지에 사용되는 리튬염의 질량 백분율은 33 wt%이고; 고리형 에테르계 화합물의 질량 백분율은 0 wt%이며; 리튬 이온 전지에 사용되는 전해액 또는 이의 용매의 질량 백분율은 67 wt%이다.
방치한 시간이 긴 용액의 유동성은 모두 우수하며, 안정적인 겔을 형성할 수 없다는 것이 발견되었다. 이는 고리형 에테르계 화합물이 없는 경우에 리튬염 및 용매만 혼합하여 안정적인 겔을 형성할 수 없다는 것을 설명한다.
도 6은 실시예2-1에서 얻은 겔 전해질을 리튬 이온 전지의 전해액으로 사용하여 전지로 조립하는 최초 방전도이다. 도면으로부터 알 수 있다시피, 상기 겔 전해질은 리튬 이온 전지의 전해액으로 사용되어, 리튬 이온 전지가 정상적으로 충전 및 방전할 수 있도록 하여 그중의 활성물질이 충분하게 발휘하게 함으로써 비교적 높은 비용량을 얻는다.
도 7은 실시예2-1에서 얻은 겔 전해질을 리튬 이온 전지의 전해액으로 사용하여 전지로 조립하는 순환 성능도이다. 도면으로부터 알 수 있다시피, 상기 겔은 리튬 이온 전지의 전해액으로 사용되어, 안정적인 순환 성능을 나타낼 수 있으며, 비용량은 기본적으로 변하지 않고 유지된다.
도 8은 실시예2-4에서 얻은 고체 전해질을 리튬 이온 전지의 전해질로 사용하여 전지로 조립하는 최초 방전도이다. 도면으로부터 알 수 있다시피, 상기 고체 전해질은 리튬 이온 전지의 전해액으로 사용되어, 리튬 이온 전지가 정상적으로 충전 및 방전할 수 있도록 하여 그중의 활성물질이 충분하게 발휘하게 함으로써 비교적 높은 비용량을 얻는다.
도 9는 실시예2-4에서 얻은 고체 전해질을 리튬 이온 전지의 전해질로 사용하여 전지로 조립하는 순환 성능도이다. 도면으로부터 알 수 있다시피, 상기 고체 전해질은 리튬 이온 전지의 전해액으로 사용되어, 안정적인 순환 성능을 나타낼 수 있으며, 비용량은 기본적으로 변하지 않고 유지된다.
도 29는 실시예2-8에서 얻은 고체 전해질을 리튬인산철의 전해질로 사용하여 전지로 조립하는 순환 성능도이다. 도면으로부터 알 수 있다시피, 60 ℃의 고온에서, 상기 고체 전해질의 최초 방전 비용량은 148.7 mAh·g-1이고, 50회 순환한 후, 방전 비용량은 142.9 mAh·g-1인데, 이는 비교적 양호한 고온 성능을 나타낸다.
표2 실시예2-1 내지 2-8 및 비교예2-1의 겔 전해질 및/또는 고체 전해질 및 제조된 전지의 성능 파라미터
실시예 (a)
/%		 (b)
/%		 (c)
/%		 형성
상태		 형성
온도
/℃		 형성
시간
/h		 변환
온도
/℃		 전도율
/S·cm-1 		전지 성능
/mAh·g-1
최초
비용량		 50회
순환 후
잔여
비용량
2-1 23 38 39 겔
전해질		 실온 5 75 5.71×10-3 124 126
2-2 19 48 33 겔
전해질		 실온 7 65 1.02×10-2 125 128
2-3 15 67 18 고체
전해질		 실온 12 105 2.44×10-5 114 118
2-4 13 66 21 고체
전해질		 실온 8 95 7.23×10-5 119 121
2-5 13.1 60.7 26.2 고체
전해질		 실온 18 70 4.12×10-4 124 129
2-6 12 58 30 겔
전해질		 실온 15 72 6.21×10-4 122 126
2-7 23 61 16 고체
전해질		 실온 20 116 1.12×10-5 117 120
2-8 13 61 26 고체
전해질		 실온 14 78 3.15×10-4 148.7 142.9
비교예
2-1		 33 0 67 -- 실온 -- -- -- -- --
여기서, (a) 성분은 리튬 이온 전지에 사용되는 리튬염이고, (b) 성분은 고리형 에테르계 화합물이며, (c) 성분은 리튬 이온 전지에 사용되는 전해액 또는 이의 용매이다.
실시예3-1
(1) 겔화 가능 시스템 및 겔(전지로 사용될 수 있는 겔 전해질)의 제조
시약병에서 0.8 g의 리튬 헥사플루오로아세네이트(Lithium hexafluoroarsenate) 및 0.4 g의 리튬 디플루오로메탄설폰이미드(Lithium difluoromethane sulfonimide, LiTFSI) 고체를 취하여, 3.2 mL의 에틸렌글리콜디메틸에테르(ethylene glycol dimethyl ether, DME)를 넣고, 리튬 헥사플루오로아세네이트(Lithium hexafluoroarsenate) 및 리튬 디플루오로메탄설폰이미드(Lithium difluoromethane sulfonimide)가 완전히 용해되도록 충분히 교반한 후 이에 4.7 mL의 2-클로로메틸프로필렌옥시드(2-chloromethyl propylene oxide)를 넣고, 자력으로 교반 하에서 충분히 혼합하여 겔화 가능 시스템을 얻으며; 일정한 시간 방치하여 겔을 형성한다. 상기 겔 시스템에서, 리튬염의 질량 백분율은 13 wt%이고; 고리형 에테르계 화합물의 질량 백분율은 52 wt%이며; 리튬황 전지에 사용되는 전해액 또는 이의 용매의 질량 백분율은 35 wt%이다. 테스트 결과, 상기 겔의 성능 파라미터는 표3에 열거된다. 제조된 겔을 상기 겔의 변환 온도 이상까지 가열할 경우, 겔은 붙기 시작하며, 시약병을 거꾸로 놓았을 때 겔이 아래로 유동하는 것을 관찰할 수 있는데 이는 온도가 겔의 변환 온도에 이미 도달하였다는 것을 설명하며, 온도가 겔의 변환 온도 이하까지 하강될 경우, 겔은 또다시 형성되는데 이는 제조된 겔이 매우 양호한 가역성을 갖고 있음을 설명한다.
(2) 전지의 제조
상기 제조된 겔을 겔 전해질로서 버튼 전지에 응용시키고, 블루 파워 전지팩을 사용하여 버튼 전지의 전기화학적 성능(테스트 결과는 표3에 열거됨)을 테스트한다. 여기서, 상기 버튼 전지의 제조 방법: 격막을 양극과 음극 사이에 놓고, 삼자 사이에 단계(1)에 의해 제조된 겔화 가능 시스템을 가득 채워, 밀봉 압축하여 CR-2032형 버튼 전지로 조립하고, 상기 겔화 가능 시스템이 겔 전해질로 변할 때까지 방치한다.
실시예3-2
(1) 겔화 가능 시스템 및 겔(전지로 사용될 수 있는 겔 전해질)의 제조
시약병에서 1.0 g의 리튬트리플루오로메틸레이트(Lithium trifluoromethylate) 및 0.2 g의 리튬 퍼클로레이트(lithium perchlorate) 고체를 취하여, 2.0 mL 리튬황 전지 일반 전해액(1M 리튬 디플루오로메탄설폰이미드(Lithium difluoromethane sulfonimide, LiTFSI), 여기서, 1,4-디옥솔란(1,4-dioxolane) 및 에틸렌글리콜디메틸에테르(ethylene glycol dimethyl ether)의 부피비는 1:1임)을 넣고, 자력으로 교반 하에서 리튬 퍼클로레이트(lithium perchlorate) 및 리튬트리플루오로메틸레이트(Lithium trifluoromethylate)가 전부 용해될 때까지 4.0 mL의 1,4-에폭시시클로헥산(1,4-epoxycyclohexane)을 넣어 충분히 혼합시킨 후 겔화 가능 시스템을 얻으며; 일정한 시간 방치하여 겔을 형성한다. 상기 겔 시스템에서, 리튬염의 질량 백분율은 20 wt%이고; 고리형 에테르계 화합물의 질량 백분율은 56 wt%이며; 리튬황 전지에 사용되는 전해액 또는 이의 용매의 질량 백분율은 24 wt%이다. 테스트 결과, 상기 겔의 성능 파라미터는 표3에 열거된다. 제조된 겔을 상기 겔의 변환 온도 이상까지 가열할 경우, 겔은 붙기 시작하며, 시약병을 거꾸로 놓았을 때 겔이 아래로 유동하는 것을 관찰할 수 있는데 이는 온도가 겔의 변환 온도에 이미 도달하였다는 것을 설명하며, 온도가 겔의 변환 온도 이하까지 하강될 경우, 겔은 또다시 형성되는데 이는 제조된 겔이 매우 양호한 가역성을 갖고 있음을 설명한다.
(2) 전지의 제조
상기 제조된 겔을 겔 전해질로서 버튼 전지에 응용시키고, 블루 파워 전지팩을 사용하여 버튼 전지의 전기화학적 성능(테스트 결과는 표3에 열거됨)을 테스트한다. 여기서, 상기 버튼 전지의 제조 방법: 격막을 양극과 음극 사이에 놓고, 삼자 사이에 단계(1)에 의해 제조된 겔화 가능 시스템을 가득 채워, 밀봉 압축하여 CR-2032형 버튼 전지로 조립하고, 상기 겔화 가능 시스템이 겔 전해질로 변할 때까지 방치한다.。
실시예3-3
(1) 겔화 가능 시스템 및 고체 전해질의 제조
시약병에서 1.0 g의 리튬 플루오로설폰이미드(Lithium fluorosulfonimide), 0.5 g 리튬 헥사플루오로포스페이트(lithium hexafluorophosphate) 및 0.2 g 리튬 클로라이드(Lithium chloride)을 취하여, 이에 1 mL의 1M 리튬 디플루오로메탄설폰이미드(Lithium difluoromethane sulfonimide, LiTFSI)를 포함하는 테트라에틸렌글리콜디메틸에테르(Tetraethylene glycol dimethyl ether) 및 2.0 mL 트리에틸렌글리콜디메틸에테르(Triethylene glycol dimethyl ether)를 넣고, 자력으로 교반 하에서 리튬염이 완전히 용해되도록 하며, 8.0 mL의 테트라히드로푸란을 넣어 충분히 혼합시킨 후 겔화 가능 시스템을 얻으며; 일정한 시간 방치하여 고체 전해질을 형성한다. 상기 고체 전해질 시스템에서, 리튬염의 질량 백분율은 15 wt%이고; 고리형 에테르계 화합물의 질량 백분율은 68 wt%이며; 리튬황 전지에 사용되는 전해액 또는 이의 용매의 질량 백분율은 17 wt%이다. 테스트 결과, 상기 고체 전해질의 성능 파라미터는 표3에 열거된다. 제조된 고체 전해질을 상기 고체 전해질의 변환 온도 이상까지 가열할 경우, 고체 전해질은 붙기 시작하며, 시약병을 거꾸로 놓았을 때 고체 전해질이 아래로 유동하는 것을 관찰할 수 있는데 이는 온도가 고체 전해질의 변환 온도에 이미 도달하였다는 것을 설명하며, 온도가 고체 전해질의 변환 온도 이하까지 하강될 경우, 고체 전해질은 또다시 형성되는데 이는 제조된 고체 전해질이 매우 양호한 가역성을 갖고 있음을 설명한다.
(2) 전지의 제조
상기 제조된 고체 전해질을 버튼 전지에 응용시키고, 블루 파워 전지팩을 사용하여 버튼 전지의 전기화학적 성능(테스트 결과는 표3에 열거됨)을 테스트한다. 여기서, 상기 버튼 전지의 제조 방법: 격막을 양극과 음극 사이에 놓고, 삼자 사이에 단계(1)에 의해 제조된 겔화 가능 시스템을 가득 채워, 밀봉 압축하여 CR-2032형 버튼 전지로 조립하고, 상기 겔화 가능 시스템이 고체 전해질로 변할 때까지 방치한다.
실시예3-4
(1) 겔화 가능 시스템 및 고체 전해질의 제조
시약병에서 0.75 g 리튬 클로라이드 알루미네이트(Lithium chloroaluminate) 및 0.1 g 리튬 디플루오로설폰이미드(Lithium difluorosulfonimide)를 취하여 1.2 mL 트리에틸렌글리콜디메틸에테르(Triethylene glycol dimethyl ether)를 넣고, 자력으로 교반 하에서 리튬 클로라이드 알루미네이트(Lithium chloroaluminate) 및 리튬 디플루오로설폰이미드(Lithium difluorosulfonimide)가 전부 용해되도록 하며, 2.5 mL 테트라히드로피란(Tetrahydropyran) 및 1.2 mL 1,4-디옥산(1,4-Dioxane)을 넣어 충분히 혼합시킨 후 겔화 가능 시스템을 얻으며; 일정한 시간 방치하여 고체 전해질을 형성한다. 상기 고체 전해질 시스템에서, 리튬염의 질량 백분율은 15 wt%이고; 고리형 에테르계 화합물의 질량 백분율은 64 wt%이며; 리튬황 전지에 사용되는 전해액 또는 이의 용매의 질량 백분율은 21 wt%이다.
테스트 결과, 상기 고체 전해질의 성능 파라미터는 표3에 열거된다. 제조된 고체 전해질을 상기 고체 전해질의 변환 온도 이상까지 가열할 경우, 고체 전해질은 붙기 시작하며, 시약병을 거꾸로 놓았을 때 고체 전해질이 아래로 유동하는 것을 관찰할 수 있는데 이는 온도가 고체 전해질의 변환 온도에 이미 도달하였다는 것을 설명하며, 온도가 고체 전해질의 변환 온도 이하까지 하강될 경우, 고체 전해질은 또다시 형성되는데 이는 제조된 고체 전해질이 매우 양호한 가역성을 갖고 있음을 설명한다.
(2) 전지의 제조
상기 제조된 고체 전해질을 버튼 전지에 응용시키고, 블루 파워 전지팩을 사용하여 버튼 전지의 전기화학적 성능(테스트 결과는 표3에 열거됨)을 테스트한다. 여기서, 상기 버튼 전지의 제조 방법: 격막을 양극과 음극 사이에 놓고, 삼자 사이에 단계(1)에 의해 제조된 겔화 가능 시스템을 가득 채워, 밀봉 압축하여 CR-2032형 버튼 전지로 조립하고, 상기 겔화 가능 시스템이 고체 전해질로 변할 때까지 방치한다.
실시예3-5
(1) 겔화 가능 시스템 및 겔(전지로 사용될 수 있는 겔 전해질)의 제조
시약병에서 1.55 g 리튬 테트라플루오로보레이트(lithium tetrafluoroborate) 및 0.45 g 리튬 디플루오로메탄설폰이미드(Lithium difluoromethane sulfonimide) 고체를 취하여, 테트라에틸렌글리콜디메틸에테르(Tetraethylene glycol dimethyl ether) 및 에틸렌글리콜디메틸에테르(ethylene glycol dimethyl ether)를 각각 2.0 mL 넣고, 자력으로 교반 하에서 리튬 테트라플루오로보레이트 (lithium tetrafluoroborate) 및 리튬 디플루오로메탄설폰이미드(Lithium difluoromethane sulfonimide)가 전부 용해되도록 하며, 이에 6.0 mL 3-메틸테트라히드로푸란을 넣어 충분히 혼합시킨 후 겔화 가능 시스템을 얻으며; 일정한 시간 방치하여 겔을 형성한다. 상기 겔 시스템에서, 리튬염의 질량 백분율은 17 wt%이고; 고리형 에테르계 화합물의 질량 백분율은 50 wt%이며; 리튬황 전지에 사용되는 전해액 또는 이의 용매의 질량 백분율은 33 wt%이다. 테스트 결과, 상기 겔의 성능 파라미터는 표3에 열거된다. 제조된 겔을 상기 겔의 변환 온도 이상까지 가열할 경우, 겔은 붙기 시작하며, 시약병을 거꾸로 놓았을 때 겔이 아래로 유동하는 것을 관찰할 수 있는데 이는 온도가 겔의 변환 온도에 이미 도달하였다는 것을 설명하며, 온도가 겔의 변환 온도 이하까지 하강될 경우, 겔은 또다시 형성되는데 이는 제조된 겔이 매우 양호한 가역성을 갖고 있음을 설명한다.
(2) 전지의 제조
상기 제조된 겔을 겔 전해질로서 버튼 전지에 응용시키고, 블루 파워 전지팩을 사용하여 버튼 전지의 전기화학적 성능(테스트 결과는 표3에 열거됨)을 테스트한다. 여기서, 상기 버튼 전지의 제조 방법: 격막을 양극과 음극 사이에 놓고, 삼자 사이에 단계(1)에 의해 제조된 겔화 가능 시스템을 가득 채워, 밀봉 압축하여 CR-2032형 버튼 전지로 조립하고, 상기 겔화 가능 시스템이 겔 전해질로 변할 때까지 방치한다.
실시예3-6
(1) 겔화 가능 시스템 및 겔(전지로 사용될 수 있는 겔 전해질)의 제조
시약병에서 0.5 g 리튬 디플루오로메탄설폰이미드(Lithium difluoromethane sulfonimide) 및 1.0 g 리튬 테트라플루오로보레이트 (lithium tetrafluoroborate)을 취하여, 2.0 mL 리튬황 전지 일반 전해액을 넣고 리튬염이 전부 용해되도록 충분히 교반하여 용액A를 얻는다. 4.0 g 트리옥산(Trioxane)을 취하여, 2.0 mL 에틸렌글리콜디메틸에테르(ethylene glycol dimethyl ether)를 넣고, 자력으로 교반 하에서 트리옥산(Trioxane)이 충분히 용해되도록 하여 혼합액 B를 얻는다. 상기에서 얻은 혼합액 A 및 B를 충분히 혼합시켜 겔화 가능 시스템을 얻으며; 일정한 시간 방치하여 겔을 형성한다. 상기 겔 시스템에서, 리튬염의 질량 백분율은 16 wt%이고; 고리형 에테르계 화합물의 질량 백분율은 42 wt%이며; 리튬황 전지에 사용되는 전해액 또는 이의 용매의 질량 백분율은 42 wt%이다. 테스트 결과, 상기 겔의 성능 파라미터는 표3에 열거된다. 제조된 겔을 상기 겔의 변환 온도 이상까지 가열할 경우, 겔은 붙기 시작하며, 시약병을 거꾸로 놓았을 때 겔이 아래로 유동하는 것을 관찰할 수 있는데 이는 온도가 겔의 변환 온도에 이미 도달하였다는 것을 설명하며, 온도가 겔의 변환 온도 이하까지 하강될 경우, 겔은 또다시 형성되는데 이는 제조된 겔이 매우 양호한 가역성을 갖고 있음을 설명한다.
(2) 전지의 제조
상기 제조된 겔을 겔 전해질로서 버튼 전지에 응용시키고, 블루 파워 전지팩을 사용하여 버튼 전지의 전기화학적 성능(테스트 결과는 표3에 열거됨)을 테스트한다. 여기서, 상기 버튼 전지의 제조 방법: 격막을 양극과 음극 사이에 놓고, 삼자 사이에 단계(1)에 의해 제조된 겔화 가능 시스템을 가득 채워, 밀봉 압축하여 CR-2032형 버튼 전지로 조립하고, 상기 겔화 가능 시스템이 겔 전해질로 변할 때까지 방치한다.
실시예3-7
(1) 겔화 가능 시스템 및 겔(전지로 사용될 수 있는 겔 전해질)의 제조
시약병에서 0.5 g 리튬 디플루오로설폰이미드(Lithium difluorosulfonimide) 및 2.0 g 리튬 테트라플루오로보레이트 (lithium tetrafluoroborate)을 취하여 2.0 mL 리튬황 전지 일반 전해액을 넣고 리튬염이 전부 용해되도록 충분히 교반하여 용액A를 얻는다. 8.5 g 18-크라운-6을 취하여 1.5 mL 에틸렌글리콜디메틸에테르(ethylene glycol dimethyl ether) 및 3.5 mL테트라에틸렌글리콜디메틸에테르(Tetraethylene glycol dimethyl ether)를 넣고, 자력으로 교반 하에서 18-크라운-6이 충분히 용해되도록 하여 혼합액 B를 얻는다. 상기에서 얻은 혼합액 A 및 B를 충분히 혼합시켜 겔화 가능 시스템을 얻으며; 일정한 시간 정지시킨 후 겔을 형성한다. 상기 겔 시스템에서, 리튬염의 질량 백분율은 14 wt%이고; 고리형 에테르계 화합물의 질량 백분율은 48 wt%이며; 리튬황 전지에 사용되는 전해액 또는 이의 용매의 질량 백분율은 38 wt%이다. 테스트 결과, 상기 겔의 성능 파라미터는 표3에 열거된다. 제조된 겔을 상기 겔의 변환 온도 이상까지 가열할 경우, 겔은 붙기 시작하며, 시약병을 거꾸로 놓았을 때 겔이 아래로 유동하는 것을 관찰할 수 있는데 이는 온도가 겔의 변환 온도에 이미 도달하였다는 것을 설명하며, 온도가 겔의 변환 온도 이하까지 하강될 경우, 겔은 또다시 형성되는데 이는 제조된 겔이 매우 양호한 가역성을 갖고 있음을 설명한다.
(2) 전지의 제조
상기 제조된 겔을 겔 전해질로서 버튼 전지에 응용시키고, 블루 파워 전지팩을 사용하여 버튼 전지의 전기화학적 성능(테스트 결과는 표3에 열거됨)을 테스트한다. 여기서, 상기 버튼 전지의 제조 방법: 격막을 양극과 음극 사이에 놓고, 삼자 사이에 단계(1)에 의해 제조된 겔화 가능 시스템을 가득 채워, 밀봉 압축하여 CR-2032형 버튼 전지로 조립하고, 상기 겔화 가능 시스템이 겔 전해질로 변할 때까지 방치한다.
실시예3-8
(1) 겔화 가능 시스템 및 겔(전지로 사용될 수 있는 겔 전해질)의 제조
시약병에서 1.22 g 리튬 헥사플루오로포스페이트(lithium hexafluorophosphate) 및 0.78 g 리튬 퍼클로레이트(lithium perchlorate) 고체를 취하여 아니솔(Anisole) 및 에틸렌글리콜디메틸에테르(ethylene glycol dimethyl ether)를 각각 3.0 mL를 넣고, 자력으로 교반 하에서 리튬 헥사플루오로포스페이트(lithium hexafluorophosphate) 및 리튬 퍼클로레이트(lithium perchlorate)이 전부 용해되도록 하며, 이에 4.0 mL 3-메틸테트라히드로푸란 및 2 mL 1,3-디옥솔란(1,3-dioxolane, DOL)을 넣어 충분히 혼합시킨 후 겔화 가능 시스템을 얻으며; 일정한 시간 방치하여 겔을 형성한다. 상기 겔 시스템에서, 리튬염의 질량 백분율은 14 wt%이고; 고리형 에테르계 화합물의 질량 백분율은 43 wt%이며; 리튬황 전지에 사용되는 전해액 또는 이의 용매의 질량 백분율은 43 wt%이다. 테스트 결과, 상기 겔의 성능 파라미터는 표3에 열거된다. 제조된 겔을 상기 겔의 변환 온도 이상까지 가열할 경우, 겔은 붙기 시작하며, 시약병을 거꾸로 놓았을 때 겔이 아래로 유동하는 것을 관찰할 수 있는데 이는 온도가 겔의 변환 온도에 이미 도달하였다는 것을 설명하며, 온도가 겔의 변환 온도 이하까지 하강될 경우, 겔은 또다시 형성되는데 이는 제조된 겔이 매우 양호한 가역성을 갖고 있음을 설명한다.
(2) 전지의 제조
상기 제조된 겔을 겔 전해질로서 버튼 전지에 응용시키고, 블루 파워 전지팩을 사용하여 버튼 전지의 전기화학적 성능(테스트 결과는 표3에 열거됨)을 테스트한다. 여기서, 상기 버튼 전지의 제조 방법: 격막을 양극과 음극 사이에 놓고, 삼자 사이에 단계(1)에 의해 제조된 겔화 가능 시스템을 가득 채워, 밀봉 압축하여 CR-2032형 버튼 전지로 조립하고, 상기 겔화 가능 시스템이 겔 전해질로 변할 때까지 방치한다.
비교예3-1
시약병에서 2.0 g 리튬 디플루오로메탄설폰이미드(Lithium difluoromethane sulfonimide, LiTFSI) 고체를 취하여, 3.0 mL 테트라에틸렌글리콜디메틸에테르(Tetraethylene glycol dimethyl ether)를 넣고, 자력으로 교반 하에서 리튬염이 완전히 용해될 때까지 교반하고 정지시킨다. 상기 시스템에서, 리튬염의 질량 백분율은 40 wt%이고; 고리형 에테르계 화합물의 질량 백분율은 0 wt%이며; 리튬황 전지에 사용되는 전해액 또는 이의 용매의 질량 백분율은 60 wt%이다.
정지시킨 시간이 길면 모두 겔을 형성할 수 없고 고체 전해질도 형성할 수 없다는 것이 발견되었는데 이는 에테르계 화합물의 첨가가 필요하다는 것을 설명한다.
표3 실시예3-1 내지 실시예3-8 및 비교예3-1의 겔 전해질 또는 고체 전해질 및 제조된 전지의 성능 파라미터
실시예 (a)
/%		 (b)
/%		 (c)
/%		 형성
상태		 형성
온도
/℃		 형성
시간
/h		 변환
온도
/℃		 전도율
/S·cm-1 		전지 성능
/mAh·g-1
최초
비용량		 50회
순환 후 잔여
비용량
3-1 13 52 35 겔
전해질		 실온 12 55 9.06×10-3 1424 745
3-2 20 56 24 겔
전해질		 실온 8 76 3.52×10-5 1198 723
3-3 15 68 17 고체
전해질		 실온 5 106 1.21×10-6 1102 707
3-4 15 64 21 고체
전해질		 실온 24 85 4.17×10-6 1221 720
3-5 17 50 33 겔
전해질		 실온 6 72 5.02×10-4 1312 733
3-6 16 42 42 겔
전해질		 실온 15 48 7.14×10-3 1143 739
3-7 14 48 38 겔
전해질		 실온 10 78 8.23×10-4 1281 734
3-8 14 43 43 겔
전해질		 실온 16 65 2.71×10-3 1300 805
비교예3-1 40 -- 60 -- -- -- -- -- --
여기서, (a)는 리튬염이고, (b)는 고리형 에테르계 화합물이며, (c)는 리튬황 전지에 사용되는 전해액 또는 이의 용매이다.
도 10은 실시예3-1에서 얻은 겔 전해질을 리튬황 전지의 전해액으로 사용하여 전지로 조립하는 최초 방전도이다. 도면으로부터 알 수 있다시피, 상기 겔 전해질은 리튬황 전지 전해액으로 사용되어 전지 내부의 활성물질이 정상적으로 작용을 발휘할 수 있어 정상적으로 충전 및 방전될 수 있도록 한다.
도 11은 실시예3-1에서 얻은 겔 전해질을 리튬황 전지의 전해액으로 사용하여 전지로 조립하는 순환 성능도이다. 도면으로부터 알 수 있다시피, 상기 겔 전해질은 리튬황 전지 전해액으로 사용되어 “셔틀 효과”를 현저하게 완화시킬 수 있으며, 따라서 활성물질의 이용률을 향상시키고 전지의 순환 성능을 더한층 향상시킨다.
도 30은 실시예3-8에서 얻은 겔 전해질을 리튬황 전지의 전해액으로 사용하여 전지로 조립하는 순환 성능도이다. 도면으로부터 알 수 있다시피, 상기 겔 전해질은 리튬황 전지 전해액으로 사용되어 다황화물 이온의 확산을 현저하게 저해할 수 있고, 활성물질의 이용률을 향상시켜 용량이 느리게 감쇠됨으로써 전지의 순환 안전성을 향상시킨다.
실시예4-1
(1) 겔화 가능 시스템 및 겔(전지로 사용될 수 있는 겔 전해질)의 제조
시약병에서 0.06 g의 이산화규소를 취하여 이에 2.6 mL의 테트라히드로푸란을 넣고, 자력으로 교반 하에서 충분히 균일하게 혼합되도록 하여 혼합액 A를 얻는다. 시약병에서 또한 0.8 g 리튬 테트라플루오로보레이트 (lithium tetrafluoroborate)을 취하여 이에 2.6 mL의 디메틸카보네이트(Dimethyl carbonate)을 넣고 리튬염이 완전히 용해될 때까지 교반하여 혼합액 B를 얻는다. 상기에서 얻은 A 및 B 용액을 충분히 혼합시켜 혼합액을 얻고 겔화 가능 시스템을 얻으며; 일정한 시간 방치하여 겔을 형성한다. 상기 겔 시스템에서, 리튬염의 질량 백분율은 13 wt%이고; 고리형 에테르계 화합물의 질량 백분율은 43 wt%이며; 무기 나노 입자의 질량 백분율은 1 wt%이고, 다른 용매 및/또는 전해액의 질량 백분율은 43 wt%이다. 테스트 결과, 상기 겔의 형성 시간은 20시간이고, 상기 겔의 형성 온도는 실온이며, 상기 겔의 변환 온도는 55 ℃이고, 상기 겔의 전도율은 1.78×10-2 S/cm이다.
제조된 겔을 상기 겔의 변환 온도 이상까지 가열할 경우, 겔은 붙기 시작하며, 시약병을 거꾸로 놓았을 때 겔이 아래로 유동하는 것을 관찰할 수 있는데 이는 온도가 상기 겔의 변환 온도에 이미 도달하였다는 것을 설명하며, 온도가 겔의 변환 온도 이하까지 하강될 경우, 겔은 또다시 형성되는데 이는 제조된 겔이 매우 양호한 가역성을 갖고 있음을 설명한다.
(2) 전지의 제조
상기 제조된 겔을 겔 전해질로서 버튼 전지에 응용시키고, 블루 파워 전지팩을 사용하여 버튼 전지의 전기화학적 성능(테스트 결과는 표5에 열거됨)을 테스트한다. 여기서, 상기 버튼 전지의 제조 방법: 격막을 양극과 음극 사이에 놓고, 삼자 사이에 단계(1)에 의해 제조된 겔화 가능 시스템을 가득 채워, 밀봉 압축하여 CR-2032형 버튼 전지로 조립하고, 상기 겔화 가능 시스템이 겔 전해질로 변할 때까지 방치한다.
실시예4-2 내지 실시예4-7 및 비교예4-1
(1) 겔화 가능 시스템 및 겔(전지로 사용될 수 있는 겔 전해질)의 제조
상기 겔의 제조 방법은 실시예1과 동일하며, 구별되는 점은 단지 상기 겔 시스템 중의 각 성분의 선택 및 용량이 다른데 있다. 구체적인 성분 및 용량은 표4에 열거된다.
(2) 전지의 제조
상기 제조된 겔을 겔 전해질로서 버튼 전지에 응용시키고, 블루 파워 전지팩을 사용하여 버튼 전지의 전기화학적 성능(테스트 결과는 표5에 열거됨)을 테스트한다. 여기서, 상기 버튼 전지의 제조 방법: 격막을 양극과 음극 사이에 놓고, 삼자 사이에 단계(1)에 의해 제조된 겔화 가능 시스템을 가득 채워, 밀봉 압축하여 CR-2032형 버튼 전지로 조립하고, 상기 겔화 가능 시스템이 겔 전해질로 변할 때까지 방치한다.
실시예4-8
(1) 겔화 가능 시스템 및 고체 전해질의 제조
시약병에서 0.05 g의 산화알루미늄을 취하여 이에 4.5 mL의 1,3-디옥솔란(1,3-dioxolane, DOL)을 넣고, 자력으로 교반 하에서 충분히 균일하게 혼합되도록 하여 혼합액 A를 얻는다. 시약병에서 또한 0.4 g 리튬 플루오로설폰이미드(Lithium fluorosulfonimide) 및 0.6 g 리튬 퍼클로레이트(lithium perchlorate)을 취하여 이에 1.2 mL의 리튬황 전지 일반 전해액을 넣고, 리튬염이 완전히 용해될 때까지 교반하여 혼합액 B를 얻는다. 상기에서 얻은 A 및 B 용액을 충분히 혼합시켜 혼합액을 얻고 겔화 가능 시스템을 얻으며; 일정한 시간 방치하여 고체 전해질을 형성한다.
상기 겔 시스템에서, 리튬염의 질량 백분율은 15 wt%이고; 고리형 에테르계 화합물의 질량 백분율은 66.3 wt%이며; 무기 나노 입자의 질량 백분율은 0.7 wt%이고; 다른 용매 및/또는 전해액의 질량 백분율은 18 wt%이다. 테스트 결과, 상기 고체 전해질의 형성 시간은 12시간이고, 상기 고체 전해질의 형성 온도는 실온이며, 상기 고체 전해질의 변환 온도는 96 ℃이고, 상기 고체 전해질의 전도율은 2.38×10-5 S/cm이다.
제조된 고체 전해질을 상기 고체 전해질 겔의 겔 변환 온도 이상까지 가열할 경우, 고체 전해질은 붙기 시작하며, 시약병을 거꾸로 놓았을 때 고체 전해질이 아래로 유동하는 것을 관찰할 수 있는데 이는 온도가 상기 고체 전해질의 변환 온도에 이미 도달하였다는 것을 설명하며, 온도가 겔의 변환 온도 이하까지 하강될 경우, 고체 전해질은 또다시 형성되는데 이는 제조된 고체 전해질이 매우 양호한 가역성을 갖고 있음을 설명한다.
(2) 전지의 제조
상기 제조된 고체 전해질을 버튼 전지에 응용시키고, 블루 파워 전지팩을 사용하여 버튼 전지의 전기화학적 성능(테스트 결과는 표6에 열거됨)을 테스트한다. 여기서, 상기 버튼 전지의 제조 방법: 격막을 양극과 음극 사이에 놓고, 삼자 사이에 단계(1)에 의해 제조된 겔화 가능 시스템을 가득 채워, 밀봉 압축하여 CR-2032형 버튼 전지로 조립하고, 상기 겔화 가능 시스템이 고체 전해질로 변할 때까지 방치한다.
실시예4-9 내지 실시예4-14 및 비교예4-2
(1) 겔화 가능 시스템 및 고체 전해질의 제조
상기 고체 전해질의 제조 방법은 실시예8과 동일하며, 구별되는 점은 단지 상기 고체 전해질 시스템 중의 각 성분의 선택 및 용량이 다른데 있으며; 구체적인 성분 및 용량은 표4에 열거된다.
(2) 전지의 제조
상기 제조된 고체 전해질을 버튼 전지에 응용시키고, 블루 파워 전지팩을 사용하여 버튼 전지의 전기화학적 성능(테스트 결과는 표6에 열거됨)을 테스트한다. 여기서, 상기 버튼 전지의 제조 방법: 격막을 양극과 음극 사이에 놓고, 삼자 사이에 단계(1)에 의해 제조된 겔화 가능 시스템을 가득 채워, 밀봉 압축하여 CR-2032형 버튼 전지로 조립하고, 상기 겔화 가능 시스템이 고체 전해질로 변할 때까지 방치한다.
표4 실시예4-1 내지 실시예4-14 및 비교예4-1 내지 비교예4-2 중 겔 전해질 또는 고체 전해질의 각 성분의 조성 및 함량
실시예 리튬염 고리형 에테르계
화합물		 무기 나노 입자 다른 용매 및/또는
전해액
성분 함량% 성분 함량% 성분 함량% 성분 함량%
4-1 리튬 테트라플루오로보레이트(lithium tetrafluoroborate) 13 테트라히드로푸란 43 이산화규소 1 디메틸 카보네이트(Dimethyl carbonate) 43
4-2 리튬 테트라플루오로보레이트 (lithium tetrafluoroborate) 13 테트라히드로푸란 52 이산화규소 1 에틸메틸카보네이트(Ethyl Methyl Carbonate, EMC) 34
4-3 리튬 헥사플루오로아세네이트(Lithium hexafluoroarsenate) 19 테트라히드로푸란 40 이산화규소 1 디메틸 카보네이트(Dimethyl carbonate)/비닐 카보네이트(Vinyl carbonate) 40
4-4 리튬 퍼클로레이트(lithium perchlorate) 14 테트라히드로푸란 58 이산화규소 1 에틸렌글리콜디메틸에테르(ethylene glycol dimethyl ether) 27
4-5 리튬 트리플루오로메탄설포네이트(Lithium trifluoromethanesulfonate)/리튬 디플루오로설폰이미드(Lithium difluorosulfonimide) 15 테트라히드로피란(Tetrahydropyran) 32 산화아연 5 트리에틸렌글리콜디메틸에테르(Triethylene glycol dimethyl ether)/1,1',2,2'-테트라플루오로에틸-2,2',3,3'-테트라플루오로프로펜에테르(1,1',2,2'-tetrafluoroethyl-2,2',3,3'-tetrafluoropropene ether) 48
4-6 리튬 헥사플루오로아세네이트(Lithium hexafluoroarsenate) 16 1,4-에폭시시클로헥산(1,4-epoxycyclohexane)/1,3-디옥솔란(1,3-dioxolane, DOL) 25 나노 탄산칼슘 0.5 프로필렌카보네이트(Propylene Carbonate, PC) 58.5
4-7 리튬 헥사플루오로포스페이트(lithium hexafluorophosphate)/리튬 클로라이드(Lithium chloride) 32 1,4-에폭시시클로헥산(1,4-epoxycyclohexane)/1,3-디옥솔란(1,3-dioxolane, DOL) 58 나노 탄산칼슘 10 -- --
4-8 리튬트리플루오로메틸레이트(Lithium trifluoromethylate)/리튬 플루오로설폰이미드(Lithium fluorosulfonimide) 16 1,3-디옥솔란(1,3-dioxolane, DOL) 83 이산화티타늄 1 리튬황 전지 일반 전해액 -
4-9 리튬 플루오로설폰이미드(Lithium fluorosulfonimide)/리튬 퍼클로레이트(lithium perchlorate) 25 1,4-디옥산(1,4-Dioxane) 74 산화알루미늄 1 -- --
4-10 리튬 퍼클로레이트(lithium perchlorate)/리튬 디플루오로메탄설폰이미드(Lithium difluoromethane sulfonimide) 16 3-메틸테트라히드로푸란 67 산화알루미늄 1 리튬황 전지 일반 전해액 16
4-11 리튬 플루오로설폰이미드(Lithium fluorosulfonimide)/리튬 퍼클로레이트(lithium perchlorate) 19 3-메틸테트라히드로피란/1,3-디옥솔란(1,3-dioxolane, DOL) 61.5 산화철/산화알루미늄 0.5 리튬 이온 전지 일반 전해액 19
4-12 리튬트리플루오로메틸레이트(Lithium trifluoromethylate)/리튬 클로라이드 알루미네이트(Lithium chloroaluminate) 13 1,3-디옥솔란(1,3-dioxolane, DOL)1,4-디옥산(1,4-Dioxane) 77 산화세륨/이산화티타늄 0.5 리튬 이온 전지 일반 전해액 9.5
4-13 리튬 퍼클로레이트(lithium perchlorate)/리튬퍼플루오로부틸설포네이트(Lithium perfluorobutyl sulfonate) 13 테트라히드로피란(Tetrahydropyran) 63 몬모릴로나이트(Montmorillonite) 1 테트라에틸렌글리콜디메틸에테르(Tetraethylene glycol dimethyl ether) 23
4-14 리튬 퍼클로레이트(lithium perchlorate)/리튬 클로라이드(Lithium chloride) 13 트리옥산(Trioxane) 62 나노 황산바륨 3 테트라에틸렌글리콜디메틸에테르(Tetraethylene glycol dimethyl ether)/에틸렌글리콜디메틸에테르(ethylene glycol dimethyl ether) 22
비교예4-1 리튬 플루오로설폰이미드(Lithium fluorosulfonimide)/리튬 헥사플루오로포스페이트(lithium hexafluorophosphate) 16 1,4-에폭시시클로헥산(1,4-epoxycyclohexane)/1,3-디옥솔란(1,3-dioxolane, DOL) 25 나노 탄산칼슘 -- 프로필렌카보네이트(Propylene Carbonate, PC) 59
비교예4-2 리튬트리플루오로메틸레이트(Lithium trifluoromethylate) 16 1,3-디옥솔란(1,3-dioxolane, DOL) 67 이산화티타늄 - 리튬 이온 전지 일반 전해액 17
여기서, 리튬황 전지 일반 전해액은 1 M 리튬 디플루오로메탄설폰이미드(Lithium difluoromethane sulfonimide, LiTFSI) 를 포함하는 1,3-디옥솔란(1,3-dioxolane, DOL) 및 에틸렌글리콜디메틸에테르(ethylene glycol dimethyl ether, DME)의 혼합액으로부터 선택되어 사용되고，여기서, 상기 1,3-디옥솔란(1,3-DIOXOLANE, DOL) 및 디메톡시에탄(dimethoxyethane, DME)의 부피비는 1:1이다.
리튬 이온 전지 일반 전해액은 1 M 리튬 헥사플루오로포스페이트(lithium hexafluorophosphate)(LiPF6)을 포함하는 비닐 카보네이트(EC) 및 디메틸 카보네이트(Dimethyl carbonate, DMC)의 혼합액으로부터 선택되어 사용되고，여기서, 상기 에틸렌 카보네이트(Ethylene Carbonate, EC) 및 디메틸카보네이트(Dimethyl carbonate, DMC)의 부피비는 1:1이다.
표5 실시예4-1 내지 실시예4-7 및 비교예4-1 중의 겔 및 제조된 전지의 성능 파라미터
실시예 형성 온도
/℃		 형성 시간
/h		 변환 온도
/℃		 전도율/S·cm-1 응용 전지 성능/mAh·g-1
최초
비용량		 50회 순환 후 잔여 비용량
4-1 실온 20 65 1.02×10-2 리튬 이온 전지 132 135
4-2 실온 12 78 6.26×10-3 리튬 이온 전지 130 131
4-3 실온 6 82 4.21×10-4 리튬 이온 전지 125 127
4-4 실온 8 68 3.72×10-4 리튬황 전지 1392 754
4-5 실온 36 45 1.76×10-2 리튬황 전지 1538 768
4-6 실온 12 75 2.26×10-4 리튬 이온 전지 128 129
4-7 실온 7 105 2.11×10-5 리튬 이온 전지 117 122
비교예4-1 실온 10 90 8.56×10-5 리튬 이온 전지 122 126
표6 실시예4-8 내지 실시예4-14 및 비교예4-2 중의 고체 전해질 및 제조된 전지의 성능 파라미터
실시예 형성 온도
/℃		 형성 시간
/h		 변환 온도
/℃		 전도율/S·cm-1 응용 전지 성능/mAh·g-1
최초 비용량 50회 순환 후 잔여 비용량
4-8 실온 12 96 2.38×10-5 리튬황 전지 1241 742
4-9 실온 18 90 4.17×10-5 리튬 이온 전지 132 133
4-10 실온 20 72 1.93×10-4 리튬황 전지 1145 756
4-11 실온 8 115 1.25×10-5 리튬 이온 전지 125 125
4-12 실온 14 130 4.03×10-6 리튬 이온 전지 118 119
4-13 실온 10 145 1.66×10-6 리튬황 전지 1065 742
4-14 실온 11 102 3.48×10-5 리튬황 전지 1162 749
비교예4-2 실온 7 81 2.17×10-4 리튬황 전지 1232 752
도 12는 실시예4-1에서 얻은 겔 전해질을 리튬 이온 전지의 전해액으로 사용하여 전지로 조립하는 최초 방전도이다. 도면으로부터 알 수 있다시피, 상기 겔 전해질은 리튬 이온 전지의 전해액으로 사용되어, 리튬 이온 전지가 정상적으로 충전 및 방전할 수 있도록 하여 그중의 활성물질이 충분하게 발휘하게 함으로써 비교적 높은 비용량을 얻는다.
도 13는 실시예4-1에서 얻은 겔 전해질을 리튬 이온 전지의 전해액으로 사용하여 전지로 조립하는 순환 성능도이다. 도면으로부터 알 수 있다시피, 상기 겔은 리튬 이온 전지의 전해액으로 사용되어, 안정적인 순환 성능을 나타낼 수 있으며, 비용량은 기본적으로 변하지 않고 유지된다.
도 14는 실시예4-5에서 얻은 겔 전해질을 리튬황 전지의 전해액으로 사용하여 전지로 조립하는 최초 방전도이다. 도면으로부터 알 수 있다시피, 상기 겔 전해질은 리튬황 전지의 전해액으로 사용되어 리튬 이온 전지가 정상적으로 충전 및 방전할 수 있도록 하여 그중의 활성물질이 충분하게 발휘하게 함으로써 비교적 높은 비용량을 얻는다.
도 15는 실시예4-5에서 얻은 겔 전해질을 리튬황 전지의 전해액으로 사용하여 전지로 조립하는 순환 성능도이다. 도면으로부터 알 수 있다시피, 상기 겔 전해질은 플로우 전지(Flow battery)의 전해액으로 사용되어 “셔틀 효과”를 효과적으로 완화시킬 수 있으며, 따라서 활성물질의 이용률을 향상시키고 전지의 비용량을 향상시켜 우위적인 순환 성능을 나타낸다.
비교예4-1 및 비교예4-2에 비해, 무기 나노 입자의 첨가는 겔 또는 고체 전해질의 전도율을 효과적으로 향상시킬 수 있고, 보다 우위적인 전기화학적 성능을 나타낸다.
실시예5-1
(1)폴리에스테르의 합성
삼각플라스크에서 8.0 g 부텐디오익산(butenedioic acid), 12.0 g 숙신산(Succinic Acid), 60.0 g 폴리에틸렌글리콜(Polyethylene glycol)-200을 취하여, 오일조에서 140 ℃의 온도로 상승될 때까지 가열하고, 온도를 0.5시간 유지시키며, 반시간에 한번씩 온도가 220 ℃로 될 때까지 20 ℃씩 증가시키고, 온도를 2시간 유지시킨 후, 촉매제(0.16 g 테트라부틸티타네이트(Tetrabutyl titanate) 및 0.16 g 중합억제제 p-히드록시페놀(P-hydroxyphenol))를 넣어 1시간 동안 반응시킨 후 2시간 동안 감압 반응을 진행하여 가열을 정지시키며 온도를 낮추어 조산물을 얻고, 디클로로메탄 50.0 mL를 넣어 50 ℃의 온도에서 18시간 동안 회류 교반하여 석유에테르에 넣어 침강시키고, 산물을 50 ℃ 진공 건조기에서 24시간 건조시켜 폴리에스테르 A를 얻으며 글러브 박스에 넣어 보존한다.
(2) 겔화 가능 시스템 및 겔(전지로 사용될 수 있는 겔 전해질)의 제조
1.9 mL 3-메틸테트라히드로푸란, 1.0 g 폴리에스테르 A를 취하여, 양자가 혼합되도록 교반하여 균일하게 혼합된 액체를 얻고, 이후 0.4 g 리튬 퍼클로레이트(lithium perchlorate)을 넣어 리튬 퍼클로레이트(lithium perchlorate)이 상기 액체에 완전히 용해되도록 0.5시간 동안 교반하여 겔화 가능 시스템을 얻으며; 계속하여 2시간 동안 교반한 후 14시간 방치하여 겔을 얻는다. 상기 겔 시스템에서, 리튬염의 질량 백분율은 12 wt%이고; 고리형 에테르계 화합물의 질량 백분율은 58 wt%이며; 폴리에스테르 첨가제의 질량 백분율은 30 wt%이다.
테스트 결과, 상기 겔의 성능 파라미터는 표8에 열거된다. 표8로부터 볼 수 있다시피, 실시예1에 의해 제조된 겔의 형성 시간은 10시간이고; 겔의 변환 온도는 60 ℃이며, 겔의 전도율은 2.1×10-3 S/cm이다. 제조된 겔을 60 ℃ 이상까지 가열할 경우, 겔은 붙기 시작하며, 시약병을 거꾸로 놓았을 때 겔이 아래로 유동하는 것을 관찰할 수 있는데 이는 온도가 겔의 변환 온도에 이미 도달하였다는 것을 설명하며, 온도가 60 ℃ 이하까지 하강될 경우, 겔은 또다시 형성되는데 이는 제조된 겔이 매우 양호한 가역성을 갖고 있음을 설명한다.
(3) 전지의 제조
상기 제조된 겔을 겔 전해질로서 버튼 전지에 응용시키고, 블루 파워 전지팩을 사용하여 버튼 전지의 전기화학적 성능(테스트 결과는 표8에 열거됨)을 테스트한다. 여기서, 상기 버튼 전지의 제조 방법: 격막을 양극과 음극 사이에 놓고, 삼자 사이에 단계(2)에 의해 제조된 겔화 가능 시스템을 가득 채워, 밀봉 압축하여 CR-2032형 버튼 전지로 조립하고, 상기 겔화 가능 시스템이 고체 전해질로 변할 때까지 방치한다.
실시예5-2
(1) 폴리에스테르의 합성
삼각플라스크에서 10.0 g 말론산(Malonic acid), 10.0 g 숙신산(Succinic Acid), 10.0 g 1,2-프로필렌글리콜(1,2-Propylene Glycol), 25.0 g 폴리에틸렌글리콜(Polyethylene glycol)-200을 취하여, 유욕에서 110 ℃의 온도로 상승될 때까지 가열하고, 온도를 1시간 유지시키며, 반시간에 한번씩 온도가 240 ℃로 될 때까지 25 ℃씩 증가시키고, 온도를 3시간 유지시킨 후, 0.16 g 촉매제(테트라부틸티타네이트(Tetrabutyl titanate))를 넣어 1시간 동안 반응시킨 후 가열을 정지시키며 온도를 낮추어 관련 산물을 얻고, 디클로로메탄 50.0 mL를 넣어 실온에서 12시간 동안 용해되도록 교반하여 석유에테르에 넣어 침강시키고, 산물을 60 ℃ 진공 건조기에서 12시간 건조시켜 폴리에스테르 B를 얻으며 글러브 박스에 넣어 보존한다.
(2) 겔화 가능 시스템 및 겔(겔 전해질로 사용될 수 있음)의 제조
0.96 mL 폴리에스테르 B, 2.2 mL 1,4-에폭시시클로헥산(1,4-epoxycyclohexane)을 취하여, 0.53 mL 일반 리튬 이온 전지 전해액을 넣고, 자력으로 교반 하에서 삼자가 혼합되도록 교반하여 맑고 투명한 액체를 얻은 이후, 0.7 g 리튬 테트라플루오로보레이트 (lithium tetrafluoroborate)을 넣어 리튬 테트라플루오로보레이트(lithium tetrafluoroborate)이 상기 혼합액에 완전히 용해되도록 2시간 동안 교반하여 겔화 가능 시스템을 얻으며; 계속하여 2시간 동안 교반한 후 9시간 방치하여 무색 겔을 얻는다.
상기 겔 시스템에서, 리튬염의 질량 백분율은 16 wt%이고; 고리형 에테르계 화합물의 질량 백분율은 50 wt%이며; 다른 용매 및/또는 전해액의 질량 백분율은 12 wt%이고; 폴리에스테르 첨가제의 질량 백분율은 22 wt%이다.
테스트 결과, 상기 겔의 성능 파라미터는 표8에 열거된다. 표8로부터 볼 수 있다시피, 실시예2에 의해 제조된 겔의 형성 시간은 9시간이고; 겔의 변환 온도는 58 ℃이며, 겔의 전도율은 1.3×10-2 S/cm이다. 제조된 겔을 58 ℃ 이상까지 가열할 경우, 겔은 붙기 시작하고, 시약병을 거꾸로 놓았을 때 겔이 아래로 유동하는 것을 관찰할 수 있는데 이는 온도가 겔의 변환 온도에 이미 도달하였다는 것을 설명하며, 온도가 58 ℃ 이하까지 하강될 경우, 겔은 또다시 형성되는데 이는 제조된 겔이 매우 양호한 가역성을 갖고 있음을 설명한다.
(3) 전지의 제조
상기 제조된 겔을 겔 전해질로서 버튼 전지에 응용시키고, 블루 파워 전지팩을 사용하여 버튼 전지의 전기화학적 성능(테스트 결과는 표8에 열거됨)을 테스트한다. 여기서, 상기 버튼 전지의 제조 방법: 격막을 양극과 음극 사이에 놓고, 삼자 사이에 단계(2)에 의해 제조된 겔화 가능 시스템을 가득 채워, 밀봉 압축하여 CR-2032형 버튼 전지로 조립하고, 상기 겔화 가능 시스템이 고체 전해질로 변할 때까지 방치한다.
실시예5-3
(1) 폴리에스테르의 합성
삼각플라스크에서 20.0 g 말론산(Malonic acid), 20.0 g 숙신산(Succinic Acid), 94.0 g 폴리에틸렌글리콜(Polyethylene glycol)-400을 취하여, 유욕에서 120 ℃의 온도로 상승될 때까지 가열하고, 온도를 0.5시간 유지시키며, 25분에 한번씩 온도가 210 ℃로 될 때까지 30 ℃씩 증가시키고, 온도를 3시간 유지시킨 후, 0.32 g 촉매제(테트라부틸티타네이트(Tetrabutyl titanate))를 넣어, 0.5시간 반응시킨 이후 2시간 진공 추출을 진행하고, 가열을 정지시키며 온도를 낮추어 관련 산물을 얻고, 트리클로로메탄 40.0 mL를 넣어 45 ℃의 온도에서 6시간 동안 회류 가열하여 메탄올에 적가하여 침강시키고, 산물을 60 ℃ 진공 건조기에서 12시간 건조시켜 폴리에스테르C를 얻으며, 글러브 박스에 넣어 보존한다.
(2) 겔화 가능 시스템 및 겔(겔 전해질로 사용될 수 있음)의 제조
0.83 mL 폴리에스테르 C, 1.8 mL 1,4-에폭시시클로헥산(1,4-epoxycyclohexane), 0.07 g 이산화규소, 0.44 mL 일반 리튬 전지 전해액을 취하여, 4가지가 혼합되도록 교반하여 맑고 투명한 액체를 얻은 이후, 0.87 g 리튬 헥사플루오로포스페이트(lithium hexafluorophosphate)을 넣어, 리튬 헥사플루오로포스페이트(lithium hexafluorophosphate)이 상기 혼합액에 완전히 용해되도록 2시간 동안 교반하여 겔화 가능 시스템을 얻으며; 계속하여 2시간 동안 교반한 후 8시간 방치하여 무색 겔을 얻는다. 상기 겔 시스템에서, 리튬염의 질량 백분율은 22 wt%이고; 고리형 에테르계 화합물의 질량 백분율은 45 wt%이며; 폴리에스테르 첨가제의 질량 백분율은 21 wt%이고; 다른 용매 및/또는 전해액의 질량 백분율은 11 wt%이며; 이산화규소의 질량 백분율은 1 wt%이다.
테스트 결과, 상기 겔의 성능 파라미터는 표8에 열거된다. 표8로부터 볼 수 있다시피, 실시예3에 의해 제조된 겔의 형성 시간은 8시간이고; 겔의 변환 온도는 60 ℃이며, 겔의 전도율은 8.8×10-3 S/cm이다. 제조된 겔을 60 ℃ 이상까지 가열할 경우, 겔은 유동할 수 있게 되고, 시약병을 거꾸로 놓았을 때 겔이 아래로 유동하는 것을 관찰할 수 있는데 이는 겔의 변환 온도에 이미 도달하였다는 것을 설명하며, 온도가 60 ℃ 이하까지 하강될 경우, 겔은 또다시 형성되는데 이는 제조된 겔이 매우 양호한 가역성을 갖고 있음을 설명한다.
(3) 전지의 제조
상기 제조된 겔을 겔 전해질로서 버튼 전지에 응용시키고, 블루 파워 전지팩을 사용하여 버튼 전지의 전기화학적 성능(테스트 결과는 표8에 열거됨)을 테스트한다. 여기서, 상기 버튼 전지의 제조 방법: 격막을 양극과 음극 사이에 놓고, 삼자 사이에 단계(2)에 의해 제조된 겔화 가능 시스템을 가득 채워, 밀봉 압축하여 CR-2032형 버튼 전지로 조립하고, 상기 겔화 가능 시스템이 고체 전해질로 변할 때까지 방치한다.
실시예5-4
(1) 폴리에스테르의 합성
삼각플라스크에서 15.0 g 글루타르산(Glutaric acid), 10.0 g 부텐디오익산(butenedioic acid), 20.0 g 폴리에틸렌글리콜(Polyethylene glycol)-400, 10.0 g 1,4-부탄디올을 취하여, 유욕에서 140 ℃의 온도로 상승될 때까지 가열하고, 온도를 1.5시간 유지시키며, 20분에 한번씩 온도가 220 ℃로 될 때까지 20 ℃씩 증가시키고, 온도를 2시간 유지시키며, 촉매제(0.2 g 테트라부틸티타네이트(Tetrabutyl titanate) 및 0.2 g 중합억제제 p-히드록시페놀(P-hydroxyphenol))를 넣어 50분 동안 반응시키고 1시간 진공 추출하여 온도를 낮추어 조산물을 얻고, 트리클로로메탄 50.0 mL를 넣어 실온에서 24시간 교반하여 에탄올에서 침강시키며, 산물을 60 ℃ 진공 건조기에서 24시간 건조시켜 폴리에스테르 D를 얻으며, 글러브 박스에 넣어 보존한다.
(2) 겔화 가능 시스템 및 고체 전해질의 제조
1.0 mL 폴리에스테르 D, 4.67 mL 테트라히드로푸란을 취하여 양자가 혼합되도록 교반하여 맑고 투명한 액체를 얻고, 균일하게 혼합한 이후 1.0 g 리튬 플루오로설폰이미드(Lithium fluorosulfonimide)를 넣어 리튬 플루오로설폰이미드(Lithium fluorosulfonimide)가 상기 혼합액에 완전히 용해되도록 1시간 동안 교반하여 겔화 가능 시스템을 얻는다. 계속하여 2시간 교반한 후 10시간 방치하여 고체 전해질을 얻는다. 상기 고체 전해질 시스템에서, 리튬염의 질량 백분율은 15 wt%이고; 고리형 에테르계 화합물의 질량 백분율은 70 wt%이며; 폴리에스테르 첨가제의 질량 백분율은 15 wt%이다.
테스트 결과, 상기 고체 전해질의 성능 파라미터는 표8에 열거된다. 표8로부터 볼 수 있다시피, 실시예4에 의해 제조된 고체 전해질의 형성 시간은 10시간이고; 고체 전해질의 변환 온도는 85 ℃이며，고체 전해질의 전도율은 2.5×10-4 S/cm이다. 제조된 고체 전해질을 85 ℃ 이상까지 가열할 경우, 겔은 붙기 시작하며, 시약병을 거꾸로 놓았을 때 고체 전해질이 아래로 유동하는 것을 관찰할 수 있는데 이는 온도가 고체 전해질의 변환 온도에 이미 도달하였다는 것을 설명하며, 온도가 85 ℃ 이하까지 하강될 경우, 고체 전해질은 또다시 형성되는데 이는 제조된 고체 전해질이 매우 양호한 가역성을 갖고 있음을 설명한다.
(3) 전지의 제조
상기 제조된 고체 전해질을 버튼 전지에 응용시키고, 블루 파워 전지팩을 사용하여 버튼 전지의 전기화학적 성능(테스트 결과는 표8에 열거됨)을 테스트한다. 여기서, 상기 버튼 전지의 제조 방법: 격막을 양극과 음극 사이에 놓고, 삼자 사이에 단계(2)에 의해 제조된 겔화 가능 시스템을 가득 채워, 밀봉 압축하여 CR-2032형 버튼 전지로 조립하고, 상기 겔화 가능 시스템이 고체 전해질로 변할 때까지 방치한다.
실시예5-5
(1) 폴리에스테르의 합성
삼각플라스크에서 20.0 g 아디프산(adipic acid), 40.0 g 폴리에틸렌글리콜(Polyethylene glycol)-600을 취하여 유욕에서 150 ℃의 온도로 상승될 때까지 가열하고, 온도를 1시간 유지시키며, 20분에 한번씩 온도가 210 ℃로 될 때까지 15 ℃씩 증가시키고, 온도를 2시간 유지시키며, 0.16 g 촉매제(테트라부틸티타네이트(Tetrabutyl titanate))를 넣어 30분 동안 반응시키고 3시간 진공 추출하여 온도를 낮추어 조산물을 얻고, 트리클로로메탄40.0 mL를 넣어 50 ℃의 온도에서 15시간 동안 교반하여 에탄올에서 침강시키고 산물을 50 ℃의 진공 건조기에서 24시간 건조시켜 폴리에스테르 E를 얻으며, 글러브 박스에 넣어 보존한다.
(2) 겔화 가능 시스템 및 겔(겔 전해질로 사용될 수 있음)의 제조
0.42 mL 폴리에스테르 E, 0.86 mL 테트라히드로피란(Tetrahydropyran), 0.22 mL 리튬 이온 전지 일반 전해액을 취하여 삼자가 혼합되도록 교반하여 맑고 투명한 액체를 얻고, 균일하게 혼합된 이후 0.3 g 리튬 헥사플루오로포스페이트(lithium hexafluorophosphate) 및 0.2 g 리튬 디플루오로메탄설폰이미드(Lithium difluoromethane sulfonimide)를 넣어 리튬 플루오로설폰이미드(Lithium fluorosulfonimide)가 상기 혼합액에 완전히 용해되도록 1시간 동안 교반하여 겔화 가능 시스템을 얻으며; 계속하여 2시간 동안 교반한 후 9시간 방치하여 무색 겔을 얻으며, 거꾸로 놓았을 때 유동하지 않는다. 상기 겔 시스템에서, 리튬염의 질량 백분율은 25 wt%이고; 고리형 에테르계 화합물의 질량 백분율은 43 wt%이며; 다른 용매 및/또는 전해액의 질량 백분율은 11 wt%이고; 폴리에스테르 첨가제의 질량 백분율은 21 wt%이다.
테스트 결과, 상기 겔의 성능 파라미터는 표8에 열거된다. 표8로부터 볼 수 있다시피, 실시예5에 의해 제조된 겔의 형성 시간은 9시간이고; 겔의 변환 온도는 56 ℃이며, 겔의 전도율은 3.3×10-2 S/cm이다. 제조된 겔을 56 ℃ 이상까지 가열할 경우, 겔은 붙기 시작하며, 시약병을 거꾸로 놓았을 때 겔이 아래로 유동하는 것을 발견할 수 있는데 이는 이때 겔의 변환 온도에 이미 도달하였다는 것을 설명하며, 온도가 56 ℃ 이하까지 하강될 경우, 겔은 또다시 형성되는데 이는 제조된 겔이 매우 양호한 가역성을 갖고 있음을 설명한다.
(3) 전지의 제조
상기 제조된 겔을 겔 전해질로서 버튼 전지에 응용시키고, 블루 파워 전지팩을 사용하여 버튼 전지의 전기화학적 성능(테스트 결과는 표8에 열거됨)을 테스트한다. 여기서, 상기 버튼 전지의 제조 방법: 격막을 양극과 음극 사이에 놓고, 삼자 사이에 단계(2)에 의해 제조된 겔화 가능 시스템을 가득 채워, 밀봉 압축하여 CR-2032형 버튼 전지로 조립하고, 상기 겔화 가능 시스템이 고체 전해질로 변할 때까지 방치한다.
실시예5-6
(1) 폴리에스테르의 합성
삼각플라스크에서 15.0 g 세바스산(Sebacic acid), 15.0 g 부텐디오익산(butenedioic acid), 30.0 g 폴리에틸렌글리콜(Polyethylene glycol)-200을 취하여 질소 분위기의 유욕에서 150 ℃의 온도로 상승될 때까지 가열하고, 온도를 0.5시간 유지시키며, 15분에 한번씩 온도가 225 ℃로 될 때까지 15 ℃씩 증가시키고, 온도를 1시간 유지시키며, 촉매제(0.24 g 테트라부틸티타네이트(Tetrabutyl titanate) 및 0.24 g 중합억제제 p-히드록시페놀(P-hydroxyphenol))를 넣어 1시간 동안 반응시키고 2시간 감압하여 온도를 낮추어 조산물을 얻고, 디클로로메탄 40.0 mL를 넣어 45 ℃의 온도에서 10시간 동안 교반하여 메탄올에서 침강시키고 산물을 44 ℃의 진공 건조기에서 24시간 건조시켜 폴리에스테르 F를 얻으며, 글러브 박스에 넣어 보존한다.
(2) 겔화 가능 시스템 및 겔(겔 전해질로 사용될 수 있음)의 제조
1.7 mL 폴리에스테르 F, 0.8 g 트리옥산(Trioxane) 및 3.0 mL 1,3-디옥솔란(1,3-dioxolane, DOL), 1.1 mL 일반 리튬 전지 전해액, 0.24 g 이산화규소를 취하여 이 4가지가 혼합되도록 교반하여 균일한 액체를 얻은 이후, 1.3 g 리튬 헥사플루오로포스페이트(lithium hexafluorophosphate)을 넣어 리튬 헥사플루오로포스페이트(lithium hexafluorophosphate)이 상기 혼합액에 완전히 용해되도록 2시간 동안 교반하여 겔화 가능 시스템을 얻으며; 계속하여 2시간 동안 교반한 후 6시간 방치하여 무색 겔을 얻으며, 거꾸로 놓았을 때 유동하지 않는다.
상기 겔 시스템에서, 리튬염의 질량 백분율은 16 wt%이고; 고리형 에테르계 화합물의 질량 백분율은 47 wt%이며; 폴리에스테르 첨가제의 질량 백분율은 21 wt%이고; 다른 용매 및/또는 전해액의 질량 백분율은 13 wt%이며; 무기 나노 입자의 질량 백분율은 3 wt%이다.
테스트 결과, 상기 겔의 성능 파라미터는 표8에 열거된다. 표8로부터 볼 수 있다시피, 실시예6에 의해 제조된 겔의 형성 시간은 10시간이고; 겔의 변환 온도는 56 ℃이며, 겔의 전도율은 9.9×10-3 S/cm이다. 제조된 겔을 56 ℃ 이상까지 가열할 경우, 겔은 붙기 시작하며, 시약병을 거꾸로 놓았을 때 겔이 아래로 유동하는 것을 관찰할 수 있는데 이는 이때 겔의 변환 온도에 이미 도달하였다는 것을 설명하며, 온도가 56 ℃ 이하까지 하강될 경우, 겔은 또다시 형성되는데 이는 제조된 겔이 매우 양호한 가역성을 갖고 있음을 설명한다.
(3) 전지의 제조
상기 제조된 겔을 겔 전해질로서 버튼 전지에 응용시키고, 블루 파워 전지팩을 사용하여 버튼 전지의 전기화학적 성능(테스트 결과는 표8에 열거됨)을 테스트한다. 여기서, 상기 버튼 전지의 제조 방법: 격막을 양극과 음극 사이에 놓고, 삼자 사이에 단계(2)에 의해 제조된 겔화 가능 시스템을 가득 채워, 밀봉 압축하여 CR-2032형 버튼 전지로 조립하고, 상기 겔화 가능 시스템이 고체 전해질로 변할 때까지 방치한다.
실시예5-7
(1) 폴리에스테르의 합성
삼각플라스크에서 30.0 g 아젤라산(Azelaic acid), 15.0 g 1,3-프로필렌글리콜, 30.0 g 폴리에틸렌글리콜(Polyethylene glycol)-200을 취하여 질소 분위기의 유욕에서 130 ℃의 온도로 상승될 때까지 가열하고, 온도를 0.5시간 유지시키며, 25분에 한번씩 온도가 210 ℃로 될 때까지 20 ℃씩 증가시키고, 온도를 1시간 유지시키며, 0.24 g 촉매제(테트라부틸티타네이트(Tetrabutyl titanate))를 넣어 0.5시간 동안 반응시킨 후 1시간 동안 감압 반응을 진행하여 온도를 낮추어 조산물을 얻고, 트리클로로메탄 50.0 mL를 넣어 50 ℃의 온도에서 12시간 동안 교반하여 에탄올에서 침강시키고 산물을 55 ℃의 진공 건조기에서 24시간 건조시켜 폴리에스테르 G를 얻으며 글러브 박스에 넣어 보존한다.
(2) 겔화 가능 시스템 및 겔(겔 전해질로 사용될 수 있음)의 제조
시약병에서 4.6 mL의 테트라히드로피란(Tetrahydropyran)을 취하여 2.2 mL의 폴리에스테르 G를 넣고, 자력으로 교반 하에서 양자가 균일하게 혼합되도록 한 다음 1.2 g의 리튬퍼플루오로부틸설포네이트(Lithium perfluorobutyl sulfonate) 고체를 상기 혼합 용액에 넣어 겔화 가능 시스템을 얻으며; 계속하여 2시간 동안 교반한 후 9시간 방치하여 겔을 형성한다. 상기 겔 시스템에서, 리튬염의 질량 백분율은 15 wt%이고; 고리형 에테르계 화합물의 질량 백분율은 58 wt%이며; 폴리에스테르 첨가제의 질량 백분율은 27 wt%이다.
테스트 결과, 상기 겔의 성능 파라미터는 표8에 열거된다. 표8로부터 볼 수 있다시피, 실시예7에 의해 제조된 겔의 형성 시간은 9시간이고; 겔의 변환 온도는 66 ℃이며, 겔의 전도율은 6.7×10-3 S/cm이다. 제조된 겔 전해질을 66 ℃ 이상까지 가열할 경우, 겔은 붙기 시작하며, 시약병을 거꾸로 놓았을 때 겔이 아래로 유동하는 것을 관찰할 수 있는데 이는 이때 겔의 변환 온도에 이미 도달하였다는 것을 설명하며, 온도가 66 ℃ 이하까지 하강될 경우, 겔은 또다시 형성되는데 이는 제조된 겔이 매우 양호한 가역성을 갖고 있음을 설명한다.
(3) 전지의 제조
상기 제조된 겔을 겔 전해질로서 버튼 전지에 응용시키고, 블루 파워 전지팩을 사용하여 버튼 전지의 전기화학적 성능(테스트 결과는 표8에 열거됨)을 테스트한다. 여기서, 상기 버튼 전지의 제조 방법: 격막을 양극과 음극 사이에 놓고, 삼자 사이에 단계(2)에 의해 제조된 겔화 가능 시스템을 가득 채워, 밀봉 압축하여 CR-2032형 버튼 전지로 조립하고, 상기 겔화 가능 시스템이 고체 전해질로 변할 때까지 방치한다.
실시예5-8
(1) 폴리에스테르의 합성
삼각플라스크에서 20.0 g 숙신산(Succinic Acid), 15.0 g 글루타르산(Glutaric acid), 20.0 g 폴리에틸렌글리콜(Polyethylene glycol)-200, 15.0 g 1,4-부탄디올을 취하여, 질소 분위기의 유욕에서 145 ℃의 온도로 상승될 때까지 가열하고, 온도를 1시간 유지시키며, 25분에 한번씩 온도가 210 ℃로 될 때까지 20 ℃씩 증가시키고, 0.28 g 촉매제(테트라부틸티타네이트(Tetrabutyl titanate))를 넣어 0.5시간 동안 반응시킨 후 1시간 동안 감압 반응을 진행하여 온도를 낮추어 조산물을 얻고, 트리클로로메탄 50.0 mL를 넣어 50 ℃의 온도에서 12시간 동안 교반하여 메탄올에서 침강시키고, 산물을 55 ℃의 진공 건조기에서 24시간 건조시켜 폴리에스테르 H를 얻으며, 글러브 박스에 넣어 보존한다.
(2) 겔화 가능 시스템 및 고체 전해질의 제조
시약병에서 0.9 mL의 폴리에스테르 H를 취하여 7.0 mL의 테트라히드로푸란 및 0.6 mL 리튬황 전지 일반 전해액을 넣고 교반 하에서 삼자가 균일하게 혼합되도록 한 다음, 1.5 g의 리튬퍼플루오로부틸설포네이트(Lithium perfluorobutyl sulfonate) 고체를 상기 혼합 용액에 넣어 겔화 가능 시스템을 얻으며; 자력으로 2시간 동안 교반한 후 9시간 방치하여 고체 전해질을 형성한다.
상기 고체 전해질 시스템에서, 리튬염의 질량 백분율은 15 wt%이고, 고리형 에테르계 화합물의 질량 백분율은 70 wt%이며, 폴리에스테르 첨가제의 질량 백분율은 9 wt%이고, 다른 용매 및/또는 전해액의 질량 백분율은 6 wt%이다.
테스트 결과, 상기 고체 전해질의 성능 파라미터는 표8에 열거된다. 표8로부터 볼 수 있다시피, 실시예8에 의해 제조된 고체 전해질의 형성 시간은 9시간이고; 고체 전해질의 변환 온도는 93 ℃이며，고체 전해질의 전도율은 1.01×10-4 S/cm이다. 제조된 고체 전해질을 93 ℃ 이상까지 가열할 경우, 고체 전해질은 붙기 시작하고, 시약병을 거꾸로 놓았을 때 고체 전해질이 아래로 유동하는 것을 관찰할 수 있는데 이는 이때 고체 전해질의 변환 온도에 이미 도달하였다는 것을 설명하며, 온도가 93 ℃ 이하까지 하강될 경우, 고체 전해질은 또다시 형성되는데 이는 제조된 고체 전해질이 매우 양호한 가역성을 갖고 있음을 설명한다.
(3) 전지의 제조
상기 제조된 고체 전해질을 버튼 전지에 응용시키고, 블루 파워 전지팩을 사용하여 버튼 전지의 전기화학적 성능(테스트 결과는 표8에 열거됨)을 테스트한다. 여기서, 상기 버튼 전지의 제조 방법: 격막을 양극과 음극 사이에 놓고, 삼자 사이에 단계(2)에 의해 제조된 겔화 가능 시스템을 가득 채워, 밀봉 압축하여 CR-2032형 버튼 전지로 조립하고, 상기 겔화 가능 시스템이 고체 전해질로 변할 때까지 방치한다.
비교예5-1
(1) 겔화 가능 시스템 및 고체 전해질의 제조
고체 전해질의 제조 방법은 실시예1과 동일하며, 구별되는 점은 단지 상기 겔화 가능 시스템에서, 폴리에스테르 A를 넣지 않고 고체 전해질을 제조하는 것이다. 상기 고체 전해질 시스템에서, 리튬염의 질량 백분율은 17 wt%이고; 고리형 에테르계 화합물의 질량 백분율은 83 wt%이다.
테스트 결과, 상기 고체 전해질의 성능 파라미터는 표8에 열거된다. 표8로부터 볼 수 있다시피, 비교예1에 의해 제조된 고체 전해질의 형성 시간은 12시간이고; 고체 전해질의 변환 온도는 96 ℃이며，고체 전해질의 전도율은 2.0×10-5 S/cm이고; 이로부터 폴리에스테르 첨가제의 첨가는 시스템이 고체 전해질의 상태로부터 겔 상태로 변환되도록 하고, 겔의 형성 시간을 확대하였으며 겔의 변환 온도를 낮추고 겔의 전도율을 향상시킬 수 있다는 것을 설명한다.
(2) 전지의 제조
상기 제조된 고체 전해질을 버튼 전지에 응용시키고, 블루 파워 전지팩을 사용하여 버튼 전지의 전기화학적 성능을 테스트한 결과, 상기 고체 전해질을 조립한 전지에 용량이 없는 것을 발견하였다. 여기서, 상기 버튼 전지의 제조 방법: 격막을 양극과 음극 사이에 놓고, 삼자 사이에 단계(2)에 의해 제조된 겔화 가능 시스템을 가득 채워, 밀봉 압축하여 CR-2032형 버튼 전지로 조립하고, 상기 겔화 가능 시스템이 고체 전해질로 변할 때까지 방치한다.
비교예5-2
(1) 겔화 가능 시스템 및 겔(겔 전해질로 사용될 수 있음)의 제조
상기 겔의 제조 방법은 실시예5와 동일하며, 구별되는 점은 단지 상기 겔화 가능 시스템에서, 폴리에스테르 E를 첨가하지 않는 것이다.
상기 겔 시스템에서, 리튬염의 질량 백분율은 22 wt%이고; 고리형 에테르계 화합물의 질량 백분율은 54 wt%이며; 다른 용매 및/또는 전해액의 질량 백분율은 24 wt%이다.
테스트 결과, 상기 겔의 성능 파라미터는 표8에 열거된다. 표8로부터 볼 수 있다시피, 비교예2에 의해 제조된 겔의 형성 시간은 7시간이고; 겔의 변환 온도는 65 ℃이며; 겔의 전도율은 3.4×10-3 S/cm이고; 이로부터 폴리에스테르 첨가제의 첨가는 겔의 형성 시간을 연장시키고 겔의 변환 온도를 낮추며 겔의 전도율을 향상시킬 수 있다는 것을 설명한다.
(2) 전지의 제조
상기 제조된 겔을 겔 전해질로서 버튼 전지에 응용시키고, 블루 파워 전지팩을 사용하여 버튼 전지의 전기화학적 성능(테스트 결과는 표8에 열거됨)을 테스트한다. 여기서, 상기 버튼 전지의 제조 방법: 격막을 양극과 음극 사이에 놓고, 삼자 사이에 단계(2)에 의해 제조된 겔화 가능 시스템을 가득 채워, 밀봉 압축하여 CR-2032형 버튼 전지로 조립하고, 상기 겔화 가능 시스템이 고체 전해질로 변할 때까지 방치한다.
비교예5-3
(1) 겔화 가능 시스템 및 겔(겔 전해질로 사용될 수 있음)의 제조
상기 겔의 제조 방법은 실시예3과 동일하며, 구별되는 점은 단지 상기 겔화 가능 시스템에서, 폴리에스테르 C를 첨가하지 않는 것이다.
상기 겔 시스템에서, 리튬염의 질량 백분율은 28 wt%이고; 고리형 에테르계 화합물의 질량 백분율은 57 wt%이며; 다른 용매 및/또는 전해액의 질량 백분율은 14 wt%이고; 무기 나노 입자의 질량 백분율은 1 wt%이다.
테스트 결과, 상기 겔의 성능 파라미터는 표8에 열거된다. 표8로부터 볼 수 있다시피, 비교예1에 의해 제조된 겔의 형성 시간은 6시간이고; 겔의 변환 온도는 69 ℃이며; 겔의 전도율은 1.0×10-3 S/cm이며; 이로부터 폴리에스테르 첨가제의 첨가는 겔의 형성 시간을 연장시키고 겔의 변환 온도를 낮추며 겔의 전도율을 향상시킬 수 있다는 것을 설명한다.
(2) 전지의 제조
상기 제조된 겔을 겔 전해질로서 버튼 전지에 응용시키고, 블루 파워 전지팩을 사용하여 버튼 전지의 전기화학적 성능(테스트 결과는 표8에 열거됨)을 테스트한다. 여기서, 상기 버튼 전지의 제조 방법: 격막을 양극과 음극 사이에 놓고, 삼자 사이에 단계(2)에 의해 제조된 겔화 가능 시스템을 가득 채워, 밀봉 압축하여 CR-2032형 버튼 전지로 조립하고, 상기 겔화 가능 시스템이 고체 전해질로 변할 때까지 방치한다.
비교예5-4
(1) 겔화 가능 시스템 및 겔(겔 전해질로 사용될 수 있음)의 제조
상기 겔의 제조 방법 및 전지 제조 방법은 실시예6과 동일하며, 구별되는 점은 단지 상기 겔화 가능 시스템에서, 폴리에스테르 F를 첨가하지 않는 것이다.
상기 겔 시스템에서, 리튬염의 질량 백분율은 20 wt%이고; 고리형 에테르계 화합물의 질량 백분율은 60 wt%이며; 다른 용매 및/또는 전해액의 질량 백분율은 16 wt%이고; 무기 나노 입자의 질량 백분율은 4 wt%이다.
테스트 결과, 상기 겔의 성능 파라미터는 표8에 열거된다. 표8로부터 볼 수 있다시피, 비교예1에 의해 제조된 겔의 형성 시간은 8시간이고; 겔의 변환 온도는 75 ℃이며; 겔의 전도율은 1.0×10-4 S/cm이며; 이로부터 폴리에스테르 첨가제의 첨가는 겔의 형성 시간을 연장시키고 겔의 변환 온도를 낮추며 겔의 전도율을 향상시킬 수 있다는 것을 설명한다.
(2) 전지의 제조
상기 제조된 고체 전해질을 버튼 전지에 응용시키고, 블루 파워 전지팩을 사용하여 버튼 전지의 전기화학적 성능(테스트 결과는 표8에 열거됨)을 테스트한다. 여기서, 상기 버튼 전지의 제조 방법: 격막을 양극과 음극 사이에 놓고, 삼자 사이에 단계(2)에 의해 제조된 겔화 가능 시스템을 가득 채워, 밀봉 압축하여 CR-2032형 버튼 전지로 조립하고, 상기 겔화 가능 시스템이 고체 전해질로 변할 때까지 방치한다.
표7 실시예5-1 내지 실시예5-8 및 비교예5-1 내지 비교예5-4의 겔 전해질 및/또는 고체 전해질의 성분 함량
(a)리튬염/% (b)고리형
에테르계
화합물/%		 (c)첨가제/% (d)다른 용매 및/또는
전해질/%		 (e)무기 나노 입자/%
실시예5-1 12 58 30 -- --
실시예5-2 16 50 22 12 --
실시예5-3 22 45 21 11 1
실시예5-4 15 70 15 -- --
실시예5-5 25 43 21 11 --
실시예5-6 16 47 21 13 3
실시예5-7 15 58 27 -- --
실시예5-8 15 70 9 6 --
비교예5-1 17 83 -- -- --
비교예5-2 22 54 -- 24 --
비교예5-3 28 57 -- 14 1
비교예5-4 20 60 -- 16 4
표8 실시예5-1 내지 실시예5-8 및 비교예5-1 내지 비교예5-4의 겔 전해질 및/또는 고체 전해질 및 제조된 전지의 성능 파라미터
실시예 형성 상태 형성 온도
/℃		 형성 시간
/h		 변환 온도
/℃		 전도율
S/cm		 전지 종류 전지 성능/mAh·g-1
최초
비용량		 50회 순환 후 잔여 비용량
5-1 겔
전해질		 실온 10 60 2.1×10-3 리튬 이온 전지 127 124
5-2 겔
전해질		 실온 9 58 1.3×10-2 리튬 이온 전지 132 129
5-3 겔
전해질		 실온 8 60 8.8×10-3 리튬 이온 전지 128 125
5-4 고체
전해액		 실온 10 85 2.5×10-4 리튬 이온 전지 122 120
5-5 겔
전해질		 실온 9 56 3.3×10-2 리튬 이온 전지 133 129
5-6 겔
전해질		 실온 10 56 9.9×10-3 리튬 이온 전지 129 127
5-7 겔
전해질		 실온 9 66 6.7×10-3 리튬 이온 전지 124 122
5-8 고체
전해질		 실온 9 93 1.01×10-4 리튬황 전지 1080 740
비교예5-1 고체
전해질		 실온 12 96 2.0×10-5 -- -- --
비교예5-2 겔
전해질		 실온 7 65 3.4×10-3 리튬 이온 전지 127 124
비교예5-3 겔
전해질		 실온 6 69 1.0×10-3 리튬 이온 전지 121 119
비교예5-4 겔
전해질		 실온 8 75 1.0×10-4 리튬 이온 전지 120 118
도 16은 실시예5-8에서 얻은 고체 전해질의 광학 사진이다. 도면으로부터 볼 수 있다시피, 실시예8에 의해 얻은 고체 전해질은 자연적으로 흐르지 않으며, 유동성이 없고, 매우 양호한 액체 보존율 및 전도율을 나타내며, 화학적 성질이 안정적이다.도 17은 실시예5-1에서 얻은 겔 전해질을 리튬 이온 전지의 전해액으로 사용하여 전지로 조립하는 최초 방전도이다. 도면으로부터 볼 수 있다시피, 상기 겔 전해질은 리튬 이온 전지의 전해액으로 사용되어, 리튬 이온 전지가 정상적으로 충전 및 방전할 수 있도록 하여 이의 활성물질이 충분하게 발휘되게 함으로써 비교적 높은 비용량을 얻는다.
도 18은 실시예5-1에서 얻은 겔 전해질을 리튬 이온 전지의 전해액으로 사용하여 전지로 조립하는 순환 성능도이다. 도면으로부터 볼 수 있다시피, 상기 겔 전해질은 리튬 이온 전지 전해액으로 사용되어 안정적인 순환 성능을 나타낼 수 있으며, 비용량은 기본적으로 변하지 않고 유지된다.
도 19는 실시예5-8에서 얻은 고체 전해질을 리튬황 전지의 전해액으로 사용하여 전지로 조립하는 최초 충전 및 방전도이다. 도면으로부터 볼 수 있다시피, 상기 고체 전해질은 리튬 이온 전지의 전해액으로 사용되어, 리튬황 전지가 정상적으로 충전 및 방전할 수 있도록 하여 이의 활성물질이 충분하게 발휘되게 함으로써 비교적 높은 비용량을 얻는다.
도 20은 실시예5-8에서 얻은 고체 전해질을 리튬황 전지의 전해액으로 사용하여 전지로 조립하는 순환 성능도이다. 도면으로부터 볼 수 있다시피, 상기 고체 전해질은 리튬황 전지 전해액으로 사용되어, 비교적 안정적인 순환 성능을 나타낼 수 있고, 비용량은 비교적 느리게 감소되며, 셔틀 효과에 의한 용량 감소를 효과적으로 억제시킨다.
실시예6-1
(1) 겔화 가능 시스템 및 겔(전지로 사용될 수 있는 겔 전해질)의 제조
시약병에서 0.7 g의 리튬퍼플루오로부틸설포네이트(Lithium perfluorobutyl sulfonate) 고체를 취하여 3.0 mL의 에틸렌글리콜메틸에테르(Ethylene glycol methyl ether) 및 2.0 mL의 에틸렌글리콜디에틸에테르(Ethylene glycol diethyl ether)(사용 전에 분자체에 의해 이미 수분이 제거됨)를 넣고, 자력으로 교반 하에서 리튬염 함량이 12 wt%인 리튬퍼플루오로부틸설포네이트(Lithium perfluorobutyl sulfonate)/에틸렌글리콜메틸에테르(Ethylene glycol methyl ether)+에틸렌글리콜디에틸에테르(Ethylene glycol diethyl ether) 용액으로 배합하여 일정한 시간 계속하여 교반하면서 겔화 가능 시스템을 얻으며; 일정한 시간 방치하여 겔을 얻는다. 상기 겔 시스템에서, 리튬염의 질량 백분율은 12 wt%이고; 직쇄형 에테르계 화합물의 질량 백분율은 88 wt%이다. 테스트 결과, 상기 겔의 형성 시간은 24시간이고; 상기 겔의 형성 온도는 실온이며, 상기 겔의 변환 온도는 67 ℃이고, 상기 겔의 전도율은 4.97×10-4 S/cm이다.
제조된 겔을 67 ℃ 이상까지 가열할 경우, 겔은 붙기 시작하며, 시약병을 거꾸로 놓았을 때 겔이 아래로 유동하는 것을 관찰할 수 있는데 이는 이때 온도가 겔의 변환 온도에 이미 도달하였다는 것을 설명하며, 온도가 67 ℃ 이하까지 하강될 경우, 겔은 또다시 형성되는데 이는 제조된 겔이 매우 양호한 가역성을 갖고 있음을 설명한다.
실시예6-2
(1) 겔화 가능 시스템 및 고체 전해질의 제조
시약병에서 0.45 g의 리튬 헥사플루오로포스페이트(lithium hexafluorophosphate)(LiPF6) 및 0.45 g의 리튬 퍼클로레이트(lithium perchlorate)(LiClO4) 고체를 취하여, 3.6 mL의 에틸렌글리콜디메틸에테르(ethylene glycol dimethyl ether)(사용 전에 분자체에 의해 이미 수분이 제거됨)를 넣고, 자력으로 교반 하에서 리튬염 함량이 20 wt%인 LiPF6+LiClO4/에틸렌글리콜메틸에테르(Ethylene glycol methyl ether)로 배합하여 계속하여 교반하여 겔화 가능 시스템을 얻으며; 일정한 시간 방치하여 고체 전해질을 얻는다.
상기 고체 전해질 시스템에서, 리튬염의 질량 백분율은 20 wt%이고; 직쇄형 에테르계 화합물의 질량 백분율은 80 wt%이다. 테스트 결과, 상기 고체 전해질의 형성 시간은 12시간이고; 상기 고체 전해질의 형성 온도는 실온이며, 상기 고체 전해질의 변환 온도는 84 ℃이고, 상기 고체 전해질의 전도율은 3.31×10-6 S/cm이다.
제조된 고체 전해질을 84 ℃ 이상까지 가열할 경우, 고체 전해질은 붙기 시작하고, 시약병을 거꾸로 놓았을 때 고체 전해질이 아래로 유동하는 것을 관찰할 수 있는데 이는 이때 고체 전해질의 변환 온도에 이미 도달하였다는 것을 설명하며, 온도가 84 ℃ 이하까지 하강될 경우, 고체 전해질은 또다시 형성되는데 이는 제조된 고체 전해질이 매우 양호한 가역성을 갖고 있음을 설명한다.
실시예6-3
(1) 겔화 가능 시스템 및 겔(전지로 사용될 수 있는 겔 전해질)의 제조
시약병에서 0.4 g의 리튬 퍼클로레이트(lithium perchlorate) 및 0.2 g의 리튬 헥사플루오로아세네이트(Lithium hexafluoroarsenate) 고체를 취하여 1.0 mL의 리튬 이온 전지 일반 전해액(1 mol/L LiPF6을 포함하는, 부피비가 1:1인 디메틸 카보네이트(Dimethyl carbonate, DMC) 및 비닐 카보네이트(EC)의 혼합 용액)을 넣고, 자력으로 교반 하에서 리튬염이 전부 용해되도록 한 다음, 상기 혼합액에 1.5 mL 1,4-부탄디올디메틸에테르(1,4-butanediol dimethyl ether)를 넣어 충분히 혼합시킨 후 겔화 가능 시스템을 얻으며; 일정한 시간 방치하여 겔을 형성한다.
상기 겔 시스템에서, 리튬염의 질량 백분율은 19 wt%이고; 직쇄형 에테르계 화합물의 질량 백분율은 48 wt%이고; 다른 용매 및/또는 전해액의 질량 백분율은 33 wt%이다. 테스트 결과, 상기 겔의 성능 파라미터는 표9에 열거된다.
제조된 겔을 65 ℃ 이상까지 가열할 경우, 겔은 붙기 시작하며, 시약병을 거꾸로 놓았을 때 겔이 아래로 유동하는 것을 관찰할 수 있는데 이는 이때 겔의 변환 온도에 이미 도달하였다는 것을 설명하며, 온도가 65 ℃ 이하까지 하강될 경우, 겔은 또다시 형성되는데 이는 제조된 겔이 매우 양호한 가역성을 갖고 있음을 설명한다.
(2) 전지의 제조
상기 제조된 겔을 겔 전해질로서 버튼 전지에 응용시키고, 블루 파워 전지팩을 사용하여 버튼 전지의 전기화학적 성능(테스트 결과는 표9에 열거됨)을 테스트한다. 여기서, 상기 버튼 전지의 제조 방법: 격막을 양극과 음극 사이에 놓고, 삼자 사이에 단계(1)에 의해 제조된 겔화 가능 시스템을 가득 채워, 밀봉 압축하여 CR-2032형 버튼 전지로 조립하고, 상기 겔화 가능 시스템이 고체 전해질로 변할 때까지 방치한다.
실시예6-4
(1) 겔화 가능 시스템 및 고체 전해질의 제조
시약병에서 1.2 g의 테트라플루오로붕소산 리튬(lithium tetrafluoroborate) 고체를 취하여, 1.5 mL의 혼합 에스테르류 용매(부피비가 1:1인 디에틸 카보네이트(Diethyl carbonate, DEC) 및 비닐 카보네이트(EC)의 혼합 용액)를 넣고, 자력으로 교반 하에서 리튬염이 완전히 용해되도록 한 다음, 상기 혼합 용액에 5.5 mL의 에틸렌글리콜디메틸에테르(ethylene glycol dimethyl ether)를 넣어 충분히 혼합시킨 후 겔화 가능 시스템을 얻으며; 일정한 시간 방치하여 고체 전해질을 형성한다. 상기 고체 전해질 시스템에서, 리튬염의 질량 백분율은 15 wt%이고; 직쇄형 에테르계 화합물의 질량 백분율은 67 wt%이며; 다른 용매 및/또는 전해액의 질량 백분율은 18 wt%이다. 테스트 결과, 상기 고체 전해질의 성능 파라미터는 표9에 열거된다.
제조된 고체 전해질을 100 ℃ 이상까지 가열할 경우, 고체 전해질은 붙기 시작하고, 시약병을 거꾸로 놓았을 때 고체 전해질이 아래로 유동하는 것을 관찰할 수 있는데 이는 이때 고체 전해질의 변환 온도에 이미 도달하였다는 것을 설명하며, 온도가 100 ℃ 이하까지 하강될 경우, 고체 전해질은 또다시 형성되는데 이는 제조된 고체 전해질이 매우 양호한 가역성을 갖고 있음을 설명한다.
(2) 전지의 제조
상기 제조된 고체 전해질을 버튼 전지에 응용시키고, 블루 파워 전지팩을 사용하여 버튼 전지의 전기화학적 성능(테스트 결과는 표9에 열거됨)을 테스트한다. 여기서, 상기 버튼 전지의 제조 방법: 격막을 양극과 음극 사이에 놓고, 삼자 사이에 단계(1)에 의해 제조된 겔화 가능 시스템을 가득 채워, 밀봉 압축하여 CR-2032형 버튼 전지로 조립하고, 상기 겔화 가능 시스템이 고체 전해질로 변할 때까지 방치한다.
실시예6-5
(1) 겔화 가능 시스템 및 고체 전해질의 제조
시약병에서 0.6 g의 리튬 플루오로설폰이미드(Lithium fluorosulfonimide) 및 0.6 g의 리튬 퍼클로레이트(lithium perchlorate) 고체를 취하여, 2.0 mL 리튬황 전지 일반 전해액(1M 리튬 디플루오로메탄설폰이미드(Lithium difluoromethane sulfonimide, LiTFSI), 여기서 1,3-디옥솔란(1,3-dioxolane, DOL) 및 에틸렌글리콜디메틸에테르(ethylene glycol dimethyl ether)의 부피비는 1:1임)을 넣고, 자력으로 교반 하에서 리튬 퍼클로레이트(lithium perchlorate) 및 리튬트리플루오로메틸레이트(Lithium trifluoromethylate)가 전부 용해될 때까지 4.0 mL의 디에틸렌글리콜디메틸에테르(Diethylene glycol dimethyl ether)를 넣어 충분히 혼합시킨 후 겔화 가능 시스템을 얻으며; 일정한 시간 방치하여 고체 전해질을 형성한다. 상기 고체 전해질 시스템에서, 리튬염의 질량 백분율은 20 wt%이고; 직쇄형 에테르계 화합물의 질량 백분율은 56 wt%이며; 다른 전해액 또는 용매의 질량 백분율은 24 wt%이다. 테스트 결과, 상기 고체 전해질의 성능 파라미터는 표9에 열거된다.
제조된 고체 전해질을 76 ℃ 이상까지 가열할 경우, 고체 전해질은 붙기 시작하고, 시약병을 거꾸로 놓았을 때 겔이 아래로 유동하는 것을 관찰할 수 있는데 이는 이때 고체 전해질의 변환 온도에 이미 도달하였다는 것을 설명하며, 온도가 76 ℃ 이하까지 하강될 경우, 고체 전해질은 또다시 형성되는데 이는 제조된 고체 전해질이 매우 양호한 가역성을 갖고 있음을 설명한다.
(2) 전지의 제조
상기 제조된 고체 전해질을 버튼 전지에 응용시키고, 블루 파워 전지팩을 사용하여 버튼 전지의 전기화학적 성능(테스트 결과는 표9에 열거됨)을 테스트한다. 여기서, 상기 버튼 전지의 제조 방법: 격막을 양극과 음극 사이에 놓고, 삼자 사이에 단계(1)에 의해 제조된 겔화 가능 시스템을 가득 채워, 밀봉 압축하여 CR-2032형 버튼 전지로 조립하고, 상기 겔화 가능 시스템이 겔 전해질로 변할 때까지 방치한다.
실시예6-6
(1) 겔화 가능 시스템 및 고체 전해질의 제조
시약병에서 0.35 g 리튬 클로라이드 알루미네이트(Lithium chloroaluminate) 및 0.5 g 리튬 퍼클로레이트(lithium perchlorate)을 취하여 1.2 mL 리튬황 전지 일반 전해액(1M LiTFSI-DOL/DME=1/1)을 넣고, 자력으로 교반 하에서 리튬 클로라이드 알루미네이트(Lithium chloroaluminate) 및 리튬 디플루오로설폰이미드(Lithium difluorosulfonimide)가 전부 용해되도록 2.5 mL 에틸렌글리콜디메틸에테르(ethylene glycol dimethyl ether) 및 1.2 mL 에틸렌글리콜메틸에테르(Ethylene glycol methyl ether)를 넣어 충분히 혼합시킨 후 겔화 가능 시스템을 얻는다. 일정한 시간 방치하여 고체 전해질을 형성한다. 상기 겔 시스템에서, 리튬염의 질량 백분율은 15 wt%이고; 직쇄형 에테르계 화합물의 질량 백분율은 64 wt%이며; 다른 전해액 또는 용매의 질량 백분율은 21 wt%이다. 테스트 결과, 상기 고체 전해질의 성능 파라미터는 표9에 열거된다.
제조된 고체 전해질을 87 ℃ 이상까지 가열할 경우, 고체 전해질은 붙기 시작하고, 시약병을 거꾸로 놓았을 때 고체 전해질이 아래로 유동하는 것을 관찰할 수 있는데 이는 이때 고체 전해질의 변환 온도에 이미 도달하였다는 것을 설명하며, 온도가 87 ℃ 이하까지 하강될 경우, 고체 전해질은 또다시 형성되는데 이는 제조된 고체 전해질이 매우 양호한 가역성을 갖고 있음을 설명한다.
(2) 전지의 제조
상기 제조된 고체 전해질을 버튼 전지에 응용시키고, 블루 파워 전지팩을 사용하여 버튼 전지의 전기화학적 성능(테스트 결과는 표9에 열거됨)을 테스트한다. 여기서, 상기 버튼 전지의 제조 방법: 격막을 양극과 음극 사이에 놓고, 삼자 사이에 단계(1)에 의해 제조된 겔화 가능 시스템을 가득 채워, 밀봉 압축하여 CR-2032형 버튼 전지로 조립하고, 상기 겔화 가능 시스템이 고체 전해질로 변할 때까지 방치한다.
실시예6-7
(1) 겔화 가능 시스템 및 겔(전지로 사용될 수 있는 겔 전해질)의 제조
시약병에서 0.06 g의 삼산화이알루미늄을 취하여, 이에 2.6 mL의 에틸렌글리콜디메틸에테르(ethylene glycol dimethyl ether)를 넣고, 자력으로 교반 하에서 충분히 균일하게 혼합되도록 하여 혼합액 A를 얻는다. 시약병에서 또한 0.8 g 리튬 헥사플루오로아세네이트(Lithium hexafluoroarsenate)를 취하여, 이에 2.6 mL의 리튬 이온 전지 일반 전해액(1M LiPF6의 DMC:EC=1:1)을 넣고, 리튬염이 완전히 용해될 때까지 교반하여 혼합액 B를 얻는다. 상기에서 얻은 A 및 B 용액을 충분히 혼합시켜 혼합액을 얻고 겔화 가능 시스템을 얻으며; 일정한 시간 방치하여 겔을 형성한다.
상기 겔 시스템에서, 리튬염의 질량 백분율은 13 wt%이고; 직쇄형 에테르계 화합물의 질량 백분율은 43 wt%이며; 무기 나노 입자의 질량 백분율은 1 wt%이고; 다른 용매 및/또는 전해액의 질량 백분율은 43 wt%이다. 테스트 결과, 상기 겔의 형성 시간은 24시간이고, 상기 겔의 형성 온도는 실온이며, 상기 겔의 변환 온도는 50 ℃이고, 상기 겔의 전도율은 1.38×10-2 S/cm이다.
제조된 겔을 50 ℃ 이상까지 가열할 경우, 겔은 붙기 시작하며, 시약병을 거꾸로 놓았을 때 겔이 아래로 유동하는 것을 관찰할 수 있는데 이는 이때 상기 겔의 변환 온도에 이미 도달하였다는 것을 설명하며, 온도가 50 ℃ 이하까지 하강될 경우, 겔은 또다시 형성되는데 이는 제조된 겔이 매우 양호한 가역성을 갖고 있음을 설명한다.
(2) 전지의 제조
상기 제조된 겔을 겔 전해질로서 버튼 전지에 응용시키고, 블루 파워 전지팩을 사용하여 버튼 전지의 전기화학적 성능(테스트 결과는 표9에 열거됨)을 테스트한다. 여기서, 상기 버튼 전지의 제조 방법: 격막을 양극과 음극 사이에 놓고, 삼자 사이에 단계(1)에 의해 제조된 겔화 가능 시스템을 가득 채워, 밀봉 압축하여 CR-2032형 버튼 전지로 조립하고, 상기 겔화 가능 시스템이 겔 전해질로 변할 때까지 방치한다.
실시예6-8
(1) 겔화 가능 시스템 및 고체 전해질의 제조
시약병에서 0.05 g의 이산화규소를 취하여, 이에 4.5 mL의 에틸렌글리콜메틸에테르(Ethylene glycol methyl ether)를 넣고, 자력으로 교반 하에서 충분히 균일하게 혼합되도록 하여 혼합액 A를 얻는다. 시약병에서 또한 0.4 g 리튬 디플루오로메탄설폰이미드(Lithium difluoromethane sulfonimide) 및 0.6 g 리튬 퍼클로레이트(lithium perchlorate)을 취하여, 이에 1.2 mL의 리튬황 전지 일반 전해액을 넣고, 리튬염이 완전히 용해될 때까지 교반하여 혼합액 B를 얻는다. 상기에서 얻은 A 및 B 용액을 충분히 혼합시켜 혼합액을 얻고 겔화 가능 시스템을 얻으며; 일정한 시간 방치하여 고체 전해질을 형성한다.
상기 겔 시스템에서, 리튬염의 질량 백분율은 15 wt%이고; 직쇄형 에테르계 화합물의 질량 백분율은 66.3 wt%이며; 무기 나노 입자의 질량 백분율은 0.7 wt%이고; 다른 용매 및/또는 전해액의 질량 백분율은 18 wt%이다. 테스트 결과, 상기 고체 전해질의 형성 시간은 14시간이고, 상기 고체 전해질의 형성 온도는 실온이며, 상기 고체 전해질의 변환 온도는 98 ℃이고, 상기 고체 전해질의 전도율은 2.06×10-5 S/cm이다.
제조된 고체 전해질을 98 ℃ 이상까지 가열할 경우, 고체 전해질은 붙기 시작하고, 시약병을 거꾸로 놓았을 때 고체 전해질이 아래로 유동하는 것을 관찰할 수 있는데 이는 이때 상기 고체 전해질의 변환 온도에 이미 도달하였다는 것을 설명하며, 온도가 98 ℃ 이하까지 하강될 경우, 고체 전해질은 또다시 형성되는데 이는 제조된 고체 전해질이 매우 양호한 가역성을 갖고 있음을 설명한다.
(2) 전지의 제조
상기 제조된 고체 전해질을 버튼 전지에 응용시키고, 블루 파워 전지팩을 사용하여 버튼 전지의 전기화학적 성능(테스트 결과는 표9에 열거됨)을 테스트한다. 여기서, 상기 버튼 전지의 제조 방법: 격막을 양극과 음극 사이에 놓고, 삼자 사이에 단계(1)에 의해 제조된 겔화 가능 시스템을 가득 채워, 밀봉 압축하여 CR-2032형 버튼 전지로 조립하고, 상기 겔화 가능 시스템이 고체 전해질로 변할 때까지 방치한다.
실시예6-9
시약병에서 0.08 g의 이산화티타늄을 취하여, 이에 1.5 mL의 아니솔(Anisole) 및 1.5 mL 에틸렌글리콜디메틸에테르(ethylene glycol dimethyl ether)를 넣고, 자력으로 교반 하에서 충분히 균일하게 혼합되도록 하여 혼합액 A를 얻는다. 시약병에서 또한 0.2 g 리튬 헥사플루오로아세네이트(Lithium hexafluoroarsenate) 및 0.6 g 리튬 헥사플루오로포스페이트(lithium hexafluorophosphate)을 취하여, 이에 3.2 mL의 리튬 이온 전지 일반 전해액(1M LiPF6의 DMC:EC=1:1)을 넣고, 리튬염이 완전히 용해될 때까지 교반하여 혼합액 B를 얻는다. 상기에서 얻은 A 및 B 용액을 충분히 혼합시켜 혼합액을 얻고 겔화 가능 시스템을 얻는다. 일정한 시간 방치하여 겔을 형성한다.
상기 겔 시스템에서, 리튬염의 질량 백분율은 11 wt%이고; 직쇄형 에테르계 화합물의 질량 백분율은 42 wt%이며; 무기 나노 입자의 질량 백분율은 1.1 wt%이고; 다른 용매 및/또는 전해액의 질량 백분율은 45.9 wt%이다. 테스트 결과, 상기 겔의 형성 시간은 26시간이고, 상기 겔의 형성 온도는 실온이며, 상기 겔의 변환 온도는 50 ℃이고, 상기 겔의 전도율은 1.49×10-2 S/cm이다.
제조된 겔을 45 ℃ 이상까지 가열할 경우, 겔은 붙기 시작하며, 시약병을 거꾸로 놓았을 때 겔이 아래로 유동하는 것을 관찰할 수 있는데 이는 이때 상기 겔의 변환 온도에 이미 도달하였다는 것을 설명하며, 온도가 45 ℃ 이하까지 하강될 경우, 겔은 또다시 형성되는데 이는 제조된 겔이 매우 양호한 가역성을 갖고 있음을 설명한다.
(2) 전지의 제조
상기 제조된 겔을 겔 전해질로서 버튼 전지에 응용시키고, 블루 파워 전지팩을 사용하여 버튼 전지의 전기화학적 성능(테스트 결과는 표9에 열거됨)을 테스트한다. 여기서, 상기 버튼 전지의 제조 방법: 격막을 양극과 음극 사이에 놓고, 삼자 사이에 단계(1)에 의해 제조된 겔화 가능 시스템을 가득 채워, 밀봉 압축하여 CR-2032형 버튼 전지로 조립하고, 상기 겔화 가능 시스템이 겔 전해질로 변할 때까지 방치한다.
실시예6-10
(1) 겔화 가능 시스템 및 고체 전해질의 제조
시약병에서 0.08 g의 질화규소를 취하여, 이에 4.0 mL의 디페닐에테르(Diphenyl ether)를 넣고, 자력으로 교반 하에 균일하게 혼합되도록 하여 혼합액 A를 얻는다. 시약병에서 또한 0.5 g 리튬 디플루오로메탄설폰이미드(Lithium difluoromethane sulfonimide) 및 0.5 g 리튬 테트라플루오로보레이트 (lithium tetrafluoroborate)을 취하여, 이에 1.2 mL의 디메틸 카보네이트(Dimethyl carbonate)을 넣고, 리튬염이 완전히 용해될 때까지 교반하여 혼합액 B를 얻는다. 상기에서 얻은 A 및 B 용액을 충분히 혼합시켜 혼합액을 얻고 겔화 가능 시스템을 얻으며; 일정한 시간 방치하여 고체 전해질을 형성한다. 상기 겔 시스템에서, 리튬염의 질량 백분율은 16 wt%이고; 직쇄형 에테르계 화합물의 질량 백분율은 63.6 wt%이며; 무기 나노 입자의 질량 백분율은 1.3 wt%이고; 다른 용매 및/또는 전해액의 질량 백분율은 19.1 wt%이다.
테스트 결과, 상기 고체 전해질의 형성 시간은 15시간이고, 상기 고체 전해질의 형성 온도는 실온이며, 상기 고체 전해질의 변환 온도는 95 ℃이고, 상기 고체 전해질의 전도율은 3.67×10-5 S/cm이다.
제조된 고체 전해질을 95 ℃ 이상까지 가열할 경우, 고체 전해질은 붙기 시작하고, 시약병을 거꾸로 놓았을 때 고체 전해질이 아래로 유동하는 것을 관찰할 수 있는데 이는 이때 상기 고체 전해질의 변환 온도에 이미 도달하였다는 것을 설명하며, 온도가 95 ℃ 이하까지 하강될 경우, 고체 전해질은 또다시 형성되는데 이는 제조된 고체 전해질이 매우 양호한 가역성을 갖고 있음을 설명한다.
(2) 전지의 제조
상기 제조된 고체 전해질을 버튼 전지에 응용시키고, 블루 파워 전지팩을 사용하여 버튼 전지의 전기화학적 성능(테스트 결과는 표9에 열거됨)을 테스트한다. 여기서, 상기 버튼 전지의 제조 방법: 격막을 양극과 음극 사이에 놓고, 삼자 사이에 단계(1)에 의해 제조된 겔화 가능 시스템을 가득 채워, 밀봉 압축하여 CR-2032형 버튼 전지로 조립하고, 상기 겔화 가능 시스템이 고체 전해질로 변할 때까지 방치한다.
표9 실시예1-8의 겔 전해질 및/또는 고체 전해질 및 제조된 전지의 성능 파라미터
실시예 (a)
/%		 (b)
/%		 (c)
/%		 (d)
/%		 형성
상태		 형성
온도
/℃		 형성
시간
/h		 변환
온도
/℃		 응용
방향		 전도율
/S·cm-1 		전지 성능
/mAh·g-1
최초
비용량		 50회
순환 후 잔여
비용량
6-1 12 88 -- -- 겔 전해질 실온 24 67 -- 4.96×10-4 -- --
6-2 20 80 -- -- 고체 전해액 실온 12 84 -- 3.31×10-6 -- --
6-3 19 48 38 -- 겔 전해질 실온 12 65 리튬 이온 전지 2.44×10-5 124 126
6-4 15 67 18 -- 고체 전해질 실온 8 100 리튬 이온 전지 6.95×10-5 119 121
6-5 20 56 24 -- 고체 전해질 실온 16 76 리튬황 전지 4.52×10-5 1224 751
6-6 15 64 21 -- 고체 전해질 실온 15 87 리튬황 전지 4.37×10-6 1021 736
6-7 13 43 43 1 겔 전해질 실온 24 50 리튬 이온 전지 1.38×10-2 127 130
6-8 15 66.3 18 0.7 고체 전해질 실온 14 98 리튬황 전지 2.06×10-5 1097 733
6-9 11 42 45.9 1.1 겔 전해질 실온 26 45 리튬황 전지 1.49×10-2 1066 782
6-10 16 63.6 19.1 1.3 고체 전해질 실온 15 95 리튬 이온 전지 3.67×10-5 124 127
여기서, (a)성분은 리튬염이고, (b)성분은 직쇄형 에테르계 화합물이며, (c)성분은 다른 용매 및/또는 전해액이고, (d)성분은 무기 나노 입자이다.
도 21은 실시예6-2에서 얻은 고체 전해질의 광학 사진이다. 도면으로부터 볼 수 있다시피, 상기 고체 전해질은 중력의 작용하에서 자연적으로 유동할 수 없으며, 색상은 비교적 투명하고 물리적 성질 및 화학적 성질은 안정적이다.
도 22는 실시예6-3에서 얻은 겔 전해질을 리튬 이온 전지의 전해액으로 사용하여 전지로 조립하는 최초 방전도이다. 도면으로부터 알 수 있다시피, 상기 겔 전해질은 리튬 이온 전지의 전해액으로 사용되어, 리튬 이온 전지가 정상적으로 충전 및 방전할 수 있도록 하여 그중의 활성물질이 충분하게 발휘하게 함으로써 비교적 높은 비용량을 얻는다.
도 23은 실시예6-3에서 얻은 겔 전해질을 리튬 이온 전지의 전해액으로 사용하여 전지로 조립하는 순환 성능도이다. 도면으로부터 알 수 있다시피, 상기 겔은 리튬 이온 전지의 전해액으로 사용되어, 안정적인 순환 성능을 나타낼 수 있으며, 비용량은 기본적으로 변하지 않고 유지된다.
도 24는 실시예6-6에서 얻은 고체 전해질을 리튬황 전지의 전해액으로 사용하여 전지로 조립하는 최초 충전 및 방전도이다.도면으로부터 볼 수 있다시피, 상기 겔 전해질은 리튬황 전지의 전해액으로 사용되어 리튬 이온 전지가 정상적으로 충전 및 방전할 수 있도록 하여 그중의 활성물질이 충분하게 발휘하게 함으로써 비교적 높은 비용량을 얻는다.
도 25는 실시예6-6에서 얻은 고체 전해질을 리튬황 전지의 전해액으로 사용하여 전지로 조립하는 순환 성능도이다. 도면으로부터 볼 수 있다시피, 상기 겔 전해질은 플로우 전지의 전해액으로 사용되어 “셔틀 효과”를 효과적으로 완화시킬 수 있으며, 따라서 활성물질의 이용률을 향상시키고 전지의 비용량을 향상시켜 우위적인 순환 성능을 나타낸다.
이상, 본 발명의 실시형태에 대해 설명한다. 그러나, 본 발명은 상기 실시형태에 한정되지 않는다. 본 발명의 정신 및 원칙 내에서 이루어진 모든 수정, 등가 교체, 개선 등은 모두 본 발명의 보호 범위내에 포함되어야 한다.

Claims (10)

  1. 겔화 가능 시스템으로서,
    상기 시스템은 리튬염 및 에테르계 화합물인 성분을 포함하고, 상기 에테르계 화합물은 고리형 에테르계 화합물 또는 직쇄형 에테르계 화합물 중의 적어도 하나로부터 선택되며; 시스템 중 겔화 가능한 폴리머 및/또는 겔화 가능한 프리폴리머의 질량 백분율은 1 wt%보다 작거나 같고,
    바람직하게, 상기 에테르계 화합물은 고리형 에테르계 화합물로 이루어진 군으로부터 선택되고, 상기 리튬염의 질량 백분율은 2 wt%보다 크거나 같고 50 wt%보다 작거나 같으며; 상기 고리형 에테르계 화합물의 질량 백분율은 50 wt%보다 크거나 같고 98 wt%보다 작거나 같으며,
    바람직하게, 상기 에테르계 화합물은 고리형 에테르계 화합물로부터 선택되고, 상기 리튬염의 질량 백분율은 5 wt%보다 크거나 같고 20 wt%보다 작으며; 상기 고리형 에테르계 화합물의 질량 백분율은 80 wt%보다 크고 95 wt%보다 작거나 같으며; 또는, 상기 리튬염의 질량 백분율은 20 wt%보다 크거나 같고 30 wt%보다 작거나 같으며; 상기 고리형 에테르계 화합물의 질량 백분율은 70 wt%보다 크거나 같고 80 wt%보다 작거나 같으며,
    바람직하게, 상기 에테르계 화합물은 직쇄형 에테르계 화합물로부터 선택되고, 상기 리튬염의 질량 백분율은 2 wt%보다 크거나 같고 75 wt%보다 작거나 같으며; 상기 직쇄형 에테르계 화합물의 질량 백분율은 25 wt%보다 크거나 같고 98 wt%보다 작거나 같으며,
    바람직하게, 상기 에테르계 화합물은 직쇄형 에테르계 화합물로부터 선택되고, 상기 리튬염의 질량 백분율은 5 wt%보다 크거나 같고 20 wt%보다 작으며; 상기 직쇄형 에테르계 화합물의 질량 백분율은 80 wt%보다 크고 95 wt%보다 작거나 같으며; 또는, 상기 리튬염의 질량 백분율은 20 wt%보다 크거나 같고 30 wt%보다 작거나 같으며; 상기 직쇄형 에테르계 화합물의 질량 백분율은 70 wt%보다 크거나 같고 80 wt%보다 작거나 같은 것을 특징으로 하는 겔화 가능 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 겔화 가능 시스템은 리튬 이온 전지에 사용될 수 있고, 상기 시스템은 리튬 이온 전지에 사용되는 전해액 또는 이의 용매를 더 포함하며; 상기 겔화 가능 시스템에서, 상기 리튬 이온 전지에 사용되는 리튬염의 질량 백분율은 5 wt%보다 크거나 같고 60 wt%보다 작거나 같으며; 상기 고리형 에테르계 화합물의 질량 백분율은 20 wt%보다 크거나 같고 90 wt%보다 작거나 같으며; 상기 리튬 이온 전지에 사용되는 전해액 또는 이의 용매의 질량 백분율은 5 wt%보다 크거나 같고 75 wt%보다 작거나 같으며,
    바람직하게, 상기 리튬 이온 전지에 사용되는 리튬염의 질량 백분율은 10 wt%보다 크거나 같고 40 wt%보다 작거나 같으며; 상기 고리형 에테르계 화합물의 질량 백분율은 20 wt%보다 크거나 같고 60 wt%보다 작거나 같으며; 상기 리튬 이온 전지에 사용되는 전해액 또는 이의 용매의 질량 백분율은 20 wt%보다 크거나 같고 60 wt%보다 작거나 같으며;
    바람직하게, 상기 리튬 이온 전지에 사용되는 리튬염의 질량 백분율은 10 wt%보다 크거나 같고 40 wt%보다 작거나 같으며; 상기 고리형 에테르계 화합물의 질량 백분율은 60 wt%보다 크고 85 wt%보다 작거나 같으며; 상기 리튬 이온 전지에 사용되는 전해액 또는 이의 용매의 질량 백분율은 5 wt%보다 크거나 같고 30 wt%보다 작거나 같으며,
    바람직하게, 상기 겔화 가능 시스템은 리튬황 전지에 사용될 수 있고, 상기 시스템은 리튬황 전지에 사용되는 전해액 또는 이의 용매를 더 포함하며; 상기 겔화 가능 시스템에서, 상기 리튬염의 질량 백분율은 5 wt%보다 크고 60 wt%보다 작거나 같으며; 상기 고리형 에테르계 화합물의 질량 백분율은 20 wt%와 같고 90 wt%보다 작거나 같으며; 상기 리튬황 전지에 사용되는 전해액 또는 이의 용매의 질량 백분율은 5 wt%보다 크거나 같고 75 wt%보다 작거나 같으며,
    바람직하게, 상기 리튬염의 질량 백분율은 10 wt%보다 크거나 같고 40 wt%보다 작거나 같으며; 상기 고리형 에테르계 화합물의 질량 백분율은 20 wt%보다 크거나 같고 60 wt%보다 작거나 같으며, 상기 리튬황 전지에 사용되는 전해액 또는 이의 용매의 질량 백분율은 20 wt%보다 크거나 같고 60 wt%보다 작거나 같으며,
    바람직하게, 상기 리튬염의 질량 백분율은 10 wt%보다 크거나 같고 40 wt%보다 작거나 같으며; 상기 고리형 에테르계 화합물의 질량 백분율은 60 wt%보다 크고 85 wt%보다 작거나 같으며, 상기 리튬황 전지에 사용되는 전해액 또는 이의 용매의 질량 백분율은 5 wt%보다 크고 30 wt%보다 작으며,
    바람직하게, 상기 시스템은 무기 나노 입자를 더 포함하고, 상기 겔화 가능 시스템에서, 상기 리튬염의 질량 백분율은 5 wt%보다 크고 60 wt%보다 작거나 같으며; 상기 고리형 에테르계 화합물의 질량 백분율은 20 wt%보다 크거나 같고 95 wt%보다 작거나 같으며; 상기 무기 나노 입자의 질량 백분율은 0 보다 크고 30 wt%보다 작거나 같으며,
    바람직하게, 상기 겔화 가능 시스템에서, 상기 리튬염의 질량 백분율은 10 wt%보다 크거나 같고 40 wt%보다 작거나 같으며; 상기 고리형 에테르계 화합물의 질량 백분율은 20 wt%보다 크거나 같고 60 wt%보다 작거나 같으며; 상기 무기 나노 입자의 질량 백분율은 0 wt%보다 크고 15 wt%보다 작거나 같으며,
    바람직하게, 상기 겔화 가능 시스템에서, 상기 리튬염의 질량 백분율은 10 %보다 크고 40 wt%보다 작거나 같으며; 상기 고리형 에테르계 화합물의 질량 백분율은 60 wt%보다 크고 90 wt%보다 작거나 같으며; 상기 무기 나노 입자의 질량 백분율은 0 wt%보다 크고 20 wt%보다 작거나 같으며,
    바람직하게, 상기 시스템은 무기 나노 입자를 더 포함하고; 상기 겔화 가능 시스템에서, 상기 리튬염의 질량 백분율은 2 wt%보다 크거나 같고 75 wt%보다 작거나 같으며; 상기 직쇄형 에테르계 화합물의 질량 백분율은 25 wt%보다 크거나 같고 98 wt%보다 작거나 같으며, 상기 무기 나노 입자의 질량 백분율은 0 wt%보다 크거나 같고 30 wt%보다 작거나 같으며, 바람직하게, 상기 무기 나노 입자의 질량 백분율은 0 wt%보다 크고 20 wt%보다 작거나 같으며,
    바람직하게, 상기 시스템은 첨가제를 더 포함하고; 상기 겔화 가능 시스템에서, 상기 리튬염의 질량 백분율은 5 wt%보다 크거나 같고 60 wt%보다 작거나 같으며; 상기 고리형 에테르계 화합물의 질량 백분율은 20 wt%보다 크거나 같고 90 wt%보다 작거나 같으며; 상기 첨가제의 질량 백분율은 5 wt%보다 크거나 같고 60 wt%보다 작거나 같으며,
    바람직하게, 상기 겔화 가능 시스템에서, 상기 리튬염의 질량 백분율은 10 wt%보다 크거나 같고 40 wt%보다 작거나 같으며; 상기 고리형 에테르계 화합물의 질량 백분율은 20 wt%보다 크거나 같고 60 wt%보다 작거나 같으며; 상기 첨가제의 질량 백분율은 20 wt%보다 크고 60 wt%보다 작거나 같으며,
    바람직하게, 상기 겔화 가능 시스템에서, 상기 리튬염의 질량 백분율은 10 wt%보다 크거나 같고 40 wt%보다 작거나 같으며; 상기 고리형 에테르계 화합물의 질량 백분율은 60 wt%보다 크고 90 wt%보다 작거나 같으며; 상기 첨가제의 질량 백분율은 5 wt%보다 크거나 같고 20 wt%보다 작거나 같으며,
    바람직하게, 상기 겔화 가능 시스템은 다른 용매 및/또는 전해액을 더 포함할 수 있고,
    바람직하게, 상기 겔화 가능 시스템에서, 상기 다른 용매 및/또는 전해액의 질량 백분율은 0 wt%보다 크거나 같고 75 wt%보다 작거나 같으며, 예를 들어, 0 wt%보다 크고 60 wt%보다 작거나 같은 것을 특징으로 하는 겔화 가능 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 겔화 가능 시스템이 무기 나노 입자를 포함할 경우; 상기 겔화 가능 시스템은 다른 용매 및/또는 전해액을 더 포함하며, 상기 다른 용매 및/또는 전해액은 리튬황 전지에 사용되는 전해액, 리튬황 전지에 사용되는 전해액의 용매, 리튬 이온 전지에 사용되는 전해액, 리튬 이온 전지에 사용되는 전해액의 용매 중의 적어도 하나를 포함하고; 상기 겔화 가능 시스템에서, 상기 다른 용매 및/또는 전해액의 질량 백분율은 0 wt%보다 크거나 같고 75 wt%보다 작거나 같으며,
    바람직하게, 상기 다른 용매 및/또는 전해액의 질량 백분율은 5 wt%보다 크거나 같고 60 wt%보다 작거나 같으며,
    바람직하게, 상기 겔화 가능 시스템이 첨가제를 포함할 경우; 상기 겔화 가능 시스템은 다른 용매 및/또는 전해액을 더 포함하며, 상기 다른 용매 및/또는 전해액은 리튬황 전지에 사용되는 전해액, 리튬황 전지에 사용되는 전해액의 용매, 리튬 이온 전지에 사용되는 전해액, 리튬 이온 전지에 사용되는 전해액의 용매 중의 적어도 하나를 포함하고; 상기 겔화 가능 시스템에서, 상기 다른 용매 및/또는 전해액의 질량 백분율은 0 wt%보다 크거나 같고 60 wt%보다 작거나 같으며,
    바람직하게, 상기 다른 용매 및/또는 전해액의 질량 백분율은 0 wt%보다 크고 25 wt%보다 작거나 같으며,
    바람직하게, 상기 겔화 가능 시스템이 첨가제, 다른 용매 및/또는 전해액을 포함할 경우, 상기 겔화 가능 시스템은 무기 나노 입자를 더 포함할 수 있으며; 상기 무기 나노 입자의 질량 백분율은 0 wt%보다 크거나 같고 30 wt%보다 작거나 같으며,
    바람직하게, 상기 겔화 가능 시스템에서, 상기 무기 나노 입자의 질량 백분율은 0 wt%보다 크고 15 wt%보다 작거나 같은 것을 특징으로 하는 겔화 가능 시스템.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 고리형 에테르계 화합물은 하나의 산소, 2개의 산소, 3개의 산소 또는 보다 많은 산소를 포함하는 고리형 에테르계 화합물로부터 선택되고,
    바람직하게, 상기 고리형 에테르계 화합물은 단일 고리, 축합 고리(예를 들어, 이중 고리), 스피로 고리 또는 브릿지된 고리일 수 있으며,
    바람직하게, 상기 고리형 에테르계 화합물은 적어도 하나의 산소 원자를 포함하는 C2 ~ C20 시클로알칸(Cycloalkane)으로부터 선택되고, 즉 고리형 구조 중의 탄소 원자 개수가 2 ~ 20개이며; 또는 적어도 하나의 산소 원자를 포함하는 C3 ~ C20 시클로알켄(cyclic alkene)으로부터 선택되고, 즉 고리형 구조 중의 탄소 원자 개수가 3 ~ 20개이며, 여기서 적어도 하나의 탄소-탄소 이중결합을 함유하고,
    바람직하게, 상기 시클로알칸 또는 시클로알켄은 단일 고리, 축합 고리(예를 들어, 이중 고리), 스피로 고리 또는 브릿지된 고리이며; 상기 시클로알칸 또는 시클로알켄이 스피로 고리 또는 브릿지된 고리이며 2개 이상의 산소 원자를 함유할 경우, 산소 원자는 하나의 고리에 있을 수 있고, 복수 개의 고리에 있을 수도 있으며,
    바람직하게, 상기 고리형 에테르계 화합물은 적어도 하나의 산소 원자를 포함하는 C2 ~ C20의 모노시클로알칸으로부터 선택되고, 바람직하게, 적어도 하나의 산소 원자를 포함하는 C3 ~ C20의 모노시클로알칸으로부터 선택되며, 예를 들어 하기 제1유형 화합물 중의 하나이고:
    Figure pct00010

    바람직하게, 상기 고리형 에테르계 화합물은 적어도 하나의 산소 원자를 포함하는 C4 ~ C20의 축합 시클로알칸으로부터 선택되며, 예를 들어, 하기 제2유형 화합물 중의 하나이고:
    Figure pct00011

    Figure pct00012

    Figure pct00013

    바람직하게, 상기 고리형 에테르계 화합물은 적어도 하나의 산소 원자를 포함하는 C4 ~ C20의 브릿지된 시클로알칸으로부터 선택되며, 예를 들어, 하기 제3유형 화합물 중의 하나이고:
    Figure pct00014

    바람직하게, 상기 고리형 에테르계 화합물은 적어도 하나의 산소 원자를 포함하는 C4 ~ C20의 스피로 시클로알칸으로부터 선택되며, 예를 들어, 하기 제4유형 화합물 중의 하나이고:
    Figure pct00015

    Figure pct00016

    Figure pct00017

    바람직하게, 상기 제4유형 화합물 중의 고리 구조 상의 C-C 결합에서 적어도 하나가 C=C로 대체되고 안정적으로 존재하는 화합물이며, 상기 적어도 하나의 산소 원자를 포함하는 C3 ~ C20 시클로알켄은 본 발명의 바람직한 고리형 에테르계 화합물 중 하나이고,
    바람직하게, 상기 시클로알칸 또는 시클로알켄이 단일 고리 또는 축합 고리일 경우, 이의 상기 고리에서의 탄소 원자는 하나 또는 복수 개의 R1기로 치환될 수 있으며; 상기 시클로알칸 또는 시클로알켄이 브릿지된 고리일 경우, 이의 비가교(non bridging) 연결 고리의 탄소 원자는 하나 또는 복수 개의 R1기에 의해 치환될 수 있고; 상기 시클로알칸 또는 시클로알켄이 스피로 고리일 경우, 이의 고리에서의 탄소 원자는 하나 또는 복수 개의 R1기에 의해 치환될 수 있으며; 상기 R1기는 알킬기(alkyl group), 알케닐기(Alkenyl group), 알키닐기(alkynyl group), 알콕시기(alkoxy group), 알킬티오(alkylthio), 할로알킬(Haloalkyl), 시클로알킬기(cycloalkyl group), 시클로알킬옥시(Cycloalkyloxy), 시클로알킬티오(Cycloalkylthio), 헤테로시클릭기(Heterocyclic group), 헤테로시클릴옥시(Heterocyclyloxy), 헤테로시클릴티오(Heterocyclylthio), 아릴기(aryl group), 아릴옥시(Aryloxy), 헤테로아릴기(Heteroaryl group), 헤테로아릴옥시(Heteroaryloxy), 히드록시기(hydroxyl group), 메르캅토기(mercapto group), 니트로기(nitro group), 카르복시기(Carboxyl Group), 아미노기(amino group), 에스테르기(ester group), 할로겐(halogen), 아실기(acyl group), 알데히드기(Aldehyde group)인 기 중 하나로부터 선택되고,
    바람직하게, 상기 하나의 산소를 포함하는 고리형 에테르계 화합물은 치환 또는 비치환된 옥세탄(oxetane), 치환 또는 비치환된 테트라히드로푸란(Tetrahydrofuran), 치환 또는 비치환된 테트라히드로피란(Tetrahydropyran)으로부터 선택되며; 상기 치환기의 개수는 하나 또는 복수 개일 수 있고; 상기 치환기는 상기 R1기이며,
    바람직하게, 상기 하나의 산소를 포함하는 고리형 에테르계 화합물은 3,3-디클로로메틸옥세탄(3,3-dichloromethyloxetane), 2-클로로메틸옥세탄(2-chloromethyloxetane), 2-클로로메틸프로필렌옥사이드(2-chloromethyl propylene oxide), 1,4-에폭시시클로헥산(1,4-epoxycyclohexane), 1,3-에폭시시클로헥산(1,3-epoxycyclohexane), 테트라히드로푸란(Tetrahydrofuran), 2-메틸테트라히드로푸란(2-methyltetrahydrofuran), 3-메틸테트라히드로푸란(3-methyltetrahydrofuran), 테트라히드로피란(Tetrahydropyran), 2-메틸테트라히드로피란(2-methyltetrahydropyran), 옥세판(Oxepane), 옥사시클로옥탄(Oxacyclooctane), 옥사시클로노난(Oxacyclononane) 또는 옥사시클로데칸(Oxacyclodecane)으로부터 선택되고,
    바람직하게, 상기 2개 산소를 포함하는 고리형 에테르계 화합물은 치환 또는 비치환된 1,3-디옥솔란(1,3-dioxolane, DOL), 치환 또는 비치환된 1,4-디옥산(1,4-Dioxane)으로부터 선택되며; 상기 치환기의 개수는 하나 또는 복수 개일 수 있고; 상기 치환기는 상기 R1기이며,
    바람직하게, 상기 3개 산소를 포함하는 고리형 에테르계 화합물은 치환 또는 비치환된 트리옥산(Trioxane)으로부터 선택되고; 상기 치환기의 개수는 하나 또는 복수 개일 수 있으며; 상기 치환기는 상기 R1기이고,
    바람직하게, 상기 보다 많은 산소를 포함하는 고리형 에테르계 화합물은 치환 또는 비치환된 18-크라운-6(18-Crown-6), 치환 또는 비치환된 12-크라운-4, 치환 또는 비치환된 24-크라운-8로부터 선택되며; 상기 치환기의 개수는 하나 또는 복수 개일 수 있고, 상기 치환기는 상기 R1기이며,
    바람직하게, 상기 직쇄형 에테르계 화합물의 일반식은 식(1)에 표시된 바와 같고:
    R1-O-(R2-O)n-R3 식(1)
    식 중에서, n은 0보다 큰 정수이며;
    R2는 직쇄 또는 측쇄의 C1 ~ C6의 알킬렌(Alkylene), 직쇄 또는 측쇄의 C2 ~ C6의 알케닐렌(Alkenylene)로부터 선택되고, 상기 R2의 탄소 원자의 H는 알케닐기(Alkenyl group), 알키닐기(alkynyl group), 알콕시기(alkoxy group), 알킬티오(alkylthio), 시클로알킬기(cycloalkyl group), 시클로알킬옥시(Cycloalkyloxy), 시클로알킬티오(Cycloalkylthio), 헤테로시클릭기(Heterocyclic group), 헤테로시클릴옥시(Heterocyclyloxy), 헤테로시클릴티오(Heterocyclylthio), 아릴기(aryl group), 아릴옥시(Aryloxy), 헤테로아릴기(Heteroaryl group), 헤테로아릴옥시(Heteroaryloxy), 히드록시기(hydroxyl group), 메르캅토기(mercapto group), 니트로기(nitro group), 카르복시기(Carboxyl Group), 아미노기(amino group), 에스테르기(ester group), 할로겐(halogen), 아실기(acyl group), 알데히드기(Aldehyde group)인 기(그룹) 중의 적어도 하나에 의해 치환될 수 있으며;
    R1 및 R3은 동일하거나 상이하며, 상호 독립적으로 수소 원자, 알킬기(alkyl group), 시클로알킬기(cycloalkyl group), 헤테로시클릭기(Heterocyclic group), 알케닐기(Alkenyl group), 알키닐기(alkynyl group) 중의 하나 또는 다수로부터 선택되고; 상기 R1 및 R3의 탄소 원자의 H는 알케닐기(Alkenyl group), 알키닐기(alkynyl group), 알콕시기(alkoxy group), 알킬티오(alkylthio), 시클로알킬기(cycloalkyl group), 시클로알킬옥시(Cycloalkyloxy), 시클로알킬티오(Cycloalkylthio), 헤테로시클릭기(Heterocyclic group), 헤테로시클릴옥시(Heterocyclyloxy), 헤테로시클릴티오(Heterocyclylthio), 아릴기(aryl group), 아릴옥시(Aryloxy), 히드록시기(hydroxyl group), 메르캅토기(mercapto group), 니트로기(nitro group), 카르복시기(Carboxyl Group), 아미노기(amino group), 에스테르기(ester group), 할로겐(halogen), 아실기(acyl group), 알데히드기(Aldehyde group)인 기 중의 적어도 하나에 의해 치환될 수 있으며,
    바람직하게, n은 1 ~ 6 사이의 정수이고;
    R2는 직쇄 또는 측쇄의 C1 ~ C4의 알킬렌(Alkylene), 직쇄 또는 측쇄의 C2 ~ C6의 알케닐렌(Alkenylene)으로부터 선택되며;
    R1 및 R3은 동일하거나 상이하고, 상호 독립적으로 직쇄 또는 측쇄의 C1 ~ C6의 알킬기(alkyl group)로부터 선택되며;
    바람직하게, R2는 메틸기, 에틸기, 프로필기, 이소프로필기, 부틸기, 이소부틸기, 비닐기(Vinyl group)로부터 선택되고;
    R1 및 R3은 동일하거나 상이하며, 상호 독립적으로 메틸기, 에틸기, 프로필기로부터 선택되며,
    바람직하게, 상기 직쇄형 에테르계 화합물은 디메톡시에탄(dimethoxyethane), 디에톡시에탄(Diethoxyethane), 에틸렌글리콜메틸에테르(Ethylene glycol methyl ether), 1,4-부탄디올디메틸에테르(1,4-butanediol dimethyl ether), 1,4-부탄디올디에틸에테르(1,4-butanediol diethyl ether), 1,4-부탄디올메틸에테르(1,4-butanediol methyl ether) 중의 하나 또는 다수로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 겔화 가능 시스템.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 리튬염은 리튬 헥사플루오로포스페이트(lithium hexafluorophosphate), 리튬 테트라플루오로보레이트(lithium tetrafluoroborate), 리튬 헥사플루오로아세네이트(Lithium hexafluoroarsenate), 리튬 퍼클로레이트(lithium perchlorate), 리튬 트리플루오로메탄설포네이트(Lithium trifluoromethanesulfonate), 리튬 퍼플루오로부틸설포네이트(Lithium perfluorobutylsulfonate), 리튬 디플루오로메탄설폰이미드(Lithium difluoromethane sulfonimide), 리튬 디플루오로설폰이미드(Lithium difluorosulfonimide), 리튬 알루미네이트(lithium aluminate), 리튬 클로로알루미네이트(Lithium chloroaluminate), 리튬 플루오로설폰이미드(Lithium fluorosulfonimide), 리튬 클로라이드(Lithium chloride) 및 리튬 아이오다이드(Lithium iodide) 중의 하나 또는 다수로부터 선택될 수 있으며;
    바람직하게, 리튬 이온 전지에 사용될 경우, 상기 리튬염은 리튬 헥사플루오로포스페이트(lithium hexafluorophosphate), 리튬 퍼클로레이트(lithium perchlorate) 중의 하나 또는 2개로부터 선택되고,
    바람직하게, 리튬황 전지에 사용될 경우, 상기 리튬염은 리튬 헥사플루오로포스페이트(lithium hexafluorophosphate), 리튬 헥사플루오로아세네이트(Lithium hexafluoroarsenate), 리튬 퍼클로레이트(lithium perchlorate), 리튬 트리플루오로메탄설포네이트(Lithium trifluoromethanesulfonate), 리튬 디플루오로메탄설폰이미드(Lithium difluoromethane sulfonimide), 리튬 디플루오로설폰이미드(Lithium difluorosulfonimide), 리튬 플루오로설폰이미드(Lithium fluorosulfonimide), 리튬 클로라이드(Lithium chloride) 중의 하나 또는 다수로부터 선택되며,
    바람직하게, 상기 첨가제는 폴리에스테르 또는 이의 블렌드 중의 하나 또는 다수로부터 선택되고, 여기서 상기 폴리에스테르는 폴리산 또는 산무수물(acid anhydride)과 폴리알콜의 중축합에 의해 얻어지며,
    바람직하게, 상기 폴리산은 이염기산, 삼염기산 또는 다가산으로부터 선택되고, 상기 폴리알콜은 2가알콜, 3가알콜 또는 다가알콜로부터 선택되며,
    바람직하게, 상기 폴리산은 치환 또는 비치환된 옥살산(Oxalic acid), 말론산(Malonic acid), 숙신산(Succinic Acid), 부텐디오익산(butenedioic acid), 글루타르산(Glutaric acid), 아디프산(adipic acid), 피멜산(pimelic acid), 수베르산(suberic acid), 세바스산(Sebacic acid), 아젤라산(Azelaic acid), 트리카르발릴산(Tricarballylic acid) 등 폴리산 중의 하나 또는 2개 또는 3개 또는 3개 이상으로부터 선택되고; 상기 치환기의 개수는 하나 또는 복수 개일 수 있으며; 상기 치환기가 복수 개일 경우, 고리형을 이룰 수 있고; 상기 치환기는 알킬기(alkyl group), 시클로알킬기(cycloalkyl group), 아릴기(aryl group), 히드록시기(hydroxyl group), 아미노기(amino group), 에스테르기(ester group), 할로겐(halogen), 아실기(acyl group), 알데히드기(Aldehyde group), 메르캅토기(mercapto group), 알콕시기(alkoxy group) 중의 하나 또는 다수이며,
    바람직하게, 상기 산무수물은 치환 또는 비치환된 옥살산무수물(Oxalic anhydride), 말론산무수물(Malonic anhydride), 숙신산무수물(Succinic anhydride), 부텐디오익산무수물(butenedioic anhydride), 글루타르산무수물(Glutaric anhydride), 아디프산무수물(adipic anhydride), 피멜산무수물(pimelic anhydride), 수베르산무수물(suberic anhydride), 세바스산무수물(Sebacic anhydride), 아젤라산무수물(Azelaic anhydride), 헥사히드로프탈산무수물(Hexahydrophthalic anhydride), 테트라히드로프탈산무수물(Tetrahydrophthalic anhydride) 등 산무수물 중의 하나 또는 2개 또는 3개 또는 3개 이상으로부터 선택되고; 상기 치환기의 개수는 하나 또는 복수 개일 수 있으며; 상기 치환기가 복수 개일 경우, 고리형을 이룰 수 있고; 상기 치환기는 알킬기(alkyl group), 시클로알킬기(cycloalkyl group), 아릴기(aryl group), 히드록시기(hydroxyl group), 아미노기(amino group), 에스테르기(ester group), 할로겐(halogen), 아실기(acyl group), 알데히드기(Aldehyde group), 메르캅토기(mercapto group), 알콕시기(alkoxy group) 중의 하나 또는 다수이며,
    바람직하게, 상기 폴리알콜은 치환 또는 비치환된 프로필렌글리콜(Propylene Glycol), 부탄디올(Butanediol), 펜탄디올(Pentanediol), 헥실렌글리콜(Hexylene Glycol) , 헵탄디올(Heptanediol), 옥탄디올(Octanediol), 노난디올(Nonanediol), 데칸디올(Decanediol), 폴리에틸렌글리콜(Polyethylene glycol), 글리세롤(Glycerol) 등 폴리알콜 중의 하나 또는 다수로부터 선택되고; 상기 치환기의 개수는 하나 또는 복수 개일 수 있으며; 상기 치환기가 복수 개일 경우, 고리형을 이룰 수 있고; 상기 치환기는 알킬기(alkyl group), 시클로알킬기(cycloalkyl group), 아릴기(aryl group), 히드록시기(hydroxyl group), 아미노기(amino group), 에스테르기(ester group), 할로겐(halogen), 아실기(acyl group), 알데히드기(Aldehyde group), 메르캅토기(mercapto group), 알콕시기(alkoxy group) 중의 하나 또는 다수이며,
    바람직하게, 상기 폴리알콜은 폴리에틸렌글리콜(Polyethylene glycol), 또는 폴리에틸렌글리콜(Polyethylene glycol)과 프로필렌글리콜(Propylene Glycol), 부탄디올(Butanediol), 펜탄디올(Pentanediol), 헥실렌글리콜(Hexylene Glycol) , 헵탄디올(Heptanediol), 옥탄디올(Octanediol), 노난디올(Nonanediol), 데칸디올(Decanediol) 등 폴리알콜 중의 하나 또는 다수의 조합으로부터 선택되고,
    바람직하게, 상기 폴리에틸렌글리콜(Polyethylene glycol)의 중합도는 100 ~ 1000이며, 바람직하게 150 ~ 800이고, 더 바람직하게 200 ~ 600이며, 상기 폴리에틸렌글리콜(Polyethylene glycol)과 다른 폴리알콜의 중량비는 1:(0 ~ 1)이고, 바람직하게 1:(0 ~ 0.9)이며, 더 바람직하게 1:(0 ~ 0.8)인 것을 특징으로 하는 겔화 가능 시스템.
  6. 겔로서,
    상기 겔은 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 따른 겔화 가능 시스템의 겔화에 의해 얻어지며, 상기 겔화 가능 시스템에서, 상기 리튬염의 질량 백분율은 2 wt%보다 크거나 같고 20 wt%보다 작으며; 상기 고리형 에테르계 화합물의 질량 백분율은 80 wt%보다 크고 98 wt%보다 작거나 같으며; 또는, 상기 리튬염의 질량 백분율은 2 wt%보다 크거나 같고 20 wt%보다 작으며; 상기 직쇄형 에테르계 화합물의 질량 백분율은 80 wt%보다 크거나 같고 98 wt%보다 작거나 같으며,
    바람직하게, 상기 리튬염의 질량 백분율은 5 wt%보다 크거나 같고 20 wt%보다 작으며; 상기 고리형 에테르계 화합물의 질량 백분율은 80 wt%보다 크고 95 wt%보다 작거나 같으며,
    바람직하게, 상기 겔화 가능 시스템은 리튬 이온 전지에 사용되고, 상기 리튬 이온 전지에 사용되는 리튬염의 질량 백분율은 5 wt%보다 크거나 같고 60 wt%보다 작거나 같으며; 상기 고리형 에테르계 화합물의 질량 백분율은 20 wt%보다 크거나 같고 60 wt%보다 작거나 같으며; 상기 리튬 이온 전지에 사용되는 전해액 또는 이의 용매의 질량 백분율은 20 wt%보다 크거나 같고 75 wt%보다 작거나 같으며,
    바람직하게, 상기 리튬 이온 전지에 사용되는 겔화 가능 시스템에서, 상기 리튬 이온 전지에 사용되는 리튬염의 질량 백분율은 10 wt%보다 크거나 같고 40 wt%보다 작거나 같으며; 상기 고리형 에테르계 화합물의 질량 백분율은 20 wt%보다 크거나 같고 60 wt%보다 작거나 같으며; 상기 리튬 이온 전지에 사용되는 전해액 또는 이의 용매의 질량 백분율은 20 wt%보다 크거나 같고 60 wt%보다 작거나 같으며,
    바람직하게, 상기 겔화 가능 시스템은 리튬황 전지에 사용되고, 상기 리튬염의 질량 백분율은 5 wt%보다 크고 60 wt%보다 작거나 같으며; 상기 고리형 에테르계 화합물의 질량 백분율은 20 wt%와 같고 60 wt%보다 작거나 같으며, 상기 리튬황 전지에 사용되는 전해액 또는 이의 용매의 질량 백분율은 20 wt%보다 크거나 같고 75 wt%보다 작거나 같으며,
    바람직하게, 상기 리튬황 전지에 사용되는 겔화 가능 시스템에서, 상기 리튬염의 질량 백분율은 10 wt%보다 크거나 같고 40 wt%보다 작거나 같으며; 상기 고리형 에테르계 화합물의 질량 백분율은 20 wt%보다 크거나 같고 60 wt%보다 작거나 같으며, 상기 리튬황 전지에 사용되는 전해액 또는 이의 용매의 질량 백분율은 20 wt%보다 크거나 같고 60 wt%보다 작거나 같으며,
    바람직하게, 상기 겔화 가능 시스템에서, 상기 리튬염의 질량 백분율은 5 wt%보다 크고 60 wt%보다 작거나 같으며; 상기 고리형 에테르계 화합물의 질량 백분율은 20 wt%보다 크거나 같고 60 wt%보다 작거나 같으며; 상기 무기 나노 입자의 질량 백분율은 0 wt%보다 크고 30 wt%보다 작거나 같으며; 상기 (d) 다른 용매 및/또는 전해액의 질량 백분율은 0 wt%보다 크거나 같고 75 wt%보다 작거나 같으며,
    바람직하게, 상기 겔화 가능 시스템에서, 상기 리튬염의 질량 백분율은 10 wt%보다 크거나 같고 40 wt%보다 작거나 같으며; 상기 고리형 에테르계 화합물의 질량 백분율은 20 wt%보다 크거나 같고 60 wt%보다 작거나 같으며; 상기 무기 나노 입자의 질량 백분율은 0 wt%보다 크고 15 wt%보다 작거나 같으며; 상기 (d) 다른 용매 및/또는 전해액의 질량 백분율은 5 wt%보다 크거나 같고 60 wt%보다 작거나 같으며,
    바람직하게, 상기 겔화 가능 시스템에서, 상기 리튬염의 질량 백분율은 5 wt%보다 크거나 같고 60 wt%보다 작거나 같으며; 상기 고리형 에테르계 화합물의 질량 백분율은 20 wt%보다 크거나 같고 60 wt%보다 작거나 같으며; 상기 첨가제의 질량 백분율은 5 wt%보다 크거나 같고 60 wt%보다 작거나 같으며; 상기 다른 용매 및/또는 전해액의 질량 백분율은 0 wt%보다 크거나 같고 60 wt%보다 작거나 같으며; 상기 무기 나노 입자의 질량 백분율은 0 wt%보다 크거나 같고 30 wt%보다 작거나 같으며,
    바람직하게, 상기 겔화 가능 시스템에서, 상기 리튬염의 질량 백분율은 10 wt%보다 크거나 같고 40 wt%보다 작거나 같으며; 상기 고리형 에테르계 화합물의 질량 백분율은 20 wt%보다 크거나 같고 60 wt%보다 작거나 같으며; 상기 첨가제의 질량 백분율은 20 wt%보다 크거나 같고 60 wt%보다 작거나 같으며; 상기 다른 용매 및/또는 전해액의 질량 백분율은 0 wt%보다 크고 30 wt%보다 작거나 같으며; 상기 무기 나노 입자의 질량 백분율은 0 wt%보다 크고 15 wt%보다 작거나 같으며,
    바람직하게, 상기 리튬염의 질량 백분율은 2 wt%보다 크거나 같고 20 wt%보다 작으며; 상기 직쇄형 에테르계 화합물의 질량 백분율은 80 wt%보다 크거나 같고 98 wt%보다 작거나 같으며; 상기 다른 용매 및/또는 전해액의 질량 백분율은 0 wt%보다 크거나 같고 75 wt%보다 작거나 같으며; 상기 무기 나노 입자의 질량 백분율은 0 wt%보다 크거나 같고 30 wt%보다 작거나 같으며,
    바람직하게, 상기 리튬염의 질량 백분율은 5 wt%보다 크거나 같고 20 wt%보다 작으며; 상기 직쇄형 에테르계 화합물의 질량 백분율은 80 wt%보다 크고 95 wt%보다 작거나 같으며; 상기 다른 용매 및/또는 전해액의 질량 백분율0 wt%보다 크고 60 wt%보다 작거나 같으며; 상기 무기 나노 입자의 질량 백분율은 0 wt%보다 크고 20 wt%보다 작거나 같은 것을 특징으로 하는 겔.
  7. 고체 전해질로서,
    상기 고체 전해질은 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 따른 겔화 가능 시스템의 겔화에 의해 얻어지며; 상기 겔화 가능 시스템에서, 상기 리튬염의 질량 백분율은 20 wt%보다 크거나 같고 50 wt%보다 작거나 같으며; 상기 고리형 에테르계 화합물의 질량 백분율은 50 wt%보다 크거나 같고 80 wt%보다 작거나 같으며; 또는 상기 리튬염의 질량 백분율은 20 wt%보다 크거나 같고 75 wt%보다 작거나 같으며; 상기 직쇄형 에테르계 화합물의 질량 백분율은 25 wt%보다 크거나 같고 80 wt%보다 작거나 같으며,
    바람직하게, 상기 리튬염의 질량 백분율은 20 wt%보다 크거나 같고 30 wt%보다 작거나 같으며; 상기 고리형 에테르계 화합물의 질량 백분율은 70 wt%보다 크거나 같고 80 wt%보다 작거나 같으며,
    바람직하게, 상기 겔화 가능 시스템은 리튬 이온 전지에 사용되고, 상기 리튬 이온 전지에 사용되는 리튬염의 질량 백분율은 5 wt%보다 크거나 같고 60 wt%보다 작거나 같으며; 상기 고리형 에테르계 화합물의 질량 백분율은 60 wt%보다 크고 90 wt%보다 작거나 같으며; 상기 리튬 이온 전지에 사용되는 전해액 또는 이의 용매의 질량 백분율은 5 wt%보다 크거나 같고 30 wt%보다 작거나 같으며,
    바람직하게, 상기 리튬 이온 전지에 사용되는 겔화 가능 시스템에서, 상기 리튬 이온 전지에 사용되는 리튬염의 질량 백분율은 10 wt%보다 크거나 같고 40 wt%보다 작거나 같으며; 상기 고리형 에테르계 화합물의 질량 백분율은 60 wt%보다 크고 85 wt%보다 작거나 같으며; 상기 리튬 이온 전지에 사용되는 전해액 또는 이의 용매의 질량 백분율은 5 wt%보다 크거나 같고 30 wt%보다 작거나 같으며,
    바람직하게, 상기 겔화 가능 시스템은 리튬황 전지에 사용되고, 상기 리튬염의 질량 백분율은 5 wt%보다 크거나 같고 60 wt%보다 작거나 같으며; 상기 고리형 에테르계 화합물의 질량 백분율은 60 wt%보다 크고 90 wt%보다 작거나 같으며; 상기 리튬황 전지에 사용되는 전해액 또는 이의 용매의 질량 백분율은 5 wt%보다 크거나 같고 30 wt%보다 작거나 같으며,
    바람직하게, 상기 리튬황 전지에 사용되는 겔화 가능 시스템에서, 상기 리튬염의 질량 백분율은 10 wt%보다 크거나 같고 40 wt%보다 작거나 같으며; 상기 고리형 에테르계 화합물의 질량 백분율은 60 wt%보다 크고 85 wt%보다 작거나 같으며; 상기 리튬황 전지에 사용되는 전해액 또는 이의 용매의 질량 백분율은 5 wt%보다 크거나 같고 30 wt%보다 작거나 같으며,
    바람직하게, 상기 겔화 가능 시스템에서, 상기 리튬염의 질량 백분율은 5 wt%보다 크고 60 wt%보다 작거나 같으며; 상기 고리형 에테르계 화합물의 질량 백분율은 60 wt%보다 크고 95 wt%보다 작거나 같으며; 상기 무기 나노 입자의 질량 백분율은 0 보다 크고 30 wt%보다 작거나 같으며; 상기 (d) 다른 용매 및/또는 전해액의 질량 백분율은 0 wt%보다 크거나 같고 75 wt%보다 작거나 같으며,
    바람직하게, 상기 겔화 가능 시스템에서, 상기 리튬염의 질량 백분율은 10 %보다 크고 40 wt%보다 작거나 같으며; 상기 고리형 에테르계 화합물의 질량 백분율은 60 wt%보다 크고 90 wt%보다 작거나 같으며; 상기 무기 나노 입자의 질량 백분율은 0 wt%보다 크고 20 wt%보다 작거나 같으며; 상기 (d) 다른 용매 및/또는 전해액의 질량 백분율은 5 wt%보다 크거나 같고 60 wt%보다 작거나 같으며,
    바람직하게, 상기 겔화 가능 시스템에서, 상기 리튬염의 질량 백분율은 5 wt%보다 크거나 같고 60 wt%보다 작거나 같으며; 상기 고리형 에테르계 화합물의 질량 백분율은 60 wt%보다 크고 90 wt%보다 작거나 같으며; 상기 첨가제의 질량 백분율은 5 wt%보다 크거나 같고 60 wt%보다 작거나 같으며; 상기 다른 용매 및/또는 전해액의 질량 백분율은 0 wt%보다 크거나 같고 60 wt%보다 작거나 같으며; 상기 무기 나노 입자의 질량 백분율은 0 wt%보다 크거나 같고 30 wt%보다 작거나 같으며,
    바람직하게, 상기 겔화 가능 시스템에서, 상기 리튬염의 질량 백분율은 10 wt%보다 크거나 같고 40 wt%보다 작거나 같으며; 상기 고리형 에테르계 화합물의 질량 백분율은 60 wt%보다 크고 90 wt%보다 작거나 같으며; 상기 첨가제의 질량 백분율은 5 wt%보다 크거나 같고 20 wt%보다 작거나 같으며; 상기 다른 용매 및/또는 전해액의 질량 백분율은 0 wt%보다 크고 15 wt%보다 작거나 같으며; 상기 무기 나노 입자의 질량 백분율은 0 wt%보다 크고 15 wt%보다 작거나 같으며,
    바람직하게, 상기 리튬염의 질량 백분율은 20 wt%보다 크거나 같고 75 wt%보다 작거나 같으며; 상기 직쇄형 에테르계 화합물의 질량 백분율은 25 wt%보다 크거나 같고 80 wt%보다 작거나 같으며; 상기 다른 용매 및/또는 전해액의 질량 백분율은 0 wt%보다 크거나 같고 75 wt%보다 작거나 같으며; 상기 무기 나노 입자의 질량 백분율은 0 wt%보다 크거나 같고 30 wt%보다 작거나 같으며,
    바람직하게, 상기 리튬염의 질량 백분율은 20 wt%보다 크거나 같고 30 wt%보다 작거나 같으며; 상기 직쇄형 에테르계 화합물의 질량 백분율은 70 wt%보다 크거나 같고 80 wt%보다 작거나 같으며; 상기 다른 용매 및/또는 전해액의 질량 백분율0 wt%보다 크고 60 wt%보다 작거나 같으며; 상기 무기 나노 입자의 질량 백분율은 0 wt%보다 크고 20 wt%보다 작거나 같은 것을 특징으로 하는 고체 전해질.
  8. 겔 전해질로서,
    상기 겔 전해질은 제6항에 따른 겔을 포함하는 것을 특징으로 하는 겔 전해질.
  9. 리튬계 전지로서,
    상기 리튬계 전지는 제8항에 따른 겔 전해질 및/또는 제7항에 따른 고체 전해질을 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬계 전지.
  10. 리튬계 전지 분야에 사용, 바람직하게, 리튬 이온 전지, 리튬황 전지, 리튬에어 전지 분야에 사용되는 제6항에 따른 겔, 제7항에 따른 고체 전해질 또는 제8항에 따른 겔 전해질의 응용.
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