KR20200010299A - 겔화 가능 시스템 및 리튬에어 전지, 유기 시스템의 슈퍼 커패시터 또는 커패시터 전지에서의 응용 - Google Patents

겔화 가능 시스템 및 리튬에어 전지, 유기 시스템의 슈퍼 커패시터 또는 커패시터 전지에서의 응용 Download PDF

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Abstract

본 발명은 겔화 가능 시스템 및 리튬에어 전지, 유기 시스템의 슈퍼 커패시터 또는 커패시터 전지에서의 응용을 공개한다. 상기 유기 시스템의 슈퍼 커패시터 또는 커패시터 전지는 겔 전해질 및/또는 고체 전해질을 포함하고, 겔화 가능 시스템에 의해 제조된 것이며, 상기 겔화 가능 시스템은 (a)리튬염，(b)에테르계 화합물인 성분을 포함하고; 상기 리튬에어 전지에 사용되는 겔화 가능 시스템은 (c)리튬에어 전지에 사용되는 전해액 또는 이의 용매를 더 포함하며; 시스템 중 겔화 가능한 폴리머 및/또는 겔화 가능한 프리폴리머의 질량 백분율은 1 wt%보다 작거나 같고; 상기 시스템 중 각 성분 함량 및 종류를 조절하여, 강도를 조절할 수 있고, 형성 시간을 조절할 수 있으며, 변환 온도를 조절할 수 있고, 동시에 가역성도 갖는 겔 및/또는 고체 전해질을 제조할 수 있으며; 상기 제조 방법은 간단하고, 반응 조건이 부드러우며, 반응 주기가 짧고, 산물 수율이 높으며, 제조 원가가 낮고, 산업화 생산을 구현하기 쉽다.

Description

겔화 가능 시스템 및 리튬에어 전지, 유기 시스템의 슈퍼 커패시터 또는 커패시터 전지에서의 응용
본 발명은 겔 전해질 기술 분야에 관한 것으로, 구체적으로 겔화 가능 시스템 및 리튬에어 전지, 유기 시스템의 슈퍼 커패시터 또는 커패시터 전지에서의 응용에 관한 것이다.
최근 몇 년간, 화석 에너지의 지나친 소모로 인해 에너지 위기 및 환경 문제가 발생되었으며, 대량의 자동차 배기가스 배출로 인해 지구 온난화 및 초미세먼지 날씨가 날로 심해지는 현상을 초래하고 있는데 이러한 문제는 모두 인류의 생산 생활에 심각한 영향을 미치고 있다. 전기에너지는 청정 에너지이며, 또한 충전 가능 전지에 의해 순환적으로 사용할 수 있고, 리튬전지는 고전압 플랫폼, 고에너지 밀도, 긴 순환 수명 및 낮은 자기 방전과 같은 장점이 있으므로 예를 들어, 디지털 카메라 및 휴대용 컴퓨터 등과 같은 휴대식 전자 기기에 응용될 수 있을 뿐만 아니라, 전동 공구, 전동 자동차 등 분야에서도 광범위하게 응용되고 있다.
현재 가장 일반적으로 사용되는 리튬 전지는 리튬 이온 전지, 리튬황 전지 및 리튬에어 전지 등이 있으며, 리튬에어 전지가 리튬 이온 전지보다 보다 높은 에너지 밀도를 갖는 새로운 리튬 전지이므로, 점점 더 많은 사람들의 관심을 받고 있다. 리튬에어 전지는 이의 음극 재료가 주요하게 다공성 탄소로 만들어지고, 환경으로부터 끊임없이 산소를 획득할 수 있어 전지 내에 저장될 필요가 없으므로, 질량이 가볍고 편리한 등 특징을 갖는다. 일반적인 리튬에어 전지는 음극이 유기 전해액에 침윤되고, 공기 전극이 수성 전해액에 침윤되며, 유기 전해액 및 수성 전해액은 격막에 의해 분리되어 두 전해액의 혼합을 방지하며, 또한 전지 반응 발생을 촉진할 수 있어 양극의 고체 반응 생성물-산화리튬(Li2O)의 석출을 방지할 수 있다. 그러나 리튬에어 전지의 양극 활성물질 산소는 전지 내에 저장되지 않고, 공기로부터 직접 획득한다. 그러나 공기 중의 H2O 및 CO2와 같은 다른 성분은 리튬에어 전지의 성능에 현저한 영향을 미친다. H2O는 음극의 금속 리튬과 반응하여 H2를 생성하며 이로써 심각한 안전 문제를 초래하고, CO2는 양극의 방전 산물 Li2O2와 반응하여 분해하기 어려운 Li2CO3을 생성함으로써 산소 전송 경로를 막아 전지의 성능에 심한 영향을 미친다. H2O, CO2 등 기체의 간섭을 방지하기 위해, 현재에는 흔히 건조한 순 산소 환 경내에서 전지 성능에 관한 연구를 진행한다. 엄밀히 말하면, 상기 시스템은 “리튬 산소 전지”로 잠시 지칭될 수 있다. 그러나 미래의 리튬에어 전지의 실제 응용에 있어서, 전지를 위한 산소 탱크를 배치할 수 없기 때문에 이는 리튬에어 전지의 에너지 밀도를 크게 감소시킬 것이다. 이 시스템의 최종 목표는 대기 환경에서 작업할 수 있도록 하는 것이다. 따라서, 리튬에어 전지에서 겔 전해질 시스템 및 고체 전해질 시스템의 사용이 매우 필요하다. 또한 리튬에어 전지의 안전 문제도 추가 개발을 제한하며, 이러한 안전 문제는 주로 음극 재료의 용해, 격막의 천자 및 액체상태 유기 또는 수성 전해액의 휘발 및 누출 등 문제와 관련이 있다. 따라서, 휘발성 전해액의 누출, 전지 가연성 및 과전위 분해 등 문제는 리튬에어 전지의 안전성을 심각하게 제한하고 있다. 이러한 리튬 전지는 신속한 충전 및 방전 성능과 사용 수명에서 수퍼 커패시터보다 훨씬 부족하며,
전기화학 커패시터(Electrochemical Capacitor, EC)로도 불리우는 슈퍼 커패시터(Supercapacitor, Ultracapacitor)는 분극 전해질을 통해 에너지를 저장할 수 있는 전기 화학 요소이며, 에너지 저장 공정은 화학반응을 일으키지 않으며, 항상 물리적 공정이므로 성능이 안정적이며; 이러한 에너지 저장 과정은 가역적이며, 상기 슈퍼 커패시터가 수십만번 반복적으로 충전 및 방전을 할 수 있기 때문에 그 사용 수명도 크게 연장되며; 이뿐만 아니라, 인가 전압을 슈퍼 커패시터의 2개의 극판까지 가압할 경우, 양극판은 양전하를 저장하고, 음극판은 음전하를 저장하며, 슈퍼 커패시터의 2개의 극판상의 전하에 의한 전기장 작용하에서 전해액과 전극 사이의 경계면에 반대의 전하가 형성되어 전해액의 내부 전기장을 평형시키며, 이러한 양전하와 음전하는 2개의 상이한 위상 사이의 접촉면에서 양전하와 음전하 사이에 극히 짧은 간격으로 서로 반대되는 위치에 배열되므로 저장된 전기용량이 매우 크다. 그러나, 단순한 슈퍼 커패시터는 매우 높은 전력 밀도를 갖지만, 에너지 밀도는 여전히 더 개선될 필요가 있다. 연구를 통해, 전지의 양쪽 끝에 병렬로 연결된 대용량 커패시터가 전지에 대한 큰 전류의 충격을 완화하여 전지의 순환 수명을 연장시키며, 이로써 커패시터형 리튬 이온 전지가 생성되는 것을 발견하였다. 후기에 사람들은 내부 연결 방법을 사용하여 각각의 전지 재료 입자가 커패시터를 보호함으로써 전지의 고에너지 밀도 및 슈퍼 커패시터의 고전력 밀도의 특성을 갖는 커패시터 전지의 이러한 전자 소자를 생성한다.
전해질 유형의 분류에 따라, 슈퍼 커패시터는 수성 시스템 수퍼 커패시터 및 유기 시스템 슈퍼 커패시터로 분류할 수 있으며; 수성 시스템의 슈퍼 커패시터는 대부분 강산성 또는 강알칼리성을 전해질로 사용하지만 이의 분해 전압은 비교적 낮고 일반적으로 1.2 V이며, 소자의 에너지 밀도에 크게 영향을 미치고; 유기 시스템의 슈퍼 커패시터는 대부분 휘발 가능한 유기용매를 전해질로 사용하며; 마찬가지로, 커패시터 전지의 전해액도 대부분 유기 시스템이다. 그러나 유기 시스템 전해액으로 인한 연소, 폭발 등과 같은 안전 문제는 추가 발전을 제한하며, 유기 시스템의 슈퍼 커패시터 및 커패시터 전지의 안전 문제는 주로 액체 상태의 유기 전해액의 휘발, 누출 및 뜨거우면 불이 붙어 폭발하는 현상, 전해액의 분해 등 문제와 관련된다. 따라서 휘발성 전해액의 누출, 전지의 가연성 및 과전위 분해 등의 문제는 수퍼 커패시터의 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 연구되었으며, 여기서, 무기 고체 전해질은 무기 초이온 전도성을 포함하는 리튬염이고; 폴리머 고체 전해질은 폴리머 및 리튬염으로 구성된 전도성을 갖는 고체이지만, 현재 보도된 고체 전해질의 전도성은 모두 불량하며, 이는 제조된 전지의 순환 성능에 심각한 영향을 미친다.
폴리머 겔 전해질은 비교적 양호한 전도성을 갖고 있고 그 다공성 구조는 전해액의 휘발 및 누출을 효과적으로 억제할 수 있지만, 현재 보도된 폴리머 겔 전해질은 모두 원료로부터 고분자 또는 비교적 복잡한 합성 단계를 갖는 소분자 유기 겔 인자를 일반 전해액에 도입함으로써 제조되며, 또한 얻은 폴리머 겔 전해질은 모두 비교적 높은 온도에서 유동 상태를 나타낼 수 있고, 저온에서 겔 상태인데 이는 액체 주입시 고온 주입을 사용하도록 하여 실험 작동의 복잡성을 증가시키고, 또한 제조된 폴리머 겔 전해질의 변환 온도는 모두 상대적으로 비교적 낮으며, 겔 상태는 비교적 쉽게 파괴되어, 일단 겔이 파괴되면 다시 이용할 수 없게 되므로 비용을 크게 증가시킨다.
종래 기술의 단점을 해결하기 위해, 본 발명의 하나의 목적은 리튬에어 전지에 사용되는 겔화 가능 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 리튬에어 전지에 사용되는 겔화 가능 시스템의 겔화에 의해 제조된 겔 또는 고체 전해질, 및 상기 겔 또는 고체 전해질의 제조 방법 및 응용을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 유기 시스템의 슈퍼 커패시터 및 유기 시스템의 커패시터 전지를 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 하기와 같은 기술적 해결수단에 의해 구현된다.
리튬에어 전지에 사용되는 겔화 가능 시스템에 있어서, 상기 시스템은 (a)리튬염, (b)에테르계 화합물 및 (c)리튬에어 전지에 사용되는 전해액 또는 이의 용매인 성분을 포함하고; 상기 에테르계 화합물은 고리형 에테르계 화합물 또는 직쇄형 에테르계 화합물 중의 적어도 하나로부터 선택되며; 상기 리튬에어 전지에 사용되는 전해액 또는 이의 용매는 에스테르계 전해액 및 이의 용매, 에테르계 전해액 및 이의 용매, 아미드계 전해액 및 이의 용매, 니트릴계 전해액 및 이의 용매, 설폰계 전해액 및 이의 용매로부터 선택되고; 시스템 중 겔화 가능한 폴리머 및/또는 겔화 가능한 프리폴리머의 질량 백분율은 1 wt%보다 작거나 같다.
겔에 있어서, 상기 겔은 상기 리튬 이온 전지에 사용되는 겔화 가능 시스템의 겔화에 의해 얻어지며; 여기서, 상기 리튬염의 질량 백분율은 5 wt%보다 크거나 같고 60 wt%보다 작거나 같으며; 상기 에테르계 화합물의 질량 백분율은 20 wt%보다 크거나 같고 60 wt%보다 작거나 같으며; 상기 리튬에어 전지에 사용되는 전해액 또는 이의 용매의 질량 백분율은 20 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, 상기 첨가제의 질량 백분율은 0 wt%보다 크거나 같고 30 wt%보다 작거나 같다.
고체 전해질에 있어서, 상기 고체 전해질은 상기 리튬 이온 전지에 사용되는 겔화 가능 시스템의 겔화에 의해 얻어지며; 여기서, 상기 리튬염의 질량 백분율은 5 wt%보다 크거나 같고 60 wt%보다 작거나 같으며; 상기 에테르계 화합물의 질량 백분율은 60 wt%보다 크고 90 wt%보다 작거나 같으며; 상기 리튬에어 전지에 사용되는 전해액 또는 이의 용매의 질량 백분율은 5 wt%보다 크거나 같고 30 wt%보다 작거나 같으며, 상기 무기 나노 입자의 질량 백분율은 0 wt%보다 크거나 같고 30 wt%보다 작거나 같으며, 상기 첨가제의 질량 백분율은 0 wt%보다 크거나 같고 30 wt%보다 작거나 같다.
겔 전해질에 있어서, 상기 겔 전해질은 상기 겔을 포함한다.
리튬에어 전지에 있어서, 상기 리튬에어 전지는 겔 전해질 및/또는 고체 전해질을 포함하고, 상기 겔 전해질 및/또는 고체 전해질은 겔화 가능 시스템에 의해 제조되며; 상기 겔화 가능 시스템은 (a)리튬염，(b)에테르계 화합물 및 (c)리튬에어 전지에 사용되는 전해액 또는 이의 용매인 성분을 포함하고; 상기 에테르계 화합물은 고리형 에테르계 화합물 및 직쇄형 에테르계 화합물 중의 적어도 하나로부터 선택되며; 시스템 중 겔화 가능한 폴리머 및/또는 겔화 가능한 프리폴리머의 질량 백분율은 1 wt%보다 작거나 같다.
유기 시스템의 슈퍼 커패시터 또는 유기 시스템의 커패시터 전지에 있어서, 상기 유기 시스템의 슈퍼 커패시터 또는 유기 시스템의 커패시터 전지는 겔 전해질 및/또는 고체 전해질을 포함하고, 상기 겔 전해질 및/또는 고체 전해질은 겔화 가능 시스템에 의해 제조되며; 상기 겔화 가능 시스템은 (a)리튬염 및 (b)에테르계 화합물인 성분을 포함하고, 상기 에테르계 화합물은 고리형 에테르계 화합물 및 직쇄형 에테르계 화합물 중의 적어도 하나로부터 선택되며; 시스템 중 겔화 가능한 폴리머 및/또는 겔화 가능한 프리폴리머의 질량 백분율은 1 wt%보다 작거나 같다.
본 발명의 유익한 효과는 하기와 같다.
1. 본 발명은 리튬에어 전지에 사용되는 겔화 가능 시스템 및 이에 의해 제조된 겔 및/또는 고체 전해질, 및 이의 제조 방법 및 응용을 제공한다. 또한, 본 발명은 유기 시스템의 슈퍼 커패시터 또는 커패시터 전지를 더 제공한다. 출원인이 연구 중 발견한 것에 의하면, 리튬염 및 소분자 에테르계 화합물(고리형 에테르계 화합물 또는 직쇄형 에테르계 화합물 중의 하나임)을 혼합하고, 양자의 상호 작용(예를 들어, 새로운 착화합물을 생성하거나 자기 조립 작용 등) 및 소분자 에테르계 화합물의 고리 열림 중합(Ring-Opening Polymerization) 또는 중축합 등 방식에 의해 겔 시스템 또는 고체 시스템을 형성할 수 있으며; 상기 겔 시스템 또는 고체 시스템에 리튬에어 전지, 유기 시스템의 슈퍼 커패시터 또는 커패시터 전지에 사용되는 전해액 또는 이의 용매를 넣어, 제조된 시스템이 일반 겔 시스템 또는 고체 시스템보다 우수한 사용 안전성을 갖도록 할 뿐만 아니라, 상기 겔화 가능 시스템 중 각 성분의 함량 및 종류를 조절하여 상기 겔 시스템 또는 고체 시스템의 강도, 상기 겔 시스템 또는 고체 시스템의 형성 시간, 상기 겔 시스템 또는 고체 시스템의 변환 온도를 효과적으로 억제할 수 있도록 하며, 상기 강도의 변화는 겔 시스템이 고체 시스템으로 확장될 수 있도록 하여 겔 시스템의 응용 범위를 보다 더 확대시킨다. 이밖에, 상기 겔 시스템 또는 고체 시스템은 가역성을 더 갖고 있으며, 즉 겔 시스템 또는 고체 시스템은 변환 온도보다 낮을 경우 제조될 수 있고, 고온 처리(변환 온도 이상까지 가열) 후, 상기 겔 시스템 또는 고체 시스템은 유동될 수 있으나 이를 다시 방치 및 냉각(변환 온도 이하까지 냉각)한 후, 또다시 기존의 겔 시스템 또는 고체 시스템으로 복원될 수 있으며 성질이 변하지 않는다. 상기 겔 시스템 또는 고체 시스템은 전지, 유기 시스템의 슈퍼 커패시터 또는 커패시터 전지의 안전성 및 전지의 정상적인 사용을 만족할 수 있을 뿐만 아니라, 제조 원료가 보편적이고, 제조 과정이 간단하며, 번거롭고 긴 실험 단계를 거치지 않는다.
2. 본 발명에 따른 리튬에어 전지에 사용되는 겔화 가능 시스템에 의해 제조된 겔 및 고체 전해질, 또는 상기 유기 시스템의 슈퍼 커패시터 또는 커패시터 전지 중의 겔 및 고체 전해질은 강도를 조절할 수 있고, 형성 시간(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, 리튬에어 전지, 유기 시스템의 슈퍼 커패시터 또는 커패시터 전지 등 분야에 응용될 경우, 액체 전해액 용액의 누출 등 문제를 효과적으로 해결할 수 있을 뿐만 아니라, 리튬에어 전지가 보다 높은 충전 및 방전 효율, 보다 양호한 충격 내성을 갖도록 할 수 있고, 상기 유기 시스템의 슈퍼 커패시터 또는 커패시터 전지가 보다 높은 사용 안전성을 갖도록 하며; 마찬가지로, 리튬 덴드라이트(Lithium dendrite)의 생장으로 인한 격막 피어스 또는 고체 전해질로 인한 전지 단락을 보다 양호하게 방지할 수 있어, 상기 리튬에어 전지가 보다 높은 사용 안전성을 갖도록 한다.
3. 본 발명에 따른 리튬에어 전지에 사용되는 겔화 가능 시스템에 의해 제조된 겔 및 고체 전해질, 또는 상기 유기 시스템의 슈퍼 커패시터 또는 커패시터 전지 중의 겔 및 고체 전해질은 비교적 높은 변환 온도를 가지며, 동시에 가역성을 갖는다. 상기 겔 또는 고체 전해질의 사용 온도가 이의 변환 온도보다 높을 경우, 겔 및 고체 전해질은 유동할 수 있게 되지만 변환 온도보다 낮게 냉각시킨 후 이는 가역성을 가지므로 겔 또는 고체 전해질로 다시 형성되어 재사용될 수 있으며; 이가 비교적 높은 변환 온도 및 가역성을 가지므로, 사용 수명을 지연시킬 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 전해질, 또는 상기 유기 시스템의 슈퍼 커패시터 또는 커패시터 전지 중의 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. 발명에 따른 겔화 가능 시스템에 의해 제조된 겔 또는 고체 전해질은 리튬에어 전지, 유기 시스템의 슈퍼 커패시터 또는 커패시터 전지에 응용될 수 있으며, 고온에서 여전히 사용될 수 있다.
도 1은 실시예1-1에서 얻은 겔 전해질을 리튬에어 전지 전해액으로 사용하여 전지로 조립하는 순환 성능도이다.
도 2는 실시예1-3에서 얻은 고체 전해질을 리튬에어 전지 전해질로 사용하여 전지로 조립하는 순환 성능도이다.
도 3은 실시예2-1에서 얻은 겔 전해질을 유기 시스템의 슈퍼 커패시터 전해액으로 사용하여 슈퍼 커패시터로 조립하는 처음 3회의 충전 및 방전 데이터 그래프이다.
도 4는 실시예2-6에서 얻은 고체 전해질을 유기 시스템의 커패시터 전지 전해질로 사용하여 커패시터 전지로 조립하는 순환 성능도이다.
도 5는 실시예1-1에서 얻은 겔 전해질 추출물의 핵자기공명 수소 스펙트럼이다.
[ 리튬에어 전지]
본 발명의 제1 양태에 따르면, 리튬에어 전지에 사용되는 겔화 가능 시스템을 제공하며, 상기 시스템은 (a)리튬염, (b)에테르계 화합물 및 (c)리튬에어 전지에 사용되는 전해액 또는 이의 용매인 성분을 포함하고; 상기 에테르계 화합물은 고리형 에테르계 화합물 또는 직쇄형 에테르계 화합물 중의 적어도 하나로부터 선택되며; 상기 리튬에어 전지에 사용되는 전해액 또는 이의 용매는 아미드계 전해액 및 이의 용매, 니트릴계 전해액 및 이의 용매, 설폰계 전해액 및 이의 용매로부터 선택되고; 시스템 중 겔화 가능한 폴리머 및/또는 겔화 가능한 프리폴리머의 질량 백분율은 1 wt%보다 작거나 같다.
상기 리튬에어 전지에 사용되는 겔화 가능 시스템에서, 각 성분의 중량 백분율의 합은 100 wt%이다.
본 발명에 있어서, 상기 리튬에어 전지에 사용되는 겔화 가능 시스템에서, 상기 리튬염의 질량 백분율은 5 wt%보다 크거나 같고 60 wt%보다 작거나 같으며; 상기 에테르계 화합물의 질량 백분율은 20 wt%보다 크거나 같고 90 wt%보다 작거나 같으며; 상기 리튬에어 전지에 사용되는 전해액 또는 이의 용매의 질량 백분율은 5 wt%보다 크거나 같고 75 wt%보다 작거나 같다.
여기서, 상기 리튬에어 전지에 사용되는 겔화 가능 시스템에서, 상기 리튬염의 질량 백분율은 10 wt%보다 크거나 같고 40 wt%보다 작거나 같으며; 상기 에테르계 화합물의 질량 백분율은 20 wt%보다 크거나 같고 60 wt%보다 작거나 같으며; 상기 리튬에어 전지에 사용되는 전해액 또는 이의 용매의 질량 백분율은 20 wt%보다 크거나 같고 60 wt%보다 작거나 같다.
여기서, 상기 리튬에어 전지에 사용되는 겔화 가능 시스템에서, 상기 리튬염의 질량 백분율은 10 wt%보다 크거나 같고 40 wt%보다 작거나 같으며; 상기 에테르계 화합물의 질량 백분율은 60 wt%보다 크고 85 wt%보다 작거나 같으며; 상기 리튬에어 전지에 사용되는 전해액 또는 이의 용매의 질량 백분율은 5 wt%보다 크거나 같고 30 wt%보다 작거나 같다.
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), 리튬퍼플루오로부틸설포네이트(Lithium perfluorobutyl sulfonate), 리튬 알루미네이트(lithium aluminate), 리튬 클로라이드 알루미네이트(Lithium chloroaluminate), 리튬 플루오로설폰이미드(Lithium fluorosulfonimide), 리튬 클로라이드(Lithium chloride) 및 리튬 아이오다이드 중의 하나 또는 다수로부터 선택될 수 있으며; 바람직하게, 상기 리튬염은 리튬 헥사플루오로포스페이트(lithium hexafluorophosphate), 리튬 퍼클로레이트(lithium perchlorate) 중의 하나 또는 2개로부터 선택된다.
본 발명에 있어서, 상기 겔화 가능 시스템은 (d)무기 나노 입자를 더 포함한다. 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 발명에 있어서, 상기 겔화 가능 시스템은 (e)첨가제를 더 포함하며, 상기 첨가제는 폴리에스테르 또는 이의 블렌드 중의 하나 또는 다수로부터 선택되고; 여기서 상기 폴리에스테르는 폴리산 또는 산무수물(acid anhydride)과 폴리알콜의 중축합에 의해 얻어지며; 상기 폴리산은 이염기산, 삼염기산 또는 다가산으로부터 선택되고, 상기 폴리알콜은 2가알콜, 3가알콜 또는 다가알콜로부터 선택된다. 상기 겔화 가능 시스템에서, 상기 첨가제의 질량 백분율은 0 wt%보다 크거나 같고 30 wt%보다 작거나 같다. 바람직하게, 상기 겔화 가능 시스템에서, 상기 첨가제의 질량 백분율은 0 wt%보다 크고 20 wt%보다 작거나 같다.
본 발명의 제2 양태에 따르면, 상기 리튬에어 전지에 사용되는 겔화 가능 시스템의 겔화에 의해 얻어진 겔을 제공하며; 여기서, 상기 리튬염의 질량 백분율은 5 wt%보다 크거나 같고 60 wt%보다 작거나 같으며; 상기 에테르계 화합물의 질량 백분율은 20 wt%보다 크거나 같고 60 wt%보다 작거나 같으며; 상기 리튬에어 전지에 사용되는 전해액 또는 이의 용매의 질량 백분율은 20 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, 상기 첨가제의 질량 백분율은 0 wt%보다 크거나 같고 30 wt%보다 작거나 같다.
여기서, 상기 리튬에어 전지에 사용되는 겔화 가능 시스템에서, 상기 리튬염의 질량 백분율은 10 wt%보다 크거나 같고 40 wt%보다 작거나 같으며; 상기 에테르계 화합물의 질량 백분율은 20 wt%보다 크거나 같고 60 wt%보다 작거나 같으며; 상기 리튬에어 전지에 사용되는 전해액 또는 이의 용매의 질량 백분율은 20 wt%보다 크거나 같고 60 wt%보다 작거나 같으며, 상기 무기 나노 입자의 질량 백분율은 0 wt%보다 크고 20 wt%보다 작거나 같으며, 상기 첨가제의 질량 백분율은 0 wt%보다 크고 20 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 제3 양태에 따르면,
1)리튬염을 리튬에어 전지에 사용되는 전해액 또는 이의 용매에 넣어 균일하게 교반한 후 리튬염을 포함하는 혼합 용액을 얻는 단계;
2)에테르계 화합물, 임의로 선택된 무기 나노 입자 및/또는 첨가제를 상기 혼합 용액에 넣고, 교반하에서 혼합 시스템, 즉 상기 리튬에어 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, 리튬에어 전지에 사용되는 전해액 또는 이의 용매, 리튬염 및 에테르계 화합물에 대해 미리 수분 제거 처리를 수행하고; 바람직하게, 분자체 및/또는 진공 건조 방법을 이용하여 리튬에어 전지에 사용되는 전해액 또는 이의 용매, 리튬염 및 에테르계 화합물에 대해 미리 수분 제거 처리를 수행한다.
본 발명의 제4 양태에 따르면, 상기 리튬에어 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 에테르계 화합물의 질량 백분율은 60 wt%보다 크고 90 wt%보다 작거나 같으며; 상기 리튬에어 전지에 사용되는 전해액 또는 이의 용매의 질량 백분율은 5 wt%보다 크거나 같고 30 wt%보다 작거나 같으며, 상기 무기 나노 입자의 질량 백분율은 0 wt%보다 크거나 같고 30 wt%보다 작거나 같으며, 상기 첨가제의 질량 백분율은 0 wt%보다 크거나 같고 30 wt%보다 작거나 같다. 여기서, 상기 리튬에어 전지에 사용되는 겔화 가능 시스템에서, 상기 리튬염의 질량 백분율은 10 wt%보다 크거나 같고 40 wt%보다 작거나 같으며; 상기 에테르계 화합물의 질량 백분율은 60 wt%보다 크고 85 wt%보다 작거나 같으며; 상기 리튬에어 전지에 사용되는 전해액 또는 이의 용매의 질량 백분율은 5 wt%보다 크거나 같고 30 wt%보다 작거나 같으며, 상기 무기 나노 입자의 질량 백분율은 0 wt%보다 크고 20 wt%보다 작거나 같으며, 상기 첨가제의 질량 백분율은 0 wt%보다 크고 20 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 제5 양태에 따르면,
1)리튬염을 리튬에어 전지에 사용되는 전해액 또는 이의 용매에 넣어 균일하게 교반한 후 리튬염을 포함하는 혼합 용액을 얻는 단계;
2)에테르계 화합물, 임의로 선택된 무기 나노 입자 및/또는 첨가제를 상기 혼합 용액에 넣고, 교반하에서 혼합 시스템, 즉 상기 리튬에어 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 ~ 150시간이다.
본 발명에 있어서, 리튬에어 전지에 사용되는 전해액 또는 이의 용매, 리튬염 및 에테르계 화합물에 대해 미리 수분 제거 처리를 수행하고; 바람직하게, 분자체 및/또는 진공 건조 방법을 이용하여 리튬에어 전지에 사용되는 전해액 또는 이의 용매, 리튬염 및 에테르계 화합물에 대해 미리 수분 제거 처리를 수행한다.
본 발명의 제6 양태에 따르면, 상기 겔을 포함하는 겔 전해질을 제공한다.
본 발명의 제7 양태에 따르면, 리튬에어 전지 등 분야에 사용되는 상기 겔, 상기 고체 전해질, 상기 겔 전해질의 응용을 제공한다.
본 발명의 제8 양태에 따르면, 겔 전해질 및/또는 고체 전해질을 포함하는 리튬에어 전지를 제공하며, 상기 겔 전해질 및/또는 고체 전해질은 겔화 가능 시스템에 의해 제조되고; 상기 겔화 가능 시스템은 (a)리튬염, (b)에테르계 화합물 및 (c)리튬에어 전지에 사용되는 전해액 또는 이의 용매인 성분을 포함하며; 상기 에테르계 화합물은 고리형 에테르계 화합물 및 직쇄형 에테르계 화합물 중의 적어도 하나로부터 선택되고; 시스템 중 겔화 가능한 폴리머 및/또는 겔화 가능한 프리폴리머의 질량 백분율은 1 wt%보다 작거나 같다.
[유기 시스템의 슈퍼 커패시터 및 유기 시스템의 커패시터 전지]
본 발명의 제9 양태에 따르면, 겔 전해질 및/또는 고체 전해질을 포함하는 유기 시스템의 슈퍼 커패시터를 제공하며, 상기 겔 전해질 및/또는 고체 전해질은 겔화 가능 시스템에 의해 제조되고; 상기 겔화 가능 시스템은 (a)리튬염 및 (b)에테르계 화합물인 성분을 포함하며, 상기 에테르계 화합물은 고리형 에테르계 화합물 및 직쇄형 에테르계 화합물 중의 적어도 하나로부터 선택되고; 시스템 중 겔화 가능한 폴리머 및/또는 겔화 가능한 프리폴리머의 질량 백분율은 1 wt%보다 작거나 같다.
본 발명의 제10 양태에 따르면, 겔 전해질 및/또는 고체 전해질을 포함하는 유기 시스템의 커패시터 전지를 제공하며, 상기 겔 전해질 및/또는 고체 전해질은 겔화 가능 시스템에 의해 제조되고; 상기 겔화 가능 시스템은 (a)리튬염 및 (b)에테르계 화합물인 성분을 포함하며, 상기 에테르계 화합물은 고리형 에테르계 화합물 및 직쇄형 에테르계 화합물 중의 적어도 하나로부터 선택되고; 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 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 작거나; 상기 리튬염의 질량 백분율은 20 wt%보다 크거나 같고 30 wt%보다 작거나 같다.
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, 상기 리튬염은 리튬 헥사플루오로포스페이트(lithium hexafluorophosphate), 리튬 퍼클로레이트(lithium perchlorate) 중의 하나 또는 2개로부터 선택된다.
본 발명에 있어서, 상기 겔화 가능 시스템은 (c)유기 시스템의 슈퍼 커패시터 또는 커패시터 전지에 사용되는 전해액 또는 이의 용매를 더 포함한다. 상기 겔화 가능 시스템에서, 상기 유기 시스템의 슈퍼 커패시터 또는 커패시터 전지에 사용되는 전해액 또는 이의 용매의 질량 백분율은 0 wt%보다 크거나 같고 48 wt%보다 작거나 같다. 바람직하게, 상기 겔화 가능 시스템에서, 상기 유기 시스템의 슈퍼 커패시터 또는 커패시터 전지에 사용되는 전해액 또는 이의 용매의 질량 백분율은 0 wt%보다 크고 40 wt%보다 작거나 같다.
본 발명에 있어서, 상기 겔화 가능 시스템은 (d)무기 나노 입자를 더 포함한다. 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 발명에 있어서, 상기 겔화 가능 시스템은 또한 (e)첨가제를 더 포함하며, 상기 첨가제는 폴리에스테르 또는 이의 블렌드 중의 하나 또는 다수로부터 선택되고; 여기서 상기 폴리에스테르는 폴리산 또는 산무수물(acid anhydride)과 폴리알콜의 중축합에 의해 얻어지며; 상기 폴리산은 이염기산, 삼염기산 또는 다가산으로부터 선택되고, 상기 폴리알콜은 2가알콜, 3가알콜 또는 다가알콜로부터 선택된다. 상기 겔화 가능 시스템에서, 상기 첨가제의 질량 백분율은 0 wt%보다 크거나 같고 30 wt%보다 작거나 같다. 바람직하게, 상기 겔화 가능 시스템에서, 상기 첨가제의 질량 백분율은 0 wt%보다 크고 20 wt%보다 작거나 같다.
본 발명에 있어서, 상기 겔 전해질은 겔화 가능 시스템에 의해 제조된 것이고, 상기 겔화 가능 시스템에서, 상기 리튬염의 질량 백분율은 2 wt%보다 크거나 같고 20 wt%보다 작으며; 상기 에테르계 화합물의 질량 백분율은 50 wt%보다 크고 98 wt%보다 작거나 같으며; 상기 유기 시스템의 슈퍼 커패시터 또는 커패시터 전지에 사용되는 전해액 또는 이의 용매의 질량 백분율은 0 wt%보다 크거나 같고 48 wt%보다 작거나 같으며; 상기 무기 나노 입자의 질량 백분율은 0 wt%보다 크거나 같고 30 wt%보다 작거나 같으며; 상기 첨가제의 질량 백분율은 0 wt%보다 크거나 같고 30 wt%보다 작거나 같다. 여기서, 상기 리튬염의 질량 백분율은 5 wt%보다 크거나 같고 20 wt%보다 작으며; 상기 에테르계 화합물의 질량 백분율은 55 wt%보다 크고 95 wt%보다 작거나 같으며; 상기 유기 시스템의 슈퍼 커패시터 또는 커패시터 전지에 사용되는 전해액 또는 이의 용매의 질량 백분율은 0 wt%보다 크고 40 wt%보다 작거나 같으며; 상기 무기 나노 입자의 질량 백분율은 0 wt%보다 크고 20 wt%보다 작거나 같으며; 상기 첨가제의 질량 백분율은 0 wt%보다 크고 20 wt%보다 작거나 같다.
본 발명에 있어서, 상기 겔 전해질의 변환 온도는 40 ~ 95 ℃이고, 바람직하게 45 ~ 85 ℃이다.
본 발명에 있어서, 상기 겔 전해질의 전도율은 10-5 ~ 10-1 S/cm이고, 바람직하게 10-4 ~ 10-2 S/cm이다.
본 발명에 있어서, 상기 고체 전해질은 겔화 가능 시스템에 의해 제조된 것이고, 상기 겔화 가능 시스템에서, 상기 리튬염의 질량 백분율은 20 wt%보다 크거나 같고 50 wt%보다 작거나 같으며; 상기 에테르계 화합물의 질량 백분율은 50 wt%보다 크거나 같고 80 wt%보다 작거나 같으며; 상기 유기 시스템의 슈퍼 커패시터 또는 커패시터 전지에 사용되는 전해액 또는 이의 용매의 질량 백분율은 0 wt%보다 크거나 같고 30 wt%보다 작거나 같으며; 상기 무기 나노 입자의 질량 백분율은 0 wt%보다 크거나 같고 30 wt%보다 작거나 같으며; 상기 첨가제의 질량 백분율은 0 wt%보다 크거나 같고 30 wt%보다 작거나 같다. 여기서, 상기 리튬염의 질량 백분율은 20 wt%보다 크거나 같고 30 wt%보다 작거나 같으며; 상기 에테르계 화합물의 질량 백분율은 55 wt%보다 크거나 같고 80 wt%보다 작거나 같으며; 상기 유기 시스템의 슈퍼 커패시터 또는 커패시터 전지에 사용되는 전해액 또는 이의 용매의 질량 백분율은 0 wt%보다 크고 25 wt%보다 작거나 같으며; 상기 무기 나노 입자의 질량 백분율은 0 wt%보다 크고 20 wt%보다 작거나 같으며; 상기 첨가제의 질량 백분율은 0 wt%보다 크고 20 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 제11 양태에 따르면,
에테르계 화합물, 리튬염 및 임의로 선택된 유기 시스템의 슈퍼 커패시터 또는 커패시터 전지에 사용되는 전해액 또는 이의 용매 및 임의로 선택된 무기 나노 입자 및 임의로 선택된 첨가제를 혼합하여, 교반하에서 리튬염의 에테르계 화합물 용액, 즉 상기 겔화 가능 시스템을 얻고, 상기 용액을 계속하여 교반하면서 겔화에 의해 상기 겔 전해질을 얻는 단계를 포함하는 상기 겔 전해질의 제조 방법을 제공한다.
바람직하게, 상기 겔 전해질의 제조 방법은 구체적으로,
에테르계 화합물을 리튬염에 넣고, 교반하에서 리튬염의 에테르계 화합물 용액을 얻고, 임의로 선택적으로, 유기 시스템의 슈퍼 커패시터 또는 커패시터 전지에 사용되는 전해액 또는 이의 용매 및/또는 무기 나노 입자 및/또는 첨가제를 리튬염의 에테르계 화합물 용액, 즉 상기 겔화 가능 시스템에 넣어 상기 용액을 계속하여 교반하면서 겔화에 의해 상기 겔 전해질을 얻는 단계를 포함한다.
본 발명에 있어서, 상기 리튬염, 에테르계 화합물, 임의로 선택적으로 유기 시스템의 슈퍼 커패시터 또는 커패시터 전지에 사용되는 전해액 또는 이의 용매 및 무기 나노 입자 및 첨가제에 대해 미리 수분 제거 처리를 수행하고; 바람직하게, 분자체 및/또는 진공 건조 방법을 이용하여 상기 리튬염, 에테르계 화합물, 임의로 선택적으로 유기 시스템의 슈퍼 커패시터 또는 커패시터 전지에 사용되는 전해액 또는 이의 용매 및 무기 나노 입자 및 첨가제에 대해 미리 수분 제거 처리를 수행한다.
본 발명에 있어서, 상기 겔화 과정은 방치 조건에서 완성해야 한다. 상기 겔 전해질이 형성되는 온도는 상기 겔 전해질의 변환 온도보다 낮으며, 상기 겔 전해질이 형성되는 시간은 5초 ~ 300시간이다.
본 발명의 제12 양태에 따르면,
에테르계 화합물, 리튬염 및 임의로 선택적으로 유기 시스템의 슈퍼 커패시터 또는 커패시터 전지에 사용되는 전해액 또는 이의 용매 및 임의로 선택된 무기 나노 입자 및 임의로 선택된 첨가제를 혼합하여, 교반하에서 리튬염의 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,
에테르계 화합물을 리튬염에 넣고, 교반하에서 리튬염의 에테르계 화합물 용액을 얻고, 임의로 선택적으로 유기 시스템의 슈퍼 커패시터 또는 커패시터 전지에 사용되는 전해액 또는 이의 용매 및/또는 무기 나노 입자 및/또는 첨가제를 리튬염의 에테르계 화합물 용액, 즉 상기 겔화 가능 시스템에 넣어 상기 용액을 계속하여 교반하면서 겔화에 의해 상기 고체 전해질을 얻는 단계를 포함한다.
본 발명에 있어서, 상기 리튬염, 에테르계 화합물, 임의로 선택적으로 유기 시스템의 슈퍼 커패시터 또는 커패시터 전지에 사용되는 전해액 또는 이의 용매 및 무기 나노 입자 및 첨가제에 대해 미리 수분 제거 처리를 수행하고; 바람직하게, 분자체 및/또는 진공 건조 방법을 이용하여 상기 리튬염, 에테르계 화합물, 임의로 선택적으로 유기 시스템의 슈퍼 커패시터 또는 커패시터 전지에 사용되는 전해액 또는 이의 용매 및 무기 나노 입자 및 첨가제에 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 발명에 있어서, 상기 리튬염, 에테르계 화합물, 임의로 선택적으로 유기 시스템의 슈퍼 커패시터 또는 커패시터 전지에 사용되는 전해액 또는 이의 용매 및 무기 나노 입자 및 첨가제에 대해 미리 수분 제거 처리를 수행하고; 바람직하게, 분자체 및/또는 진공 건조 방법을 이용하여 상기 리튬염, 에테르계 화합물, 임의로 선택적으로 유기 시스템의 슈퍼 커패시터 또는 커패시터 전지에 사용되는 전해액 또는 이의 용매 및 무기 나노 입자 및 첨가제에 대해 미리 수분 제거 처리를 수행한다.
[ 직쇄형 에테르계 화합물]
본 발명에 있어서, 상기 직쇄형 에테르계 화합물의 일반식은 식(1)에 표시된 바와 같고,
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) 등 기(그룹) 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) 등의 기(그룹) 중의 적어도 하나에 의해 치환된다.
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 선택된다.
보다 바람직하게, R2는 메틸기, 에틸기, 프로필기, 이소프로필기, 부틸기, 이소부틸기, 비닐기(Vinyl group)로부터 선택되고, R1 및 R3은 동일하거나 상이하며, 상호 독립적으로 메틸기, 에틸기, 프로필기로부터 선택되고; R1 및 R3은 동일하거나 상이하며, 상호 독립적으로 메틸기, 에틸기, 프로필기로부터 선택된다.
더 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 선택된다.
본 발명에 있어서, 상기 직쇄형 에테르계 화합물은 예를 들어, 하기 화합물 중의 하나이다:
Figure pct00001
[고리형 에테르계 화합물]
본 발명에 있어서, 상기 고리형 에테르계 화합물은 하나의 산소, 2개의 산소, 3개의 산소 또는 보다 많은 산소를 포함하는 고리형 에테르계 화합물로부터 선택된다.
본 발명에 있어서, 상기 고리형 에테르계 화합물은 단일 고리, 축합 고리(예를 들어, 이중 고리), 스피로 고리 또는 브릿지된 고리일 수 있다.
본 발명에 있어서, 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 포함하는다.
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 pct00002
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 pct00003
Figure pct00004
Figure pct00005
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 pct00006
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 pct00007
Figure pct00008
Figure pct00009
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.
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.
[ 리튬에어 전지에 사용되고, 유기 시스템의 슈퍼 커패시터 또는 커패시터 전지에 사용되는 전해액 또는 이의 용매]
본 발명에 있어서, 상기 리튬에어 전지에 사용되고, 유기 시스템의 슈퍼 커패시터 또는 커패시터 전지에 사용되는 전해액 또는 이의 용매는 에테르계 전해액 및 이의 용매, 에스테르계 전해액 및 이의 용매, 아미드계 전해액 및 이의 용매, 니트릴계 전해액 및 이의 용매 및 설폰계 전해액 및 이의 용매를 포함한다.
본 발명에 있어서, 상기 에스테르계 전해액은 리튬염을 포함하는 에스테르계 혼합액, 예를 들어, 1M 리튬 헥사플루오로포스페이트(lithium hexafluorophosphate)(LiPF6)을 포함하는 에틸렌카보네이트(Ethylene Carbonate, EC) 및 디메틸카보네이트(Dimethyl carbonate, DMC)의 혼합액으로부터 선택되고, 여기서, 상기 에틸렌카보네이트(Ethylene Carbonate, EC) 및 디메틸카보네이트(Dimethyl carbonate, DMC)의 부피비는 1:1이다.
본 발명에 있어서, 상기 에스테르계 전해액의 용매는 에스테르계 고리형 비수성 유기용매 및 에스테르계 사슬형 비수성 유기용매 중의 적어도 하나로부터 선택된다.
본 발명에 있어서, 상기 에스테르계 고리형 비수성 유기용매는 에틸렌카보네이트(Ethylene Carbonate, EC), 프로필렌카보네이트(Propylene Carbonate, PC), 플루오로에틸렌카보네이트(Fluoroethylene carbonate, FEC), γ-부티로락톤(γ-butyrolactone), 아황산비닐에스테르(ES), 프로필렌설파이트(Propylene sulfite, PS), 글리세릴카보네이트(Glyceryl carbonate, GC) 중의 적어도 하나로부터 선택된다.
본 발명에 있어서, 상기 사슬형 비수성 유기용매는 디에틸카보네이트(Diethyl carbonate, DEC), 디메틸카보네이트(Dimethyl carbonate, DMC), 에틸메틸카보네이트(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), 에틸부티레이트(Ethyl butyrate, EB), 메틸부티레이트(Methyl butyrate, MB), 디메틸설파이트(Dimethyl sulfite, DMS), 디에틸설파이트(Diethyl sulfite, DES), 메틸에틸설파이트(Methyl ethyl sulfite, EMS) 중의 적어도 하나로부터 선택된다.
본 발명에 있어서, 상기 에테르계 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 선택되며, 여기서, 상기 1,3-디옥솔란(1,3-dioxolane, DOL) 및 디메톡시에탄(dimethoxyethane, DME)의 부피비는 1:1이다.
본 발명에 있어서, 상기 에테르계 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.
본 발명에 있어서, 상기 아미드계 전해액은 리튬염을 포함하는 아미드계 혼합액, 예를 들어, 1M 리튬 트리플루오로메탄설포네이트(Lithium trifluoromethanesulfonate)를 포함하는 N,N-디메틸아세트아미드(N,N-dimethylacetamide) 용액으로부터 선택된다.
본 발명에 있어서, 상기 아미드계 전해액의 용매는 아미드기를 포함하는 화합물로부터 선택되며; 바람직하게, 상기 아미드계 전해액의 용매는 C1 ~ C20의 알킬아미드(Alkylamide), C1 ~ C20의 에나마이드니트릴(Enamide nitrile), C1 ~ C20의 알키닐아미드(Alkynyl amide), C1 ~ C20의 할로알킬아미드(Haloalkylamide), C1 ~ C20의 할로알케닐아미드(Haloalkenylamide), C1 ~ C20의 할로알키닐아미드(Haloalkynyl amide), C7 ~ C20의 아릴아미드(Arylamide), C1 ~ C20의 에폭시아미드(Epoxy amide) 중의 적어도 하나로부터 선택된다. 바람직하게, 상기 아미드계 전해액의 용매는 N,N-디메틸포름아미드(N,N-dimethylformamide), N,N-디메틸아세트아미드(N,N-dimethylacetamide), 벤조일아미드(Benzoylamide), 포름아미드(Formamide), 아세트아미드(Acetamide), 숙신이미드(Succinimide), 프탈이미드(Phthalimide), N-메틸-p-톨루엔설폰아미드(N-methyl-p-toluenesulfonamide), N-메틸아세트아미드(N-methylacetamide), 3-아미노-6-메틸벤젠설폰아미드(3-amino-6-methylbenzenesulfonamide), 2,2,2-트리클로로아세트아미드(2,2,2-trichloroacetamide), 벤질에스테르-N-에틸-p-톨루엔설폰아미드(Benzyl ester N-ethyl p-toluenesulfonamide), 3-아미노-2,2-디메틸프로판아미드(3-amino-2,2-dimethylpropanamide), 에루카아미드(Erucamide), N-에틸-5-메틸-2-(1-메틸에틸)시클로헥산카르복스아미드(N-ethyl-5-methyl-2-(1-methylethyl)cyclohexanecarboxamide), 4-메톡시벤즈아미드(4-methoxybenzamide), 2,4-디히드록시벤즈아미드(2,4-dihydroxybenzamide), N,N-디에틸-2-클로로아세트아미드(N,N-diethyl-2-chloroacetamide), N-부틸벤젠설폰아미드(N-butylbenzenesulfonamide), N-에틸아세트아미드(N-ethyl acetamide), 클로로아세트아미드(chloroacetamide), N-(2-클로로페닐)아세트아미드히드로클로라이드(N-(2-chlorophenyl)acetamide hydrochloride), N,N'-에틸렌비스스테아르아미드(N,N'-ethylene bisstearamide), 발레르아미드(Valeramide), 2-히드록시이소부티르아미드(2-hydroxyisobutyramide), 에톡시아미드(Ethoxy amide), 벤질신남아미드(Benzyl cinnamamide), L-(+)-캄포르설폰아미드(L-(+)-camphorsulfonamide), 말론아미드(Malonamide), 설폰아미드(Sulfonamide), 시클로프로판아미드(Cyclopropane amide), 2-에탄설포닐이미다조[1,2-a]피리딘-3-설폰아미드(2-ethanesulfonyl imidazo[1,2-a]pyridine-3-sulfonamide), N,N-디에틸아세트아미드(N,N-diethylacetamide), 4-클로로티오벤즈아미드(4-chlorothiobenzamide), N,N'-디메틸옥사미드(N,N'-dimethyloxamide), N-메톡시-N-메틸아세트아미드(N-methoxy-N-methylacetamide), 벤조일아미드(Benzoylamide), N-메틸카프로락탐(N-methylcaprolactam), (S)-(-)-tert-부틸설핀아미드((S)-(-)-tert-butylsulfinamide), 3-아미노-N-메틸벤즈아미드(3-amino-N-methylbenzamide), N,N'-메틸렌비스아크릴아미드(N,N'-methylenebisacrylamide), 2,2-디브로모-3-니트릴프로피온아미드(2,2-dibromo-3-nitrilopropionamide), N,N-디에틸도데카미드(N,N-diethyldodecamide), 인돌이미드아미드-염화수소(Indoleimide amide hydrogen chloride), 티오아세트아미드(Thioacetamide), 프로피온아미드(Propionamide), 벤조일아미드(Benzoylamide), 2-니트로벤젠설폰아미드(2-nitrobenzenesulfonamide), P-아미노벤즈아미드(P-aminobenzamide), 이소부티르아미드(Isobutyramide), 카프로락탐(Caprolactam), O-메틸벤젠설폰아미드(O-methyl benzene sulfonamide), N,N-디메틸아세트아미드(N,N-dimethylacetamide), N-메틸포름아미드(N-methylformamide), N-tert-부틸아크릴아미드(N-tert-butyl acrylamide), 6-메틸니코틴아미드(6-methylnicotinamide), N,N-디메틸설폰아미드(N,N-dimethylsulfonamide), 2,3-디브로모프로피온아미드(2,3-dibromopropionamide), 2-아미노-5-메틸벤즈아미드(2-amino-5-methylbenzamide), L-캄포르설폰아미드(L-camphorsulfonamide), DL-아미노카프로락탐스테아르아미드(DL-aminocaprolactam stearamide), 1,1-시클로헥실아세트산 모노아미드(1,1-cyclohexyldiacetic acid monoamide), 시클로프로피온아미드(Cyclopropionamide), P-니트로벤즈아미드(P-nitrobenzamide), 4-(2-아미노에틸)벤젠설폰아미드(4-(2-aminoethyl)benzenesulfonamide), 2-메틸-5-니트로벤젠설폰아미드(2-methyl-5-nitrobenzenesulfonamide), 3,5-디히드록시벤즈아미드(3,5-dihydroxybenzamide), 2-아크릴아미도-2-메틸프로판설폰산-N-메틸숙신아미드(2-acrylamido-2-methylpropanesulfonic acid-N-methylsuccinamide), N,2,3-트리메틸-2-이소프로필부탄아미드(N,2,3-trimethyl-2-isopropylbutanamide), N,N-디메틸프로피온아미드(N,N-dimethylpropanamide), N-비닐카프로락탐(N-vinylcaprolactam), 2-요오도아세트아미드(2-iodoacetamide), O-아미노벤젠설폰아미드(O-aminobenzenesulfonamide), 2,4-디클로로-5-설폰아미도벤조산-N-페닐말레이미드(2,4-dichloro-5-sulfonamidobenzoic acid-N-phenylmaleimide), N-에틸말레이미드(N-ethylmaleimide), 5-클로로-2,4-디설포닐아미노아닐린-o-클로로벤젠설폰아미드(5-chloro-2,4-disulfonylaminoaniline o-chlorobenzenesulfonamide), N, N-디메틸글리신아미드(N,N-dimethylglycinamide), 2-아미노페놀-5-(N,N-디메틸)설폰아미드(2-aminophenol-5-(N,N-dimethyl)sulfonamide), 4-아미노-3,5-디니트로벤즈아미드(4-amino-3,5-dinitrobenzamide), 4-아미노-N-메틸벤즈아미드(4-amino-N-methylbenzamide), 2-페닐아세트아미드(2-phenylacetamide), N-(tert-부톡시카르보닐)-p-톨루엔설폰아미드(N-(tert-butoxycarbonyl)-p-toluenesulfonamide), 4-플루오로벤즈아미드(4-fluorobenzamide), 2-아미노말론아미드(2-aminomalonamide), 비스(테트라메틸렌)플루오로포름아미드(Bis(tetramethylene)fluoroformamide), N-히드록시-이소부티르아미드(N-hydroxy-isobutyramide), 티오프로피온아미드(Thiopropionamide), 에틸1-((시아노-1-메틸에틸)아조)카르복스아미드(Ethyl 1-((cyano-1-methylethyl)azo)carboxamide), 신남아미드(Cinnamamide), 4-아미노페닐-N-메틸메탄설폰아미드(4-aminophenyl-N-methylmethanesulfonamide), 4-브로모-3-플루오로벤젠설폰아미드(4-bromo-3-fluorobenzenesulfonamide), 2,6-디플루오로벤젠설폰아미드(2,6-difluorobenzenesulfonamide), 2-브로모벤젠설폰아미드(2-bromobenzenesulfonamide), 4-플루오로벤젠설폰아미드(4-fluorobenzenesulfonamide), 4-트리플루오로메톡시벤젠설폰아미드(4-trifluoromethoxybenzenesulfonamide), 4-클로로벤젠설폰아미드(4-chlorobenzenesulfonamide), 2,5-디플루오로벤젠설폰아미드(2,5-difluorobenzenesulfonamide), 트리플루오로메탄설폰아미드(Trifluoromethanesulfonamide), N-[비스(메틸티오)메틸렌]-p-톨루엔설폰아미드(N-[bis(methylthio)methylene]p-toluenesulfonamide), 4-클로로-3-니트로-5-설폰아미도벤조산(4-chloro-3-nitro-5-sulfonamidobenzoic acid), N-메틸디아세트아미드-N-벤질리덴벤젠설폰아미드(N-methyldiacetamide N-benzylidenebenzenesulfonamide), 2-메톡시-5-설폰아미드(2-methoxy-5-sulfonamide), 3,5-디클로로벤젠설폰아미드(3,5-dichlorobenzenesulfonamide), 2-플루오로벤젠설폰아미드(2-fluorobenzenesulfonamide), 4-브로모-2-클로로벤젠설폰아미드(4-bromo-2-chlorobenzenesulfonamide), 5-클로로-2-플루오로벤젠설포닐(5-chloro-2-fluorobenzenesulfonyl), 아민-p-메톡시벤젠설폰아미드(Amine p-methoxybenzenesulfonamide), 4-클로로살리실산-5-설폰아미드(4-chlorosalicylic acid-5-sulfonamide), 2-아미노-N-에틸-N-페닐벤젠설폰아미드(2-amino-N-ethyl-N-phenylbenzenesulfonamide), 2-브로모-4-플루오로벤젠설폰아미드(2-bromo-4-fluorobenzenesulfonamide), 4-플루오로-2-메틸벤젠설폰아미드(4-fluoro-2-methylbenzenesulfonamide), 2-시아노벤젠설폰아미드(2-cyanobenzenesulfonamide), 4-[2-(5-클로로-2-메톡시벤조일아미노)에틸]벤젠설폰아미드(4-[2-(5-chloro-2-methoxybenzoylamino)ethyl]benzenesulfonamide), 3,4-디플루오로벤젠설폰아미드(3,4-difluorobenzenesulfonamide), DL-아미노카프로락탐(DL-aminocaprolactam), 2,4,6-트리클로로벤젠설폰아미드(2,4,6-trichlorobenzenesulfonamide), 시클로프로판설폰아미드(Cyclopropane sulfonamide), 4-브로모-3-(트리플루오로메틸)벤젠설폰아미드(4-bromo-3-(trifluoromethyl)benzenesulfonamide), N-(4-아미노부틸)-아세트아미드세라마이드(N-(4-aminobutyl)-acetamide ceramide), N-[(1R)-2-(3-아미노설포닐-4-메톡시)-1-메틸]아세트아미드(N-[(1R)-2-(3-Aminosulfonyl-4-methoxy)-1-methyl]acetamide), N-벤질-N-니트로소-p-톨루엔설폰아미드(N-benzyl-N-nitroso-p-toluenesulfonamide), N-(2-아미노에틸)-4-메틸벤젠설폰아미드(N-(2-aminoethyl)-4-methylbenzenesulfonamide), (1R)-10-캄포르설폰아미드((1R)-10-camphorsulfonamide), 4-아미노-6-(트리플루오로메틸)벤젠-1,3-디설폰아미드(4-amino-6-(trifluoromethyl)benzene-1,3-disulfonamide), 2-브로모-4-(트리플루오로메틸)벤젠설폰아미드(2-bromo-4-(trifluoromethyl)benzenesulfonamide), 3-플루오로-4-메틸톨루엔설폰아미드(3-fluoro-4-methyltoluenesulfonamide), 2-브로모-5-(트리플루오로메틸)벤젠설폰아미드(2-bromo-5-(trifluoromethyl)benzenesulfonamide), 나프탈렌-2-설폰아미드(Naphthalene-2-sulfonamide), (1S)-10-캄포르설폰아미드((1S)-10-camphorsulfonamide), (S)-(+)-p-메틸벤젠설핀아미드((S)-(+)-p-methylbenzenesulfinamide), (1R)-트랜스-N,N'-1,2-시클로헥산디일비스(1,1,1-트리플루오로메탄설폰아미드)((1R)-trans-N,N'-1,2-cyclohexanediylbis(1,1,1-trifluoromethanesulfonamide)), N-(2-플루오로페닐)메탄설폰아미드(N-(2-fluorophenyl)methanesulfonamide), (S)-N-(-)-p-톨릴설피닐트립타민((S)-N-(-)-p-tolylsulfinyltryptamine), N-아세톡시-N-아세틸-4-클로로벤젠설폰아미드(N-acetoxy-N-acetyl-4-chlorobenzenesulfonamide), 2-(트리메틸실릴)에탄설폰아미드(2-(trimethylsilyl)ethanesulfonamide), N-(4-아미노벤젠)-설폰아미드-4-메틸벤젠(R)-(-)-4-메틸벤젠설핀아미드(N-(4-Aminobenzene)-sulfonamide-4-methylbenzene (R)-(-)-4-methylbenzenesulfinamide), N-에틸-p-톨루엔설폰아미드(N-ethyl p-toluenesulfonamide), (R,R)-(+)-N,N'-비스(α-메틸벤질)설폰아미드((R,R)-(+)-N,N'-bis(Α-methylbenzyl)sulfonamide), (S)-(-)-N-[1-(히드록시메틸)-2-페닐에틸]-4-메틸벤젠설폰아미드((S)-(-)-N-[1-(Hydroxymethyl)-2-phenylethyl]-4-methylbenzenesulfonamide), 시클로프로피온아미드(Cyclopropionamide), 2-클로로-4-플루오로-5-설파모일벤조산N-벤질리덴-P,P-디페닐포스핀산아미드(2-Chloro-4-fluoro-5-sulfamoylbenzoic acid N-benzylidene-P,P-diphenylphosphinic acid amide), N-(4-클로로벤질리덴)-4-톨루엔설폰아미드(N-(4-chlorobenzylidene)-4-toluenesulfonamide) 중 적어도 하나로부터 선택된다.
본 발명에 있어서, 상기 니트릴계 전해액은 리튬염을 포함하는 니트릴계 혼합액, 예를 들어, 1M 리튬 퍼클로레이트(lithium perchlorate)을 포함하는 아세토니트릴(Acetonitrile) 용액으로부터 선택된다. 상기 니트릴계 전해액의 용매는 니트릴기(Nitrile group)를 포함하는 화합물로부터 선택되며; 바람직하게, 상기 니트릴계 전해액의 용매는 C1 ~ C20의 알킬니트릴(Alkyl nitrile), C1 ~ C20의 알케닐니트릴(Alkenyl nitrile), C1 ~ C20의 알키닐니트릴(alkynyl nitrile), C1 ~ C20의 할로알킬니트릴(Haloalkyl nitrile), C1 ~ C20의 할로알케닐니트릴(Haloalkenyl nitrile), C1 ~ C20의 할로알키닐니트릴(Haloalkynyl nitrile), C7 ~ C20의 아릴니트릴(aryl nitrile), C1 ~ C20의 에폭시니트릴(Epoxy nitrile) 중의 적어도 하나로부터 선택된다. 바람직하게, 상기 니트릴계 전해액의 용매는 아세토니트릴(Acetonitrile), 부틸로니트릴(butyronitrile)로부터 선택된다.
본 발명에 있어서, 설폰계 전해액은 리튬염을 포함하는 설폰계 혼합액, 예를 들어, 1M 리튬 퍼클로레이트(lithium perchlorate)을 포함하는 디메틸설폭시드(Dimethyl sulfoxide, DMSO) 용액으로부터 선택된다. 설폰계 전해액의 용매는 설포닐기(Sulfonyl group)를 포함하는 화합물로부터 선택되며; 바람직하게, 상기 니트릴계 전해액의 용매는 C1 ~ C20의 알킬설폰(Alkyl sulfone), C1 ~ C20의 알케닐설폰(Alkenyl sulfone), C1 ~ C20의 알키닐설폰(alkynyl sulfone), C1 ~ C20의 할로알킬설폰(Haloalkyl sulfone), C1 ~ C20의 할로알케닐설폰(Haloalkenyl sulfone), C1 ~ C20의 할로알키닐설폰(Haloalkynyl sulfone), C7 ~ C20의 아릴설폰(aryl sulfone), C1 ~ C20의 에폭시설폰(Epoxy sulfone) 중의 적어도 하나로부터 선택된다. 바람직하게, 상기 설폰계 전해액의 용매는 설포레인(Sulfolane, SL), 디메틸설폭시드(Dimethyl sulfoxide)로부터 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.
본 발명에 있어서, 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.
본 발명에 있어서, 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.
본 발명에 있어서, 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.
본 발명에 있어서, 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.
본 발명에 있어서, 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.
[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 선택되고; 바람직하게, 상기 무기 나노 입자는 이산화규소, 산화알루미늄, 이산화티타늄, 산화아연 중의 하나 또는 다수로부터 선택된다.
[용어 및 정의]
달리 설명되지 않는 한, 본원 발명의 명세서에 기재된 치환 기(그룹) 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 치환 기의 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), 폴리비닐클로라이드(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 고리(상기 고리는 “축합 고리”임)에 의해 공유되며, 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 치환기를 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 테스트용 전지는 블루 파워 전지팩이다. 상기 유기 시스템의 슈퍼 커패시터 또는 커패시터 전지는 블루 파워 테스트기기에서 테스트한다.
본 실시예에서, 상기 리튬염은 사용 전에, 40 ℃에서 10시간 이상 동안 진공 건조함으로써 수분 제거 처리된다. 상기 첨가제는 사용 전에, 45 ℃에서 24시간 이상 동안 진공 건조함으로써 수분 제거 처리된다. 상기 무기 나노 입자는 사용 전에, 60 ℃에서 24시간 이상 동안 진공 건조함으로써 수분 제거 처리된다.
본 실시예에서, 상기 에테르계 화합물은 사용 전에, 분자체에 의해 수분 제거 처리된다. 상기 리튬에어 전지에 사용되는 전해액 또는 이의 용매는 사용 전에, 분자체에 의해 수분이 제거되어 건조된다. 상기 유기 시스템의 슈퍼 커패시터 또는 커패시터 전지에 사용되는 전해액 또는 이의 용매는 사용 전에, 분자체에 의해 수분이 제거되어 건조된다.
[하기 실시예 중의 리튬에어 전지의 조성]
그래핀 공기 전극의 제조: 질량비가 9:1인 그래핀 및 폴리비닐리덴 플루오라이드(polyvinylidene fluoride, PVDF)를 취하고, PVDF에 일정한 양의 N-메틸-피롤리돈(N-methyl-pyrrolidone, NMP)을 적가하여, 초음파 진동 하에 1시간 동안 혼합하고, 이 용액을 모르타르(Mortar)통에 부어 넣고 그래핀을 첨가하여 약 1시간 동안 연마하고, 다시 혼합 후의 페이스트를 일정한 면적의 카본지에 균일하게 도포하여, 100 ℃의 온도에서 48시간 동안 진공 건조시킨 후, 슬라이서(Slicer)로 필요되는 크기만큼 잘라내며;
음극은 리튬 시트로 하고; 전해액은 각 실시예에서 제조된 겔 전해질 또는 고체 전해질로 하며; 격막은 Whatman 격막으로 한다.
실시예1-1
(1) 겔화 가능 시스템 및 겔(전지로 사용될 수 있는 겔 전해질)의 제조
시약병에서 0.8 g 리튬 헥사플루오로포스페이트(lithium hexafluorophosphate)을 취하여, 이에 2.0 mL 디메틸카보네이트(Dimethyl carbonate) 및 에틸렌카보네이트(Ethylene Carbonate)의 혼합액(여기서, 디메틸카보네이트(Dsimethyl carbonate): 에틸렌카보네이트(Ethylene Carbonate)=1:1(v/v)임)을 넣고, 리튬염이 완전히 용해되도록 교반하며, 2.0 mL 1,4-디옥산(1,4-Dioxane) 및 2.0 mL 1,3-디옥솔란(1,3-dioxolane, DOL) 혼합액을 상기 리튬염 용액에 넣어 충분히 교반하여 혼합시킨 후, 겔화 가능 시스템을 얻고; 일정한 시간 정지시킨 후 겔을 형성한다. 상기 겔 시스템에서, 리튬염의 질량 백분율은 12 wt%이고; 에테르계 화합물의 질량 백분율은 58 wt%이며; 리튬에어 전지에 사용되는 전해액 또는 이의 용매의 질량 백분율은 30 wt%이다. 테스트 결과, 상기 겔의 성능 파라미터는 표1에 열거된다.
제조된 겔을 상기 겔의 변환 온도 이상까지 가열할 경우, 겔은 끈적해지기 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 이하로 하강될 경우, 겔은 또다시 형성되는데 이는 제조된 겔이 매우 양호한 가역성을 갖고 있음을 설명한다.
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 진행한 결과는 도 5에 도시된 바와 같고, 결과로부터 볼 수 있다시피, 3.54 ppm의 화학적 변위는 폴리머 체인 세그먼트 -O-CH2-CH2-O-에 속하고, 4.50 ppm의 화학적 변위는 폴리머 체인 세그먼트 -O-CH2-O-에 속하며, 양자의 적분 면적비는 3:1이고, 1,4-디옥산(1,4-Dioxane) 및 1,3-디옥솔란(1,3-dioxolane, DOL)의 물질 투여비에 부합되는데 이는 전해질 시스템에서 타겟 폴리머를 성공적으로 얻는다는 것을 설명한다.
(2) 전지의 제조
상기 제조된 겔을 겔 전해질로서 리튬에어 전지에 응용시키고, 블루 파워 전지팩을 사용하여 버튼 전지의 전기화학적 성능(테스트 결과는 표1에 열거됨)을 테스트한다. 리튬에어 전지의 조립 과정은 글러브 박스에서 진행되며, Swagelok 착탈식 전지 몰드가 사용되고, 몰드, 격막, 공기 전극 등 공구는 사용 전에 모두 진공 건조기에서 100 ℃의 온도하에 24시간 진공 건조해야 하며, 전지 조립 시, 먼저 광택도가 양호한 리튬 시트를 취하여 몰드 베이스의 중심에 놓고, 다시 적당한 양의 전해액, 격막, 그래핀 공기 전극을 순차적으로 넣어 리튬에어 전지로 조립하여, 상기 겔화 가능 시스템이 겔 전해질로 변할 때까지 방치한다.
실시예1-2
(1) 겔화 가능 시스템 및 고체 전해질의 제조
시약병에서 0.5 g의 리튬 퍼클로레이트(lithium perchlorate), 1.0 g 리튬 헥사플루오로포스페이트(lithium hexafluorophosphate) 및 0.2 g 리튬 디플루오로메탄설폰이미드(Lithium difluoromethane sulfonimide)를 취하여, 이에 3.0 mL 테트라에틸렌글리콜디메틸에테르(Tetraethylene glycol dimethyl ether)를 넣고, 자력으로 교반 하에서 리튬염이 완전히 용해되도록 8.0 mL의 테트라히드로피란(Tetrahydropyran)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; 에테르계 화합물의 질량 백분율은 68 wt%이며; 리튬에어 전지에 사용되는 전해액 또는 이의 용매의 질량 백분율은 17 wt%이다. 테스트 결과, 상기 고체 전해질의 성능 파라미터는 표1에 열거된다.
제조된 고체 전해질을 상기 고체 전해질의 변환 온도 이상까지 가열할 경우, 고체 전해질은 끈적해지기 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 이하로 하강될 경우, 고체 전해질은 또다시 형성되는데 이는 제조된 고체 전해질이 매우 양호한 가역성을 갖고 있음을 설명한다.
(2) 전지의 제조
상기 제조된 고체 전해질을 리튬에어 전지에 응용시키고, 블루 파워 전지팩을 사용하여 버튼 전지의 전기화학적 성능(테스트 결과는 표1에 열거됨)을 테스트한다. 리튬에어 전지의 조립 과정은 글러브 박스에서 진행되며, Swagelok 착탈식 전지 몰드가 사용되고, 몰드, 격막, 공기 전극 등 공구는 사용 전에 모두 진공 건조기에서 100 ℃의 온도하에 24시간 진공 건조해야 하며, 전지 조립 시, 먼저 광택도가 양호한 리튬 시트를 취하여 몰드 베이스의 중심에 놓고, 다시 적당한 양의 전해액, 격막, 그래핀 공기 전극을 순차적으로 넣어 리튬에어 전지로 조립하여, 상기 겔화 가능 시스템이 고체 전해질로 변할 때까지 방치한다.
실시예1-3
(1) 겔화 가능 시스템 및 겔(전지로 사용될 수 있는 겔 전해질)의 제조
시약병에서 0.1 g의 산화알루미늄을 취하여, 이에 4.5 mL의 1,3-디옥솔란(1,3-dioxolane, DOL)을 넣고, 자력으로 교반 하에서 충분히 균일하게 혼합시켜 혼합액 A를 얻는다. 시약병에서 또한 0.4 g 리튬 트리플루오로메탄설포네이트(Lithium trifluoromethanesulfonate) 및 0.6 g 리튬 퍼클로레이트(lithium perchlorate)을 취하여, 이에 1.2 mL의 디메틸설폭시드(Dimethyl sulfoxide, DMSO)를 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; 에테르계 화합물의 질량 백분율은 65.5 wt%이며; 무기 나노 입자의 질량 백분율은 1.5 wt%이고; 리튬에어 전지 용매 및/또는 전해액의 질량 백분율은 18 wt%이다. 테스트 결과, 상기 고체 전해질의 성능 파라미터는 표1에 열거된다.
제조된 고체 전해질을 상기 고체 전해질의 변환 온도 이상까지 가열할 경우, 고체 전해질은 끈적해지기 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 이하로 하강될 경우, 고체 전해질은 또다시 형성되는데 이는 제조된 고체 전해질이 매우 양호한 가역성을 갖고 있음을 설명한다.
(2) 전지의 제조
상기 제조된 고체 전해질을 리튬에어 전지에 응용시키고, 블루 파워 전지팩을 사용하여 버튼 전지의 전기화학적 성능(테스트 결과는 표1에 열거됨)을 테스트한다. 리튬에어 전지의 조립 과정은 글러브 박스에서 진행되며, Swagelok 착탈식 전지 몰드가 사용되고, 몰드, 격막, 공기 전극 등 공구는 사용 전에 모두 진공 건조기에서 100 ℃의 온도하에 24시간 진공 건조해야 하며, 전지 조립 시, 먼저 광택도가 양호한 리튬 시트를 취하여 몰드 베이스의 중심에 놓고, 다시 적당한 양의 전해액, 격막, 그래핀 공기 전극을 순차적으로 넣어 리튬에어 전지로 조립하여, 상기 겔화 가능 시스템이 고체 전해질로 변할 때까지 방치한다.
실시예1-4
(1) 폴리에스테르의 합성
삼각플라스크에서 20.0 g 말론산(Malonic acid)，20.0 g 숙신산(Succinic Acid)，94.0 g 폴리에틸렌글리콜(Polyethylene glycol)-400을 취하여, 오일조에서 120 ℃의 온도로 상승될때까지 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 후 2시간 동안 진공 추출하고, 가열을 정지시키며 온도를 낮추어 관련 산물을 얻고, 트리클로로메탄 40.0 mL를 넣어 45 ℃의 온도에서 6시간 동안 환류 가열하여 메탄올에 적가하여 침강시키고, 산물을 60 ℃ 진공 건조기에서 12시간 건조시켜 폴리에스테르 C를 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 산화알루미늄, 0.44 mL N,N-디메틸아세트아미드(N,N-dimethylacetamide, DMA)를 취하여 이들이 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 얻고; 계속하여 2시간 동안 교반한 후 8시간 방치하여 무색 겔을 얻는다. 상기 겔 시스템에서, 리튬염의 질량 백분율은 22 wt%이고; 에테르계 화합물의 질량 백분율은 45 wt%이며; 폴리에스테르 첨가제의 질량 백분율은 21 wt%이고; 리튬에어 전지 용매 및/또는 전해액의 질량 백분율은 11 wt%이며; 이산화규소의 질량 백분율은 1 wt%이다. 테스트 결과, 상기 겔 전해질의 성능 파라미터는 표1에 열거된다.
제조된 겔을 60 ℃ 이상까지 가열할 경우, 겔은 유동할 수 있게 되며, 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 리튬에어 전지에 응용시키고, 블루 파워 전지팩을 사용하여 버튼 전지의 전기화학적 성능(테스트 결과는 표1에 열거됨)을 테스트한다. 리튬에어 전지의 조립 과정은 글러브 박스에서 진행되며, Swagelok 착탈식 전지 몰드가 사용되고, 몰드, 격막, 공기 전극 등 공구는 사용 전에 모두 진공 건조기에서 100 ℃의 온도하에 24시간 진공 건조해야 하며, 전지 조립 시, 먼저 광택도가 양호한 리튬 시트를 취하여 몰드 베이스의 중심에 놓고, 다시 적당한 양의 전해액, 격막, 그래핀 공기 전극을 순차적으로 넣어 리튬에어 전지로 조립하여, 상기 겔화 가능 시스템이 겔 전해질로 변할 때까지 방치한다.
실시예1-5
(1) 겔화 가능 시스템 및 고체 전해질의 제조
시약병에서 0.7 g 트리옥산(Trioxane), 0.8 g 리튬 클로라이드(Lithium chloride) 및 0.8 g 리튬 퍼클로레이트(lithium perchlorate)을 취하여, 이에 1.1 mL 아세토니트릴을 넣고, 자력으로 교반 하에서 리튬염 및 트리옥산(Trioxane)이 완전히 용해되도록 이에 3.5 mL 1,4-디옥산(1,4-Dioxane)을 넣어 충분히 혼합되도록 교반하여 겔화 가능 시스템을 얻고; 일정한 시간 정지시킨 후 고체 전해질을 형성한다. 상기 고체 전해질 시스템에서, 리튬염의 질량 백분율은 23 wt%이고; 에테르계 화합물의 질량 백분율은 61 wt%이며; 리튬에어 전지에 사용되는 전해액 또는 이의 용매의 질량 백분율은 16 wt%이다. 테스트 결과, 상기 고체 전해질의 성능 파라미터는 표1에 열거된다.
제조된 고체 전해질을 상기 고체 전해질의 변환 온도 이상까지 가열할 경우, 고체 전해질은 끈적해지기 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 이하로 하강될 경우, 고체 전해질은 또다시 형성되는데 이는 제조된 고체 전해질이 매우 양호한 가역성을 갖고 있음을 설명한다.
(2) 전지의 제조
상기 제조된 고체 전해질을 리튬에어 전지에 응용시키고, 블루 파워 전지팩을 사용하여 버튼 전지의 전기화학적 성능(테스트 결과는 표1에 열거됨)을 테스트한다. 리튬에어 전지의 조립 과정은 글러브 박스에서 진행되며, Swagelok 착탈식 전지 몰드가 사용되고, 몰드, 격막, 공기 전극 등 공구는 사용 전에 모두 진공 건조기에서 100 ℃의 온도하에 24시간 진공 건조해야 하며, 전지 조립 시, 먼저 광택도가 양호한 리튬 시트를 취하여 몰드 베이스의 중심에 놓고, 다시 적당한 양의 전해액, 격막, 그래핀 공기 전극을 순차적으로 넣어 리튬에어 전지로 조립하여, 상기 겔화 가능 시스템이 고체 전해질로 변할 때까지 방치한다.
실시예1-6
(1) 겔화 가능 시스템 및 겔(겔 전해질로 사용될 수 있음)의 제조
시약병에서 1.60 g 리튬 테트라플루오로보레이트(lithium tetrafluoroborate) 및 0.6 g 리튬 디플루오로메탄설폰이미드(Lithium difluoromethane sulfonimide) 고체를 취하여, 테트라에틸렌글리콜디메틸에테르(Tetraethylene glycol dimethyl ether) 3 mL 및 에틸렌글리콜디메틸에테르(ethylene glycol dimethyl ether) 1.0 mL를 넣고, 자력으로 교반 하에서 리튬 테트라플루오로보레이트(lithium tetrafluoroborate) 및 리튬 디플루오로메탄설폰이미드(Lithium difluoromethane sulfonimide)가 전부 용해되도록 이에 6.0 mL 3-메틸테트라히드로푸란을 넣어 충분히 혼합시킨 후，겔화 가능 시스템을 얻고; 일정한 시간 방치하여 겔을 형성한다. 상기 겔 시스템에서, 리튬염의 질량 백분율은 17 wt%이고; 에테르계 화합물의 질량 백분율은 50 wt%이며; 리튬에어 전지에 사용되는 전해액 또는 이의 용매의 질량 백분율은 33 wt%이다. 테스트 결과, 상기 겔 전해질의 성능 파라미터는 표1에 열거된다.
제조된 겔을 상기 겔의 변환 온도 이상까지 가열할 경우, 겔은 끈적해지기 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 이하로 하강될 경우, 겔은 또다시 형성되는데 이는 제조된 겔이 매우 양호한 가역성을 갖고 있음을 설명한다.
(2) 전지의 제조
상기 제조된 겔을 겔 전해질로서 리튬에어 전지에 응용시키고, 블루 파워 전지팩을 사용하여 버튼 전지의 전기화학적 성능(테스트 결과는 표1에 열거됨)을 테스트한다. 리튬에어 전지의 조립 과정은 글러브 박스에서 진행되며, Swagelok 착탈식 전지 몰드가 사용되고, 몰드, 격막, 공기 전극 등 공구는 사용 전에 모두 진공 건조기에서 100 ℃의 온도하에 24시간 진공 건조해야 하며, 전지 조립 시, 먼저 광택도가 양호한 리튬 시트를 취하여 몰드 베이스의 중심에 놓고, 다시 적당한 양의 전해액, 격막, 그래핀 공기 전극을 순차적으로 넣어 리튬에어 전지로 조립하여, 상기 겔화 가능 시스템이 겔 전해질로 변할 때까지 방치한다.
실시예1-7
(1) 겔화 가능 시스템 및 겔(전지로 사용될 수 있는 겔 전해질)의 제조
시약병에서 0.05 g의 이산화규소를 취하여, 이에 3.0 mL의 테트라히드로푸란을 넣고, 자력으로 교반 하에서 충분히 균일하게 혼합시켜 혼합액 A를 얻는다. 시약병에서 또한 1.0 g 리튬 테트라플루오로보레이트(lithium tetrafluoroborate)을 취하여, 이에 3.0 mL의 디메틸설폭시드(Dimethyl sulfoxide, DMSO)를 넣고 리튬염이 완전히 용해될 때까지 교반하여 혼합액 B를 얻는다. 상기에서 얻은 A 및 B 용액을 충분히 혼합시켜 혼합액을 얻고 겔화 가능 시스템을 얻고; 일정한 시간 방치하여 겔을 형성한다. 상기 겔 시스템에서, 리튬염의 질량 백분율은 14 wt%이고; 에테르계 화합물의 질량 백분율은 42.6 wt%이며; 무기 나노 입자의 질량 백분율은 0.8 wt%이고; 리튬에어 전지 용매 및/또는 전해액의 질량 백분율은 42.6 wt%이다. 테스트 결과, 상기 겔 전해질의 성능 파라미터는 표1에 열거된다.
제조된 겔을 상기 겔의 변환 온도 이상까지 가열할 경우, 겔은 끈적해지기 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 이하로 하강될 경우, 겔은 또다시 형성되는데 이는 제조된 겔이 매우 양호한 가역성을 갖고 있음을 설명한다.
(2) 전지의 제조
상기 제조된 겔을 겔 전해질로서 리튬에어 전지에 응용시키고, 블루 파워 전지팩을 사용하여 버튼 전지의 전기화학적 성능(테스트 결과는 표1에 열거됨)을 테스트한다. 리튬에어 전지의 조립 과정은 글러브 박스에서 진행되며, Swagelok 착탈식 전지 몰드가 사용되고, 몰드, 격막, 공기 전극 등 공구는 사용 전에 모두 진공 건조기에서 100 ℃의 온도하에 24시간 진공 건조해야 하며, 전지 조립 시, 먼저 광택도가 양호한 리튬 시트를 취하여 몰드 베이스의 중심에 놓고, 다시 적당한 양의 전해액, 격막, 그래핀 공기 전극을 순차적으로 넣어 리튬에어 전지로 조립하여, 상기 겔화 가능 시스템이 겔 전해질로 변할 때까지 방치한다.
실시예1-8
(1) 겔화 가능 시스템 및 고체 전해질의 제조
시약병에서 0.9 g 트리옥산(Trioxane), 0.5 g 리튬 트리플루오로메탄설포네이트(Lithium trifluoromethanesulfonate) 및 1.0 g 리튬 비스(옥살레이트)보레이트(Lithium bis(oxalate) borate)를 넣고, 자력으로 교반 하에서 리튬염 및 트리옥산(Trioxane)을 완전히 용해시켜 용액 A를 얻는다. 0.1 g 질화탄소를 취하여 이에 3.8 mL 테트라히드로푸란을 넣어 충분히 혼합되도록 교반하여 용액 B를 얻는다. 용액 A 및 용액 B를 균일하게 혼합하여 겔화 가능 시스템을 얻고; 일정한 시간 정지시킨 후 고체 전해질을 형성한다. 상기 고체 전해질 시스템에서, 리튬염의 질량 백분율은 20.5 wt%이고; 에테르계 화합물의 질량 백분율은 64.3 wt%이며; 무기 나노 입자의 질량 백분율은 1.4 wt%이며; 리튬에어 전지에 사용되는 전해액 또는 이의 용매의 질량 백분율은 13.8 wt%이다. 테스트 결과, 상기 고체 전해질의 성능 파라미터는 표1에 열거된다.
제조된 고체 전해질을 상기 고체 전해질의 변환 온도 이상까지 가열할 경우, 고체 전해질은 끈적해지기 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 이하로 하강될 경우, 고체 전해질은 또다시 형성되는데 이는 제조된 고체 전해질이 매우 양호한 가역성을 갖고 있음을 설명한다.
(2) 전지의 제조
상기 제조된 고체 전해질을 리튬에어 전지에 응용시키고, 블루 파워 전지팩을 사용하여 버튼 전지의 전기화학적 성능(테스트 결과는 표1에 열거됨)을 테스트한다. 리튬에어 전지의 조립 과정은 글러브 박스에서 진행되며, Swagelok 착탈식 전지 몰드가 사용되고, 몰드, 격막, 공기 전극 등 공구는 사용 전에 모두 진공 건조기에서 100 ℃의 온도하에 24시간 진공 건조해야 하며, 전지 조립 시, 먼저 광택도가 양호한 리튬 시트를 취하여 몰드 베이스의 중심에 놓고, 다시 적당한 양의 전해액, 격막, 그래핀 공기 전극을 순차적으로 넣어 리튬에어 전지로 조립하여, 상기 겔화 가능 시스템이 고체 전해질로 변할 때까지 방치한다.
비교예1-1
시약병에서 1.0 g 리튬 디플루오로메탄설폰이미드(Lithium difluoromethane sulfonimide) 및 1.0 g 리튬 헥사플루오로포스페이트(lithium hexafluorophosphate)을 취하여, 4.0 mL리튬에어 전지 일반 전해액(1M LiPF6을 포함하는 디메틸카보네이트(Dimethyl carbonate, DMC) 및 에틸렌카보네이트(Ethylene Carbonate, EC)의 부피비=1/1임)을 넣어 충분히 교반하고 리튬염이 완전히 용해되도록 정지시킨다. 상기 시스템에서, 리튬염의 질량 백분율은 33 wt%이고; 에테르계 화합물의 질량 백분율은 0 wt%이며; 리튬에어 전지에 사용되는 전해액 또는 이의 용매의 질량 백분율은 67 wt%이다.
정지시킨 시간이 길면 용액의 유동성이 모두 양호하여 안정적인 겔을 형성할 수 없게 되는 것이 발견되었다. 이는 고리형 에테르계 화합물이 없는 존재하에서 리튬염과 용매가 혼합하여 안정적인 겔을 형성할 수 없다는 것을 설명한다.
표1 실시예1-1 내지 실시예1-8 및 비교예1-1의 겔 전해질 및/또는 고체 전해질 및 제조된 전지의 성능 파라미터
실시예 (a)/% (b)/% (c)/% (d)/% (e)/% 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
1-1 12 58 17 -- -- 겔
전해질		 실온 15 72 6.21×10-4 591 568
1-2 15 68 17 -- -- 고체
전해질		 실온 5 106 1.21×10-6 607 544
1-3 15 65.5 18 1.5 -- 고체
전해질		 실온 12 93 2.38×10-5 620 552
1-4 22 45 11 1 21 겔
전해질		 실온 8 60 8.8×10-3 633 596
1-5 23 61 16 -- -- 고체
전해질		 실온 20 116 1.12×10-5 612 548
1-6 17 50 33 -- -- 겔
전해질		 실온 15 48 7.14×10-3 652 604
1-7 14 42.6 42.6 0.8 -- 겔
전해질		 실온 20 55 1.78×10-2 694 613
1-8 20.5 64.3 13.8 1.4 -- 고체
전해질		 실온 14 87 5.88×10-5 645 611
비교예
1-1		 33 -- 67 -- -- -- 실온 -- -- -- -- --
여기서, (a) 성분은 리튬염이고; (b) 성분은 에테르계 화합물이며; (c) 성분은 리튬에어 전지에 사용되는 전해액 또는 이의 용매이고; (d) 성분은 무기 나노 입자이며; (e) 성분은 첨가제이다.
도 1은 실시예1-1에서 얻은 겔 전해질을 리튬에어 전지 전해액으로 사용하여 전지로 조립하는 순환 성능도이다. 도면으로부터 알 수 있다시피, 상기 겔 전해질은 리튬에어 전지에서 우위적인 순환 성능을 나타내며, 방전 비용량이 느리게 감쇠되어 후기에서 기본적으로 변하지 않음으로써 안정적인 순환 성능을 나타낸다.
도 2는 실시예1-3에서 얻은 고체 전해질을 리튬에어 전지 전해질로 사용하여 전지로 조립하는 순환 성능도이다. 도면으로부터 알 수 있다시피, 상기 고체 전해질은 리튬에어 전지에서 우위적인 순환 성능을 나타내며, 방전 비용량이 느리게 감쇠되어 후기에서 기본적으로 변하지 않음으로써 안정적인 순환 성능을 나타낸다.
실시예2-1
(1)슈퍼 커패시터로 사용되는 겔 전해질의 제조
시약병에서 0.8 g의 리튬 헥사플루오로포스페이트(lithium hexafluorophosphate) 고체를 취하여, 9.2 mL의 테트라히드로피란(Tetrahydropyran)을 넣고, 자력으로 교반 하에서 충분히 혼합하여 겔화 가능 시스템을 얻으며; 일정한 시간 방치하여 겔 전해질을 형성한다. 상기 겔 시스템에서, 리튬염의 질량 백분율은 8 wt%이고; 에테르계 화합물의 질량 백분율은 92 wt%이다. 테스트 결과, 상기 겔의 성능 파라미터는 표2에 열거된다.
제조된 겔을 상기 겔의 변환 온도 이상까지 가열할 경우, 겔은 끈적해지기 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 이하로 하강될 경우, 겔은 또다시 형성되는데 이는 제조된 겔이 매우 양호한 가역성을 갖고 있음을 설명한다.
(2)슈퍼 커패시터의 제조
슈퍼 커패시터 양극의 제조: 활성탄소 재료, 도전제 케천 블랙(Ketjenblack), 접착제 폴리비닐리덴 플루오라이드(polyvinylidene fluoride, PVDF)를 질량비 8:1:1에 따라 균일하게 혼합시키고, N-메틸-피롤리돈(N-methyl-pyrrolidone, NMP)으로 이 혼합물을 페이스트로 배합하여 알루미늄박에 균일하게 플레이팅시키며, 120 ℃의 진공 건조기에서 24시간 건조시켜 비축해두고; 슈퍼 커패시터 음극: 리튬박이다.
상기 제조된 겔 전해질을 수퍼 커패시터에 응용시키고, 상기 슈퍼 커패시터 양극 및 슈퍼 커패시터 음극으로 슈퍼 커패시터를 조립하며, 블루 파워 테스트 기기를 사용하여 슈퍼 커패시터의 전기화학적 성능(테스트 결과는 표2에 열거됨)을 테스트한다. 여기서, 상기 슈퍼 커패시터의 제조 방법: 격막을 양극과 음극 사이에 놓고, 삼자 사이에 단계(1)에 의해 제조된 겔화 가능 시스템을 가득채워, 밀봉 압축하여 CR2032형 버튼식 슈퍼 커패시터로 조립하고, 상기 겔화 가능 시스템이 겔 전해질로 변할 때까지 방치한다.
실시예2-2
(1) 커패시터 전지로 사용되는 겔 전해질의 제조
시약병에서 1.0 g의 리튬 퍼클로레이트(lithium perchlorate) 및 0.5 g의 리튬 트리플루오로메탄설포네이트(Lithium trifluoromethanesulfonate) 고체를 취하여, 상기 혼합액에 8.5 mL의 에틸렌글리콜메틸에테르(Ethylene glycol methyl ether)를 넣어 충분히 혼합시킨 후，겔화 가능 시스템을 얻고; 일정한 시간 방치하여 겔 전해질을 형성한다.
상기 겔 시스템에서, 리튬염의 질량 백분율은 15 wt%이고; 에테르계 화합물의 질량 백분율은 85 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 이하로 하강될 경우, 겔은 또다시 형성되는데 이는 제조된 겔이 매우 양호한 가역성을 갖고 있음을 설명한다.
(2) 커패시터 전지의 제조
커패시터 전지 양극: 리튬 망간산염 전극 재료 및 전도성 흑연, 도전제 케천 블랙(Ketjenblack), 접착제 폴리비닐리덴 플루오라이드(polyvinylidene fluoride, PVDF)를 질량비 85:5:5:5에 따라 균일하게 혼합시키고, N-메틸-피롤리돈(N-methyl-pyrrolidone, NMP)으로 이 혼합물을 페이스트로 배합하여 알루미늄박에 균일하게 플레이팅시키며, 120 ℃의 진공 건조기에서 24시간 건조시켜 비축해두고;
커패시터 전지 음극: 리튬 티타네이트 전극 재료와 도전제 케천 블랙(Ketjenblack), 접착제 폴리비닐리덴 플루오라이드(polyvinylidene fluoride, PVDF)를 질량비 85:8:7에 따라 균일하게 혼합시키고, N-메틸-피롤리돈(N-methyl-pyrrolidone, NMP)으로 이 혼합물을 페이스트로 배합하여 알루미늄박에 균일하게 플레이팅시키며, 120 ℃의 진공 건조기에서 24시간 건조시켜 비축해두고;
상기 제조된 겔 전해질을 커패시터 전지에 응용시키고, 상기 커패시터 전지 양극 및 커패시터 전지 음극으로 커패시터 전지를 조립하며, 블루 파워 테스트 기기를 사용하여 커패시터 전지의 전기화학적 성능(테스트 결과는 표2에 열거됨)을 테스트한다. 여기서, 상기 커패시터 전지의 제조 방법: 격막을 양극과 음극 사이에 놓고, 삼자 사이에 단계(1)에 의해 제조된 겔화 가능 시스템을 가득채워, 밀봉 압축하여 CR2032형 버튼식 커패시터 전지로 조립하고, 상기 겔화 가능 시스템이 겔 전해질로 변할 때까지 방치한다.
실시예2-3
(1) 슈퍼 커패시터로 사용되는 고체 전해질의 제조
시약병에서 2.5 g의 리튬 테트라플루오로보레이트(lithium tetrafluoroborate) 고체를 취하여, 7.5 mL의 1,4-디옥산(1,4-Dioxane)을 상기 혼합 용액에 넣어 충분히 혼합시킨 후 겔화 가능 시스템을 얻고; 일정한 시간 방치하여 고체 전해질을 형성한다. 상기 고체 전해질 시스템에서, 리튬염의 질량 백분율은 25 wt%이고; 에테르계 화합물의 질량 백분율은 75 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 이하로 하강될 경우, 고체 전해질은 또다시 형성되는데 이는 제조된 고체 전해질이 매우 양호한 가역성을 갖고 있음을 설명한다.
(2) 슈퍼 커패시터의 제조
슈퍼 커패시터 양극: 제조 과정은 실시예2-1의 슈퍼 커패시터 양극 제조 과정과 동일하다.
슈퍼 커패시터 음극: 철 코발트 니켈 복합 슈퍼 커패시터 재료, 도전제 케천 블랙(Ketjenblack), 접착제 폴리비닐리덴 플루오라이드(polyvinylidene fluoride, PVDF)를 질량비 8:1:1에 따라 균일하게 혼합시키고, N-메틸-피롤리돈(N-methyl-pyrrolidone, NMP)으로 이 혼합물을 페이스트로 배합하여 알루미늄박에 균일하게 플레이팅시키며, 60 ℃의 진공 건조기에서 24시간 건조시켜 비축해두고;
상기 제조된 고체 전해질을 슈퍼 커패시터에 응용시키고, 상기 슈퍼 커패시터 양극 및 슈퍼 커패시터 음극으로 슈퍼 커패시터를 조립하며, 블루 파워 테스트 기기를 사용하여 슈퍼 커패시터의 전기화학적 성능(테스트 결과는 표2에 열거됨)을 테스트한다. 여기서, 상기 슈퍼 커패시터의 제조 방법: 격막을 양극과 음극 사이에 놓고, 삼자 사이에 단계(1)에 의해 제조된 겔화 가능 시스템을 가득채워, 밀봉 압축하여 CR2032형 버튼식 슈퍼 커패시터로 조립하고, 상기 겔화 가능 시스템이 고체 전해질로 변할 때까지 방치한다.
실시예2-4
(1)커패시터 전지로 사용되는 고체 전해질의 제조
시약병에서 4.8 g 트리옥산(Trioxane), 1.7 g 리튬 헥사플루오로포스페이트(lithium hexafluorophosphate) 및 0.5g리튬 플루오로설폰이미드(Lithium fluorosulfonimide) 고체를 취하여, 3.0 mL의 테트라히드로푸란을 넣어 충분히 혼합시킨 후 겔화 가능 시스템을 얻고; 일정한 시간 방치하여 고체 전해질을 형성한다. 상기 고체 전해질 시스템에서, 리튬염의 질량 백분율은 22 wt%이고; 에테르계 화합물의 질량 백분율은 78 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 이하로 하강될 경우, 고체 전해질은 또다시 형성되는데 이는 제조된 고체 전해질이 매우 양호한 가역성을 갖고 있음을 설명한다.
(2) 커패시터 전지의 제조
커패시터 전지 양극: 제조 과정은 실시예2-2의 커패시터 전지 양극 제조 과정과 동일하다.
커패시터 전지 음극: 제조 과정은 실시예2-2의 커패시터 전지 음극 제조 과정과 동일하다.
상기 제조된 고체 전해질을 커패시터 전지에 응용시키고, 상기 커패시터 전지 양극 및 커패시터 전지 음극으로 커패시터 전지를 조립하며, 블루 파워 테스트 기기를 사용하여 커패시터 전지의 전기화학적 성능(테스트 결과는 표2에 열거됨)을 테스트한다. 여기서, 상기 커패시터 전지의 제조 방법: 격막을 양극과 음극 사이에 놓고, 삼자 사이에 단계(1)에 의해 제조된 겔화 가능 시스템을 가득채워, 밀봉 압축하여 CR2032형 버튼식 커패시터 전지로 조립하고, 상기 겔화 가능 시스템이 고체 전해질로 변할 때까지 방치한다.
실시예2-5
(1) 커패시터 전지로 사용되는 겔 전해질의 제조
시약병에서 0.8 g의 리튬 테트라플루오로보레이트(lithium tetrafluoroborate) 고체를 취하여, 2.5 mL 리튬 이온 커패시터 전지의 리튬염의 에스테르계 혼합액(1M 리튬 헥사플루오로포스페이트(lithium hexafluorophosphate)(LiPF6)을 포함하는 에틸렌카보네이트(Ethylene Carbonate, EC) 및 디메틸카보네이트(Dimethyl carbonate, DMC)의 혼합액이며, 여기서, 상기 에틸렌카보네이트(Ethylene Carbonate, EC) 및 디메틸카보네이트(Dimethyl carbonate, DMC)의 부피비는 1:1임)을 넣는다. 자력으로 교반 하에서 리튬염이 전부 용해될 때까지 충분히 혼합시키고, 6.7 mL 3,3-디클로로메틸옥세탄(3,3-dichloromethyloxetane)을 넣어 충분히 혼합시킨 후，겔화 가능 시스템을 얻으며; 일정한 시간 정지시킨 후 겔 전해질을 형성한다. 상기 겔 전해질 시스템에서, 리튬염의 질량 백분율은 15 wt%이고; 에테르계 화합물의 질량 백분율은 40 wt%이며; 리튬 이온 전지에 사용되는 전해액 또는 이의 용매의 질량 백분율은 45 wt%이다. 테스트 결과, 상기 겔 전해질의 성능 파라미터는 표2에 열거된다.
제조된 겔 전해질을 상기 겔 전해질의 변환 온도 이상까지 가열할 경우, 겔 전해질은 붙기 시작하고, 시약병을 거꾸로 놓았을 때 겔 전해질이 아래로 유동하는 것을 관찰할 수 있는데 이는 온도기 겔 전해질의 변환 온도에 이미 도달하였다는 것을 설명하며, 온도가 겔 전해질의 변환 온도 이하로 하강될 경우, 겔 전해질은 또다시 형성되는데 이는 제조된 겔 전해질이 매우 양호한 가역성을 갖고 있음을 설명한다.
(2) 커패시터 전지의 제조
커패시터 전지 양극: 제조 과정은 실시예2-2의 커패시터 전지 양극 제조 과정과 동일하다.
커패시터 전지 음극: 제조 과정은 실시예2-2의 커패시터 전지 음극 제조 과정과 동일하다.
상기 제조된 겔 전해질을 커패시터 전지에 응용시키고, 상기 커패시터 전지 양극 및 커패시터 전지 음극으로 커패시터 전지를 조립하며, 블루 파워 테스트 기기를 사용하여 커패시터 전지의 전기화학적 성능(테스트 결과는 표2에 열거됨)을 테스트한다. 여기서, 상기 커패시터 전지의 제조 방법: 격막을 양극과 음극 사이에 놓고, 삼자 사이에 단계(1)에 의해 제조된 겔화 가능 시스템을 가득채워, 밀봉 압축하여 CR2032형 버튼식 커패시터 전지로 조립하고, 상기 겔화 가능 시스템이 겔 전해질로 변할 때까지 방치한다.
실시예2-6
(1) 커패시터 전지로 사용되는 고체 전해질의 제조
시약병에서 2.5 g 리튬 아이오다이드를 취하여, 이에 6.5 mL 1,4-디옥산(1,4-Dioxane)을 넣고, 1 g 산화알루미늄을 넣어 충분히 혼합시킨 후 겔화 가능 시스템을 얻으며; 일정한 시간 방치하여 고체 전해질을 형성한다. 상기 겔 시스템에서, 리튬염의 질량 백분율은 25 wt%이고; 에테르계 화합물의 질량 백분율은 65 wt%이며; 무기 나노 입자의 백분율은 30 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 이하로 하강될 경우, 고체 전해질은 또다시 형성되는데 이는 제조된 고체 전해질이 매우 양호한 가역성을 갖고 있음을 설명한다.
(2) 커패시터 전지의 제조
커패시터 전지 양극: 제조 과정은 실시예2-2의 커패시터 전지 양극 제조 과정과 동일하다.
커패시터 전지 음극: 제조 과정은 실시예2-2의 커패시터 전지 음극 제조 과정과 동일하다.
상기 제조된 고체 전해질을 커패시터 전지에 응용시키고, 상기 커패시터 전지 양극 및 커패시터 전지 음극으로 커패시터 전지를 조립하며, 블루 파워 테스트 기기를 사용하여 커패시터 전지의 전기화학적 성능(테스트 결과는 표2에 열거됨)을 테스트한다. 여기서, 상기 커패시터 전지의 제조 방법: 격막을 양극과 음극 사이에 놓고, 삼자 사이에 단계(1)에 의해 제조된 겔화 가능 시스템을 가득채워, 밀봉 압축하여 CR2032형 버튼식 커패시터 전지로 조립하고, 상기 겔화 가능 시스템이 고체 전해질로 변할 때까지 방치한다.
실시예2-7
(1)슈퍼 커패시터로 사용되는 겔 전해질의 제조
시약병에서 1.2 g 리튬퍼플루오로부틸설포네이트(Lithium perfluorobutyl sulfonate)를 취하여, 이에 4 mL 1,4-에폭시시클로헥산(1,4-epoxycyclohexane) 및 4 mL 2-클로로메틸옥세탄(2-chloromethyloxetane)을 넣고, 첨가제 0.8 g을 넣어 충분히 혼합되도록 교반하여 겔화 가능 시스템을 얻으며; 일정한 시간 정지시킨 후 겔 전해질을 형성한다.
상기 겔 전해질 시스템에서, 리튬염의 질량 백분율은 12 wt%이고; 에테르계 화합물의 질량 백분율은 80 wt%이며; 첨가제의 질량 백분율은 8 wt%이다. 테스트 결과, 상기 겔 전해질의 성능 파라미터는 표2에 열거된다.
제조된 겔 전해질을 상기 겔 전해질의 변환 온도 이상까지 가열할 경우, 겔 전해질은 붙기 시작하고, 시약병을 거꾸로 놓았을 때 겔 전해질이 아래로 유동하는 것을 관찰할 수 있는데 이는 온도기 겔 전해질의 변환 온도에 이미 도달하였다는 것을 설명하며, 온도가 겔 전해질의 변환 온도 이하로 하강될 경우, 겔 전해질은 또다시 형성되는데 이는 제조된 겔 전해질이 매우 양호한 가역성을 갖고 있음을 설명한다.
(2) 슈퍼 커패시터의 제조
슈퍼 커패시터 양극: 제조 과정은 실시예2-1의 슈퍼 커패시터 양극 제조 과정과 동일하다.
슈퍼 커패시터 음극: 제조 과정은 실시예2-1의 슈퍼 커패시터 음극 제조 과정과 동일하며;
상기 제조된 겔 전해질을 수퍼 커패시터에 응용시키고, 상기 슈퍼 커패시터 양극 및 슈퍼 커패시터 음극으로 슈퍼 커패시터를 조립하며, 블루 파워 테스트 기기를 사용하여 슈퍼 커패시터의 전기화학적 성능(테스트 결과는 표2에 열거됨)을 테스트한다. 여기서, 상기 슈퍼 커패시터의 제조 방법: 격막을 양극과 음극 사이에 놓고, 삼자 사이에 단계(1)에 의해 제조된 겔화 가능 시스템을 가득채워, 밀봉 압축하여 CR2032형 버튼식 슈퍼 커패시터로 조립하고, 상기 겔화 가능 시스템이 겔 전해질로 변할 때까지 방치한다.
실시예2-8
(1)슈퍼 커패시터로 사용되는 겔 전해질의 제조
시약병에서 0.5 g의 리튬 퍼클로레이트(lithium perchlorate) 고체를 취하여, 0.5 mL의 프로필렌카보네이트(Propylene Carbonate, PC)를 넣고, 8.8 mL의 2-클로로메틸프로필렌옥시드(2-chloromethyl propylene oxide)를 넣고, 0.2 g 이산화규소 나노입자를 넣어 자력으로 교반 하에서 충분히 혼합하여 겔화 가능 시스템을 얻으며; 일정한 시간 방치하여 겔 전해질을 형성한다. 상기 겔 시스템에서, 리튬염의 질량 백분율은 5 wt%이고; 에테르계 화합물의 질량 백분율은 88 wt%이며; 유기 시스템의 슈퍼 커패시터에 사용되는 전해액 또는 이의 용매의 질량 백분율은 5 wt%이고, 무기 나노 입자의 질량 백분율은 2 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 이하로 하강될 경우, 겔은 또다시 형성되는데 이는 제조된 겔이 매우 양호한 가역성을 갖고 있음을 설명한다.
(2) 슈퍼 커패시터의 제조
슈퍼 커패시터 양극: 제조 과정은 실시예2-1의 슈퍼 커패시터 양극 제조 과정과 동일하다.
슈퍼 커패시터 음극: 제조 과정은 실시예2-1의 슈퍼 커패시터 음극 제조 과정과 동일하며;
상기 제조된 겔 전해질을 수퍼 커패시터에 응용시키고, 상기 슈퍼 커패시터 양극 및 슈퍼 커패시터 음극으로 슈퍼 커패시터를 조립하며, 블루 파워 테스트 기기를 사용하여 슈퍼 커패시터의 전기화학적 성능(테스트 결과는 표2에 열거됨)을 테스트한다. 여기서, 상기 슈퍼 커패시터의 제조 방법: 격막을 양극과 음극 사이에 놓고, 삼자 사이에 단계(1)에 의해 제조된 겔화 가능 시스템을 가득채워, 밀봉 압축하여 CR2032형 버튼식 슈퍼 커패시터로 조립하고, 상기 겔화 가능 시스템이 겔 전해질로 변할 때까지 방치한다.
실시예2-9
(1) 슈퍼 커패시터로 사용되는 고체 전해질의 제조
시약병에서 2.1 g의 리튬 헥사플루오로포스페이트(lithium hexafluorophosphate) 고체를 취하여, 0.3 mL 아세토니트릴을 넣고, 7.4 mL의 1,4-디옥산(1,4-Dioxane)을 넣고, 0.2 g 폴리에틸렌글리콜보레이트(Polyethylene glycol borate)를 넣어 충분히 혼합시킨 후 겔화 가능 시스템을 얻으며; 일정한 시간 방치하여 고체 전해질을 형성한다.
상기 고체 전해질 시스템에서, 리튬염의 질량 백분율은 21 wt%이고; 에테르계 화합물의 질량 백분율은 74 wt%이며; 슈퍼 커패시터에 사용되는 전해액 또는 이의 용매의 질량 백분율은 3 wt%이고, 첨가제의 질량 백분율은 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 이하로 하강될 경우, 고체 전해질은 또다시 형성되는데 이는 제조된 고체 전해질이 매우 양호한 가역성을 갖고 있음을 설명한다.
(2) 슈퍼 커패시터의 제조
슈퍼 커패시터 양극: 제조 과정은 실시예2-1의 슈퍼 커패시터 양극 제조 과정과 동일하며, 얻은 극편을 상기 고체 전해질의 전구 물질 용액에 침윤시킨다.
슈퍼 커패시터 음극: 제조 과정은 실시예2-2의 슈퍼 커패시터 음극 제조 과정과 동일하며, 얻은 극편을 상기 고체 전해질의 전구 물질 용액에 침윤시킨다.
상기 고체 전해질 전구 물질을 유리판에 스크래핑하고, 이가 응고되기까지 기다린 후 칼날로 가볍게 긁어내어 고체 전해질 박막을 얻는다. 상기 제조된 고체 전해질 박막을 상기 슈퍼 커패시터 양극 및 슈퍼 커패시터 음극 사이에 놓아 슈퍼 커패시터로 조립하며, 블루 파워 테스트 기기를 사용하여 슈퍼 커패시터의 전기화학적 성능(테스트 결과는 표2에 열거됨)을 테스트한다. 여기서, 상기 슈퍼 커패시터의 제조 방법: 격막을 양극과 음극 사이에 놓고, 삼자 사이에 단계(1)에 의해 제조된 겔화 가능 시스템을 가득채워, 밀봉 압축하여 CR2032형 버튼식 슈퍼 커패시터로 조립하고, 상기 겔화 가능 시스템이 고체 전해질로 변할 때까지 방치한다.
실시예2-10
(1) 폴리에스테르의 합성
삼각 플라스크에서 5.0 g 말론산(Malonic acid), 5.0 g 숙신산(Succinic Acid), 5.0 g 1,2-프로필렌글리콜(1,2-Propylene Glycol), 12.5 g 폴리에틸렌글리콜(Polyethylene glycol)-200을 취하여, 오일조에서 110 ℃의 온도로 상승될때까지 가열하고, 온도를 1시간 유지시키며, 반시간에 한번씩 온도가 240 ℃로 될 때까지 25 ℃씩 증가시키고, 온도를 4시간 유지시킨 후 0.08 g 촉매제 테트라부틸티타네이트(Tetrabutyl titanate)를 넣어 1시간 동안 반응시킨 후 가열을 정지시키며 온도를 낮추어 관련 산물을 얻고, 디클로로메탄 25.0 mL를 넣고, 실온에서 12시간 동안 교반하여 용해시켜 석유에테르에 넣어 침강시키고, 산물을 60 ℃ 진공 건조기에서 12시간 건조시켜 폴리에스테르 B를 얻으며, 글러브 박스에 넣어 보존한다.
(2) 커패시터 전지로 사용되는 겔 전해질의 제조
1.5 mL 상기 폴리에스테르를 취하여, 1.5 mL 디메틸카보네이트(Dimethyl carbonate), 1.5 mL프로필렌카보네이트(Propylene Carbonate, PC) 및 3.5 mL 1,2-에폭시시클로헥산(1,2-epoxycyclohexane)을 넣고, 자력으로 교반 하에서 균일하게 혼합시켜 맑은 용액을 얻으며, 1.8 g의 리튬 테트라플루오로보레이트(lithium tetrafluoroborate) 고체를 취하여 상기 혼합액에 넣어 충분히 용해시킨 후 겔화 가능 시스템을 얻고; 일정한 시간 정지시킨 후 겔 전해질을 형성한다. 상기 겔 전해질 시스템에서, 리튬염의 질량 백분율은 18 wt%이고; 에테르계 화합물의 질량 백분율은 35.7 wt%이며; 폴리에스테르 첨가제의 질량 백분율은 15.3%이고; 리튬 이온 전지에 사용되는 전해액 또는 이의 용매의 질량 백분율은 31 wt%이다.
테스트 결과, 상기 겔 전해질의 성능 파라미터는 표2에 열거된다. 제조된 겔 전해질을 상기 겔 전해질의 변환 온도 이상까지 가열할 경우, 겔 전해질은 붙기 시작하고, 시약병을 거꾸로 놓았을 때 겔 전해질이 아래로 유동하는 것을 관찰할 수 있는데 이는 온도기 겔 전해질의 변환 온도에 이미 도달하였다는 것을 설명하며, 온도가 겔 전해질의 변환 온도 이하로 하강될 경우, 겔 전해질은 또다시 형성되는데 이는 제조된 겔 전해질이 매우 양호한 가역성을 갖고 있음을 설명한다.
(2) 커패시터 전지의 제조
커패시터 전지 양극: 리튬 망간산염 전극 재료와 전도성 흑연, 도전제 케천 블랙(Ketjenblack), 상기 겔화 가능 시스템을 질량비 85:5:5:5에 따라 균일하게 혼합시키고, N-메틸-피롤리돈(N-methyl-pyrrolidone, NMP)으로 이 혼합물을 페이스트로 배합하여 알루미늄박에 균일하게 플레이팅시키며, 120 ℃의 진공 건조기에서 24시간 건조시켜 비축해두고; 커패시터 전지 음극: 리튬 티타네이트 전극 재료와 도전제 케천 블랙(Ketjenblack), 상기 겔화 가능 시스템을 질량비 85:8:7에 따라 균일하게 혼합시키고, N-메틸-피롤리돈(N-methyl-pyrrolidone, NMP)으로 이 혼합물을 페이스트로 배합하여 알루미늄박에 균일하게 플레이팅시키며, 120 ℃의 진공 건조기에서 24시간 건조시켜 비축해둔다.
상기 제조된 겔 전해질을 커패시터 전지에 응용시키고, 상기 커패시터 전지 양극 및 커패시터 전지 음극으로 커패시터 전지를 조립하며, 블루 파워 테스트 기기를 사용하여 커패시터 전지의 전기화학적 성능(테스트 결과는 표2에 열거됨)을 테스트한다. 여기서, 상기 커패시터 전지의 제조 방법: 격막을 양극과 음극 사이에 놓고, 삼자 사이에 단계(1)에 의해 제조된 겔화 가능 시스템을 가득채워, 밀봉 압축하여 CR2032형 버튼식 커패시터 전지로 조립하고, 상기 겔화 가능 시스템이 겔 전해질로 변할 때까지 방치한다.
비교예2-1
시약병에서 1.0 g 리튬 디플루오로메탄설폰이미드(Lithium difluoromethane sulfonimide) 및 1.0 g 리튬 헥사플루오로포스페이트(lithium hexafluorophosphate)을 취하여, 4.0 mL 유기 시스템의 슈퍼 커패시터 일반 전해액(1M 리튬 퍼클로레이트(lithium perchlorate)(LiClO4)을 포함하는 아세토니트릴 용액임)을 넣고 리튬염이 완전히 용해되도록 충분히 교반하여 정지시킨다.
상기 시스템에서, 리튬염의 질량 백분율은 33 wt%이고; 에테르계 화합물의 질량 백분율은 0 wt%이며; 유기 시스템의 슈퍼 커패시터에 사용되는 전해액 또는 이의 용매의 질량 백분율은 67 wt%이다.
정지시킨 시간이 길면 용액의 유동성이 모두 양호하여 안정적인 겔을 형성할 수 없게 되는 것이 발견되었다.
이는 고리형 에테르계 화합물이 없는 존재하에서 리튬염과 용매가 혼합하여 안정적인 겔을 형성할 수 없다는 것을 설명한다.
표2 실시예2-1 내지 실시예2-10 및 비교예2-1의 겔 전해질 및/또는 고체 전해질 및 제조된 유기 시스템의 슈퍼 커패시터 또는 커패시터 전지의 성능 파라미터
실시예 (a)
/%		 (b)
/%		 (c)
/%		 (d)
/%		 (e)
/%		 형성
상태		 형성 온도
/℃		 형성 시간
/h		 변환 온도
/℃		 전도율
/S·cm-1 		소자 성능
최초 비용량 500회 순환 후 잔여 비용량
2-1 8 92 0 0 0 겔
전해질		 실온 10 68 2.53×10-3 330 F·g-1 326 F·g-1
2-2 15 85 0 0 0 겔
전해질		 실온 13 72 4.05×10-4 198 mAh·g-1 199 mAh·g-1
2-3 25 75 0 0 0 고체
전해질		 실온 11 102 5.32×10-5 538 F·g-1 536 F·g-1
2-4 22 78 0 0 0 고체
전해질		 실온 9 89 1.85×10-5 213 mAh·g-1 210 mAh·g-1
2-5 8 67 25 0 0 겔
전해질		 실온 20 69 9.65×10-3 213 mAh·g-1 211 mAh·g-1
2-6 25 65 0 10 0 고체
전해질		 실온 15 96 7.52×10-5 202 mAh·g-1 199 mAh·g-1
2-7 12 80 0 0 8 겔
전해질		 실온 19 71 3.11×10-3 347 F·g-1 345 F·g-1
2-8 5 88 5 2 0 겔
전해액		 실온 12 79 4.98×10-2 326 F·g-1 321 F·g-1
2-9 21 74 3 0 2 고체
전해질		 실온 11 93 6.38×10-5 548 F·g-1 540 F·g-1
2-10 18 35.7 31 0 15.3 겔
전해질		 실온 22 65 3.11×10-3 447 F·g-1 444 F·g-1
비교예
2-1		 33 0 67 -- -- -- 실온 -- -- -- -- --
여기서, (a) 성분은 리튬염이고; (b) 성분은 에테르계 화합물이며; (c) 성분은 유기 시스템의 슈퍼 커패시터 또는 커패시터 전지에 사용되는 전해액 또는 이의 용매이고; (d)는 무기 나노 입자이며; (e)는 첨가제이다.
도 3은 실시예2-1에서 얻은 겔 전해질을 유기 시스템의 슈퍼 커패시터 전해액으로 사용하여 슈퍼 커패시터로 조립하는 처음 3회의 충전 및 방전 데이터 그래프이다. 도면으로부터 알 수 있다시피, 상기 겔 전해질은 유기 시스템의 슈퍼 커패시터 전해액으로 사용되어 슈퍼 커패시터가 정상적으로 충전 및 방전할 수 있도록 함과 동시에 전해액 중의 활성물질의 작용은 충분히 발휘될 수 있어 슈퍼 커패시터가 비교적 높은 비용량을 갖도록 한다.
도 4는 실시예2-6에서 얻은 고체 전해질을 유기 시스템의 커패시터 전지 전해질로 사용하여 커패시터 전지로 조립하는 순환 성능도이다. 도면으로부터 알 수 있다시피, 상기 고체 전해질은 커패시터 전지의 전해질로 사용되어 커패시터 전지가 정상적으로 충전 및 방전할 수 있도록 함과 동시에 전해질 중의 활성물질의 작용은 충분히 발휘될 수 있어 커패시터 전지가 비교적 높은 비용량을 갖도록 한다.
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. 리튬에어 전지에 사용되는 겔화 가능 시스템으로서, 상기 시스템은 (a)리튬염, (b)에테르계 화합물 및 (c)리튬에어 전지에 사용되는 전해액 또는 이의 용매인 성분을 포함하고; 상기 에테르계 화합물은 고리형 에테르계 화합물 또는 직쇄형 에테르계 화합물 중의 적어도 하나로부터 선택되며; 상기 리튬에어 전지에 사용되는 전해액 또는 이의 용매는 에스테르계 전해액 및 이의 용매, 에테르계 전해액 및 이의 용매, 아미드계 전해액 및 이의 용매, 니트릴계 전해액 및 이의 용매, 설폰계 전해액 및 이의 용매로부터 선택되고; 시스템 중 겔화 가능한 폴리머 및/또는 겔화 가능한 프리폴리머의 질량 백분율은 1 wt%보다 작거나 같은 것인, 겔화 가능 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 리튬에어 전지에 사용되는 겔화 가능 시스템에서, 상기 리튬염의 질량 백분율은 5 wt%보다 크거나 같고 60 wt%보다 작거나 같으며; 상기 에테르계 화합물의 질량 백분율은 20 wt%보다 크거나 같고 90 wt%보다 작거나 같으며; 상기 리튬에어 전지에 사용되는 전해액 또는 이의 용매의 질량 백분율은 5 wt%보다 크거나 같고 75 wt%보다 작거나 같으며,
    바람직하게, 상기 리튬에어 전지에 사용되는 겔화 가능 시스템에서, 상기 리튬염의 질량 백분율은 10 wt%보다 크거나 같고 40 wt%보다 작거나 같으며; 상기 에테르계 화합물의 질량 백분율은 20 wt%보다 크거나 같고 60 wt%보다 작거나 같으며; 상기 리튬에어 전지에 사용되는 전해액 또는 이의 용매의 질량 백분율은 20 wt%보다 크거나 같고 60 wt%보다 작거나 같으며,
    바람직하게, 상기 리튬에어 전지에 사용되는 겔화 가능 시스템에서, 상기 리튬염의 질량 백분율은 10 wt%보다 크거나 같고 40 wt%보다 작거나 같으며; 상기 에테르계 화합물의 질량 백분율은 60 wt%보다 크고 85 wt%보다 작거나 같으며; 상기 리튬에어 전지에 사용되는 전해액 또는 이의 용매의 질량 백분율은 5 wt%보다 크거나 같고 30 wt%보다 작거나 같은 것을 특징으로 하는 겔화 가능 시스템.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 겔화 가능 시스템은 (d)무기 나노 입자를 더 포함하고,
    바람직하게, 상기 겔화 가능 시스템에서, 상기 무기 나노 입자의 질량 백분율은 0 wt%보다 크거나 같고 30 wt%보다 작거나 같으며, 예를 들어, 0 wt%보다 크고 20 wt%보다 작거나 같으며,
    바람직하게, 상기 겔화 가능 시스템은 (e)첨가제를 더 포함하고, 상기 첨가제는 폴리에스테르 또는 이의 블렌드 중의 하나 또는 다수로부터 선택되며; 상기 폴리에스테르는 폴리산 또는 산무수물(acid anhydride)과 폴리알콜의 중축합에 의해 얻어지고; 상기 폴리산은 이염기산, 삼염기산 또는 다가산으로부터 선택되며, 상기 폴리알콜은 2가알콜, 3가알콜 또는 다가알콜로부터 선택되고,
    바람직하게, 상기 겔화 가능 시스템에서, 상기 첨가제의 질량 백분율은 0 wt%보다 크거나 같고 30 wt%보다 작거나 같으며, 예를 들어, 0 wt%보다 크고 20 wt%보다 작거나 같은 것을 특징으로 하는 겔화 가능 시스템.
  4. 겔로서,
    상기 겔은 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 따른 리튬 이온 전지에 사용되는 겔화 가능 시스템의 겔화에 의해 얻어진 것이며; 상기 리튬염의 질량 백분율은 5 wt%보다 크거나 같고 60 wt%보다 작거나 같으며; 상기 에테르계 화합물의 질량 백분율은 20 wt%보다 크거나 같고 60 wt%보다 작거나 같으며; 상기 리튬에어 전지에 사용되는 전해액 또는 이의 용매의 질량 백분율은 20 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, 상기 첨가제의 질량 백분율은 0 wt%보다 크거나 같고 30 wt%보다 작거나 같으며,
    바람직하게, 상기 리튬에어 전지에 사용되는 겔화 가능 시스템에서, 상기 리튬염의 질량 백분율은 10 wt%보다 크거나 같고 40 wt%보다 작거나 같으며; 상기 에테르계 화합물의 질량 백분율은 20 wt%보다 크거나 같고 60 wt%보다 작거나 같으며; 상기 리튬에어 전지에 사용되는 전해액 또는 이의 용매의 질량 백분율은 20 wt%보다 크거나 같고 60 wt%보다 작거나 같으며, 상기 무기 나노 입자의 질량 백분율은 0 wt%보다 크고 20 wt%보다 작거나 같으며, 상기 첨가제의 질량 백분율은 0 wt%보다 크고 20 wt%보다 작거나 같은 것을 특징으로 하는 겔.
  5. 고체 전해질로서,
    상기 고체 전해질은 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 따른 리튬 이온 전지에 사용되는 겔화 가능 시스템의 겔화에 의해 얻어진 것이며; 상기 리튬염의 질량 백분율은 5 wt%보다 크거나 같고 60 wt%보다 작거나 같으며; 상기 에테르계 화합물의 질량 백분율은 60 wt%보다 크고 90 wt%보다 작거나 같으며; 상기 리튬에어 전지에 사용되는 전해액 또는 이의 용매의 질량 백분율은 5 wt%보다 크거나 같고 30 wt%보다 작거나 같으며, 상기 무기 나노 입자의 질량 백분율은 0 wt%보다 크거나 같고 30 wt%보다 작거나 같으며, 상기 첨가제의 질량 백분율은 0 wt%보다 크거나 같고 30 wt%보다 작거나 같으며,
    바람직하게, 상기 리튬에어 전지에 사용되는 겔화 가능 시스템에서, 상기 리튬염의 질량 백분율은 10 wt%보다 크거나 같고 40 wt%보다 작거나 같으며; 상기 에테르계 화합물의 질량 백분율은 60 wt%보다 크고 85 wt%보다 작거나 같으며; 상기 리튬에어 전지에 사용되는 전해액 또는 이의 용매의 질량 백분율은 5 wt%보다 크거나 같고 30 wt%보다 작거나 같으며, 상기 무기 나노 입자의 질량 백분율은 0 wt%보다 크고 20 wt%보다 작거나 같으며, 상기 첨가제의 질량 백분율은 0 wt%보다 크고 20 wt%보다 작거나 같은 것을 특징으로 하는 고체 전해질.
  6. 겔 전해질로서,
    상기 겔 전해질은 제4항에 따른 겔을 포함하는 것을 특징으로 하는 겔 전해질.
  7. 리튬에어 전지로서,
    상기 리튬에어 전지는 겔 전해질 및/또는 고체 전해질을 포함하며, 상기 겔 전해질 및/또는 고체 전해질은 겔화 가능 시스템에 의해 제조된 것이고; 상기 겔화 가능 시스템은 (a)리튬염，(b)에테르계 화합물 및 (c)리튬에어 전지에 사용되는 전해액 또는 이의 용매인 성분을 포함하며; 상기 에테르계 화합물은 고리형 에테르계 화합물 및 직쇄형 에테르계 화합물 중의 적어도 하나로부터 선택되고; 시스템 중 겔화 가능한 폴리머 및/또는 겔화 가능한 프리폴리머의 질량 백분율은 1 wt%보다 작거나 같은 것을 특징으로 하는 리튬에어 전지.
  8. 유기 시스템의 슈퍼 커패시터 또는 유기 시스템의 커패시터 전지로서,
    상기 유기 시스템의 슈퍼 커패시터 또는 커패시터 전지는 겔 전해질 및/또는 고체 전해질을 포함하고, 상기 겔 전해질 및/또는 고체 전해질은 겔화 가능 시스템에 의해 제조되며; 상기 겔화 가능 시스템은 (a)리튬염 및 (b)에테르계 화합물인 성분을 포함하고, 상기 에테르계 화합물은 고리형 에테르계 화합물 및 직쇄형 에테르계 화합물 중의 적어도 하나로부터 선택되고; 시스템 중 겔화 가능한 폴리머 및/또는 겔화 가능한 프리폴리머의 질량 백분율은 1 wt%보다 작거나 같은 것을 특징으로 하는 유기 시스템의 슈퍼 커패시터 또는 유기 시스템의 커패시터 전지.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 리튬염의 질량 백분율은 2 wt%보다 크거나 같고 50 wt%보다 작거나 같으며; 상기 에테르계 화합물의 질량 백분율은 50 wt%보다 크거나 같고 98 wt%보다 작거나 같으며,
    바람직하게, 상기 리튬염의 질량 백분율은 5 wt%보다 크거나 같고 20 wt%보다 작거나; 또는 상기 리튬염의 질량 백분율은 20 wt%보다 크거나 같고 30 wt%보다 작거나 같으며,
    바람직하게, 상기 겔화 가능 시스템은 (c)유기 시스템의 슈퍼 커패시터 또는 커패시터 전지에 사용되는 전해액 또는 이의 용매를 더 포함하고; 상기 유기 시스템의 슈퍼 커패시터 또는 커패시터 전지에 사용되는 전해액 또는 이의 용매의 질량 백분율은 0 wt%보다 크거나 같고 48 wt%보다 작거나 같으며, 예를 들어, 0 wt%보다 크고 40 wt%보다 작거나 같으며,
    바람직하게, 상기 겔화 가능 시스템은 (d)무기 나노 입자를 더 포함하고; 상기 무기 나노 입자의 질량 백분율은 0 wt%보다 크거나 같고 30 wt%보다 작거나 같으며, 예를 들어, 0 wt%보다 크고 20 wt%보다 작거나 같으며,
    바람직하게, 상기 겔화 가능 시스템은 또한 (e)첨가제를 더 포함하고, 상기 첨가제는 폴리에스테르 또는 이의 블렌드 중의 하나 또는 다수로부터 선택되며, 상기 폴리에스테르는 폴리산 또는 산무수물(acid anhydride)과 폴리알콜의 중축합에 의해 얻어지고; 상기 폴리산은 이염기산, 삼염기산 또는 다가산으로부터 선택되며, 상기 폴리알콜은 2가알콜, 3가알콜 또는 다가알콜로부터 선택되고; 상기 첨가제의 질량 백분율은 0 wt%보다 크거나 같고 30 wt%보다 작거나 같으며, 예를 들어, 0 wt%보다 크고 20 wt%보다 작거나 같으며,
    바람직하게, 상기 겔 전해질은 겔화 가능 시스템에 의해 제조된 것이고, 상기 겔화 가능 시스템에서, 상기 겔 전해질은 겔화 가능 시스템에 의해 제조된 것이며, 상기 겔화 가능 시스템에서, 상기 리튬염의 질량 백분율은 2 wt%보다 크거나 같고 20 wt%보다 작으며; 상기 에테르계 화합물의 질량 백분율은 50 wt%보다 크고 98 wt%보다 작거나 같으며; 상기 유기 시스템의 슈퍼 커패시터 또는 커패시터 전지에 사용되는 전해액 또는 이의 용매의 질량 백분율은 0 wt%보다 크거나 같고 48 wt%보다 작거나 같으며; 상기 무기 나노 입자의 질량 백분율은 0 wt%보다 크거나 같고 30 wt%보다 작거나 같으며; 상기 첨가제의 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 에테르계 화합물의 질량 백분율은 55 wt%보다 크고 95 wt%보다 작거나 같으며; 상기 유기 시스템의 슈퍼 커패시터 또는 커패시터 전지에 사용되는 전해액 또는 이의 용매의 질량 백분율은 0 wt%보다 크고 40 wt%보다 작거나 같으며; 상기 무기 나노 입자의 질량 백분율은 0 wt%보다 크고 20 wt%보다 작거나 같으며; 상기 첨가제의 질량 백분율은 0 wt%보다 크고 20 wt%보다 작거나 같으며,
    바람직하게, 상기 고체 전해질은 겔화 가능 시스템에 의해 제조된 것이고, 상기 겔화 가능 시스템에서, 상기 고체 전해질은 겔화 가능 시스템에 의해 제조된 것이며, 상기 겔화 가능 시스템에서, 상기 리튬염의 질량 백분율은 20 wt%보다 크거나 같고 50 wt%보다 작거나 같으며; 상기 에테르계 화합물의 질량 백분율은 50 wt%보다 크거나 같고 80 wt%보다 작거나 같으며; 상기 유기 시스템의 슈퍼 커패시터 또는 커패시터 전지에 사용되는 전해액 또는 이의 용매의 질량 백분율은 0 wt%보다 크거나 같고 30 wt%보다 작거나 같으며; 상기 무기 나노 입자의 질량 백분율은 0 wt%보다 크거나 같고 30 wt%보다 작거나 같으며; 상기 첨가제의 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 에테르계 화합물의 질량 백분율은 55 wt%보다 크거나 같고 80 wt%보다 작거나 같으며; 상기 유기 시스템의 슈퍼 커패시터 또는 커패시터 전지에 사용되는 전해액 또는 이의 용매의 질량 백분율은 0 wt%보다 크고 25 wt%보다 작거나 같으며; 상기 무기 나노 입자의 질량 백분율은 0 wt%보다 크고 20 wt%보다 작거나 같으며; 상기 첨가제의 질량 백분율은 0 wt%보다 크고 20 wt%보다 작거나 같은 것을 특징으로 하는 유기 시스템의 슈퍼 커패시터 또는 유기 시스템의 커패시터 전지.
  10. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 따른 겔화 가능 시스템, 제4항에 따른 겔, 제5항에 따른 고체 전해질, 제6항에 따른 겔 전해질, 제8항에 따른 유기 시스템의 슈퍼 커패시터 또는 유기 시스템의 커패시터 전지에 있어서,
    상기 아미드계 전해액은 리튬염을 포함하는 아미드계 혼합액, 예를 들어, 1M 리튬 트리플루오로메탄설포네이트(Lithium trifluoromethanesulfonate)를 포함하는 N,N-디메틸아세트아미드(N,N-dimethylacetamide) 용액으로부터 선택되고,
    바람직하게, 상기 아미드계 전해액의 용매는 아미드기를 포함하는 화합물로부터 선택되며, 예를 들어, C1 ~ C20의 알킬아미드(Alkylamide), C1 ~ C20의 에나미드니트릴(Enamide nitrile), C1 ~ C20의 알키닐아미드(Alkynyl amide), C1 ~ C20의 할로알킬아미드(Haloalkylamide), C1 ~ C20의 할로알케닐아미드(Haloalkenylamide), C1 ~ C20의 할로알키닐아미드, C7 ~ C20의 아릴아미드(Arylamide), C1 ~ C20의 에폭시아미드(Epoxy amide) 중의 적어도 하나로부터 선택되고,
    바람직하게, 상기 아미드계 전해액의 용매는 N,N-디메틸포름아미드(N,N-dimethylformamide), N,N-디메틸아세트아미드(N,N-dimethylacetamide), 벤조일아미드(Benzoylamide), 포름아미드(Formamide), 아세트아미드(Acetamide), 숙신이미드(Succinimide), 프탈이미드(Phthalimide), N-메틸-p-톨루엔설폰아미드(N-methyl-p-toluenesulfonamide), N-메틸아세트아미드(N-methylacetamide), 3-아미노-6-메틸벤젠설폰아미드(3-amino-6-methylbenzenesulfonamide), 2,2,2-트리클로로아세트아미드(2,2,2-trichloroacetamide), 벤질에스테르N-에틸p-톨루엔설폰아미드(Benzyl ester N-ethyl p-toluenesulfonamide), 3-아미노-2,2-디메틸프로판아미드(3-amino-2,2-dimethylpropanamide), 에루카아미드(Erucamide), N-에틸-5-메틸-2-(1-메틸에틸)시클로헥산카르복스아미드(N-ethyl-5-methyl-2-(1-methylethyl)cyclohexanecarboxamide), 4-메톡시벤즈아미드(4-methoxybenzamide), 2,4-디히드록시벤즈아미드(2,4-dihydroxybenzamide), N,N-디에틸-2- 클로로아세트아미드(N,N-diethyl-2-chloroacetamide), N-부틸벤젠설폰아미드(N-butylbenzenesulfonamide), N-에틸아세트아미드(N-ethyl acetamide), 클로로아세트아미드(chloroacetamide), N-(2-클로로페닐)아세트아미드히드로클로라이드(N-(2-chlorophenyl)acetamide hydrochloride), N,N'-에틸렌비스스테아르아미드(N,N'-ethylene bisstearamide), 발레르아미드(Valeramide), 2-히드록시이소부티르아미드(2-hydroxyisobutyramide), 에톡시아미드(Ethoxy amide), 벤질신남아미드(Benzyl cinnamamide), L-(+)-캄포르설폰아미드(L-(+)-camphorsulfonamide), 말론아미드(Malonamide), 설폰아미드(Sulfonamide), 시클로프로판아미드(Cyclopropane amide), 2-에탄설포닐이미다조[1,2-a]피리딘-3-설폰아미드(2-ethanesulfonyl imidazo[1,2-a]pyridine-3-sulfonamide), N,N-디에틸아세트아미드(N,N-diethylacetamide), 4-클로로티오벤즈아미드(4-chlorothiobenzamide), N,N'-디메틸옥사미드(N,N'-dimethyloxamide), N-메톡시-N-메틸아세트아미드(N-methoxy-N-methylacetamide), 벤조일아미드(Benzoylamide), N-메틸카프로락탐(N-methylcaprolactam), (S)-(-)-tert-부틸설핀아미드((S)-(-)-tert-butylsulfinamide), 3-아미노-N-메틸벤즈아미드(3-amino-N-methylbenzamide), N,N'-메틸렌비스아크릴아미드(N,N'-methylenebisacrylamide), 2,2-디브로모-3-니트릴프로피온아미드(2,2-dibromo-3-nitrilopropionamide), N,N-디에틸도데카미드(N,N-diethyldodecamide), 인돌이미드아미드-염화수소(Indoleimide amide hydrogen chloride), 티오아세트아미드 모노하이드로클로라이드(Thioacetamide), 시아노아세트아미드(Cyanoacetamide), 프로피온아미드(Propionamide), 벤조일아미드(Benzoylamide), 2-니트로벤젠설폰아미드(2-nitrobenzenesulfonamide), P-아미노벤즈아미드(P-aminobenzamide), 이소부티르아미드(Isobutyramide), 카프로락탐(Caprolactam), O-메틸벤젠설폰아미드(O-methyl benzene sulfonamide), N,N-디메틸아세트아미드(N,N-dimethylacetamide), N-메틸포름아미드(N-methylformamide), N-tert-부틸아크릴아미드(N-tert-butyl acrylamide), 6-메틸니코틴아미드(6-methylnicotinamide), N,N-디메틸설폰아미드(N,N-dimethylsulfonamide), 2,3-디브로모프로피온아미드(2,3-dibromopropionamide), 2-아미노-5-메틸벤즈아미드(2-amino-5-methylbenzamide), L-캄포르설폰아미드(L-camphorsulfonamide), DL-아미노카프로락탐스테아르아미드(DL-aminocaprolactam stearamide), 1,1-시클로헥실다이아세트산초산(1,1-cyclohexyldiacetic acid monoamide), 시클로프로피온아미드(Cyclopropionamide), P-니트로벤즈아미드(P-nitrobenzamide), 4-(2-아미노에틸)벤젠설폰아미드(4-(2-aminoethyl)benzenesulfonamide), 2-메틸-5-니트로벤젠설폰아미드(2-methyl-5-nitrobenzenesulfonamide), 3,5-디히드록시벤즈아미드(3,5-dihydroxybenzamide), 2-아크릴아미도-2-메틸프로판설폰산-N-메틸숙신아미드(2-acrylamido-2-methylpropanesulfonic acid-N-methylsuccinamide), N,2,3-트리메틸-2-이소프로필부탄아미드(N,2,3-trimethyl-2-isopropylbutanamide), N,N-디메틸프로피온아미드(N,N-dimethylpropanamide), N-비닐카프로락탐(N-vinylcaprolactam), 2-요오도아세트아미드(2-iodoacetamide), O-아미노벤젠설폰아미드(O-aminobenzenesulfonamide), 2,4-디클로로-5-설폰아미도벤조산-N-페닐말레이미드(2,4-dichloro-5-sulfonamidobenzoic acid-N-phenylmaleimide), N-에틸말레이미드(N-ethylmaleimide), 5-클로로-2,4-디설포닐아미노아닐린o-클로로벤젠설폰아미드(5-chloro-2,4-disulfonylaminoaniline o-chlorobenzenesulfonamide), N, N-디메틸글리신아미드(N,N-dimethylglycinamide), 2-아미노페놀-5-(N,N-디메틸)설폰아미드(2-aminophenol-5-(N,N-dimethyl)sulfonamide), 4-아미노-3,5-디니트로벤즈아미드(4-amino-3,5-dinitrobenzamide), 4-아미노-N-메틸벤즈아미드(4-amino-N-methylbenzamide), 2-페닐아세트아미드(2-phenylacetamide), N-(tert-부톡시카르보닐)-p-톨루엔설폰아미드(N-(tert-butoxycarbonyl)-p-toluenesulfonamide), 4-플루오로벤즈아미드(4-fluorobenzamide), 옥심-2-아미노말론아미드비스(테트라메틸렌), 플루오로포름아미드(Bis(tetramethylene)fluoroformamide), N-히드록시-이소부티르아미드(N-hydroxy-isobutyramide), 티오프로피온아미드(Thiopropionamide), 에틸1-((시아노-1-메틸에틸)아조)카르복스아미드(Ethyl 1-((cyano-1-methylethyl)azo)carboxamide), 신남아미드(Cinnamamide), 4-아미노페닐-N-메틸메탄설폰아미드(4-aminophenyl-N-methylmethanesulfonamide), 4-브로모-3-플루오로벤젠설폰아미드(4-bromo-3-fluorobenzenesulfonamide), 2,6-디플루오로벤젠설폰아미드(2,6-difluorobenzenesulfonamide), 2-브로모벤젠설폰아미드(2-bromobenzenesulfonamide), 4-플루오로벤젠설폰아미드(4-fluorobenzenesulfonamide), 4-트리플루오로메톡시벤젠설폰아미드(4-trifluoromethoxybenzenesulfonamide), 4-클로로벤젠설폰아미드(4-chlorobenzenesulfonamide), 2,5-디플루오로벤젠설폰아미드(2,5-difluorobenzenesulfonamide), 트리플루오로메탄설폰아미드(Trifluoromethanesulfonamide), N-[비스(메틸티오)메틸렌]p-톨루엔설폰아미드(N-[bis(methylthio)methylene]p-toluenesulfonamide), 4-클로로-3-니트로-5-설폰아미도벤조산(4-chloro-3-nitro-5-sulfonamidobenzoic acid), N-메틸디아세트아미드N-벤질리덴벤젠설폰아미드(N-methyldiacetamide N-benzylidenebenzenesulfonamide), 2-메톡시-5-설폰아미드(2-methoxy-5-sulfonamide), 3,5-디클로로벤젠설폰아미드(3,5-dichlorobenzenesulfonamide), 2-플루오로벤젠설폰아미드(2-fluorobenzenesulfonamide), 4-브로모-2-클로로벤젠설폰아미드(4-bromo-2-chlorobenzenesulfonamide), 5-클로로-2-플루오로벤젠설포닐(5-chloro-2-fluorobenzenesulfonyl), 아민p-메톡시벤젠설폰아미드(Amine p-methoxybenzenesulfonamide), 4-클로로살리실산-5-설폰아미드(4-chlorosalicylic acid-5-sulfonamide), 2-아미노-N-에틸-N-페닐벤젠설폰아미드(2-amino-N-ethyl-N-phenylbenzenesulfonamide), 2-브로모-4-플루오로벤젠설폰아미드(2-bromo-4-fluorobenzenesulfonamide), 4-플루오로-2-메틸벤젠설폰아미드(4-fluoro-2-methylbenzenesulfonamide), 2-시아노벤젠설폰아미드(2-cyanobenzenesulfonamide), 4-[2-(5-클로로-2-메톡시벤조일아미노)에틸]벤젠설폰아미드(4-[2-(5-chloro-2-methoxybenzoylamino)ethyl]benzenesulfonamide), 3,4-디플루오로벤젠설폰아미드(3,4-difluorobenzenesulfonamide), DL-아미노카프로락탐(DL-aminocaprolactam), 2,4,6-트리클로로벤젠설폰아미드(2,4,6-trichlorobenzenesulfonamide), 시클로프로판설폰아미드(Cyclopropane sulfonamide), 4-브로모-3-(트리플루오로메틸)벤젠설폰아미드(4-bromo-3-(trifluoromethyl)benzenesulfonamide), N-(4-아미노부틸)-아세트아미드세라마이드(N-(4-aminobutyl)-acetamide ceramide), N-[(1R)-2-(3-아미노설포닐-4-메톡시)-1-메틸]아세트아미드(N-[(1R)-2-(3-Aminosulfonyl-4-methoxy)-1-methyl]acetamide), N-벤질-N-니트로소-p-톨루엔설폰아미드(N-benzyl-N-nitroso-p-toluenesulfonamide), N-(2-아미노에틸)-4-메틸벤젠설폰아미드(N-(2-aminoethyl)-4-methylbenzenesulfonamide), (1R)-10-캄포르설폰아미드((1R)-10-camphorsulfonamide), 4-아미노-6-(트리플루오로메틸)벤젠-1,3-디설폰아미드(4-amino-6-(trifluoromethyl)benzene-1,3-disulfonamide), 2-브로모-4-(트리플루오로메틸)벤젠설폰아미드(2-bromo-4-(trifluoromethyl)benzenesulfonamide), 3-플루오로-4-메틸톨루엔설폰아미드(3-fluoro-4-methyltoluenesulfonamide), 2-브로모-5-(트리플루오로메틸)벤젠설폰아미드(2-bromo-5-(trifluoromethyl)benzenesulfonamide), 나프탈렌-2-설폰아미드(Naphthalene-2-sulfonamide), (1S)-10-캄포르설폰아미드((1S)-10-camphorsulfonamide), (S)-(+)-p-메틸벤젠설핀아미드((S)-(+)-p-methylbenzenesulfinamide), (1R)-트랜스-N,N'-1,2-시클로헥산디일비스(1,1,1-트리플루오로메탄설폰아미드)((1R)-trans-N,N'-1,2-cyclohexanediylbis(1,1,1-trifluoromethanesulfonamide)), N-(2-플루오로페닐)메탄설폰아미드(N-(2-fluorophenyl)methanesulfonamide), (S)-N-(-)-p-톨릴설피닐트립타민((S)-N-(-)-p-tolylsulfinyltryptamine), N-아세톡시-N-아세틸-4-클로로벤젠설폰아미드(N-acetoxy-N-acetyl-4-chlorobenzenesulfonamide), 2-(트리메틸실릴)에탄설폰아미드(2-(trimethylsilyl)ethanesulfonamide), N-(4-아미노벤젠)-설폰아미드-4-메틸벤젠(R)-(-)-4-메틸벤젠설핀아미드(N-(4-Aminobenzene)-sulfonamide-4-methylbenzene (R)-(-)-4-methylbenzenesulfinamide), N-에틸p-톨루엔설폰아미드(N-ethyl p-toluenesulfonamide), (R,R)-(+)-N,N'-비스(α-메틸벤질)설폰아미드((R,R)-(+)-N,N'-bis(Α-methylbenzyl)sulfonamide), (S)-(-)-N-[1-(히드록시메틸)-2-페닐에틸]-4-메틸벤젠설폰아미드((S)-(-)-N-[1-(Hydroxymethyl)-2-phenylethyl]-4-methylbenzenesulfonamide), 시클로프로피온아미드(Cyclopropionamide), 2-클로로-4-플루오로-5-설파모일벤조산N-벤질리덴-P,P-디페닐포스핀산아미드(2-Chloro-4-fluoro-5-sulfamoylbenzoic acid N-benzylidene-P,P-diphenylphosphinic acid amide), N-(4-클로로벤질리덴)-4-톨루엔설폰아미드(N-(4-chlorobenzylidene)-4-toluenesulfonamide) 중 적어도 하나로부터 선택되며,
    바람직하게, 상기 니트릴계 전해액은 리튬염을 포함하는 니트릴계 혼합액, 예를 들어, 리튬 디플루오로메탄설폰이미드(Lithium difluoromethane sulfonimide)를 포함하는 아세토니트릴(Acetonitrile) 용액으로부터 선택되며,
    바람직하게, 상기 니트릴계 전해액의 용매는 니트릴기(Nitrile group)를 포함하는 화합물로부터 선택되고, 예를 들어, C1 ~ C20의 알킬니트릴(Alkyl nitrile), C1 ~ C20의 알케닐니트릴(Alkenyl nitrile), C1 ~ C20의 알키닐니트릴(alkynyl nitrile), C1 ~ C20의 할로알킬니트릴(Haloalkyl nitrile), C1 ~ C20의 할로알케닐니트릴(Haloalkenyl nitrile), C1 ~ C20의 할로알키닐니트릴(Haloalkynyl nitrile), C7 ~ C20의 아릴니트릴(aryl nitrile), C1 ~ C20의 에폭시니트릴(Epoxy nitrile) 중의 적어도 하나로부터 선택되며,
    바람직하게, 상기 니트릴계 전해액의 용매는 아세토니트릴(Acetonitrile) 및 부틸로니트릴(butyronitrile)로부터 선택되고,
    바람직하게, 설폰계 전해액은 리튬염을 포함하는 설폰계 혼합액, 예를 들어, 1M 리튬 퍼클로레이트(lithium perchlorate)을 포함하는 디메틸설폭시드(Dimethyl sulfoxide, DMSO) 용액으로부터 선택되며,
    바람직하게, 설폰계 전해액의 용매는 설포닐기(Sulfonyl group)를 포함하는 화합물로부터 선택되고, 예를 들어, C1 ~ C20의 알킬설폰(Alkyl sulfone), C1 ~ C20의 알케닐설폰(Alkenyl sulfone), C1 ~ C20의 알키닐설폰(alkynyl sulfone), C1 ~ C20의 할로알킬설폰(Haloalkyl sulfone), C1 ~ C20의 할로알케닐설폰(Haloalkenyl sulfone), C1 ~ C20의 할로알키닐설폰(Haloalkynyl sulfone), C7 ~ C20의 아릴설폰(aryl sulfone), C1 ~ C20의 에폭시설폰(Epoxy sulfone) 중의 적어도 하나로부터 선택되며,
    바람직하게, 상기 설폰계 전해액의 용매는 설포레인(Sulfolane, SL), 디메틸설폭시드(Dimethyl sulfoxide)로부터 선택되고,
    바람직하게, 상기 에스테르계 전해액은 리튬염을 포함하는 에스테르계 혼합액, 예를 들어, 1M 리튬 헥사플루오로포스페이트(lithium hexafluorophosphate, LiPF6)을 포함하는 에틸렌카보네이트(Ethylene Carbonate, EC) 및 디메틸카보네이트(Dimethyl carbonate, DMC)의 혼합액으로부터 선택되며, 상기 에틸렌카보네이트(Ethylene Carbonate, EC) 및 디메틸카보네이트(Dimethyl carbonate, DMC)의 부피비는 1:1이고,
    바람직하게, 상기 에스테르계 전해액의 용매는 에스테르계 고리형 비수성 유기용매 및 에스테르계 사슬형 비수성 유기용매 중의 적어도 하나로부터 선택되며,
    바람직하게, 상기 에스테르계 고리형 비수성 유기용매는 에틸렌카보네이트(Ethylene Carbonate, EC), 프로필렌카보네이트(Propylene Carbonate, PC), 플루오로에틸렌카보네이트(Fluoroethylene carbonate, FEC), γ-부티로락톤(γ-butyrolactone, GBL), 아황산비닐에스테르(ES), 프로필렌설파이트(Propylene sulfite, PS), 글리세릴카보네이트(Glyceryl carbonate, GC) 중의 적어도 하나로부터 선택되고,
    바람직하게, 상기 사슬형 비수성 유기용매는 디에틸카보네이트(Diethyl carbonate, DEC), 디메틸카보네이트(Dimethyl carbonate, DMC), 에틸메틸카보네이트(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), 에틸부티레이트(Ethyl butyrate, EB), 메틸부티레이트(Methyl butyrate, MB), 디메틸설파이트(Dimethyl sulfite, DMS), 디에틸설파이트(Diethyl sulfite, DES), 메틸에틸설파이트(Methyl ethyl sulfite, EMS) 중의 적어도 하나로부터 선택되며,
    바람직하게, 상기 에테르계 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, 상기 1,3-디옥솔란(1,3-dioxolane, DOL) 및 디메톡시에탄(dimethoxyethane, DME)의 부피비는 1:1이며,
    바람직하게, 상기 에테르계 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 선택되고,
    바람직하게, 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, 상기 리튬염은 리튬 헥사플루오로포스페이트(lithium hexafluorophosphate), 리튬 퍼클로레이트(lithium perchlorate) 중의 하나 또는 2개로부터 선택되고,
    바람직하게, 상기 고리형 에테르계 화합물은 하나의 산소, 2개의 산소, 3개의 산소 또는 보다 많은 산소를 포함하는 고리형 에테르계 화합물로부터 선택되며,
    바람직하게, 상기 고리형 에테르계 화합물은 단일 고리, 축합 고리(예를 들어, 이중 고리), 스피로 고리 또는 브릿지된 고리일 수 있고,
    바람직하게, 상기 고리형 에테르계 화합물은 적어도 하나의 산소 원자를 포함하는 C2 ~ C20 시클로알칸(Cycloalkane)으로부터 선택되며, 즉 고리형 구조 중의 탄소 원자 개수가 2 ~ 20개이고; 또는 적어도 하나의 산소 원자를 포함하는 C3 ~ C20 시클로알켄(cyclic alkene)으로부터 선택되며, 즉 고리형 구조 중의 탄소 원자 개수가 3 ~ 20개이고, 적어도 하나의 탄소-탄소 이중결합을 함유하며,
    바람직하게, 상기 시클로알칸 또는 시클로알켄은 단일 고리, 축합 고리(예를 들어, 이중 고리), 스피로 고리 또는 브릿지된 고리이고; 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 시클로알켄(cyclic alkene)은 본 발명의 바람직한 고리형에테르계 화합물 중 하나이고,
    바람직하게, 상기 시클로알칸(Cycloalkane) 또는 시클로알켄(cyclic alkene)이 단일 고리 또는 축합 고리일 경우, 이의 상기 고리에서의 탄소 원자는 하나 또는 복수 개의 R1기로 치환될 수 있으며; 상기 시클로알칸(Cycloalkane) 또는 시클로알켄(cyclic alkene)이 브릿지된 고리일 경우, 이의 비가교(non bridging) 연결 고리의 탄소 원자는 하나 또는 복수 개의 R1기에 의해 치환될 수 있고; 상기 시클로알칸(Cycloalkane) 또는 시클로알켄(cyclic alkene)이 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) 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) 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)로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 또는 다수이고,
    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)인 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 다수이고,
    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)인 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 다수이고,
    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)인 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)인 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, 겔, 고체 전해질, 겔 전해질, 유기 시스템의 슈퍼 커패시터 또는 유기 시스템의 커패시터 전지.
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