KR20200077803A - Polymer Electrolyte and Method for Preparing the Same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 전압안정성과 난연성이 우수한 고분자 전해질 및 이의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a polymer electrolyte excellent in voltage stability and flame retardancy and a method for manufacturing the same.
현재의 휴대용 전자 기기에는 고 에너지 밀도를 갖는 리튬 이온 이차전지가 주로 사용된다. 이때, 주로 쓰이는 액체 전해질은 누출, 폭발 위험성 등의 문제점을 가지고 있다. 이를 보호하기 위하여 안전회로 장치를 필요로 하며, 누출 방지를 위한 금속 외장 캔으로 전지를 밀봉함으로써 무게의 증가가 불가피하다. 또한, 전지가 두꺼워지기 때문에 전지 설계에 있어 한계가 있다. 앞으로의 전자 기기는 박막화 및 플렉서블화 됨에 따라 현재 액체를 전해질로 쓰는 리튬 이온 전지는 소형화, 경량화 및 플렉서블화와 같은 요구조건을 모두 만족시킬 수 없다.Lithium ion secondary batteries having high energy density are mainly used in current portable electronic devices. At this time, the mainly used liquid electrolyte has problems such as leakage and explosion risk. In order to protect this, a safety circuit device is required, and an increase in weight is inevitable by sealing the battery with a metal outer can for preventing leakage. In addition, since the battery is thick, there are limitations in battery design. In the future, as electronic devices become thinner and more flexible, lithium ion batteries using liquid as an electrolyte cannot satisfy all of the requirements such as miniaturization, weight reduction, and flexibility.
이에 반해 리튬 폴리머 전지는 높은 평균 전압, 고 에너지 밀도를 가지며, 메모리 효과가 없는 리튬 이온 전지의 특성 외에도, 전지 외부로의 전해액 누출을 방지할 수 있어 전지의 안정성이 향상되며, 전극과 분리막이 일체형으로 되어 있기 때문에 표면저항이 줄어들어 상대적으로 낮은 내부저항으로 고효율 충방전에 유리하다. 또한 전해질 필름을 박막화하여 플렉서블 기기 및 어떠한 모양의 전지로도 만들 수 있으며, 금속 외장 캔을 사용하지 않아 전지의 두께를 보다 얇게 만들 수 있다. 따라서 안정성, 소형화 및 고용량의 소비자 요구가 늘어가는 휴대폰, 노트북 컴퓨터, 및 디지털 카메라 등 휴대용 전자기기의 전지는 기존의 리튬 이온 전지에서 리튬 폴리머 전지로 대량 대체될 것으로 보인다. 또한, 리튬 폴리머 전지는 하이브리드 전기 자동차 등의 고용량 리튬 이차전지 등에 응용이 기대되어 차세대 전지로 각광을 받고 있다.On the other hand, lithium polymer batteries have high average voltage and high energy density, and in addition to the characteristics of lithium ion batteries that do not have a memory effect, they can prevent electrolyte leakage to the outside of the battery, thereby improving the stability of the battery, and the electrode and separator are integrated. Because of the reduced surface resistance, it is advantageous for high efficiency charging and discharging with relatively low internal resistance. In addition, the electrolyte film can be thinned to form a flexible device and a battery of any shape, and the thickness of the battery can be made thinner by not using a metal outer can. Therefore, batteries of portable electronic devices such as mobile phones, notebook computers, and digital cameras, which are increasing in demand for stability, miniaturization, and high capacity, are expected to be largely replaced with lithium polymer batteries in existing lithium ion batteries. In addition, lithium polymer batteries are expected to be applied to high-capacity lithium secondary batteries, such as hybrid electric vehicles, and are in the spotlight as next-generation batteries.
액체 전해질을 쓰는 리튬 이온전지와 비교되는 리튬 폴리머 전지의 가장 중요한 차이점은 양극 및 음극 사이의 분리막이 고분자로 되어 있으며, 이 고분자 분리막이 전해질의 역할까지 할 수 있다는 점이다. 리튬 폴리머 전지에서는 고체상처럼 안정한 고분자 전해질의 내부 이온전달에 의해 이온 전도가 이루어지게 된다.The most important difference between a lithium polymer battery and a lithium ion battery using a liquid electrolyte is that the separator between the positive electrode and the negative electrode is made of a polymer, and this polymer separator can even act as an electrolyte. In a lithium polymer battery, ion conduction is performed by internal ion transfer of a stable polymer electrolyte like a solid phase.
리튬 고분자 전지에 사용되는 고분자 전해질은 O, N, S 등 헤테로 원소를 함유하고 있는 고분자에 전해염을 첨가하여 해리된 염의 이온들이 고분자의 분절 운동에 의해 이동하게 되는 본질형 고체 고분자 전해질과 고분자 필름 내에 액체 전해질을 함침시키고 이를 전해염과 같이 고정화하여 이온전도도를 나타내는 겔형 고분자 전해질로 크게 두 부분에서 연구가 진행되고 있다.The polymer electrolyte used in the lithium polymer battery is an intrinsic solid polymer electrolyte and a polymer film in which ions of dissociated salts are moved by the segmentation motion of the polymer by adding an electrolytic salt to a polymer containing hetero elements such as O, N, and S. The liquid electrolyte is impregnated therein and immobilized like an electrolytic salt to study the gel-type polymer electrolyte that exhibits ion conductivity.
이 중, 겔형 고분자 전해질은 사용 시 기존 액체 전해질이 가지고 있는 누액발생에 의한 전지의 안정성 확보의 어려움이 여전히 남아 있으며, 전지 제조상 공정의 어려움도 문제점으로 남아있다. 본질형 고체 고분자 전해질은 1975년 P. V. Wright에 의해 폴리에틸렌 옥사이드(PEO) 내에서 나트륨 이온이 전도되는 것이 발견된 이후로 계속하여 연구되고 있다. 본질형 고체 고분자 전해질은 화학적, 전기화학적 안정성이 높고, 고용량의 리튬 금속 전극을 사용가능하다는 장점이 있으나 상온에서의 이온전도도가 매우 낮은 문제점이 있다.Of these, when using the gel polymer electrolyte, it is still difficult to secure the stability of the battery due to leakage of the existing liquid electrolyte, and the manufacturing process of the battery also remains a problem. Intrinsic solid polymer electrolytes have been studied since 1975, when P. V. Wright discovered the conduction of sodium ions in polyethylene oxide (PEO). Intrinsic solid polymer electrolytes have the advantages of high chemical and electrochemical stability and the ability to use high-capacity lithium metal electrodes, but they have very low ionic conductivity at room temperature.
본질형 고체 고분자 전해질에서의 이온전도도는 고분자 사슬의 국지적 운동정도와 밀접한 관계가 있음이 밝혀지면서, 해리된 이온이 자유로이 움직이도록 하기 위해 PEO계 고분자 전해질의 높은 결정성을 낮추는 여러 가지 방법들이 연구되었다.As it was found that the ionic conductivity in the intrinsic solid polymer electrolyte is closely related to the local motion degree of the polymer chain, various methods of lowering the high crystallinity of the PEO-based polymer electrolyte to study the dissociated ions to move freely have been studied. .
그 중 한 방법으로 저분자량의 PEO를 곁가지로 매우 낮은 Tg 값을 갖는 유연한 고분자 주쇄에 그래프트하는 연구들이 진행되었다. 다양한 길이의 PEO를 양쪽 곁가지로 갖는 실록세인 고분자 전해질이 합성되었고, PEO의 반복 사슬이 결정성을 나타내지 않는 6 개일 때, 상온에서 4.5Х10-4 S/㎝의 높은 이온 전도도를 보였다.As one of the methods, studies have been conducted to graft low molecular weight PEO onto a flexible polymer backbone having a very low Tg value. Siloxane polymer electrolytes having PEOs of various lengths as side branches were synthesized, and when the repeating chains of PEO were six that did not exhibit crystallinity, they exhibited high ionic conductivity of 4.5Х10 -4 S/cm at room temperature.
종래 전해질의 문제점들을 보완하고 개선하기 위하여, 전해질 소재 및 형태의 측면에서 다양한 연구들이 진행되어 왔다.In order to supplement and improve the problems of the conventional electrolyte, various studies have been conducted in terms of electrolyte material and shape.
본 발명자들은 상기 문제점을 해결하기 위해 다각적으로 연구를 수행한 결과, 비PEO(polyethylene oxide)계 고분자; 보강제; 포스페이트계 가교제; 및 용매;를 포함하는 비PEO계 고분자 전해질을 제조하였으며, 이와 같이 제조된 고분자 전해질은 종래 PEO계 고분자 전해질 대비 우수한 전압안정성 및 난연성을 나타내는 비PEO계 고분자 전해질으로서, 전지 성능 향상에 유리한 것을 확인하였다.The present inventors conducted a multi-faceted study to solve the above problems, as a result, non-PEO (polyethylene oxide) polymer; Adjuvant; Phosphate-based crosslinking agents; And a solvent; a non-PEO-based polymer electrolyte was prepared, and the prepared polymer electrolyte was a non-PEO-based polymer electrolyte that exhibited excellent voltage stability and flame retardancy compared to a conventional PEO-based polymer electrolyte, and was confirmed to be advantageous in improving battery performance. .
따라서, 본 발명의 목적은 전압안정성과 난연성이 우수한 고분자 전해질 alc 이의 제조방법을 제공하는 것이다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a method for producing a polymer electrolyte alc excellent in voltage stability and flame retardancy.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 상술한 바와 같은 고분자 전해질을 포함하는 리튬 이차전지를 제공하는 것이다.In addition, another object of the present invention is to provide a lithium secondary battery comprising a polymer electrolyte as described above.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, 비PEO계 고분자; 보강제; 포스페이트계 가교제; 및 솔베이트 이온성 액체(Solvate Ionic Liquid, SIL);를 포함하는 고분자 전해질을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention, non-PEO-based polymer; Adjuvant; Phosphate-based crosslinking agents; And a solvent ionic liquid (SIL).
상기 비PEO계 고분자는 2-(2-에톡시에톡시)에틸 아크릴레이트[2-(2-ethoxyethoxy)ethyl acrylate, EEEA], 부틸 아크릴레이트(Butyl acrylate), 헥실 아크릴레이트(hexyl acrylate) 및 에틸 헥실 아크릴레이트(ethyl hexyl acrylate)로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 것일 수 있다.The non-PEO-based polymer is 2-(2-ethoxyethoxy)ethyl acrylate [2-(2-ethoxyethoxy)ethyl acrylate, EEEA], butyl acrylate, hexyl acrylate and ethyl It may be one or more selected from the group consisting of hexyl acrylate (ethyl hexyl acrylate).
상기 보강제는 스티렌(styrene), 메틸 메타크릴레이트(methyl methacrylate, MMA) 및 메타크릴레이트(methacrylate, MA)로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 것일 수 있다.The reinforcing agent may be one or more selected from the group consisting of styrene, methyl methacrylate (MMA) and methacrylate (MA).
상기 포스페이트계 가교제는 비스[2-(메타크릴로일옥시)에틸]포스페이트(bis[2-(methacryloyloxy)ethyl] phosphate), 트리페닐포스페이트, 트리크레실포스페이트, 트리(2,6-디메틸페닐)포스페이트 및 트리(2,4,6-트리메틸페닐)포스페이트로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것일 수 있다.The phosphate-based crosslinking agent is bis[2-(methacryloyloxy)ethyl]phosphate (bis[2-(methacryloyloxy)ethyl] phosphate), triphenylphosphate, tricresylphosphate, tri(2,6-dimethylphenyl) It may be one or more selected from the group consisting of phosphate and tri(2,4,6-trimethylphenyl)phosphate.
상기 솔베이트 이온성 액체 리튬염과 글라임계 물질 또는 아미드계 물질을 포함하는 것일 수 있다.The solvent may include an ionic liquid lithium salt and a glyme-based material or an amide-based material.
상기 솔베이트 이온성 액체에서, 상기 리튬염과 글라임계 물질의 몰비는 1 : 0.1 내지 3이고, 상기 리튬염과 아미드계 물질의 몰비는 1 : 1 내지 6인 것일 수 있다.In the solvent ionic liquid, the molar ratio of the lithium salt and the glyme-based material may be 1: 0.1 to 3, and the molar ratio of the lithium salt and the amide-based material may be 1: 1 to 6.
상기 고분자 전해질은, 상기 비PEO계 고분자 1 내지 30 중량%; 상기 보강제 1 내지 20 중량%; 상기 포스페이트계 가교제 3 내지 10 중량%; 및 상기 솔베이트 이온성 액체 45 내지 75 중량%;를 포함하는 것일 수 있다.The polymer electrolyte, the non-PEO-based polymer 1 to 30% by weight; 1 to 20% by weight of the reinforcing agent; 3 to 10% by weight of the phosphate-based crosslinking agent; And 45 to 75% by weight of the solvent ionic liquid.
상기 고분자 전해질은 네트워크(network) 형태의 고분자 전해질막일 수 있다.The polymer electrolyte may be a network type polymer electrolyte membrane.
본 발명은 또한, (S1) 비PEO계 고분자; 보강제; 포스페이트계 가교제; 및 솔베이트 이온성 액체;의 혼합 용액에 개시제를 첨가하여 혼합물을 형성하는 단계; (S2) 상기 (S1) 단계에서 형성된 혼합물로부터 산소를 제거하는 단계; 및 (S3) 상기 (S2) 단계에서 산소가 제거된 혼합물을 기재 상에 도포하여 경화시키는 단계; 를 포함하는, 고분자 전해질의 제조방법을 제공한다.The present invention also, (S1) non-PEO-based polymer; Adjuvant; Phosphate-based crosslinking agents; And a solvent ionic liquid; adding an initiator to the mixed solution to form a mixture; (S2) removing oxygen from the mixture formed in step (S1); And (S3) applying the mixture from which the oxygen was removed in the step (S2) to the substrate to cure it. It provides a method for producing a polymer electrolyte, including.
상기 개시제는 상기 혼합물 전체 중량을 기준으로 0.1 내지 2 중량%로 첨가하는 것일 수 있다.The initiator may be added in an amount of 0.1 to 2% by weight based on the total weight of the mixture.
상기 (S3) 단계에서 상기 경화는 열경화 또는 광경화인 것일 수 있다.In the step (S3), the curing may be thermosetting or photocuring.
본 발명은 또한, 상기 고분자 전해질을 포함하는 리튬 이차전지를 제공한다.The present invention also provides a lithium secondary battery comprising the polymer electrolyte.
본 발명에 따르면, 네트워크 형상의 비PEO계 고분자막 형태의 고분자 전해질(polymer electrolyte)를 제공할 수 있다.According to the present invention, it is possible to provide a polymer electrolyte in the form of a network-shaped non-PEO-based polymer membrane.
또한, 본 발명에 따른 고분자 전해질은 비PEO(polyethylene oxide)계 고분자를 포함하여, 종래 PEO계 고분자 전해질 대비 동등 수준 이상의 이온 전도도와 함께 향상된 전압 안정성을 나타낸다.In addition, the polymer electrolyte according to the present invention includes a non-PEO (polyethylene oxide)-based polymer, and exhibits improved voltage stability with ionic conductivity equal to or higher than that of a conventional PEO-based polymer electrolyte.
또한, 본 발명에 따른 고분자 전해질은 난연성의 포스페이트계 가교제를 포함하므로, 우수한 난연성을 나타낼 수 있다.In addition, since the polymer electrolyte according to the present invention includes a flame retardant phosphate-based crosslinking agent, it can exhibit excellent flame retardancy.
도 1는 실시예 1,3 및 비교예 1에서 제조된 고분자 전해질을 포함하는 코인셀에 대한 전압안정성을 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 2는 실시예 1 내지 3의 고분자 전해질에 대한 발화 전 및 연소 후의 사진을 나타낸 것이다.1 is a graph showing the results of measuring the voltage stability of the coin cell containing the polymer electrolyte prepared in Examples 1, 3 and Comparative Example 1.
FIG. 2 shows photographs before and after ignition of the polymer electrolytes of Examples 1 to 3.
이하, 본 발명에 대한 이해를 돕기 위하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail to aid understanding of the present invention.
본 명세서 및 청구범위에서 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.The terms or words used in the specification and claims should not be interpreted as being limited to ordinary or dictionary meanings, and the inventor can appropriately define the concept of terms to describe his or her invention in the best way. Based on the principle that it should be interpreted as a meaning and a concept consistent with the technical idea of the present invention.
고분자 전해질Polymer electrolyte
본 발명은 종래 PEO계 고분자 전해질 대비 향상된 전압안정성을 나타내는, 비PEO계 가교형 고분자 전해질에 관한 것이다.The present invention relates to a non-PEO-based crosslinked polymer electrolyte that exhibits improved voltage stability compared to a conventional PEO-based polymer electrolyte.
본 발명에 따른 고분자 전해질은, 비PEO계 고분자; 보강제; 포스페이트계 가교제; 및 솔베이트 이온성 액체(Solvate Ionic Liquid, SIL);를 포함할 수 있다.The polymer electrolyte according to the present invention includes a non-PEO polymer; Adjuvant; Phosphate-based crosslinking agents; And Solvate Ionic Liquid (SIL).
본 발명에 있어서, 상기 비PEO계 고분자는 고분자 전해질에 포함되어, PEO계 고분자를 포함하는 포함하는 고분자 전해질 대비 동등 수준 이상의 이온 유지하면서 전압 안정성을 향상시킬 수 있다.In the present invention, the non-PEO-based polymer is included in the polymer electrolyte, and can improve the voltage stability while maintaining ions equal to or higher than the polymer electrolyte containing the PEO-based polymer.
상기 비PEO계 고분자는 낮은 유리전이온도(Tg)를 가지는 아크릴레이트계 고분자 및 알릴 에테르계 고분자 중에서 선택될 수 있다.The non-PEO polymer may be selected from acrylate polymers and allyl ether polymers having a low glass transition temperature (Tg).
구체적으로, 상기 비PEO계 고분자는 2-(2-에톡시에톡시)에틸 아크릴레이트[2-(2-ethoxyethoxy)ethyl acrylate, EEEA], 부틸 아크릴레이트(Butyl acrylate), 헥실 아크릴레이트(hexyl acrylate) 및 에틸 헥실 아크릴레이트(ethyl hexyl acrylate)로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있으며, 바람직하게는 EEEA일 수 있다.Specifically, the non-PEO-based polymer is 2-(2-ethoxyethoxy)ethyl acrylate [2-(2-ethoxyethoxy)ethyl acrylate, EEEA], butyl acrylate, hexyl acrylate ) And ethyl hexyl acrylate, and may be one or more selected from the group consisting of ethyl hexyl acrylate, preferably EEEA.
상기 비PEO계 고분자는 상기 고분자 전해질 전체 중량을 기준으로 1 내지 30 중량%, 바람직하게는 10 내지 30 중량%, 보다 바람직하게는 20 내지 30 중량% 일 수 있다. 상기 범위 미만이면 상기 고분자 전해질을 포함하는 전지의 전압안정성이 저하되고, 고분자 전해질의 가교도가 저하될 수 있고, 상기 범위 초과이면 고분자 전해질의 이온 전도도가 저하될 수 있다.The non-PEO-based polymer may be 1 to 30% by weight, preferably 10 to 30% by weight, more preferably 20 to 30% by weight based on the total weight of the polymer electrolyte. If it is less than the above range, the voltage stability of the battery containing the polymer electrolyte may decrease, and the crosslinking degree of the polymer electrolyte may decrease, and if it is above the range, the ionic conductivity of the polymer electrolyte may decrease.
본 발명에 있어서, 상기 보강제는 고분자 전해질의 강도와 같은 물리적 특성을 향상시킬 수 있다.In the present invention, the reinforcing agent can improve physical properties such as the strength of the polymer electrolyte.
상기 보강제는 스티렌(styrene), 메틸 메타크릴레이트(methyl methacrylate, MMA) 및 메타크릴레이트(methacrylate, MA)로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있으며, 바람직하게는 스티렌일 수 있다.The reinforcing agent may be one or more selected from the group consisting of styrene, methyl methacrylate (MMA), and methacrylate (MA), and preferably styrene.
또한, 상기 보강제는 상기 고분자 전해질 전체 중량을 기준으로 1 내지 20 중량%, 바람직하게는 2 내지 16 중량%, 보다 바람직하게는 3 내지 12 중량% 일 수 있다. 상기 범위 미만이면 고분자 전해질이 중합 공정 효율이 저하될 수 있고, 상기 범위 초과이면 고분자 전해질의 이온 전도도가 저하될 수 있다.In addition, the reinforcing agent may be 1 to 20% by weight, preferably 2 to 16% by weight, more preferably 3 to 12% by weight based on the total weight of the polymer electrolyte. If it is less than the above range, the polymerization efficiency of the polymer electrolyte may be lowered, and if it is above the above range, ionic conductivity of the polymer electrolyte may be lowered.
본 발명에 있어서, 상기 포스페이트계 가교제로서는 고분자 전해질의 난연성 및 가교성을 향상시킬 수 있다.In the present invention, as the phosphate-based crosslinking agent, flame retardancy and crosslinkability of the polymer electrolyte can be improved.
상기 포스페이트계 가교제는 비스[2-(메타크릴로일옥시)에틸]포스페이트(bis[2-(methacryloyloxy)ethyl] phosphate), 트리페닐포스페이트, 트리크레실포스페이트, 트리(2,6-디메틸페닐)포스페이트 및 트리(2,4,6-트리메틸페닐)포스페이트로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있으며, 바람직하게는 비스[2-(메타크릴로일옥시)에틸]포스페이트일 수 있다. The phosphate-based crosslinking agent is bis[2-(methacryloyloxy)ethyl]phosphate (bis[2-(methacryloyloxy)ethyl] phosphate), triphenylphosphate, tricresylphosphate, tri(2,6-dimethylphenyl) It may be at least one selected from the group consisting of phosphate and tri(2,4,6-trimethylphenyl)phosphate, and preferably bis[2-(methacryloyloxy)ethyl]phosphate.
또한, 상기 포스페이트계 가교제는 상기 고분자 전해질 전체 중량을 기준으로 3 내지 10 중량%, 바람직하게는 3 내지 9 중량%, 보다 바람직하게는 4 내지 8 중량% 일 수 있다. 상기 범위 미만이면 고분자 전해질이 미경화가 발생할 수 있고, 난연성 향상 효과가 미미할 수 있으며, 상기 범위 초과이면 높은 가교밀도로 인하여 이온전도도가 저하될 수 있다.In addition, the phosphate-based crosslinking agent may be 3 to 10% by weight, preferably 3 to 9% by weight, more preferably 4 to 8% by weight based on the total weight of the polymer electrolyte. If it is less than the above range, the polymer electrolyte may be uncured, and the flame retardant improving effect may be insignificant, and if it is above the above range, ionic conductivity may be reduced due to high crosslinking density.
상기 솔베이트 이온성 액체는 상기 고분자 전해질 전체 중량을 기준으로 45 내지 75 중량%, 바람직하게는 50 내지 70 중량%, 보다 바람직하게는 55 내지 65 중량% 일 수 있다. 상기 범위 미만이면 고분자 전해질이 미경화가 발생할 수 있고, 난연성 향상 효과가 미미할 수 있으며, 상기 범위 초과이면 높은 가교밀도로 인하여 이온전도도가 저하될 수 있다.The solvent ionic liquid may be 45 to 75% by weight, preferably 50 to 70% by weight, more preferably 55 to 65% by weight based on the total weight of the polymer electrolyte. If it is less than the above range, the polymer electrolyte may be uncured, and the flame retardant improving effect may be insignificant, and if it is above the above range, ionic conductivity may be reduced due to high crosslinking density.
상기 SIL은 상기 고분자 전해질에 포함된 각 성분들과의 용해도(solubility) 차이에 따라 스웰링(swelling)되거나 또는 스웰링 되지 않은 상태로 상기 고분자 전해질에 포함될 수 있다.The SIL may be swelled or not included in the polymer electrolyte according to a difference in solubility with each component included in the polymer electrolyte.
예컨대, 상기 SIL은 상기 고분자 전해질에 포함된 보강제, 즉, 스티렌에는 스웰링되지 않은 형태로 포함되고, 스티렌 이외에 다른 성분, 즉, 비PEO계 고분자와 포스페이트계 가교제에 대해서는 스웰링된 형태로 포함될 수 있다.For example, the SIL is included in the non-swelled form of the reinforcing agent included in the polymer electrolyte, that is, styrene, and other components other than styrene, that is, may be included in a swelled form for the non-PEO-based polymer and the phosphate-based crosslinking agent. have.
상기 SIL은 리튬염과 글라임계 물질 또는 아미드계 물질을 포함하는 것일 수 있다.The SIL may include a lithium salt and a glyme-based material or an amide-based material.
상기 SIL이 리튬염과 글라임계 물질을 함유할 경우, 리튬염과 글라임계 물질의 몰비는 1 : 0.1 내지 3, 바람직하게는 1: 0.1 내지 2, 보다 바람직하게는 1: 0.5 내지 1.5 일 수 있다. 상기 리튬염에 대한 글라임계 물질의 몰비가 상기 범위 미만이거나, 초과이면 SIL을 형성할 수 없다.When the SIL contains a lithium salt and a glyme-based material, the molar ratio of the lithium salt and the glyme-based material may be 1: 0.1 to 3, preferably 1: 0.1 to 2, and more preferably 1: 0.5 to 1.5. . If the molar ratio of the glyme-based material to the lithium salt is less than or equal to the above range, SIL cannot be formed.
상기 글라임계 물질은 모노글라임, 디글라임, 트리글라임 및 테트라글라임으로 구성된 군에서 선택된 1종 이상일 수 있다. 상기 글라임계 물질은 산소를 함유하여 리튬염을 배위한다.The glyme-based material may be at least one selected from the group consisting of monoglyme, diglyme, triglyme, and tetraglyme. The glyme-based material contains oxygen to coordinate the lithium salt.
상기 SIL이 리튬염과 아미드계 물질을 함유할 경우, 리튬염과 아미드계 물질의 몰비는 1 : 1 내지 6, 바람직하게는 1 : 2 내지 6, 보다 바람직하게는 1: 3 내지 5 일 수 있다. 상기 리튬염에 대한 아미드계 물질의 몰비가 상기 범위 미만이거나, 초과이면 SIL 을 형성할 수 없다.When the SIL contains a lithium salt and an amide-based material, the molar ratio of the lithium salt and the amide-based material may be 1: 1 to 6, preferably 1: 2 to 6, and more preferably 1: 3 to 5 . If the molar ratio of the amide-based material to the lithium salt is less than or equal to the above range, SIL cannot be formed.
상기 리튬염은 LiSCN, LiN(CN)2, LiClO4, LiBF4, LiAsF6, LiPF6, LiCF3SO3, LiN(SO2F)2, Li(CF3SO2)3C, LiN(SO2CF3)2[LiTFSI], LiN(SO2CF2CF3)2, LiSbF6및 LiPF3(CF2CF3)3, LiPF3(C2F5)3, LiPF3(CF3)3, 및 LiB(C2O4)2 로 구성된 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있다. 바람직하게는 상기 리튬염은 LiN(SO2F)2 또는 LiN(SO2CF3)2[LiTFSI] 일 수 있으며, 이 경우 고분자 전해질의 이온 전도도 및 기계적 물성 향상에 더욱 유리할 수 있다. The lithium salt is LiSCN, LiN(CN) 2 , LiClO 4 , LiBF 4 , LiAsF 6 , LiPF 6 , LiCF 3 SO 3 , LiN(SO 2 F) 2 , Li(CF 3 SO 2 ) 3 C, LiN(SO 2 CF 3 ) 2 [LiTFSI], LiN(SO 2 CF 2 CF 3 ) 2 , LiSbF 6 and LiPF 3 (CF 2 CF 3 ) 3 , LiPF 3 (C 2 F 5 ) 3 , LiPF 3 (CF 3 ) 3 , And LiB(C 2 O 4 ) 2 . Preferably, the lithium salt is LiN(SO 2 F) 2 Or LiN(SO 2 CF 3 ) 2 [LiTFSI] It may be, in this case it may be more advantageous to improve the ionic conductivity and mechanical properties of the polymer electrolyte.
상기 아미드계 물질은 N-메틸아세트아미드(N-methylacetamide, NMAC), 아세트아미드, N-메틸프로피온아미드, N-에틸아세트아미드, 프로피온아미드, 포름아미드, N-메틸포름아미드, N-에틸포름아미드, N,N-디메틸포름아미드, N,N-디에틸포름아미드, N,N-디메틸아세트아미드, 및 N,N-디에틸아세트아미드로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있으며, 바람직하게는 N-메틸아세트아미드(NMAC)일 수 있다.The amide-based material is N-methylacetamide (NMAC), acetamide, N-methylpropionamide, N-ethylacetamide, propionamide, formamide, N-methylformamide, N-ethylformamide , N,N-dimethylformamide, N,N-diethylformamide, N,N-dimethylacetamide, and N,N-diethylacetamide. -Methylacetamide (NMAC).
본 발명에 따른 고분자 전해질은 비PEO계 가교형 고분자 전해질로서, 구체적으로는 본 발명에 따른 고분자 전해질은 네트워크 형태의 고분자 전해질막일 수 있다. The polymer electrolyte according to the present invention is a non-PEO-based crosslinked polymer electrolyte. Specifically, the polymer electrolyte according to the present invention may be a network-type polymer electrolyte membrane.
고분자 전해질의 제조방법Manufacturing method of polymer electrolyte
본 발명은 또한, 종래 액체 전해질 대비 동등 수준 이상의 이온 전도도를 나타내면서 탄성이 개선된 고분자 전해질의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention also relates to a method for preparing a polymer electrolyte having improved elasticity while exhibiting ionic conductivity equal to or higher than a conventional liquid electrolyte.
본 발명에 따른 고분자 전해질의 제조 방법은, (S1) 비PEO계 고분자; 보강제; 포스페이트계 가교제; 및 솔베이트 이온성 액체;의 혼합 용액에 개시제를 첨가하여 혼합물을 형성하는 단계; (S2) 상기 (S1) 단계에서 형성된 혼합물로부터 산소를 제거하는 단계; 및 (S3) 상기 (S2) 단계에서 산소가 제거된 혼합물을 기재 상에 도포하여 경화시키는 단계;를 포함할 수 있다.Method for producing a polymer electrolyte according to the present invention, (S1) non-PEO-based polymer; Adjuvant; Phosphate-based crosslinking agents; And a solvent ionic liquid; adding an initiator to the mixed solution to form a mixture; (S2) removing oxygen from the mixture formed in step (S1); And (S3) applying the mixture from which the oxygen is removed in the step (S2) to the substrate to cure it.
이하, 본 발명에 따른 고분자 전해질의 제조방법을 각 단계별로 보다 상세히 설명한다.Hereinafter, a method of manufacturing a polymer electrolyte according to the present invention will be described in more detail for each step.
(S1) 단계(S1) step
(S1) 단계에서는, 비PEO계 고분자; 보강제; 및 포스페이트계 가교제;를 솔베이트 이온성 액체에 용해시켜 얻은 혼합 용액에 개시제를 첨가하여 혼합물을 형성할 수 있다. In the step (S1), a non-PEO-based polymer; Adjuvant; And a phosphate-based crosslinking agent; an initiator may be added to the mixed solution obtained by dissolving the sorbent in a ionic liquid to form a mixture.
상기 비PEO계 고분자, 보강제, 포스페이트계 가교제 및 용매의 종류 및 함량은 앞서 설명한 바와 같다. The type and content of the non-PEO-based polymer, reinforcing agent, phosphate-based crosslinking agent, and solvent are as described above.
상기 개시제는 단량체들의 중합을 개시하여 랜덤 공중합체 형태의 고분자 전해질이 형성되도록 중합 반응이 개시될 수 있도록 할 수 있다.The initiator may initiate polymerization of the monomers so that a polymerization reaction can be initiated so that a polymer electrolyte in the form of a random copolymer is formed.
상기 개시제는 광개시제 또는 열개시제일 수 있으며, 페닐비스(2,4,6-트리메틸벤조일)포스핀 옥사이드[Phenylbis(2,4,6-trimethylbenzoyl)phosphine oxide], 아조비스(이소부티로니트릴) [AIBN (Azobis(isobutyronitrile)], 벤조일 퍼옥사이드 (Benzoyl peroxide), 아세틸 퍼옥사이드 (Acetyl peroxide), 디라우릴 퍼옥사이드 (Dilauryl peroxide), 디-t-부틸 퍼옥사이드 (Di-tert-butylperoxide), t-부틸 퍼옥시-2-에틸-헥사노에이트 (t-butyl peroxy-2-ethyl-hexanoate), 큐밀 하이드로퍼옥사이드 (Cumyl hydroperoxide), 과산화수소 (Hydrogen peroxide), 2,2-아조비스(2-시아노부탄) [2,2-Azobis(2-cyanobutane)], 2,2-아조비스(메틸부티로니트릴) [2,2-Azobis(Methylbutyronitrile)] 및 아조비스디메틸 발레로니트릴 [AMVN (Azobisdimethyl-Valeronitrile)]로 구성된 군에서 선택된 1종 이상일 수 있으며, 바람직하게는 광개시제인 페닐비스(2,4,6-트리메틸벤조일)포스핀 옥사이드[Phenylbis(2,4,6-trimethylbenzoyl)phosphine oxide]일 수 있다.The initiator may be a photoinitiator or a thermal initiator, phenylbis(2,4,6-trimethylbenzoyl)phosphine oxide [Phenylbis(2,4,6-trimethylbenzoyl)phosphine oxide], azobis(isobutyronitrile) [ AIBN (Azobis (isobutyronitrile)), Benzoyl peroxide, Acetyl peroxide, Dilauryl peroxide, Di-tert-butylperoxide, t- Butyl peroxy-2-ethyl-hexanoate, Cumyl hydroperoxide, Hydrogen peroxide, 2,2-azobis (2-cyano Butane) [2,2-Azobis(2-cyanobutane)], 2,2-azobis(methylbutyronitrile) [2,2-Azobis(Methylbutyronitrile)] and azobisdimethyl valeronitrile [AMVN (Azobisdimethyl-Valeronitrile )], a phenylbis(2,4,6-trimethylbenzoyl)phosphine oxide, which is preferably a photoinitiator. .
상기 개시제는 상기 혼합물 전체 중량을 기준으로 0 중량% 초과, 2 중량% 미만, 바람직하게는 0.3 내지 1.8 중량%, 보다 바람직하게는 0.5 내지 1.5 중량% 일 수 있다. 상기 범위 미만이면 랜덤 공중합체 형태의 고분자 전해질을 형성하기 위한 중합 반응이 개시되지 않을 수 있고, 상기 범위 초과이더라도 중합 반응이 더욱 원활하게 개시되는 것은 아니므로 상기 범위 초과에 따른 이익이 없다.The initiator may be greater than 0% by weight, less than 2% by weight, preferably 0.3 to 1.8% by weight, more preferably 0.5 to 1.5% by weight, based on the total weight of the mixture. If it is less than the above range, the polymerization reaction for forming the polymer electrolyte in the form of a random copolymer may not be initiated, and even if it is above the above range, the polymerization reaction is not initiated more smoothly, so there is no benefit of exceeding the above range.
(S2) 단계(S2) step
(S2) 단계에서는, 상기 (S1) 단계에서 얻은 혼합물로부터 산소를 제거할 수 있다. 상기 산소는 중합 반응에 필요한 라디칼을 없애는 역할을 하므로, 상기 혼합액으로부터 산소를 제거하는 것을 바람직하다. In the step (S2), oxygen may be removed from the mixture obtained in the step (S1). Since the oxygen serves to remove radicals necessary for the polymerization reaction, it is preferable to remove oxygen from the mixed solution.
상기 산소를 제거하는 방법은 버블링(bubbling) 또는 프리즈-펌프-토(Freeze-pump-thaw) 방법일 수 있으며, 바람직하게는 질소 버블링에 의해 산소를 제거할 수 있다.The method of removing the oxygen may be a bubbling method or a freeze-pump-thaw method, and oxygen may be removed by bubbling nitrogen.
(S3) 단계(S3) step
(S3) 단계에서는, 상기 (S2) 단계에서 산소가 제거된 혼합물을 기재 상에 도포하여 경화시킬 수 있다.In the step (S3), the mixture from which oxygen is removed in the step (S2) may be applied to the substrate to cure.
상기 산소가 제거된 혼합물을 기재 상에 도포하는 방법으로는 스프레이법, 스크린 프린팅, 닥터블레이드법 및 슬롯다이법으로 구성된 군에서 선택될 수 있으나, 당업계에서 사용될 수 있는, 기재 상에 용액을 도포하는 방법이라면 이에 제한되는 것은 아니다.The method for applying the oxygen-depleted mixture on a substrate may be selected from the group consisting of a spray method, a screen printing method, a doctor blade method, and a slot die method, but can be used in the art, applying a solution on a substrate The method is not limited to this.
상기 도포 후 상기 기재 상에 형성된 고분자 전해질, 구체적으로는 고분자 전해질막을 박리할 수 있다.After the coating, the polymer electrolyte formed on the substrate, specifically, the polymer electrolyte membrane may be peeled off.
상기 기재 상에 형성된 고분자 전해질을 상기 기재는 바람직하게는 이형 필름일 수 있다.The polymer electrolyte formed on the substrate may be preferably a release film.
상기 이형 필름은 당업계에서 사용되는 이형 필름이라면 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리부티렌테레프탈레이드, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리부티렌나프탈레이트 등의 폴리에스터 수지; 폴리이미드 수지; 아크릴 수지; 폴리스티렌 및 아크릴로니트릴-스티렌 등의 스티렌계 수지; 폴리카보네이트 수지; 폴리락틱에시드 수지; 폴리우레탄 수지; 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌 공중합체와 같은 폴리올레핀 수지; 폴리비닐클로라이드, 폴리비닐리덴클로라이드 등의 비닐 수지; 폴리아미드 수지; 설폰계 수지; 폴리에테르-에테르케톤계 수지; 알릴레이트계 수지; 또는 상기 수지들의 혼합물로 형성된 이형필름이 사용될 수 있다.The release film is not particularly limited as long as it is a release film used in the art. For example, polyester resins such as polyethylene terephthalate, polybutyrene terephthalide, polyethylene naphthalate, and polybutyrene naphthalate; Polyimide resin; Acrylic resin; Styrene resins such as polystyrene and acrylonitrile-styrene; Polycarbonate resin; Polylactic acid resin; Polyurethane resins; Polyolefin resins such as polyethylene, polypropylene, and ethylene-propylene copolymers; Vinyl resins such as polyvinyl chloride and polyvinylidene chloride; Polyamide resins; Sulfone resins; Polyether-etherketone-based resins; Allylate-based resins; Alternatively, a release film formed of a mixture of the resins may be used.
상기 경화는 열경화 또는 광경화일 수 있다. 상기 열경화는 50 내지 80℃, 바람직하게는 55 내지 75℃, 보다 바람직하게는 60 내지 70℃의 온도로 가열하여 경화시키는 것일 수 있다. 상기 열경화 온도가 상기 범위 미만이면 원하는 만큼 경화가 이루어지지 않아 고분자 전해질을 얻을 수 없고, 상기 범위 초과이면 고분자 전해질 자체의 물성이 변성될 수 있다. 상기 광경화는 UV 경화일 수 있다.The curing may be thermosetting or photocuring. The thermal curing may be to be cured by heating to a temperature of 50 to 80 ℃, preferably 55 to 75 ℃, more preferably 60 to 70 ℃. If the heat curing temperature is less than the above range, curing may not be achieved as desired, so that a polymer electrolyte cannot be obtained. The photocuring may be UV curing.
리튬 이차전지Lithium secondary battery
본 발명은 또한, 전술한 바와 같은 고분자 전해질을 포함하는 리튬 이차전지에 관한 것이다.The present invention also relates to a lithium secondary battery comprising a polymer electrolyte as described above.
본 발명에 따른 리튬 이차전지는 양극, 음극 및 이들 사이에 개재된 전해질을 포함하며, 이때 상기 전해질로서 전술한 바와 같은 고분자 전해질을 사용할 수 있다.The lithium secondary battery according to the present invention includes an anode, a cathode, and an electrolyte interposed therebetween, and at this time, a polymer electrolyte as described above may be used as the electrolyte.
상기 고분자 전해질은 전기화학적으로 우수한 전압 안정성 및 양이온 수송률을 모두 만족시키면서도 높은 리튬 이온 전도도를 나타내어, 전지의 전해질로서 바람직하게 사용하여 전지의 성능을 개선할 수 있다.The polymer electrolyte exhibits high lithium ion conductivity while satisfying both electrochemically excellent voltage stability and cation transport rate, and can be preferably used as an electrolyte of the battery to improve the performance of the battery.
더불어, 상기 전해질은 리튬 이온 전도도를 더욱 높이기 위해, 이러한 목적으로 사용되는 물질을 더욱 포함할 수 있다.In addition, the electrolyte may further include a material used for this purpose in order to further increase the lithium ion conductivity.
필요한 경우, 상기 고분자 전해질은 무기 고체 전해질 또는 유기 고체 전해질을 더욱 포함한다. 상기 무기고체 전해질은 세라믹 계열의 재료로, 결정성 또는 비결정성 재질이 사용될 수 있으며, Thio-LISICON(Li3 . 25Ge0 .25P0. 75S4), Li2S-SiS2, LiI-Li2S-SiS2, LiI-Li2S-P2S5, LiI-Li2S-P2O5, LiI-Li3PO4-P2S5, Li2S-P2S5, Li3PS4, Li7P3S11, Li2O-B2O3, Li2O-B2O3-P2O5, Li2O-V2O5-SiO2, Li2O-B2O3, Li3PO4, Li2O-Li2WO4-B2O3, LiPON, LiBON, Li2O-SiO2, LiI, Li3N, Li5La3Ta2O12, Li7La3Zr2O12, Li6BaLa2Ta2O12, Li3PO(4-3/2w)Nw (w는 w<1), Li3 . 6Si0 .6P0. 4O4 등의 무기 고체 전해질이 가능하다.If necessary, the polymer electrolyte further includes an inorganic solid electrolyte or an organic solid electrolyte. The inorganic solid electrolyte is a ceramic-based material, a crystalline or amorphous and crystalline materials can be used, Thio-LISICON (Li 3. 25 Ge 0 .25 P 0. 75 S 4), Li 2 S-SiS 2, LiI -Li 2 S-SiS 2 , LiI-Li 2 SP 2 S 5 , LiI-Li 2 SP 2 O 5 , LiI-Li 3 PO 4 -P 2 S 5 , Li 2 SP 2 S 5 , Li 3 PS 4 , Li 7 P 3 S 11 , Li 2 OB 2 O 3 , Li 2 OB 2 O 3 -P 2 O 5 , Li 2 OV 2 O 5 -SiO 2 , Li 2 OB 2 O 3 , Li 3 PO 4 , Li 2 O-Li 2 WO 4 -B 2 O 3 , LiPON, LiBON, Li 2 O-SiO 2 , LiI, Li 3 N, Li 5 La 3 Ta 2 O12, Li 7 La 3 Zr 2 O 12 , Li 6 BaLa 2 Ta 2 O 12 , Li 3 PO (4-3/2w) Nw (w is w<1), Li 3 . The inorganic solid electrolyte such as a 6 Si 0 .6 P 0. 4 O 4 is possible.
유기 고체 전해질의 예로는 폴리에틸렌 유도체, 폴리에틸렌 옥사이드 유도체, 폴리프로필렌 옥사이드 유도체, 인산 에스테르 폴리머, 폴리 에지테이션 리신(agitation lysine), 폴리 에스테르 설파이드, 폴리비닐 알코올, 폴리 불화 비닐리덴 등의 폴리머 계열의 재료에 리튬염을 혼합한 것을 사용할 수 있다. 이때, 이들은 단독으로 또는 적어도 하나 이상을 조합하여 사용할 수 있다.Examples of organic solid electrolytes include polymer derivatives such as polyethylene derivatives, polyethylene oxide derivatives, polypropylene oxide derivatives, phosphoric acid ester polymers, poly agitation lysine, polyester sulfide, polyvinyl alcohol, and polyvinylidene fluoride. A mixture of lithium salts can be used. At this time, these may be used alone or in combination of at least one or more.
고분자 전해질로의 구체적인 적용 방법은 본 발명에서 특별히 한정하지 않으며, 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 공지된 방법을 선정 또는 선택하여 적용할 수 있다.The specific application method to the polymer electrolyte is not particularly limited in the present invention, and can be applied by selecting or selecting a method known by a person skilled in the art.
고분자 전해질이 전해질로서 적용 가능한 리튬 이차전지는 양극 또는 음극의 제한이 없으며, 특히 고온에서 작동하는 리튬-공기 전지, 리튬 산화물 전지, 리튬-황 전지, 리튬 금속 전지 및 전고체 전지 등에 적용이 가능하다.The lithium secondary battery to which the polymer electrolyte is applicable as an electrolyte is not limited to the positive electrode or the negative electrode, and is particularly applicable to lithium-air batteries, lithium oxide batteries, lithium-sulfur batteries, lithium metal batteries and all-solid-state batteries operating at high temperatures. .
리튬 이차전지의 양극은 리튬 코발트 산화물(LiCoO2), 리튬 니켈 산화물(LiNiO2) 등의 층상 화합물이나 1 또는 그 이상의 전이금속으로 치환된 화합물; 화학식 Li1 + xMn2 - xO4 (0≤x≤0.33), LiMnO3, LiMn2O3, LiMnO2 등의 리튬 망간 산화물; 리튬 구리 산화물(Li2CuO2); LiV3O8, LiFe3O4, V2O5, Cu2V2O7 등의 바나듐 산화물; 화학식 LiNi1 - xMxO2 (M = Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B 또는 Ga; 0.01≤x≤0.3)으로 표현되는 Ni 사이트형 리튬 니켈 산화물; 화학식 LiMn2 - xMxO2(M = Co, Ni, Fe, Cr, Zn 또는 Ta; 0.01≤x≤0.1) 또는 Li2Mn3MO8 (M = Fe, Co, Ni, Cu 또는 Zn 임)으로 표현되는 리튬 망간 복합 산화물; LiNixMn2 - xO4로 표현되는 스피넬 구조의 리튬 망간 복합 산화물; 화학식의 Li 일부가 알칼리토금속 이온으로 치환된 LiMn2O4; 디설파이드 화합물; Fe2(MoO4)3, Cu2Mo6S8, FeS, CoS 및 MiS 등의 칼코겐화물, 스칸듐, 루테늄, 티타늄, 바나듐, 몰리브덴, 크롬, 망간, 철, 코발트, 니켈, 구리, 아연 등의 산화물, 황화물 또는 할로겐화물이 사용될 수 있으며, 보다 구체적으로는, TiS2, ZrS2, RuO2, Co3O4, Mo6S8, V2O5 등이 사용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The positive electrode of the lithium secondary battery may be a layered compound such as lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ) or lithium nickel oxide (LiNiO 2 ) or a compound substituted with one or more transition metals; Lithium manganese oxides such as the formula Li 1 + x Mn 2 - x O 4 (0≤x≤0.33), LiMnO 3 , LiMn 2 O 3 , LiMnO 2 ; Lithium copper oxide (Li 2 CuO 2 ); Vanadium oxides such as LiV 3 O 8 , LiFe 3 O 4 , V 2 O 5 and Cu 2 V 2 O 7 ; Ni-site lithium nickel oxide represented by the formula LiNi 1 - x M x O 2 (M = Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B or Ga; 0.01≤x≤0.3); Formula LiMn 2 - x M x O 2 (M = Co, Ni, Fe, Cr, Zn or Ta; 0.01≤x≤0.1) or Li 2 Mn 3 MO 8 (M = Fe, Co, Ni, Cu or Zn Lithium manganese composite oxide represented by); A spinel-structure lithium manganese composite oxide represented by LiNi x Mn 2 - x O 4 ; LiMn 2 O 4 in which part of Li in the formula is substituted with alkaline earth metal ions; Disulfide compounds; Chalcogenides such as Fe 2 (MoO 4 ) 3 , Cu 2 Mo 6 S 8 , FeS, CoS and MiS, scandium, ruthenium, titanium, vanadium, molybdenum, chromium, manganese, iron, cobalt, nickel, copper, zinc, etc. Oxide, sulfide or halide of may be used, and more specifically, TiS 2 , ZrS 2 , RuO 2 , Co 3 O 4 , Mo 6 S 8 , V 2 O 5, etc. may be used, but is not limited thereto. no.
이러한 양극 활물질은 양극 집전체 상에 형성될 수 있다. 상기 양극 집전체는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 높은 도전성을 가지는 것이라면 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 또는 알루미늄이나 스테인리스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면 처리한 것 등이 사용될 수 있다. 이때, 상기 양극 집전체는 양극 활물질과의 접착력을 높일 수도 있도록, 표면에 미세한 요철이 형성된 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태를 사용할 수 있다.The positive electrode active material may be formed on the positive electrode current collector. The positive electrode current collector is not particularly limited as long as it has high conductivity without causing a chemical change in the battery. For example, stainless steel, aluminum, nickel, titanium, calcined carbon, or carbon on the surface of aluminum or stainless steel, Surface treatment with nickel, titanium, silver, or the like can be used. At this time, the positive electrode current collector may be used in various forms, such as films, sheets, foils, nets, porous bodies, foams, and non-woven fabrics, on which fine irregularities are formed on the surface, so as to increase adhesion with the positive electrode active material.
또한, 음극은 음극 집전체 상에 음극 활물질을 갖는 음극 합제층이 형성되거나, 음극 합제층(일예로, 리튬 호일)을 단독으로 사용한다. In addition, a negative electrode mixture layer having a negative electrode active material is formed on the negative electrode current collector, or a negative electrode mixture layer (for example, lithium foil) is used alone.
이때 음극 집전체나 음극 합제층의 종류는 본 발명에서 특별히 한정하지 않으며, 공지의 재질이 사용 가능하다.At this time, the type of the negative electrode current collector or the negative electrode mixture layer is not particularly limited in the present invention, and a known material can be used.
또한, 음극 집전체는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면 구리, 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 구리나 스테인리스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면 처리한 것, 알루미늄-카드뮴 합금 등이 사용될 수 있다. 또한, 상기 음극 집전체는 양극 집전체와 마찬가지로, 표면에 미세한 요철이 형성된 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태가 사용될 수 있다.In addition, the negative electrode current collector is not particularly limited as long as it has conductivity without causing chemical changes in the battery, for example, copper, stainless steel, aluminum, nickel, titanium, fired carbon, carbon on the surface of copper or stainless steel. , Surface treatment with nickel, titanium, silver, etc., aluminum-cadmium alloy, and the like can be used. In addition, the cathode current collector, like the anode current collector, various forms such as a film, sheet, foil, net, porous body, foam, and non-woven fabric with fine irregularities on the surface may be used.
또한, 음극 활물질은 결정질 인조 흑연, 결정질 천연 흑연, 비정질 하드카본, 저결정질 소프트카본, 카본 블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 수퍼-P, 그래핀(graphene), 섬유상 탄소로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 탄소계 물질, Si계 물질, LixFe2O3(0≤x≤1), LixWO2(0≤x≤1), SnxMe1 - xMe'yOz (Me: Mn, Fe, Pb, Ge; Me': Al, B, P, Si, 주기율표의 1족, 2족, 3족 원소, 할로겐; 0<x≤1; 1≤≤y≤3; 1≤z≤8) 등의 금속 복합 산화물; 리튬 금속; 리튬 합금; 규소계 합금; 주석계 합금; SnO, SnO2, PbO, PbO2, Pb2O3, Pb3O4, Sb2O3, Sb2O4, Sb2O5, GeO, GeO2, Bi2O3, Bi2O4, Bi2O5 등의 금속 산화물; 폴리아세틸렌 등의 도전성 고분자; Li-Co-Ni 계 재료; 티타늄 산화물; 리튬 티타늄 산화물 등을 포함할 수 있지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다.In addition, the negative electrode active material is one selected from the group consisting of crystalline artificial graphite, crystalline natural graphite, amorphous hard carbon, low crystalline soft carbon, carbon black, acetylene black, Ketjen black, super-P, graphene, and fibrous carbon. Carbon-based material, Si-based material, LixFe 2 O 3 (0≤x≤1), Li x WO 2 (0≤x≤1), Sn x Me 1 - x Me' y O z (Me: Mn, Fe , Pb, Ge; Me': Al, B, P, Si, Group 1, Group 2, Group 3 elements of the periodic table, halogen; 0<x≤1;1≤≤y≤3; 1≤z≤8), etc. Metal composite oxide; Lithium metal; Lithium alloys; Silicon-based alloys; Tin-based alloys; SnO, SnO 2 , PbO, PbO 2 , Pb 2 O 3 , Pb 3 O 4 , Sb 2 O 3 , Sb 2 O 4 , Sb 2 O 5 , GeO, GeO 2 , Bi 2 O 3 , Bi 2 O 4 , Metal oxides such as Bi 2 O 5 ; Conductive polymers such as polyacetylene; Li-Co-Ni based materials; Titanium oxide; Lithium titanium oxide, and the like, but are not limited to these.
여기에 더하여, 음극 활물질은 SnxMe1 - xMe'yOz (Me: Mn, Fe, Pb, Ge; Me': Al, B, P, Si, 주기율표의 1족, 2족, 3족 원소, 할로겐; 0<x≤1; 1≤y≤3; 1≤z≤8) 등의 금속 복합 산화물; SnO, SnO2, PbO, PbO2, Pb2O3, Pb3O4, Sb2O3, Sb2O4, Sb2O5, GeO, GeO22, Bi2O3, Bi2O4 및 Bi2O5 등의 산화물 등을 사용할 수 있고, 결정질 탄소, 비정질 탄소 또는 탄소 복합체와 같은 탄소계 음극 활물질이 단독으로 또는 2종 이상이 혼용되어 사용될 수 있다.In addition, the negative electrode active material is SnxMe 1 - x Me' y O z (Me: Mn, Fe, Pb, Ge; Me': Al, B, P, Si, Group 1, Group 2, Group 3 elements of the periodic table, Halogen; metal composite oxides such as 0<x≤1;1≤y≤3;1≤z≤8); SnO, SnO 2 , PbO, PbO 2 , Pb 2 O 3 , Pb 3 O 4 , Sb 2 O 3 , Sb 2 O 4 , Sb 2 O 5 , GeO, GeO2 2 , Bi 2 O 3 , Bi 2 O 4 and An oxide such as Bi 2 O 5 may be used, and a carbon-based negative active material such as crystalline carbon, amorphous carbon, or carbon composite may be used alone or in combination of two or more.
이때, 상기 전극 합제층은 바인더 수지, 도전재, 충진제 및 기타 첨가제 등을 추가로 포함할 수 있다.At this time, the electrode mixture layer may further include a binder resin, a conductive material, a filler, and other additives.
상기 바인더 수지는 전극 활물질과 도전재의 결합과 집전체에 대한 결합을 위해 사용한다. 이러한 바인더 수지의 예로는, 폴리비닐리덴플로라이드(PVDF), 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로우즈(CMC), 전분, 하이드록시프로필셀룰로우즈, 재생 셀룰로우즈, 폴리비닐피롤리돈, 테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌-디엔 폴리머(EPDM), 술폰화-EPDM, 스티렌-부타디엔 고무, 불소 고무, 이들의 다양한 공중합체 등을 들 수 있다.The binder resin is used for bonding the electrode active material and the conductive material and bonding to the current collector. Examples of such a binder resin include polyvinylidene fluoride (PVDF), polyvinyl alcohol, carboxymethyl cellulose (CMC), starch, hydroxypropyl cellulose, regenerated cellulose, polyvinylpyrrolidone, tetra And fluoroethylene, polyethylene, polypropylene, ethylene-propylene-diene polymer (EPDM), sulfonated-EPDM, styrene-butadiene rubber, fluorine rubber, and various copolymers thereof.
상기 도전재는 전극 활물질의 도전성을 더욱 향상시키기 위해 사용한다. 이러한 도전재는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 천연 흑연이나 인조 흑연 등의 흑연; 카본블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 퍼니스 블랙, 램프 블랙, 서머 블랙 등의 카본블랙; 탄소 섬유나 금속 섬유 등의 도전성 섬유; 불화 카본, 알루미늄, 니켈 분말 등의 금속 분말; 산화아연, 티탄산 칼륨 등의 도전성 휘스커; 산화티탄 등의 도전성 금속 산화물; 폴리페닐렌 유도체 등이 사용될 수 있다.The conductive material is used to further improve the conductivity of the electrode active material. The conductive material is not particularly limited as long as it has conductivity without causing a chemical change in the battery. For example, graphite such as natural graphite or artificial graphite; Carbon blacks such as carbon black, acetylene black, ketjen black, channel black, furnace black, lamp black, and summer black; Conductive fibers such as carbon fibers and metal fibers; Metal powders such as carbon fluoride powder, aluminum powder, and nickel powder; Conductive whiskers such as zinc oxide and potassium titanate; Conductive metal oxides such as titanium oxide; Polyphenylene derivatives and the like can be used.
상기 충진제는 전극의 팽창을 억제하는 성분으로서 선택적으로 사용되며, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 섬유상 재료라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 올리핀계 중합체; 유리섬유, 탄소섬유 등의 섬유상 물질이 사용된다.The filler is selectively used as a component that suppresses the expansion of the electrode, and is not particularly limited as long as it is a fibrous material without causing a chemical change in the battery. For example, olefinic polymers such as polyethylene and polypropylene; Fibrous materials such as glass fibers and carbon fibers are used.
전술한 바의 리튬 이차전지의 형태는 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어 젤리-롤형, 스택형, 스택-폴딩형(스택-Z-폴딩형 포함), 또는 라미네이션-스택 형일 수 있으며, 바람직하기로 스택-폴딩형일 수 있다.The shape of the lithium secondary battery as described above is not particularly limited, and may be, for example, a jelly-roll type, a stack type, a stack-folding type (including a stack-Z-folding type), or a lamination-stack type, preferably It may be a stack-folding type.
이러한 상기 음극, 고분자 전해질 및 양극이 순차적으로 적층된 전극 조립체를 제조한 후, 이를 전지 케이스에 넣은 다음, 캡 플레이트 및 가스켓으로 밀봉하여 조립하여 리튬 이차전지를 제조한다.After manufacturing the electrode assembly in which the negative electrode, the polymer electrolyte, and the positive electrode are sequentially stacked, they are placed in a battery case, and then sealed by a cap plate and a gasket to assemble to produce a lithium secondary battery.
이때 리튬 이차전지는 사용하는 양극/음극 재질에 따라 리튬-황 전지, 리튬-공기 전지, 리튬-산화물 전지, 리튬 전고체 전지 등 다양한 전지로 분류가 가능하고, 형태에 따라 원통형, 각형, 코인형, 파우치형 등으로 분류될 수 있으며, 사이즈에 따라 벌크 타입과 박막 타입으로 나눌 수 있다. 이들 전지의 구조와 제조 방법은 이 분야에 널리 알려져 있으므로 상세한 설명은 생략한다.At this time, the lithium secondary battery can be classified into various batteries such as lithium-sulfur batteries, lithium-air batteries, lithium-oxide batteries, and lithium solid-state batteries according to the anode/cathode materials used. Cylindrical, square, and coin types depending on the shape , It can be classified as a pouch type, and can be divided into a bulk type and a thin film type according to the size. The structure and manufacturing method of these batteries are well known in the art, so detailed descriptions thereof are omitted.
본 발명에 따른 리튬 이차전지는 고용량 및 높은 레이트 특성 등이 요구되는 디바이스의 전원으로 사용될 수 있다. 상기 디바이스의 구체적인 예로는 전지적 모터에 의해 동력을 받아 움직이는 파워 툴(power tool); 전기자동차 (Electric Vehicle, EV), 하이브리드 전기자동차(Hybrid Electric Vehicle, HEV), 플러그-인 하이브리드 전기 자동차(Plug-in Hybrid Electric Vehicle, PHEV) 등을 포함하는 전기차; 전기 자전거(E-bike), 전기스쿠터(Escooter)를 포함하는 전기 이륜차; 전기 골프 카트(electric golf cart); 전력저장용 시스템 등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The lithium secondary battery according to the present invention can be used as a power source for devices requiring high capacity and high rate characteristics. As a specific example of the device, a power tool that is driven by an electric motor and moves; Electric vehicles including electric vehicles (EVs), hybrid electric vehicles (HEVs), and plug-in hybrid electric vehicles (PHEVs); An electric two-wheeled vehicle including an electric bicycle (E-bike) and an electric scooter (Escooter); Electric golf carts; And a power storage system, but is not limited thereto.
이하 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변경 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연한 것이다.Hereinafter, preferred examples are provided to help understanding of the present invention, but the following examples are merely illustrative of the present invention, and it is apparent to those skilled in the art that various changes and modifications are possible within the scope and technical thought scope of the present invention. It is natural that changes and modifications fall within the scope of the appended claims.
하기 실시예 및 비교예에서는 하기 표 1에 기재된 바와 같은 조성에 따라 고분자 전해질을 제조하였다. In the following Examples and Comparative Examples, a polymer electrolyte was prepared according to the composition as shown in Table 1 below.
중량%)(unit:
weight%)
SIL주4) menstruum
SIL Note 4)
(PEGDA주6))20
(PEGDA Note 6) )
주2) styrene (Sigma-Aldrich)
주3) 비스[2-(메타크릴로일옥시)에틸]포스페이트 (bis[2-(methacryloyloxy)ethyl] phosphate, Sigma-Aldrich)
주4) SIL: 하기 제조예 1에 따라, NMAC(N-methylacetamide, Sigma-Aldrich)과 LiTFSI(3M, Sigma-Aldrich)를 혼합하여 제조됨.
주5) PEGMEA (poly(ethylene glycol) methyl ether acrylate, Sigma-Aldrich, Mn: 480)
주6) PEGDA poly(ethylene glycol) diacrylate (PEGDA, Sigma-Aldrich, Mn: 575)Note 1) EEEA (Sigma-Aldrich)
Note 2) Styrene (Sigma-Aldrich)
Note 3) bis[2-(methacryloyloxy)ethyl]phosphate (bis[2-(methacryloyloxy)ethyl]phosphate, Sigma-Aldrich)
Note 4) SIL: According to Preparation Example 1 below, it was prepared by mixing NMAC (N-methylacetamide, Sigma-Aldrich) and LiTFSI (3M, Sigma-Aldrich).
Note 5) PEGMEA (poly(ethylene glycol) methyl ether acrylate, Sigma-Aldrich, Mn: 480)
Note 6) PEGDA poly(ethylene glycol) diacrylate (PEGDA, Sigma-Aldrich, Mn: 575)
제조예Manufacturing example 1: One: 솔베이트Solvate 이온성 액체( Ionic liquid( SILSIL ) 합성) synthesis
아미드계 물질인 NMAC(Triglyme, G3, Sigma-Aldrich)와, 100℃에서 24시간 동안 진공 건조된 리튬염인 LiTFSI(bis(trifluoromethane)sulfonimide lithium salt, Sigma-Aldrich)을 각각 50.46 중량% 및 49.54 중량%의 비율로 혼합하였다. 그 후, 글러브 박스(glove box) 내에서, 상온 하에 4시간 동안 스터링(stirring)하여 하기 화학식 1로 표시되는 SIL(Li[NMAC][TFSI], 1.9M)을 합성하였다.The amide-based materials NMAC (Triglyme, G3, Sigma-Aldrich) and 50.46 wt% and 49.54 wt. %. Then, in a glove box (glove box), SIL (Li [NMAC] [TFSI], 1.9 M) represented by the following Chemical Formula 1 was synthesized by stirring for 4 hours at room temperature.
<화학식 1><Formula 1>
실시예 1 내지 4Examples 1 to 4
(1)원료 혼합(1) Mixing raw materials
상기 표 1에 기재된 조성에 따라, 비PEO계 고분자, 보강제, 포스페이트계 가교제 및 용매가 총 2g이 되도록 20 ml의 reaction vial에서 계측하여 혼합 용액을 준비하였다.According to the composition shown in Table 1, a non-PEO-based polymer, a reinforcing agent, a phosphate-based crosslinking agent, and a solvent were prepared in a reaction vial of 20 ml so that a total of 2 g was prepared to prepare a mixed solution.
그 후, 광개시제인 Irgacure-819 (Sigma-Aldrich)를 상기 혼합 용액에 투입하고 완전히 용해될 수 있도록 1분 동안 vortex를 통하여 혼합한 혼합물을 얻었다. 상기 광개시제는 상기 혼합물 전체 중량을 기준으로 1 중량%가 되도록 하였다.Thereafter, Irgacure-819 (Sigma-Aldrich), a photoinitiator, was added to the mixed solution to obtain a mixture mixed through vortex for 1 minute so as to be completely dissolved. The photoinitiator was set to 1% by weight based on the total weight of the mixture.
(2)산소 제거 (2) Oxygen removal
상기 혼합물을 2분 동안 질소 버블링시켜, 상기 혼합 용액으로부터 잔류 산소를 제거하여, 고분자 전해질을 제조하였다.The mixture was nitrogen bubbled for 2 minutes to remove residual oxygen from the mixed solution, thereby preparing a polymer electrolyte.
(3)경화(3) Curing
스포이드를 이용하여, 상기 잔류 산소가 제거된 혼합물을 이형 필름(Polyester 필름 (SKC, SH71S, 100 ㎛)) 상에 도포하고, 광경화 시켰다. Using the eyedropper, the residual oxygen-removed mixture was applied onto a release film (Polyester film (SKC, SH71S, 100 μm)) and photocured.
상기 광경화는 UV black light 챔버 내에 상기 혼합물이 도포된 이형 필름을 위치시키고, 1h 동안 UV 경화시켜 실시하여, 고분자 전해질막을 제조하였다.The photocuring was performed by placing a release film coated with the mixture in a UV black light chamber, and performing UV curing for 1 h to prepare a polymer electrolyte membrane.
비교예 1Comparative Example 1
표 1의 조성에 따라, 실시예 1과 동일한 방식으로 실시하되, 비PEO계 고분자인 EEEA 대신 PEGMA를 사용하고, 가교제로서 PEGDA를 사용하며, 보강제인 styrene을 사용하지 않고 고분자 전해질막을 제조하였다.According to the composition of Table 1, a polymer electrolyte membrane was prepared in the same manner as in Example 1, using PEGMA instead of EEEA, which is a non-PEO-based polymer, PEGDA as a crosslinking agent, and not using styrene, which is a reinforcing agent.
실험예 1Experimental Example 1
실시예 및 비교예에서 제조된 고분자 전해질막에 대하여 하기와 같은 방법으로 이온전도도를 측정항고, Free-standing film 형성여부를 관찰하여, 그 결과를 하기 표 2에 기재하였다.For the polymer electrolyte membranes prepared in Examples and Comparative Examples, ionic conductivity was measured in the following manner, and free-standing film formation was observed, and the results are shown in Table 2 below.
이온전도도는 SUS(Steel Use Stainless)/고분자 전해질/SUS의 형태로 코인셀(coin cell)을 제작한 후, 전위 가변기(potentiostat)를 이용하여 측정하되, 25℃, 1Hz~5MHz의 범위에서 10mV의 전압을 인가하며 이온전도도를 측정하여, 그 결과를 표 2에 기재하였다.The ion conductivity is measured using a potentiostat after producing a coin cell in the form of steel use stainless (SUS)/polymer electrolyte/SUS, but 10mV in the range of 25℃ and 1Hz to 5MHz. Ion conductivity was measured by applying a voltage of, and the results are shown in Table 2.
Free-standing film 형성여부는 육안을 관찰하였으며, 고분자 전해질이 Free-standing film 형태로 형성된 경우는 ○, Free-standing film 형태로 형성되지 않은 경우는 ×로 구분하였다.Whether the free-standing film was formed was observed with the naked eye, and when the polymer electrolyte was formed in the form of a free-standing film, it was classified as ○, and when it was not formed as a free-standing film, it was classified as ×.
상기 표 2를 참조하면, 비PEO계 고분자와 포스페이트계 가교제를 사용하여 제조된 실시예 1 내지 4의 고분자 전해질의 이온 전도도가, 포스페이트계 가교제를 사용하지 않은 비교예 1에 비해 우수한 것을 알 수 있다.Referring to Table 2, it can be seen that the ionic conductivity of the polymer electrolytes of Examples 1 to 4 prepared using a non-PEO-based polymer and a phosphate-based crosslinking agent is superior to Comparative Example 1 without using a phosphate-based crosslinking agent. .
또한, 보강제인 스티렌의 함량이 높거나, 포함하지 않는 실시예 4 및 비교예 1은 고분자 전해질인 Free-standing film 형태로 형성되지 않는 것으로 확인되었다.In addition, it was confirmed that the content of styrene, which is a reinforcing agent, was not high, and Example 4 and Comparative Example 1, which did not contain, were not formed in the form of a free-standing film, which is a polymer electrolyte.
실험예 2Experimental Example 2
실시예 및 비교예에서 제조된 고분자 전해질에 대해서 하기와 같은 방법으로 전압안정성을 측정하였다.For the polymer electrolytes prepared in Examples and Comparative Examples, voltage stability was measured in the following manner.
Li/고분자 전해질/SUS의 형태로 코인셀을 제작한 후, 3 내지 6 V 범위에서, 5 mV/s의 스캔 속도(scan rate)로 전압 안정성을 측정하였다.After manufacturing coin cells in the form of Li/polymer electrolyte/SUS, voltage stability was measured at a scan rate of 5 mV/s in a range of 3 to 6 V.
도 1는 실시예 1,3 및 비교예 1에서 제조된 고분자 전해질을 포함하는 코인셀에 대한 전압안정성을 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.1 is a graph showing the results of measuring the voltage stability of the coin cell containing the polymer electrolyte prepared in Examples 1, 3 and Comparative Example 1.
도 1을 참조하면, 실시예 1, 3에서 제조된 고분자 전해질을 사용할 경우, 비교예 1에서 제조된 고분자 전해질을 사용할 경우에 비해 전압 안정성이 향상되는 것을 알 수 있다.Referring to Figure 1, when using the polymer electrolyte prepared in Examples 1 and 3, it can be seen that the voltage stability is improved compared to the case of using the polymer electrolyte prepared in Comparative Example 1.
실험예 3Experimental Example 3
실시예 및 비교예에서 제조된 고분자 전해질에 대해서 난연성을 평가 실험을 실시하였다.For the polymer electrolytes prepared in Examples and Comparative Examples, flame retardancy evaluation experiments were conducted.
토치를 이용하여, 실시예 1 내지 실시예 3 및 비교예 1의 고분자 전해질에 점화하였다.The polymer electrolytes of Examples 1 to 3 and Comparative Example 1 were ignited using a torch.
도 2는 실시예 1 내지 3의 고분자 전해질에 대한 발화 전 및 연소 후의 사진을 나타낸 것이다.2 shows photographs before and after ignition of the polymer electrolytes of Examples 1 to 3.
도 2를 참조하면, 실시예 1은 발화가 되지 않았고, 실시예 2는 발화 2~3초 후 연소하였으며, 실시예 3은 발화 4~5초 후 연소한 것으로 나타났다. 2, Example 1 was not ignited, Example 2 was burned after 2-3 seconds of ignition, and Example 3 was burned after 4-5 seconds of ignition.
반면, 비교예 1(미도시)은 5초 이상 점화 상태가 유지되어, 실시예 1 내지 3과 같이 난연성 포스페이트계 가교제를 사용하여 제조된 고분자 전해질의 난연 특성이 우수한 것을 확인하였다.On the other hand, in Comparative Example 1 (not shown), the ignition state was maintained for 5 seconds or more, and it was confirmed that the flame retardant properties of the polymer electrolyte prepared using the flame retardant phosphate-based crosslinking agent as in Examples 1 to 3 were excellent.
Claims (12)
상기 비PEO계 고분자는 2-(2-에톡시에톡시)에틸 아크릴레이트[2-(2-ethoxyethoxy)ethyl acrylate, EEEA], 부틸 아크릴레이트(Butyl acrylate), 헥실 아크릴레이트(hexyl acrylate) 및 에틸 헥실 아크릴레이트(ethyl hexyl acrylate)로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인, 고분자 전해질.According to claim 1,
The non-PEO-based polymer is 2-(2-ethoxyethoxy)ethyl acrylate [2-(2-ethoxyethoxy)ethyl acrylate, EEEA], butyl acrylate, hexyl acrylate and ethyl A polymer electrolyte of at least one member selected from the group consisting of hexyl acrylate.
상기 보강제는 스티렌(styrene), 메틸 메타크릴레이트(methyl methacrylate, MMA) 및 메타크릴레이트(methacrylate, MA)로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인, 고분자 전해질.According to claim 1,
The reinforcing agent is at least one selected from the group consisting of styrene, methyl methacrylate (MMA) and methacrylate (MA), a polymer electrolyte.
상기 포스페이트계 가교제는 비스[2-(메타크릴로일옥시)에틸]포스페이트(bis[2-(methacryloyloxy)ethyl] phosphate), 트리페닐포스페이트, 트리크레실포스페이트, 트리(2,6-디메틸페닐)포스페이트 및 트리(2,4,6-트리메틸페닐)포스페이트로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인, 고분자 전해질.According to claim 1,
The phosphate-based crosslinking agent is bis[2-(methacryloyloxy)ethyl]phosphate (bis[2-(methacryloyloxy)ethyl] phosphate), triphenylphosphate, tricresylphosphate, tri(2,6-dimethylphenyl) A polymer electrolyte of at least one member selected from the group consisting of phosphate and tri(2,4,6-trimethylphenyl)phosphate.
상기 솔베이트 이온성 액체는 리튬염과 글라임계 물질 또는 아미드계 물질을 포함하는 것인, 고분자 전해질.According to claim 1,
The solvent ionic liquid is a lithium salt and a polymer electrolyte comprising a glyme-based material or an amide-based material.
상기 솔베이트 이온성 액체에서, 상기 리튬염과 글라임계 물질의 몰비는 1 : 0.1 내지 3이고, 상기 리튬염과 아미드계 물질의 몰비는 1 : 1 내지 6인, 고분자 전해질.The method of claim 5,
In the solvent ionic liquid, the molar ratio of the lithium salt and the glyme-based material is 1: 0.1 to 3, and the molar ratio of the lithium salt and the amide-based material is 1: 1 to 6, a polymer electrolyte.
상기 고분자 전해질은,
상기 비PEO계 고분자 1 내지 30 중량%;
상기 보강제 1 내지 20 중량%;
상기 포스페이트계 가교제 3 내지 10 중량%; 및
상기 솔베이트 이온성 액체 45 내지 75 중량%;
를 포함하는 것인, 고분자 전해질.According to claim 1,
The polymer electrolyte,
1 to 30% by weight of the non-PEO-based polymer;
1 to 20% by weight of the reinforcing agent;
3 to 10% by weight of the phosphate-based crosslinking agent; And
45 to 75% by weight of the solvent ionic liquid;
That is, a polymer electrolyte.
상기 고분자 전해질은 네트워크(network) 형태의 고분자 전해질막인, 고분자 전해질.According to claim 1,
The polymer electrolyte is a polymer electrolyte membrane in the form of a network.
(S2) 상기 (S1) 단계에서 형성된 혼합물로부터 산소를 제거하는 단계; 및
(S3) 상기 (S2) 단계에서 산소가 제거된 혼합물을 기재 상에 도포하여 경화시키는 단계;를 포함하는, 고분자 전해질의 제조방법.(S1) non-PEO polymer; Adjuvant; Phosphate-based crosslinking agents; And a solvent ionic liquid; adding an initiator to the mixed solution to form a mixture;
(S2) removing oxygen from the mixture formed in step (S1); And
(S3) the step of applying a mixture on which the oxygen is removed in the step (S2) is cured by applying on a substrate; containing, a method of producing a polymer electrolyte.
상기 개시제는 상기 혼합물 전체 중량을 기준으로 0.1 내지 2 중량%로 첨가하는 것인, 고분자 전해질의 제조방법.The method of claim 9,
The initiator is to be added in an amount of 0.1 to 2% by weight based on the total weight of the mixture, a method for producing a polymer electrolyte.
상기 (S3) 단계에서 상기 경화는 열경화 또는 광경화인, 고분자 전해질의 제조방법. The method of claim 9,
In the step (S3), the curing is thermosetting or photocuring, a method for producing a polymer electrolyte.
A lithium secondary battery comprising the polymer electrolyte of any one of claims 1 to 8.
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