KR20210000711A - Solid electrolyte and method of fabricating of the same - Google Patents

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Abstract

A solid electrolyte can comprise a compound in which a positive ion including thiazolium and a negative ion including fluorohydrogenate are bonded. The solid electrolyte can have a crystalline phase and have high ionic conductivity.

Description

고체 전해질 및 그 제조 방법{Solid electrolyte and method of fabricating of the same}Solid electrolyte and method of fabricating of the same}

본 출원은 고체 전해질 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 양이온과 음이온이 결합된 화합물을 포함하는 고체 전해질 및 그 제조 방법에 관한 것이다.The present application relates to a solid electrolyte and a method of manufacturing the same, and more particularly, to a solid electrolyte including a compound in which a cation and an anion are combined, and a method of manufacturing the same.

일반적으로 이차 전지는 양극, 음극 및 양극과 음극 사이에 제공되는 전해질로 구성된다. 이러한 이차 전지는 스마트폰과 같은 휴대용 전자장치에 사용되고 있다. 휴대용 전자장치 시장의 경우, 두께가 얇고, 유연한 특성을 갖도록 전자장치가 제조되는 추세이다. 이에 따라, 이차 전지의 경량화 및 소형화가 요구되고 있다. 하지만, 현재 이차 전지의 전해질은 유기 용매에 리튬 또는 나트륨 등의 이온을 포함하는 염이 혼합된 액체계 물질이 주로 사용되고 있다. 이 때, 이차 전지의 사용에 따라, 전해질의 유기 용매가 휘발 또는 누액될 수 있는 문제점이 있고, 온도가 상승함에 따라 스웰링되어 폭발의 위험성도 갖는다. 이에 따라, 액체 전해질 대비 안정성이 향상된 고체 전해질의 필요성이 증대되고 있는 실정이다. 이 때, 일반적인 고체 전해질은 액체 전해질 대비 낮은 이온 전도도를 가져, 이를 보완하기 위해 이온성 물질을 포함하는 고체 전해질에 대한 연구가 진행 중이다.In general, a secondary battery is composed of a positive electrode, a negative electrode, and an electrolyte provided between the positive electrode and the negative electrode. Such secondary batteries are used in portable electronic devices such as smart phones. In the portable electronic device market, electronic devices are being manufactured to have thin and flexible characteristics. Accordingly, reduction in weight and size of the secondary battery is required. However, as an electrolyte for a secondary battery, a liquid-based material in which a salt containing ions such as lithium or sodium is mixed in an organic solvent is mainly used. In this case, according to the use of the secondary battery, there is a problem that the organic solvent of the electrolyte may volatilize or leak, and there is a risk of explosion due to swelling as the temperature increases. Accordingly, there is an increasing need for a solid electrolyte having improved stability compared to a liquid electrolyte. At this time, a general solid electrolyte has a lower ionic conductivity than a liquid electrolyte, and studies on a solid electrolyte including an ionic material are in progress to compensate for this.

예를 들어, 대한민국 공개 특허 공보 10-2014-0046611(출원 번호 10-2012-0111557)에는 비닐기 및 이온성기를 갖는 이온성 액체 단량체, 유기 전해액, 및 말단에 적어도 2개의 이중결합을 갖는 가교제를 포함하되, 상기 이온성기는 양이온과 음이온을 포함하는 이온성 액체 고분자 전해질용 조성물이 제공된다. 이에 따르면, 전해질 누액의 문제를 해결하고 우수한 난연 특성을 갖는 리튬이차전지를 제공할 수 있는 이온성 액체 고분자 전해질용 조성물의 제조 방법이 개시된다.For example, Korean Laid-Open Patent Publication 10-2014-0046611 (application number 10-2012-0111557) includes an ionic liquid monomer having a vinyl group and an ionic group, an organic electrolyte, and a crosslinking agent having at least two double bonds at the ends. However, the ionic group is provided with a composition for an ionic liquid polymer electrolyte comprising a cation and an anion. Accordingly, a method of preparing a composition for an ionic liquid polymer electrolyte capable of solving the problem of electrolyte leakage and providing a lithium secondary battery having excellent flame retardant properties is disclosed.

본 발명이 해결하고자 하는 일 기술적 과제는, 고체 전해질 및 그 제조 방법을 제공하는 데 있다.One technical problem to be solved by the present invention is to provide a solid electrolyte and a method of manufacturing the same.

본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, 양이온과 음이온이 결합되고 결정상을 갖는 화합물을 포함하는 고체 전해질 및 그 제조 방법을 제공하는 데 있다.Another technical problem to be solved by the present invention is to provide a solid electrolyte including a compound in which a cation and an anion are combined and having a crystalline phase, and a method of manufacturing the same.

본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 고이온 전도도를 갖는 고체 전해질 및 그 제조 방법을 제공하는 데 있다.Another technical problem to be solved by the present invention is to provide a solid electrolyte having high ionic conductivity and a method of manufacturing the same.

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 상술된 것에 제한되지 않는다.The technical problem to be solved by the present invention is not limited to the above.

상기 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 출원은, 고체 전해질을 제공한다.In order to solve the above technical problem, the present application provides a solid electrolyte.

일 실시 예에 따르면, 상기 고체 전해질은, 티아졸륨(Thiazolium)을 포함하는 양이온, 및 플루오로하이드로제네이트(Fluorohydrogenate)를 포함하는 음이온이 결합된 화합물을 포함할 수 있다. According to an embodiment, the solid electrolyte may include a compound in which a cation including thiazolium and an anion including fluorohydrogenate are combined.

일 실시 예에 따르면, 상기 화합물은, 상기 티아졸륨의 질소 원소와 결합된 알킬기를 포함하고, 상기 알킬기는, 메틸기(Methyl), 에틸기(Ethyl), 프로필기(Propyl) 또는 부틸기(Butyl) 중에서 어느 하나를 포함할 수 있다. According to an embodiment, the compound includes an alkyl group bonded to the nitrogen element of the thiazolium, and the alkyl group is selected from among methyl, ethyl, propyl, or butyl groups. It can contain either.

일 실시 예에 따르면, 상기 화합물은, 상기 티아졸륨의 질소 원소와 결합된 에틸기를 포함할 수 있다. According to an embodiment, the compound may include an ethyl group bonded to the nitrogen element of the thiazolium.

일 실시 예에 따르면, 상기 고체 전해질은 리튬 염을 더 포함할 수 있다. According to an embodiment, the solid electrolyte may further include a lithium salt.

*상기 기술적 과제를 해결하기 위해 본 출원은 이차 전지를 제공한다. * In order to solve the above technical problem, the present application provides a secondary battery.

일 실시 예에 따르면, 상기 이차 전지는, 양극, 음극, 및 상기 양극과 상기 음극 사이에 위치하며, 상술된 실시 예에 따른 고체 전해질을 포함할 수 있다. According to an embodiment, the secondary battery may include a positive electrode, a negative electrode, and a solid electrolyte according to the above-described embodiments, positioned between the positive electrode and the negative electrode.

상기 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 출원은 고체 전해질의 제조 방법을 제공한다. In order to solve the above technical problem, the present application provides a method of manufacturing a solid electrolyte.

일 실시 예에 따르면, 상기 고체 전해질의 제조 방법은, 티아졸륨 염, 및 플루오로하이드로제네이트 전구체를 포함하는 혼합 용액을 준비하는 단계, 및 상기 혼합 용액을 상온보다 낮은 온도에서 반응시켜, 티아졸륨 및 플루오로하이드로제네이트가 결합된 화합물을 제조하는 단계를 포함할 수 있다. According to an embodiment, the method of preparing the solid electrolyte includes preparing a mixed solution including a thiazolium salt and a fluorohydrogenate precursor, and reacting the mixed solution at a temperature lower than room temperature, And preparing a compound to which fluorohydrogenate is bound.

일 실시 예에 따르면, 상기 혼합 용액을 준비하는 단계는 상기 타아졸륨 염을 제조하는 단계를 포함하되, 상기 티아졸륨 염을 제조하는 단계는, 알킬기 전구체 용액을 준비하는 단계, 상기 알킬기 전구체 용액에 티아졸린(Thiazoline)을 점적하여 양이온 소스 용액을 제조하는 단계, 및 상기 양이온 소스 용액을 반응시켜, 상기 알킬기를 포함하는 티아졸륨 염을 제조하는 단계를 포함하고, 상기 알킬기는 메틸기, 에틸기, 프로필기 또는 부틸기 중에서 어느 하나를 포함할 수 있다. According to an embodiment, preparing the mixed solution includes preparing the tazolium salt, wherein the preparing the thiazolium salt includes preparing an alkyl group precursor solution, and the alkyl group precursor solution Preparing a cation source solution by instilling thiazolin, and reacting the cation source solution to prepare a thiazolium salt containing the alkyl group, wherein the alkyl group is a methyl group, an ethyl group, a propyl group Or it may include any one of the butyl group.

일 실시 예에 따르면, 상기 혼합 용액을 준비하는 단계는 상기 플루오로하이드로제네이트 전구체를 제조하는 단계를 포함하되, 상기 플루오로하이드로제네이트 전구체를 제조하는 단계는, 불산 및 물을 포함하는 용액을 교반하여, 상기 플루오로하이드로제네이트 전구체를 제조하는 단계를 포함할 수 있다. According to an embodiment, preparing the mixed solution includes preparing the fluorohydrogenate precursor, and preparing the fluorohydrogenate precursor includes preparing a solution containing hydrofluoric acid and water By stirring, it may include the step of preparing the fluorohydrogenate precursor.

일 실시 예에 따르면, 상기 고체 전해질을 제조하는 단계는, 리튬플루오로하이드로제네이트를 준비하는 단계, 및 상술된 실시 예에 따른 화합물 및 상기 리튬플루오로하이드로제네이트를 혼합하고, 열처리하여, 리튬 도핑된 고체 전해질을 제조하는 단계를 더 포함할 수 있다.According to an embodiment, the step of preparing the solid electrolyte includes preparing lithium fluorohydrogenate, and mixing and heat treating the compound according to the above-described embodiment and the lithium fluorohydrogenate, It may further include preparing a doped solid electrolyte.

일 실시 예에 따르면, 상기 리튬플루오로하이드로제네이트를 준비하는 단계는, 불산 수용액 내에 리튬 염을 첨가하여 소스 용액을 제조하는 단계, 및 상기 소스 용액을 상온보다 낮은 온도에서 반응시켜, 상기 리튬플루오로하이드로제네이트를 제조하는 단계를 포함할 수 있다. According to an embodiment, the preparing of the lithium fluorohydrogenate includes preparing a source solution by adding a lithium salt in an aqueous hydrofluoric acid solution, and reacting the source solution at a temperature lower than room temperature, It may include the step of preparing a rohydrogenate.

본 발명의 실시 예에 따른, 고체 전해질은 티아졸륨을 포함하는 양이온, 및 플루오로하이드로제네이트를 포함하는 음이온이 결합된 화합물을 포함할 수 있다. 또한, 상기 고체 전해질은 상기 화합물 및 리튬 염을 포함할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the solid electrolyte may include a compound in which a cation including thiazolium and an anion including fluorohydrogenate are combined. In addition, the solid electrolyte may include the compound and a lithium salt.

상기 고체 전해질은 결정상을 갖고, 높은 이온 전도도를 가질 수 있다. The solid electrolyte may have a crystalline phase and have high ionic conductivity.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 고체 전해질의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 2는 본 발명의 실험 예 1-1 내지 실험 예 1-4에 따른 화합물의 이온 전도도를 측정한 그래프이다.
도 3은 본 발명의 실험 예 1-1에 따른 화합물 의 시차 주사 열량법(DSC)에 의한 그래프이다.
도 4는 본 발명의 실험 예 1-1예 따른 화합물의 전기화학적 윈도우(Electrochemical window)를 측정한 그래프이다.
1 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a solid electrolyte according to an embodiment of the present invention.
2 is a graph measuring the ionic conductivity of compounds according to Experimental Examples 1-1 to 1-4 of the present invention.
3 is a graph by differential scanning calorimetry (DSC) of the compound according to Experimental Example 1-1 of the present invention.
4 is a graph measuring the electrochemical window of the compound according to Experimental Example 1-1 of the present invention.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명할 것이다. 그러나 본 발명의 기술적 사상은 여기서 설명되는 실시 예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화 될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시 예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the technical idea of the present invention is not limited to the embodiments described herein and may be embodied in other forms. Rather, the embodiments introduced herein are provided so that the disclosed content may be thorough and complete, and the spirit of the present invention may be sufficiently conveyed to those skilled in the art.

본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한, 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. In the present specification, when a component is referred to as being on another component, it means that it may be formed directly on the other component or that a third component may be interposed between them. In addition, in the drawings, thicknesses of films and regions are exaggerated for effective description of technical content.

또한, 본 명세서의 다양한 실시 예 들에서 제1, 제2, 제3 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 따라서, 어느 한 실시 예에 제 1 구성요소로 언급된 것이 다른 실시 예에서는 제 2 구성요소로 언급될 수도 있다. 여기에 설명되고 예시되는 각 실시 예는 그것의 상보적인 실시 예도 포함한다. 또한, 본 명세서에서 '및/또는'은 전후에 나열한 구성요소들 중 적어도 하나를 포함하는 의미로 사용되었다.In addition, in various embodiments of the present specification, terms such as first, second, and third are used to describe various components, but these components should not be limited by these terms. These terms are only used to distinguish one component from another component. Accordingly, what is referred to as a first component in one embodiment may be referred to as a second component in another embodiment. Each embodiment described and illustrated herein also includes its complementary embodiment. In addition, in the present specification,'and/or' is used to mean including at least one of the elements listed before and after.

명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 또한, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 배제하는 것으로 이해되어서는 안 된다. In the specification, expressions in the singular include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In addition, terms such as "comprise" or "have" are intended to designate the presence of features, numbers, steps, elements, or a combination of the features described in the specification, and one or more other features, numbers, steps, and configurations It is not to be understood as excluding the possibility of the presence or addition of elements or combinations thereof.

또한, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.Further, in the following description of the present invention, when it is determined that a detailed description of a related known function or configuration may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, a detailed description thereof will be omitted.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 고체 전해질의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이다.1 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a solid electrolyte according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 티아졸륨 염 및 플루오로하이드로제네이트 전구체를 포함하는 혼합 용액이 준비될 수 있다(S110).Referring to FIG. 1, a mixed solution including a thiazolium salt and a fluorohydrogenate precursor may be prepared (S110).

일 실시 예에 따르면, 상기 티아졸륨 염은 알킬기 전구체 용액 및 티아졸린을 반응시켜 제조될 수 있다.According to an embodiment, the thiazolium salt may be prepared by reacting an alkyl group precursor solution and thiazolin.

이 경우, 상기 알킬기 전구체 용액은 용매 내에 알킬기 전구체 물질을 첨가한 후, 상온에서 교반하여 제조될 수 있다. 예를 들어, 상기 용매는 아세토니트릴(acetonitrile)일 수 있다. 구체적으로 예를 들어, 상기 알킬기 전구체 물질은 아래의 <화학식 1>로 표시되는 디클로로메탄(dichloromethane), 아래의 <화학식 2>로 표시되는 에틸 클로라이드(ethyl chloride), 아래의 <화학식 3>으로 표시되는 프로필 클로라이드(propyl chloride) 또는 아래의 <화학식 4>로 표시되는 부틸 클로라이드(butyl chloride) 중에서 어느 하나일 수 있다.In this case, the alkyl group precursor solution may be prepared by adding an alkyl group precursor material to a solvent and then stirring at room temperature. For example, the solvent may be acetonitrile. Specifically, for example, the alkyl group precursor material is dichloromethane represented by <Chemical Formula 1> below, ethyl chloride represented by <Chemical Formula 2> below, and represented by <Chemical Formula 3> below. It may be any one of propyl chloride or butyl chloride represented by <Chemical Formula 4> below.

<화학식 1><Formula 1>

Figure pat00001
Figure pat00001

<화학식 2><Formula 2>

Figure pat00002
Figure pat00002

<화학식 3><Formula 3>

Figure pat00003
Figure pat00003

<화학식 4><Formula 4>

Figure pat00004
Figure pat00004

상기 티아졸륨 염은 상술된 바에 따라 제조된 상기 알킬기 전구체 용액 내에 상기 티아졸린을 점적한 후, 반응시켜 제조될 수 있다. 만약, 상술된 바와 달리, 상기 알킬기 전구체 용액 내에 상기 티아졸린을 한번에 다량 첨가하는 경우, 상기 티아졸린과 상기 알킬기 전구체 물질 간의 반응성이 저하되고, 이에 따라, 상기 티아졸륨 염을 제조하는 것이 용이하지 않을 수 있다.The thiazolium salt may be prepared by dropping the thiazolin in the alkyl group precursor solution prepared as described above and then reacting. If, unlike the above, when a large amount of the thiazolin is added to the alkyl group precursor solution at once, the reactivity between the thiazolin and the alkyl group precursor material decreases, and thus, it is not easy to prepare the thiazolium salt. I can.

따라서, 상술된 바와 같이, 상기 알킬기 전구체 용액 내에 상기 티아졸린을 점적하는 경우, 상기 티아졸린과 상기 알킬기 전구체 물질 간의 반응성이 향상될 수 있다. 다시 말하면, 상기 티아졸륨 염의 수득률이 향상될 수 있다. Therefore, as described above, when the thiazoline is dropped into the alkyl group precursor solution, reactivity between the thiazoline and the alkyl group precursor material may be improved. In other words, the yield of the thiazolium salt may be improved.

이 때, 상기 알킬기 전구체 물질의 체인의 길이가 길어질수록, 상기 반응의 시간이 증가될 수 있다. 따라서, 상기 체인의 길이가 길어질수록, 상기 반응의 온도를 상승시키고, 이에 따라 상기 알킬기 전구체 물질 및 상기 티아졸린의 반응성이 향상될 수 있다.In this case, as the length of the chain of the alkyl group precursor material increases, the reaction time may increase. Accordingly, as the length of the chain increases, the temperature of the reaction increases, and accordingly, the reactivity of the alkyl group precursor material and the thiazoline may be improved.

이에 따라, 상기 티아졸륨 염은 상기 티아졸륨의 질소 원자와 결합된 알킬기를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 티아졸륨 염은 메틸기, 에틸기, 프로필기 또는 부틸기 중에서 어느 하나를 포함하는 티아졸륨 클로라이드일 수 있다.Accordingly, the thiazolium salt may include an alkyl group bonded to the nitrogen atom of the thiazolium. For example, the thiazolium salt may be thiazolium chloride containing any one of a methyl group, an ethyl group, a propyl group, or a butyl group.

구체적으로 예를 들어, 상기 알킬기 전구체 용액이 상기 <화학식 1>로 표시되는 디클로로메탄을 포함하는 경우, 상기 디클로로메탄을 포함하는 용액 내에 상기 티아졸린을 점적한 후, 상온에서 반응시켜, 상기 디클로로메탄의 탄소 원소가 상기 티아졸린의 질소 원소와 결합된 상기 티아졸륨 염이 제조될 수 있다. 다시 말하면, 아래의 <화학식 5>로 표시되는 메틸기를 포함하는 상기 티아졸륨 염이 제조될 수 있다. Specifically, for example, when the alkyl group precursor solution contains dichloromethane represented by the <Chemical Formula 1>, after dropping the thiazolin into the solution containing dichloromethane, reacting at room temperature, the dichloromethane The thiazolium salt in which the carbon element of is combined with the nitrogen element of the thiazolin may be prepared. In other words, the thiazolium salt containing a methyl group represented by the following <Chemical Formula 5> may be prepared.

<화학식 5><Formula 5>

Figure pat00005
Figure pat00005

다른 예를 들어, 상기 알킬기 전구체 용액이 상기 <화학식 2>로 표시되는 에틸 클로라이드를 포함하는 경우, 상기 에틸 클로라이드를 포함하는 용액 내에 상기 티아졸린을 점적한 후, 상온보다 높은 온도에서 반응시켜, 상기 에틸 클로라이드가 상기 티아졸린의 1번 위치의 질소 원소와 결합된 상기 티아졸륨 염이 제조될 수 있다. 다시 말하면, 아래의 <화학식 6>으로 표시되는 에틸기를 포함하는 상기 티아졸륨 염이 제조될 수 있다.For another example, when the alkyl group precursor solution contains ethyl chloride represented by the <Chemical Formula 2>, after dropping the thiazolin in the solution containing the ethyl chloride, and reacting at a temperature higher than room temperature, the The thiazolium salt in which ethyl chloride is combined with the nitrogen element at the 1 position of the thiazolin may be prepared. In other words, the thiazolium salt containing an ethyl group represented by the following <Chemical Formula 6> may be prepared.

<화학식 6><Formula 6>

Figure pat00006
Figure pat00006

또 다른 예를 들어, 상기 알킬기 전구체 용액이 상기 <화학식 3>으로 표시되는 프로필 클로라이드를 포함하는 경우, 상기 프로필 클로라이드를 포함하는 용액 내에 상기 티아졸린을 점적한 후, 상온보다 높은 온도에서 반응시켜, 상기 프로필 클로라이드가 상기 티아졸린의 1번 위치의 질소 원소와 결합된 상기 티아졸륨 염이 제조될 수 있다. 다시 말하면, 아래의 <화학식 7>로 표시되는 프로필기를 포함하는 상기 티아졸륨 염이 제조될 수 있다.For another example, when the alkyl group precursor solution contains the propyl chloride represented by the <Chemical Formula 3>, after dropping the thiazolin in the solution containing the propyl chloride, reacting at a temperature higher than room temperature, The thiazolium salt in which the propyl chloride is combined with the nitrogen element at the position 1 of the thiazolin may be prepared. In other words, the thiazolium salt containing a propyl group represented by the following <Chemical Formula 7> may be prepared.

<화학식 7><Formula 7>

Figure pat00007
Figure pat00007

또 다른 예를 들어, 상기 알킬기 전구체 용액이 상기 <화학식 4>로 표시되는 부틸 클로라이드를 포함하는 경우, 상기 부틸 클로라이드를 포함하는 용액 내에 상기 티아졸린을 점적한 후, 상온보다 높은 온도에서 반응시켜, 상기 부틸 클로라이드가 상기 티아졸린의 1번 위치의 질소 원소와 결합된 상기 티아졸륨 염이 제조될 수 있다. 다시 말하면, 아래의 <화학식 8>로 표시되는 부틸기를 포함하는 상기 티아졸륨 염이 제조될 수 있다.For another example, when the alkyl group precursor solution contains butyl chloride represented by the <Chemical Formula 4>, after dropping the thiazoline into the solution containing the butyl chloride, reacting at a temperature higher than room temperature, The thiazolium salt in which the butyl chloride is combined with the nitrogen element at the 1 position of the thiazolin may be prepared. In other words, the thiazolium salt containing a butyl group represented by the following <Chemical Formula 8> may be prepared.

<화학식 8><Formula 8>

Figure pat00008
Figure pat00008

상기 플루오로하이드로제네이트 전구체는 불산 및 물을 포함하는 용액을 교반하여 제조될 수 있다. 구체적으로 예를 들어, 1M 농도의 불산에 여분의 물을 첨가하고 교반하여 상기 플루오로하이드로제네이트 전구체가 제조될 수 있다.The fluorohydrogenate precursor may be prepared by stirring a solution containing hydrofluoric acid and water. Specifically, for example, the fluorohydrogenate precursor may be prepared by adding and stirring excess water to 1M hydrofluoric acid.

상기 혼합 용액을 반응시켜, 티아졸륨 및 플루오로하이드로제네이트가 결합된 화합물이 제조될 수 있다(S120).By reacting the mixed solution, a compound in which thiazolium and fluorohydrogenate are combined may be prepared (S120).

구체적으로 예를 들어, 상기 혼합 용액을 -70℃ 이하의 온도에서 24시간 동안 반응시켜 상기 티아졸륨 및 아래의 <화학식 9>로 표기되는 상기 플루오로하이드로제네이트가 결합된 상기 화합물이 제조될 수 있다. Specifically, for example, the compound in which the thiazolium and the fluorohydrogenate represented by <Chemical Formula 9> below may be prepared by reacting the mixed solution at a temperature of -70°C or less for 24 hours. have.

<화학식 9><Formula 9>

Figure pat00009
Figure pat00009

만약, 상술된 바와 달리, 상기 혼합 용액을 상온에서 반응시키는 경우, 상기 플루오로하이드로제네이트 전구체가 증발될 수 있다. 구체적으로, 상기 플루오로하이드로제네이트 전구체가 상온 이하의 온도에서 끓는점을 가지고, 이에 따라, 상온에서 휘발될 수 있다.If, unlike the above, when the mixed solution is reacted at room temperature, the fluorohydrogenate precursor may be evaporated. Specifically, the fluorohydrogenate precursor has a boiling point at a temperature below room temperature, and accordingly, may be volatilized at room temperature.

따라서, 상술된 바와 같이, 상기 혼합 용액을 -70℃의 온도에서 반응시키는 경우, 상기 화합물이 용이하게 제조될 수 있다. 또한, 상기 반응의 온도가 줄어들수록, 상기 플루오로하이드로제네이트의 손실이 감소하고, 이에 따라, 상기 반응의 시간이 감소될 수 있다.Therefore, as described above, when the mixed solution is reacted at a temperature of -70°C, the compound can be easily prepared. In addition, as the temperature of the reaction decreases, the loss of the fluorohydrogenate decreases, and thus, the time of the reaction may decrease.

상술된 바와 같이, 상기 화합물은 상기 티아졸륨을 포함하는 양이온 및 상기 플루오로하이드로제네이트를 포함하는 음이온이 결합된 것일 수 있다. 또한, 상기 화합물은 결정상을 가질 수 있다. As described above, the compound may be a combination of a cation including the thiazolium and an anion including the fluorohydrogenate. In addition, the compound may have a crystalline phase.

상기 화합물 및 리튬 염을 포함하는 고체 전해질이 제조될 수 있다. 이 때, 상기 화합물의 상기 결정 구조의 침입형 자리(interstitial sites)에 상기 리튬 염이 임의적으로 제공될 수 있다. 구체적으로, 상기 리튬 염은 리튬플루오로하이드로제네이트일 수 있다. 따라서, 상기 고체 전해질은 상기 화합물 및 상기 리튬플루오로하이드로제네이트의 반응에 의해 제조될 수 있다.A solid electrolyte including the compound and a lithium salt may be prepared. In this case, the lithium salt may be optionally provided to interstitial sites of the crystal structure of the compound. Specifically, the lithium salt may be lithium fluorohydrogenate. Thus, the solid electrolyte may be prepared by reaction of the compound and the lithium fluorohydrogenate.

이 경우, 상기 리튬플루오로하이드로제네이트는 상기 플루오로하이드로제네이트 전구체 내에 리튬 염을 첨가하고, 상온보다 낮은 온도에서 반응시켜 제조될 수 있다. 도 1을 참조하여 상술된 바와 같이, 상기 리튬플로오로하이드로제네이트는 상기 플루오로하이드로제네이트 전구체를 사용하여 제조될 수 있다. 이에 따라, 상온보다 낮은 온도에서 반응시켜, 상기 플루오로하이드로제네이트 전구체가 증발되는 것을 방지할 수 있다.In this case, the lithium fluorohydrogenate may be prepared by adding a lithium salt to the fluorohydrogenate precursor and reacting at a temperature lower than room temperature. As described above with reference to FIG. 1, the lithium fluorohydrogenate may be prepared using the fluorohydrogenate precursor. Accordingly, it is possible to prevent the fluorohydrogenate precursor from evaporating by reacting at a temperature lower than room temperature.

구체적으로 예를 들어, 상기 리튬 염이 염화리튬(LiCl)인 경우, 상기 리튬플루오로하이드로제네이트는 1M 농도의 상기 불산 수용액 내에 염화리튬을 첨가한 후, -70℃ 이하의 온도에서 24시간 동안 반응시켜 제조될 수 있다. 이 때, 상기 리튬플루오로하이드로제네이트는 음이온 교환 반응시켜 제조될 수 있다.Specifically, for example, when the lithium salt is lithium chloride (LiCl), the lithium fluorohydrogenate is added to the hydrofluoric acid aqueous solution at a concentration of 1M for 24 hours at a temperature of -70°C or lower. It can be prepared by reacting. At this time, the lithium fluorohydrogenate may be prepared by anion exchange reaction.

상기 고체 전해질은 상기 화합물을 상온보다 높은 온도에서 가열하고, 동시에 상기 화합물 내에 상술된 바에 따라 제조된 상기 리튬플루오로하이드로제네이트를 첨가하여 제조될 수 있다. 예를 들어, 상기 고체 전해질은 상기 화합물 대비 상기 리튬플루오로하이드로제네이트를 1 내지 10몰%로 첨가하여 제조될 수 있다. 상기 리튬 염은 상기 화합물의 결정 구조의 상기 침입형 자리에 제공되고, 이에 따라 상기 결정 구조 내를 용이하게 이동할 수 있다. 따라서, 상기 고체 전해질은 상기 리튬플루오로하이드로제네이트의 첨가에 의해, 이온 전도도가 상승할 수 있다.The solid electrolyte may be prepared by heating the compound at a temperature higher than room temperature and at the same time adding the lithium fluorohydrogenate prepared as described above into the compound. For example, the solid electrolyte may be prepared by adding 1 to 10 mol% of the lithium fluorohydrogenate relative to the compound. The lithium salt is provided at the interstitial site of the crystal structure of the compound, and thus can easily move within the crystal structure. Accordingly, the solid electrolyte may have an increased ionic conductivity by the addition of the lithium fluorohydrogenate.

본 발명의 실시 예에 따른 상기 화합물을 포함하는 고체 전해질 또는 리튬 도핑된 상기 고체 전해질은 이차 전지의 전해질로 사용될 수 있다. 예를 들어, 상기 이차 전지는 양극, 음극, 및 상기 전해질을 포함할 수 있다. 이 때, 상기 전해질은 상기 양극 및 상기 음극 사이에 제공될 수 있다.The solid electrolyte containing the compound according to an embodiment of the present invention or the solid electrolyte doped with lithium may be used as an electrolyte for a secondary battery. For example, the secondary battery may include a positive electrode, a negative electrode, and the electrolyte. In this case, the electrolyte may be provided between the positive electrode and the negative electrode.

본 발명의 실시 예에 따른 고체 전해질의 설계 방법이 설명된다.A method of designing a solid electrolyte according to an embodiment of the present invention will be described.

상기 고체 전해질은 양이온 및 음이온이 결합된 화합물을 포함할 수 있다. 이 때, 상기 화합물은 결정상을 갖는 조건을 만족시키는 범위에서 최대 이온전도도를 갖도록, 상기 양이온 및 상기 음이온이 선택될 수 있다.The solid electrolyte may include a compound in which cations and anions are combined. In this case, the cation and the anion may be selected so that the compound has a maximum ionic conductivity in a range that satisfies the condition of having a crystal phase.

상기 화합물이 결정상을 갖는 조건은 상기 양이온의 분자량이 95g/mol 이상인 것을 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 양이온은 오각의 헤테로 고리 화합물을 포함하고, 상기 헤테로 고리 화합물은 황, 질소, 산소 또는 인 중에서 어느 하나의 원소를 가질 수 있다. 구체적으로 예를 들어, 상기 양이온은 아래의 <화학식 10>으로 표시되는 티오페늄(Thiophenium), 아래의 <화학식 11>로 표시되는 티아졸륨(Thiazolium), 아래의 <화학식 12>로 표시되는 포스포라늄(Phospholanium), 아래의 <화학식 13> 또는 <화학식 14>로 표시되는 옥사티오라늄(Oxathiolanium) 또는 아래의 <화학식 15>로 표시되는 티아졸리디늄(Thiazolidinium) 중에서 어느 하나를 포함할 수 있다.Conditions in which the compound has a crystalline phase may include that the molecular weight of the cation is 95 g/mol or more. In this case, the cation includes a pentagonal heterocyclic compound, and the heterocyclic compound may have any one element from sulfur, nitrogen, oxygen, or phosphorus. Specifically, for example, the cation is Thiophenium represented by <Chemical Formula 10> below, Thiazolium represented by <Chemical Formula 11> below, and Force represented by <Chemical Formula 12> below. Phospholanium, oxathiolanium represented by <Chemical Formula 13> or <Chemical Formula 14> below, or thiazolidinium represented by <Chemical Formula 15> below, may be included. have.

<화학식 10><Formula 10>

Figure pat00010
Figure pat00010

<화학식 11><Formula 11>

Figure pat00011
Figure pat00011

<화학식 12><Formula 12>

Figure pat00012
Figure pat00012

<화학식 13><Formula 13>

Figure pat00013
Figure pat00013

<화학식 14><Formula 14>

Figure pat00014
Figure pat00014

<화학식 15><Formula 15>

Figure pat00015
Figure pat00015

상기 화합물이 결정상을 갖는 조건은 상기 음이온의 분자량이 60g/mol 초과이고, 상기 음이온의 수소이온농도(pH)가 3 미만인 것을 포함할 수 있다. 구체적으로 예를 들어, 상기 음이온은 아래의 <화학식 16>로 표시되는 플루오로하이드로제네이트(Fluorohydrogenate), 아래의 <화학식 17>로 표시되는 시아노(니트로소)메타나이드(Cyano(nitroso)methanide) 또는 아래의 <화학식 18>으로 표시되는 테트라졸리딘(Tetrazolidine) 중에서 어느 하나일 수 있다.Conditions in which the compound has a crystalline phase may include that the molecular weight of the anion is greater than 60 g/mol, and the hydrogen ion concentration (pH) of the anion is less than 3. Specifically, for example, the anion is fluorohydrogenate represented by <Chemical Formula 16> below, and cyano(nitroso)methanide represented by <Chemical Formula 17> below. ) Or tetrazolidine represented by the following <Chemical Formula 18>.

<화학식 16><Formula 16>

Figure pat00016
Figure pat00016

<화학식 17><Formula 17>

Figure pat00017
Figure pat00017

<화학식 18><Formula 18>

Figure pat00018
Figure pat00018

만약, 상술된 바와 달리, 상기 음이온이 60g/mol 이하의 분자량을 갖는 경우, 상기 화합물은 액체 상태로 존재할 수 있다. 다시 말하면, 상기 음이온이 60g/mol 이하의 분자량을 갖는 경우, 결정상을 갖는 고체가 형성되는 데에 용이하지 않을 수 있다. 구체적으로 예를 들어, 상기 양이온이 상기의 <화학식 10>으로 표시되는 티오페늄(Thiophenium) 또는 상기의 <화학식 11>로 표시되는 티아졸륨(Thiazolium) 중에서 어느 하나이고, 상기 화합물은 상기 음이온으로 아래의 <화학식 19>으로 표시되는 옥소하이드로제네이트(Oxohydrogenate) 또는 아래의 <화학식 20>로 표시되는 시아네이트(Cyanate) 중에서 어느 하나인 경우, 상기 화합물은 이온성 액체 상태로 존재할 수 있다.If, unlike the above, when the anion has a molecular weight of 60 g/mol or less, the compound may exist in a liquid state. In other words, when the anion has a molecular weight of 60 g/mol or less, it may not be easy to form a solid having a crystalline phase. Specifically, for example, the cation is any one of Thiophenium represented by <Chemical Formula 10> or Thiazolium represented by <Chemical Formula 11>, and the compound is the anion. In the case of any one of oxohydrogenate represented by <Formula 19> below or cyanate represented by <Formula 20> below, the compound may exist in an ionic liquid state.

<화학식 19><Formula 19>

Figure pat00019
Figure pat00019

<화학식 20><Formula 20>

Figure pat00020
Figure pat00020

따라서, 상술된 바와 같이, 상기 음이온의 분자량인 60g/mol 초과하는 경우, 상기 화합물은 결정상을 갖는 데에 용이할 수 있다. 구체적으로 예를 들어, 상기 양이온이 상기의 <화학식 10>으로 표시되는 티오페늄(Thiophenium) 또는 상기의 <화학식 11>로 표시되는 티아졸륨(Thiazolium) 중에서 어느 하나이고, 상기 화합물은 상기 음이온으로 상기의 <화학식 16>로 표시되는 플루오로하이드로제네이트(Fluorohydrogenate), 상기의 <화학식 17>로 표시되는 시아노(니트로소)메타나이드(Cyano(nitroso)methanide) 또는 상기의 <화학식 18>으로 표시되는 테트라졸리딘(Tetrazolidine) 중에서 어느 하나인 경우, 상기 화합물은 상기 결정상을 갖는 고체 상태로 존재할 수 있다.Therefore, as described above, when the molecular weight of the anion exceeds 60 g/mol, the compound may be easy to have a crystalline phase. Specifically, for example, the cation is any one of Thiophenium represented by <Chemical Formula 10> or Thiazolium represented by <Chemical Formula 11>, and the compound is the anion. Fluorohydrogenate represented by <Chemical Formula 16>, cyano(nitroso)methanide represented by <Chemical Formula 17>, or <Chemical Formula 18> In the case of any one of the displayed tetrazolidine (Tetrazolidine), the compound may exist in a solid state having the crystal phase.

이에 따라, 상기 양이온의 분자량이 95g/mol 이상이고, 상기 음이온의 분자량이 60g/mol 초과이고, 상기 음이온의 수소이온농도(pH)가 3 미만인 경우 상기 화합물은 결정상을 가질 수 있다. 이 때, 상기 화합물이 상기 결정상을 갖는 조건을 만족시키되, 상기 화합물의 용융 엔트로피(entropy of fusion)가 15~25 J/Kㆍmol인 것을 포함할 수 있다. 이에 따라, 상기 결정상은 유연성을 가질 수 있다.Accordingly, when the molecular weight of the cation is 95 g/mol or more, the molecular weight of the anion is more than 60 g/mol, and the hydrogen ion concentration (pH) of the anion is less than 3, the compound may have a crystalline phase. In this case, it may include that the compound satisfies the condition of having the crystal phase, but the entropy of fusion of the compound is 15 to 25 J/K·mol. Accordingly, the crystalline phase may have flexibility.

만약, 상술된 바와 달리, 상기 용융 엔트로피가 10J/Kㆍmol 이하인 경우, 상기 화합물은 액체 상태를 가질 수 있다. 이에 따라, 상기 화합물이 결정상을 갖는 데에 용이하지 않을 수 있다. 또한, 상기 용융 엔트로피가 35J/Kㆍmol 초과인 경우, 상기 화합물은 결정성의 고체 상태를 갖되, 유연성을 갖지 않을 수 있다.If, unlike the above, when the melting entropy is 10 J/K·mol or less, the compound may have a liquid state. Accordingly, it may not be easy for the compound to have a crystalline phase. In addition, when the melting entropy is greater than 35 J/K·mol, the compound may have a crystalline solid state, but may not have flexibility.

따라서, 상술된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 용융 엔트로피(entropy of fusion)가 15~25J/Kㆍmol일 수 있고, 이에 따라 상기 화합물은 용이하게 결정상을 갖고, 동시에 높은 이온 전도도를 가질 수 있다. Accordingly, as described above, according to an embodiment of the present invention, the entropy of fusion may be 15 to 25 J/K·mol, and accordingly, the compound easily has a crystalline phase and at the same time has a high ionic conductivity. Can have

본 발명의 실시 예에 따른 상기 화합물을 포함하는 고체 전해질은 이차 전지의 전해질로 사용될 수 있다. 예를 들어, 상기 이차 전지는 양극, 음극, 및 전해질을 포함할 수 있다. 이 때, 상기 전해질은 상기 양극 및 상기 음극 사이에 제공될 수 있다.The solid electrolyte including the compound according to an embodiment of the present invention may be used as an electrolyte for a secondary battery. For example, the secondary battery may include a positive electrode, a negative electrode, and an electrolyte. In this case, the electrolyte may be provided between the positive electrode and the negative electrode.

이하, 상술된 본 발명의 실시 예에 따른 고체 전해질의 구체적인 제조 방법 및 특성 평가 결과가 설명된다.Hereinafter, a specific method of manufacturing a solid electrolyte according to an embodiment of the present invention and evaluation results of characteristics will be described.

실험 예 1-1에 따른 화합물의 제조Preparation of the compound according to Experimental Example 1-1

알킬기 전구체 물질로 상기의 <화학식 1>로 표시되는 디클로로메탄(dichloromethane)이 준비되었다.As an alkyl group precursor material, dichloromethane represented by <Chemical Formula 1> was prepared.

삼각 플라스크 내에 아세토니트릴(acetonitrile)을 제공하고, 상기 디클로로메탄(dichloromethane)을 첨가한 후, 상온에서 10분 동안 교반하여 알킬기 전구체 용액을 제조하였다. 이 때, 상기 알킬기 전구체 용액의 제조는 수분이 없는 글로브 박스에서 수행되었다.Acetonitrile was provided in an Erlenmeyer flask, dichloromethane was added, and then stirred at room temperature for 10 minutes to prepare an alkyl group precursor solution. At this time, the preparation of the alkyl group precursor solution was performed in a glove box without moisture.

상기 알킬기 전구체 용액 내에 티아졸린을 교반하며 점적한 후, 균일하게 혼합된 용액을 상온에서 4일 동안 천천히 교반시켜 메틸기를 갖는 티아졸륨 염이 제조되었다.After stirring and dropping thiazolin in the alkyl group precursor solution, the uniformly mixed solution was slowly stirred at room temperature for 4 days to prepare a thiazolium salt having a methyl group.

회전식 농축기(rotary concentrator) 내에 상기 티아졸륨 염과 에틸 아세테이트(ethyl acetate) 및 디에틸 에테르(diethyl ether)의 용매를 제공하여 세척 공정이 수행되었다. A washing process was performed by providing the thiazolium salt, ethyl acetate, and diethyl ether solvents in a rotary concentrator.

삼각 플라스크 내에 1M의 불산(hydrofluoric acid) 및 여분의 물을 첨가한 후, 10분 동안 교반하여, 플루오로하이드로제네이트 전구체가 제조되었다.After adding 1M hydrofluoric acid and excess water to the Erlenmeyer flask, the mixture was stirred for 10 minutes to prepare a fluorohydrogenate precursor.

상기 플루오로하이드로제네이트 전구체 내에 상기 티아졸륨 염을 첨가하여 혼합 용액이 제조되었다. 상기 혼합 용액을 -70℃의 온도에서 24시간 동안 방치시키고, 이에 따라, 상기 티아졸륨 염 및 상기 플루오로하이드로제네이트가 결합된 화합물이 제조되었다.A mixed solution was prepared by adding the thiazolium salt in the fluorohydrogenate precursor. The mixed solution was allowed to stand at a temperature of -70° C. for 24 hours, thereby preparing a compound in which the thiazolium salt and the fluorohydrogenate were combined.

상기 화합물을 질소 분위기의 글로브 박스 내에 제공한 후, 상온에서 2~3시간 동안 방치하고, 이에 따라, 휘발성 기체(volatile gas)가 제거되도록 하였다. 이후, 상기 회전식 농축기 내에 상기 화합물을 제공하여 건조 공정이 수행되어, 실험 예 1-1에 따른 화합물이 제조되었다.After the compound was provided in a glove box in a nitrogen atmosphere, it was allowed to stand at room temperature for 2 to 3 hours, and thus, volatile gas was removed. Thereafter, a drying process was performed by providing the compound in the rotary concentrator, thereby preparing the compound according to Experimental Example 1-1.

실험 예 1-2에 따른 화합물의 제조Preparation of the compound according to Experimental Example 1-2

상술된 실험 예 1-1과 동일한 방법으로 제조하되, 상기 알킬기 전구체 물질로 상기 디클로로메탄(dichloromethane) 대신 상기의 <화학식 2>로 표시되는 에틸 클로라이드(ethyl chloride)가 준비되었다. 또한, 상기 티아졸륨 염의 제조 단계에서, 상온에서 4일 동안 반응시키는 대신, 60 내지 80℃의 온도에서 2 내지 3일 동안 반응시켜, 실험 예 1-2에 따른 화합물이 제조되었다.It was prepared in the same manner as in Experimental Example 1-1 described above, but instead of the dichloromethane as the alkyl group precursor material, ethyl chloride represented by the above <Chemical Formula 2> was prepared. In addition, in the preparation of the thiazolium salt, instead of reacting at room temperature for 4 days, the reaction was performed at a temperature of 60 to 80° C. for 2 to 3 days, thereby preparing a compound according to Experimental Example 1-2.

실험 예 1-3에 따른 화합물의 제조Preparation of the compound according to Experimental Example 1-3

상술된 실험 예 1-1과 동일한 방법으로 제조하되, 상기 알킬기 전구체 물질로 상기 디클로로메탄(dichloromethane) 대신 상기의 <화학식 3>으로 표시되는 프로필 클로라이드(propyl chloride)가 준비되었다. 또한, 상기 티아졸륨 염의 제조 단계에서, 상온에서 4일 동안 반응시키는 대신, 60 내지 80℃의 온도에서 2 내지 3일 동안 반응시켜, 실험 예 1-3에 따른 화합물이 제조되었다.Prepared in the same manner as in Experimental Example 1-1 described above, but instead of dichloromethane as the alkyl group precursor material, propyl chloride represented by the above <Chemical Formula 3> was prepared. In addition, in the preparation step of the thiazolium salt, instead of reacting at room temperature for 4 days, the reaction was carried out at a temperature of 60 to 80° C. for 2 to 3 days, thereby preparing a compound according to Experimental Example 1-3.

실험 예 1-4에 따른 화합물의 제조Preparation of the compound according to Experimental Example 1-4

상술된 실험 예 1-1과 동일한 방법으로 제조하되, 상기 알킬기 전구체 물질로 상기 디클로로메탄(dichloromethane) 대신 상기의 <화학식 4>로 표시되는 부틸 클로라이드(butyl chloride)가 준비되었다. 또한, 상기 티아졸륨 염의 제조 단계에서, 상온에서 4일 동안 반응시키는 대신, 60 내지 80℃의 온도에서 2 내지 3일 동안 반응시켜, 실험 예 1-4에 따른 화합물이 제조되었다.Prepared in the same manner as in Experimental Example 1-1 described above, but instead of dichloromethane as the alkyl group precursor material, butyl chloride represented by the above <Formula 4> was prepared. In addition, in the preparation step of the thiazolium salt, instead of reacting at room temperature for 4 days, the reaction was carried out at a temperature of 60 to 80° C. for 2 to 3 days, thereby preparing a compound according to Experimental Example 1-4.

비교 예 1-1에 따른 화합물의 제조Preparation of the compound according to Comparative Example 1-1

양이온은 상기의 <화학식 12>로 표시되는 포스포라늄(Phospholanium)이 준비되었다. 이 때, 상기 R1 및 R2는 각각 아래 [표 1]의 알킬기를 나타낸다.As for the cation, Phospholanium represented by <Chemical Formula 12> was prepared. In this case, R 1 and R 2 each represent an alkyl group shown in [Table 1] below.

음이온은 상술된 실험 예 1-1에 따라 제조된 플루오로하이드로제네이트를 사용하여, 비교 예 1-1에 따른 화합물이 제조되었다.As an anion, a compound according to Comparative Example 1-1 was prepared using fluorohydrogenate prepared according to Experimental Example 1-1 described above.

비교 예 1-2에 따른 화합물의 제조Preparation of the compound according to Comparative Example 1-2

양이온은 아래의 <화학식 21>로 표시되는 이미다졸륨(Imidazolium)이 준비되었다. As the cation, imidazolium represented by <Chemical Formula 21> was prepared.

<화학식 21><Formula 21>

Figure pat00021
Figure pat00021

이 때, 상기 R1 및 R2는 각각 아래 [표 1]의 알킬기를 나타낸다.In this case, R 1 and R 2 each represent an alkyl group shown in [Table 1] below.

음이온은 상술된 실험 예 1-1에 따라 제조된 플루오로하이드로제네이트를 사용하여, 비교 예 1-2에 따른 화합물이 제조되었다.As an anion, a compound according to Comparative Example 1-2 was prepared using the fluorohydrogenate prepared according to Experimental Example 1-1 described above.

비교 예 1-3에 따른 화합물의 제조Preparation of the compound according to Comparative Example 1-3

양이온은 아래의 <화학식 22>로 표시되는 피롤리디늄(Pyrrolidinium) 이 준비되었다. As the cation, Pyrrolidinium represented by the following <Chemical Formula 22> was prepared.

<화학식 22><Formula 22>

Figure pat00022
Figure pat00022

이 때, 상기 R1 및 R2는 각각 아래 [표 1]의 알킬기를 나타낸다.In this case, R 1 and R 2 each represent an alkyl group shown in [Table 1] below.

음이온은 상술된 실험 예 1-1에 따라 제조된 플루오로하이드로제네이트를 사용하여, 비교 예 1-3에 따른 화합물이 제조되었다.As an anion, a compound according to Comparative Example 1-3 was prepared using the fluorohydrogenate prepared according to Experimental Example 1-1 described above.

비교 예 1-4에 따른 화합물의 제조Preparation of the compound according to Comparative Example 1-4

양이온은 상기의 <화학식 15>로 표시되는 티아졸리디늄(Thiazolidinium) 이 준비되었다. 이 때, 아래 [표 1]과 같이, 상기 R1 및 R2는 각각 질소에 결합된 알킬기이고, 황에는 2개의 메틸기를 고정결합하였다.As the cation, thiazolidinium represented by <Chemical Formula 15> was prepared. At this time, as shown in [Table 1] below, R 1 and R 2 are each an alkyl group bonded to nitrogen, and two methyl groups are fixedly bonded to sulfur.

음이온은 상술된 실험 예 1-1에 따라 제조된 플루오로하이드로제네이트를 사용하여, 비교 예 1-4에 따른 화합물이 제조되었다.As an anion, a compound according to Comparative Example 1-4 was prepared using the fluorohydrogenate prepared according to Experimental Example 1-1 described above.

도 2는 본 발명의 실험 예 1-1 내지 실험 예 1-4에 따른 화합물의 이온 전도도를 측정한 그래프이다. 2 is a graph measuring the ionic conductivity of the compounds according to Experimental Examples 1-1 to 1-4 of the present invention.

도 2를 참조하면, 실험 예 1-1 내지 실험 예 1-4에 따른 화합물의 이온 전도도를 측정하였다. 측정 결과 도 2에 도시된 바와 같이, 상온에서 실험 예 1-1에 따라서 메틸기를 갖는 경우 45mS/cm2으로 측정되었고, 실험 예 1-2에 따라서 에틸기를 갖는 경우 74mS/cm2으로 측정되었고, 실험 예 1-3에 따라서 프로필기를 갖는 경우 18.9mS/cm2으로 측정되었고, 실험 예 1-4에 따라서 부틸기를 갖는 경우 6.8mS/cm2으로 측정되었다. Referring to FIG. 2, the ionic conductivity of the compounds according to Experimental Examples 1-1 to 1-4 was measured. As a result of the measurement, as shown in FIG. 2, in the case of having a methyl group according to Experimental Example 1-1 at room temperature, it was measured as 45mS/cm 2 , and in the case of having an ethyl group according to Experimental Example 1-2, it was measured as 74mS/cm 2 , According to Experimental Example 1-3, when having a propyl group, it was measured as 18.9mS/cm 2 , and according to Experimental Example 1-4, when having a butyl group, it was measured as 6.8mS/cm 2 .

본 발명의 실험 예 1-1 내지 실험 예 1-4에 따른 화합물은 높은 이온 전도도를 갖는 것으로 측정되었으며, 특히, 실험 예 1-2에 따라서 에틸기를 갖는 경우, 가장 높은 이온 전도도를 갖는 것으로 측정되었다. The compounds according to Experimental Examples 1-1 to 1-4 of the present invention were measured to have high ionic conductivity, and in particular, when having an ethyl group according to Experimental Example 1-2, it was measured to have the highest ionic conductivity. .

비교 예 1-1 내지 비교 예 1-4에 따른 화합물의 상온에서 이온 전도도를 아래의 <표 1>과 같이 측정하였다. The ionic conductivity of the compounds according to Comparative Examples 1-1 to 1-4 at room temperature was measured as shown in Table 1 below.

아래의 <표 1>에서 알 수 있듯이, 비교 예 1-1 내지 비교 예 1-4에 따른 화합물과 비교하여, 본 발명의 실험 예 1-2에 따라 에틸기를 갖는 티아졸륨 및 플루오로하이드로제네이트가 결합된 화합물의 경우, 현저하게 높은 이온 전도도를 갖는 것을 확인할 수 있다. As can be seen from the following <Table 1>, in comparison with the compounds according to Comparative Examples 1-1 to 1-4, thiazolium and fluorohydrogenate having an ethyl group according to Experimental Example 1-2 of the present invention In the case of the compound to which is bound, it can be seen that it has a remarkably high ionic conductivity.

양이온Cation 알킬기Alkyl group 이온전도도(mS/cm2)Ion conductivity (mS/cm 2 ) 비교 예 1-1Comparative Example 1-1 포스포라늄Phosphoranium 메틸기/에틸기Methyl group/ethyl group 22 메틸기/프로필기Methyl group/propyl group 3535 메틸기/부틸기Methyl group/butyl group 1616 에틸기/부틸기Ethyl group/butyl group 4545 메틸기/메틸기Methyl group/methyl group 2424 비교 예 1-2Comparative Example 1-2 이미다졸륨Imidazolium 메틸기/에틸기Methyl group/ethyl group 1414 메틸기/프로필기Methyl group/propyl group 6.56.5 메틸기/부틸기Methyl group/butyl group 8.98.9 에틸기/부틸기Ethyl group/butyl group 2.52.5 비교 예 1-3Comparative Example 1-3 피롤리디늄Pyrrolidinium 메틸기/에틸기Methyl group/ethyl group 77 메틸기/프로필기Methyl group/propyl group 65.365.3 메틸기/부틸기Methyl group/butyl group 14.514.5 에틸기/부틸기Ethyl group/butyl group 2020 메틸기/메틸기Methyl group/methyl group 0.90.9 비교 예 1-4Comparative Example 1-4 티아졸리디늄Thiazolidinium 메틸기/에틸기(N) + 메틸기 2개(S)Methyl group/ethyl group (N) + 2 methyl groups (S) 6060 메틸기/프로필기(N) + 메틸기 2개(S)Methyl group/propyl group (N) + 2 methyl groups (S) 19.619.6 메틸기/부틸기(N) + 메틸기 2개(S)Methyl group/butyl group (N) + 2 methyl groups (S) 28.728.7 에틸기/부틸기(N) + 메틸기 2개(S)Ethyl/butyl (N) + 2 methyl groups (S) 5.85.8

도 3은 본 발명의 실험 예 1-1에 따른 화합물 의 시차 주사 열량법(DSC)에 의한 그래프이다. 3 is a graph by differential scanning calorimetry (DSC) of the compound according to Experimental Example 1-1 of the present invention.

도 3을 참조하면, 실험 예 1-1에 따른 화합물에서, 온도에 따른 상태 변화가 관찰된다. 구체적으로, 도 3에 도시된 바와 같이, -14℃~110℃ 사이에서 제1 결정상을 갖고, -80℃~-14℃ 사이에서 제2 결정상을 갖는 것을 확인할 수 있다. Referring to Figure 3, in the compound according to Experimental Example 1-1, a state change according to temperature is observed. Specifically, as shown in FIG. 3, it can be seen that the first crystal phase has a range between -14°C and 110°C and a second crystal phase between -80°C and -14°C.

도 4는 본 발명의 실험 예 1-1예 따른 화합물의 전기화학적 윈도우(Electrochemical window)를 측정한 그래프이다. 4 is a graph measuring the electrochemical window of the compound according to Experimental Example 1-1 of the present invention.

도 4를 참조하면, 실험 예 1-1에 따른 화합물의 경우, 약 -3V~+3V까지 약 6V의 범위에서 전기화학적 윈도우를 갖는 것을 확인할 수 있다. Referring to FIG. 4, it can be seen that the compound according to Experimental Example 1-1 has an electrochemical window in the range of about 6V from about -3V to +3V.

즉, 본 발명의 실시 예에 따라서, 티아졸륨을 포함하는 양이온 및 플루오로하이드로제네이트를 포함하는 음이온이 제조된 화합물은, 넓은 온도 범위에서 고체 상태를 유지하는 동시에 전기화학적 안정성 및 고이온전도도를 갖는 것을 확인할 수 있다.That is, according to an embodiment of the present invention, a compound in which a cation including thiazolium and an anion including fluorohydrogenate are prepared, maintains a solid state in a wide temperature range, while maintaining electrochemical stability and high ionic conductivity. You can confirm what you have.

이상, 본 발명의 바람직한 실시 예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.In the above, although it has been described in detail using a preferred embodiment of the present invention, the scope of the present invention is not limited to a specific embodiment, it will be interpreted by the appended claims. In addition, those who have acquired ordinary knowledge in this technical field should understand that many modifications and variations can be made without departing from the scope of the present invention.

Claims (13)

포스포라늄(Phospholanium)을 포함하는 양이온, 및 플루오르하이드로제네이트(Fluorohydrogenate)을 포함하는 음이온이 결합된 화합물을 포함하는 고체 전해질.
A solid electrolyte comprising a compound to which a cation including Phospholanium and an anion including Fluorohydrogenate are bound.
제1 항에 있어서,
상기 화합물은, 상기 포스포라늄의 인 원소와 결합된 알킬기를 포함하고,
상기 알킬기는, 메틸기(Methyl), 에틸기(Ethyl), 프로필기(Propyl) 또는 부틸기(Butyl) 중에서 적어도 어느 하나를 포함하는 고체 전해질.
The method of claim 1,
The compound includes an alkyl group bonded to the phosphorus element of the phosphoranium,
The alkyl group is a solid electrolyte containing at least one of a methyl group (Methyl), an ethyl group (Ethyl), a propyl group (Propyl), or a butyl group (Butyl).
제1 항에 있어서,
상기 화합물은, 상기 포스포라늄의 인 원소와 결합된 메틸기 및 프로필기를 포함하는 고체 전해질.
The method of claim 1,
The compound is a solid electrolyte containing a methyl group and a propyl group bonded to the phosphorus element of the phosphoranium.
제1 항에 있어서,
상기 화합물은, 상기 포스포라늄의 인 원소와 결합된 에틸기 및 부틸기를 포함하는 고체 전해질.
The method of claim 1,
The compound is a solid electrolyte containing an ethyl group and a butyl group bonded to the phosphorus element of the phosphoranium.
티아졸리디늄(Thiazolidinium)을 포함하는 양이온, 및 플루오르하이드로제네이트(Fluorohydrogenate)을 포함하는 음이온이 결합된 화합물을 포함하는 고체 전해질.
A solid electrolyte comprising a compound to which a cation including thiazolidinium and an anion including fluorohydrogenate are bound.
제5 항에 있어서,
상기 화합물은, 상기 티아졸리디늄의 황 원소에 결합된 2개의 메틸기, 및 상기 티아졸리디늄의 질소 원소에 결합된 알킬기를 포함하고,
상기 알킬기는, 메틸기(Methyl), 에틸기(Ethyl), 프로필기(Propyl) 또는 부틸기(Butyl) 중에서 적어도 어느 하나를 포함하는 고체 전해질.
The method of claim 5,
The compound includes two methyl groups bonded to the sulfur element of the thiazolidinium, and an alkyl group bonded to the nitrogen element of the thiazolidinium,
The alkyl group is a solid electrolyte containing at least one of a methyl group (Methyl), an ethyl group (Ethyl), a propyl group (Propyl), or a butyl group (Butyl).
제5 항에 있어서,
상기 화합물은, 상기 화합물은, 상기 티아졸리디늄의 황 원소에 결합된 2개의 메틸기, 및 상기 티아졸리디늄의 질소 원소에 결합된 메틸기 및 에틸기를 포함하는 고체 전해질.
The method of claim 5,
In the compound, the compound is a solid electrolyte comprising two methyl groups bonded to the sulfur element of the thiazolidinium, and a methyl group and an ethyl group bonded to the nitrogen element of the thiazolidinium.
제1 항 내지 제7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 화합물은 결정상을 갖는 것을 포함하는 고체 전해질.
The method according to any one of claims 1 to 7,
The solid electrolyte comprising the compound having a crystalline phase.
제1 항 내지 제7 항 중 어느 한 항에 있어서,
리튬 염을 더 포함하는 고체 전해질.
The method according to any one of claims 1 to 7,
A solid electrolyte further comprising a lithium salt.
양극;
음극; 및
상기 양극 및 상기 음극 사이에 위치하고, 제1 항 내지 제7 항 중 어느 한 항에 따른 고체 전해질을 포함하는 이차 전지.
anode;
cathode; And
A secondary battery disposed between the positive electrode and the negative electrode, and comprising the solid electrolyte according to any one of claims 1 to 7.
오각의 헤테로 고리 화합물을 포함하는 양이온, 및 플루오르하이드로제네이트(Fluorohydrogenate)을 포함하는 음이온이 결합된 화합물을 포함하는 고체 전해질.
A solid electrolyte comprising a compound to which a cation including a pentagonal heterocyclic compound and an anion including fluorohydrogenate are bound.
제11 항에 있어서,
상기 헤테로 고리 화합물은, 인을 포함하는 고체 전해질.
The method of claim 11,
The heterocyclic compound is a solid electrolyte containing phosphorus.
제11 항에 있어서,
상기 헤테로 고리 화합물은, 질소 및 황을 포함하는 고체 전해질.

The method of claim 11,
The heterocyclic compound is a solid electrolyte containing nitrogen and sulfur.

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