KR20210098779A - 가교 고분자 전해질 겔 및 이를 포함하는 배터리 - Google Patents

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Abstract

가교 고분자 전해질 겔 및 이를 포함하는 배터리가 제공된다. 상기 가교 고분자 전해질 겔은 고분자와 중합성 리튬염의 결합에 의해 제조된다. 상기 중합성 리튬염은 하기 화학식 1을 갖는 LiTVI(Lithium (trifluoromethanesulfonyl)-(vinylsulfonyl)imide)를 포함할 수 있다.
[화학식 1]
Figure pat00007

Description

가교 고분자 전해질 겔 및 이를 포함하는 배터리{CROSSLINKED POLYELECTROLYTE GEL AND BATTERY COMPRISING THE SAME}
본 발명은 가교 고분자 전해질 겔 및 이를 포함하는 배터리에 관한 것이다.
현재 상용화된 리튬 이차전지는 액체 전해질을 기반으로 하고 있으며, 액체 전해질은 리튬 이온 전도도가 높은 장점이 있다. 그러나, 액체 전해질은 누액이나 폭발과 같은 안전 상의 문제점을 가지고 있으며, 이를 해결하기 위해 고체 상의 전해질을 개발하는 연구들이 진행되어 왔다. 그러나, 고체 전해질은 액체 전해질에 비해 이온 전도도가 크게 떨어진다는 단점이 있어, 고체 전해질에 액체 전해질을 함침시킨 형태의 겔 전해질이 제안되었다. 겔 전해질은 포함된 액체 전해질을 통해 이온 전도도를 보완하면서도 안전 상의 문제점을 개선할 수 있다.
현재 상용화된 리튬 이차전지에서는 LiPF6, LiClO4 와 같은 리튬염들이 사용되고 있다. 이와 같은 리튬염은 전해질 내에서 양이온과 음이온으로 해리되며, 충전과 방전 시에 각각 반대 방향으로 이동하게 된다. 이때, 실질적인 전기화학 반응에 참여하지 않는 음이온들이 한쪽에 축적되는 농도 분극 현상이 발생하게 되며, 이와 같은 농도 분극 현상은 전지 내부의 저항을 증가시키고 부반응의 원인이 되어 전지 성능을 악화시킨다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 우수한 성능을 갖는 가교 고분자 전해질 겔을 제공한다.
본 발명은 상기 가교 고분자 전해질 겔을 포함하는 배터리를 제공한다.
본 발명의 다른 목적들은 다음의 상세한 설명과 첨부한 도면으로부터 명확해 질 것이다.
본 발명의 실시예들에 따른 가교 고분자 전해질 겔은 고분자와 중합성 리튬염의 결합에 의해 제조된다.
상기 중합성 리튬염은 하기 화학식 1을 갖는 LiTVI(Lithium (trifluoromethanesulfonyl)-(vinylsulfonyl)imide)를 포함할 수 있다.
[화학식 1]
Figure pat00001
상기 고분자는 PEGMA 및 PEGDMA 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 가교 고분자 전해질 겔은, PEGMA, PEGDMA 및 LiTVI를 포함하는 혼합물에 대하여 열 개시 라디칼 중합 반응을 수행하는 것에 의해 제조될 수 있다.
상기 열 개시 라디칼 중합 반응은 AIBN을 사용하여 수행될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 배터리는 상기 가교 고분자 전해질 겔을 포함한다.
본 발명의 실시예들에 따른 가교 고분자 전해질 겔 및 이를 포함하는 배터리는 우수한 성능을 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 가교 고분자 전해질 겔은 높은 이온 전도도, 넓은 전기화학적 안정성 윈도우 등 우수한 전기화학적 특성을 가질 수 있으며, 상기 배터리는 상기 가교 고분자 전해질 겔의 우수한 전기화학적 특성에 기초하여 고온 및 주변 온도에서 우수한 사이클 안정성을 가질 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 가교 고분자 전해질 겔의 제조 방법을 나타낸다.
도 2는 본 발명의 실시예들에 다른 가교 고분자 전해질 겔의 온도에 따른 이온 전도도를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 실시예들에 다른 가교 고분자 전해질 겔의 이온 전도도의 아레니우스 플롯을 나타낸다.
도 4는 25℃에서 1mV/s의 스캔 속도로 획득한 CPG4의 LSV(Linear sweep voltammogram)를 나타낸다.
도 5는 리튬 이온 전이 측정을 위한 Li/CPG4/Li 셀의 크로노암페로메트리 곡선(Chronoamperometric curve)을 나타낸다.
도 6은 25℃에서 개방 회로 조건 하에서 저장된 LiFePO4/CPG4/Li 배터리의 EIS(Eelectrochemical impedance spectra)를 나타낸다.
도 7은 60℃에서 개방 회로 조건 하에서 저장된 LiFePO4/CPG4/Li 배터리의 EIS(Eelectrochemical impedance spectra)를 나타낸다.
도 8은 0.1C의 속도와 60℃에서 사이클된 LiFePO4/CPG4/Li 배터리의 방전 용량 및 쿨롱 효율을 나타낸다.
도 9는 0.1C의 속도와 25℃에서 사이클된 LiFePO4/CPG4/Li 배터리의 방전 용량 및 쿨롱 효율을 나타낸다.
도 10은 다양한 방전 속도에서 사이클된 LiFePO4/CPG4/Li 배터리의 방전 용량을 나타낸다.
이하, 실시예들을 통하여 본 발명을 상세하게 설명한다. 본 발명의 목적, 특징, 장점은 이하의 실시예들을 통해 쉽게 이해될 것이다. 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고, 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다. 따라서, 이하의 실시예들에 의하여 본 발명이 제한되어서는 안 된다.
본 발명의 실시예들에 따른 가교 고분자 전해질 겔은 고분자와 중합성 리튬염의 결합에 의해 제조된다.
상기 중합성 리튬염은 하기 화학식 1을 갖는 LiTVI(Lithium (trifluoromethanesulfonyl)-(vinylsulfonyl)imide)를 포함할 수 있다.
[화학식 1]
Figure pat00002
상기 고분자는 PEGMA 및 PEGDMA 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 가교 고분자 전해질 겔은, PEGMA, PEGDMA 및 LiTVI를 포함하는 혼합물에 대하여 AIBN을 사용하여 열 개시 라디칼 중합 반응을 수행하는 것에 의해 제조될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 배터리는 상기 가교 고분자 전해질 겔을 포함한다.
[ LiTVI의 합성예 ]
본 발명의 일 실시예에 따른 중합성 리튬염(polymerizable lithium salt)인 LiTVI(Lithium (trifluoromethanesulfonyl)-(vinylsulfonyl)imide)는 다음과 같은 방법으로 제조될 수 있다.
트리플루오로메탄술폰아미드(trifluoromethanesulfonamide)(18.0g, 0.121mol), 트리에틸아민(triethylamine)(36.65g, 0.362mol), 및 THF(tetrahydrofuran)(150 mL)를 깔때기와 자기 교반 막대가 장착된 500mL 둥근 바닥 플라스크에 넣어 제1 용액을 형성하였다. THF 80mL에 혼합된 2-클로로에탄술포닐 클로라이드(20.67g, 0.127mol)를 깔때기를 통해 0℃에서 1시간 동안 상기 제1 용액에 첨가하여 제1 혼합물을 형성하였다. 상기 제1 혼합물을 25℃에서 21시간 동안 교반하였다. 침전된 염을 여과 제거하고 용액을 감압 하에서 농축하였다. 조 생성물(crude product)을 아세토니트릴(200mL)에 용해시켜 형성된 제2 용액을 자기 교반 막대가 장착된 500mL 둥근 바닥 플라스크에 넣었다.
탄산 칼륨(33.5g, 0.242mol)을 상기 제2 용액에 첨가하여 제2 혼합물을 형성하였다. 상기 제2 혼합물을 0℃에서 4시간 동안 교반한 후 여과하고 주위 온도에서 진공 건조시켰다. 에테르로 세척하고 아세톤으로 재결정화하여 중간체 생성물인 KTVI(potassium (trifluoromethanesulfonyl)(vinylsulfonyl)imide)를 추가로 정제하였다. 리튬 과염소산염 삼수화물(Lithium perchlorate trihydrate)(11.6g, 0.072mol)을 50mL의 아세토니트릴에 혼합된 KTVI(20.0g, 0.072mol)에 첨가하여 제3 혼합물을 형성하였다. 상기 제3 혼합물을 25℃에서 12시간 동안 교반한 후 불용물을 여과 제거하고, 1주일 동안 동결 건조하여 생성물을 얻었다. 최종 생성물을 아세토니트릴에서 재결정화하고, 50℃에서 48시간 동안 고진공 하에 건조시키고, 사용하기 전에 Ar-충전 글로브박스에 저장하였다.
[가교 고분자 전해질 겔(Crosslinked Polyelectrolyte Gels, CPG)의 제조예]
소정량의 PEGMA, PEGDMA, LiTVI, PC 및 AIBN으로 구성된 용액을 아르곤 충진 글로브박스 내 유리병에 준비하였다. 샘플을 밤새 교반하여 균질하고 투명한 용액을 얻었다. 이어서, 샘플을 유리 몰드로 옮기고 70℃로 설정된 오븐에서 3시간 동안 유지시켰다. 제조된 가교 고분자 전해질 겔을 CPG#로 표시하고, 아래 표 1에 나타내었다.
[표 1]
Figure pat00003
[셀 제조 및 전기화학 분석]
가교 고분자 전해질 겔(CPG)의 이온 전도도는 10mV의 인가된 교류 전류(AC) 전압으로 0.1mHz 내지 1MHz의 주파수 범위에서 전기화학적 임피던스 분광법(EIS)에 의해 측정되었다. 이온 전도도 측정을 위한 대칭 셀은 2032 코인 셀에서 전극으로서 스테인레스 스틸 스페이서를 사용하여 조립되었다. 리튬 이온 전달 수(Lithium ion transference number)(tLi +) 측정은 EIS 및 직류(DC) 편광 방법에 의해 수행되었다. Li/CPG4/Li 대칭 셀은 10mV의 일정한 DC 전압에 의해 분극화되었다. 전류가 정상 상태에 도달할 때까지 전류를 기록하였다. 셀의 초기 및 정상 상태 임피던스는 EIS에 의해 측정되었다. 아래 식 1을 사용하여 tLi +를 계산하였다
[식 1]
Figure pat00004
상기 식 1에서, V는 셀에 인가된 일정한 DC 전압이고, i0 및 iss는 초기 및 정상 상태 전류이며, R0 및 Rss는 각각 초기 및 정상 상태 계면 저항이다.
가교 고분자 전해질 겔(CPG)의 전기화학적 안정성은 스테인레스 스틸 작업 전극 및 리튬 금속 기준 전극을 갖는 2032 코인 셀을 사용하여 선형 스윕 볼타메트리(linear sweep voltammetry, LSV)에 의해 분석되었다. 셀을 1.0mV/s의 스캔 속도로 2.95 내지 7.0V(vs Li/Li+)의 전위 범위에서 스윕하였다. 전위차 충방전 사이클 시험은 2.5 ~ 4.0V (vs Li/Li+) 전위 범위에서 리튬 금속 애노드 및 LiFePO4 캐소드(80wt% LiFePO4, 10wt% 카본 블랙 및 10wt% 폴리(비닐리덴 디플루오라이드) 바인더)로 구성된 2032 코인 셀을 사용하여 수행되었다. 모든 셀은 아르곤 충전 글로브박스에서 어셈블되었다. 각각의 셀에서, 준비된 전해질 용액 100μL를 유리 섬유 분리기에 함침시키고, 어셈블된 셀을 70℃에서 3시간 동안 유지하여 열 가교 반응을 유도하였다. 모든 전기화학 측정은 60℃에서 WBCS3000 배터리 사이클러(WonATech)로 기록되었다.
1H 및 19F 핵 자기 공명(NMR) 분광법은 Ascend 400 분광계(300MHz)에서 수행되었고, 푸리에 변환 적외선(FT-IR) 스펙트럼은 1cm-1의 해상도로 4000 내지 650cm-1의 파수 범위에서 퍼킨 엘머 FT-IR 시스템으로 기록되었다. 유도 결합 플라즈마 원자 방출 분광계(ICP-AES)는 퍼킨엘머 Optima-4300 DV ICP 시스템으로 측정되었고, 시차 주사 열량 측정(DSC)은 질소 분위기 하에서 TA Instruments DSC 2910 시차 주사 열량계를 사용하여 수행되었다.
DSC 측정을 위해 샘플을 밀봉된 알루미늄 팬에 캡슐화하였다. 샘플을 먼저 150℃로 가열한 다음 -80℃로 ??칭(quenching)하였다. 제2 가열 스캔은 10℃/min의 가열 속도로 -80 내지 100℃에서 기록되었다. 질소 분위기 하에서 TA Instruments TGA Q-5000IR 열 중량 분석기를 사용하여 열 중량 분석(TGA)을 평가하였다. 샘플은 10℃/min의 가열 속도로 25부터 700℃까지 가열되었다.
LiTVI는 2-클로로에탄술포닐 클로라이드와 트리플루오로메탄술폰아미드 사이의 반응에 이어 이온 교환 반응에 의해 합성되는데, LiTVI의 1H NMR 스펙트럼은 불순물에 따른 어떠한 피크없이 LiTVI의 화학 구조를 정확하게 나타내며, 합성 및 정제가 잘 이루어진 것으로 나타났다. LiTVI의 합성은 19F NMR 스펙트럼에 의해 LiTVI의 19F NMR 스펙트럼으로부터 -79.47ppm에서의 단일 항이 출발 화합물 트리플루오로메탄술폰아미드의 19F NMR 스펙트럼과 -81.38ppm에서의 피크와 상이하다. LiTVI의 조성은 ICP-AES에 의해 특징지어진다. 리튬 이온의 농도는 3.1wt%이며 이는 이론적 조성(2.83wt%)과 잘 일치한다. ICP에 의해 칼륨 이온이 검출되지 않아 이온 교환이 잘 이루어진 것으로 나타났다.
가교 고분자 전해질 겔(CPG)은 액체 전해질로서 프로필렌 카보네이트(PC) 및 열 개시제로서 AIBN을 사용하여 PEGMA, PEGDMA 및 LiTVI로 구성된 혼합물의 열 개시 라디칼 중합에 의해 제조될 수 있다(도 1). PEGMA 및 LiTVI의 비율을 변화시켜 일련의 가교 고분자 전해질 겔(CPG)을 획득하고, PEGDMA, PC 및 AIBN의 함량은 일정하게 유지시켰다. 가교 고분자 전해질 겔(CPG) 제조를 위한 혼합물의 조성은 상기 표 1에 열거되어 있다. 제조된 모든 혼합물은 완전히 용해되지 않기 때문에 가장 많은 양의 LiTVI를 함유하는 CPG6을 위한 혼합물을 제외하고는 투명하고 균질 한 용액이다. 따라서, 균질한 용액으로부터 얻어진 CPG1 ~ CPG5의 특성을 분석하였다. 이들 혼합물을 70℃에서 3시간 동안 가열한 경우, 독립되고 유연한 투명 겔을 획득하였고, LiTVI, PEGMA, PEGDMA 및 CPG의 FT-IR 스펙트럼을 분석하여 열 가교 반응(thermal crosslinking reaction)에 의한 겔 형성을 조사하였다. 1176cm-1에서의 진동 피크는 LiTVI 및 CPG4의 스펙트럼에 나타나고 PEGMA 및 PEGDMA의 스펙트럼에는 존재하지 않는 술포닐이미드기에서의 SO 연신에 기인하며, LiTVI 유닛이 CPG4에 잘 혼입되었음을 나타낸다. 1680 ~ 1600cm-1의 영역에서 C=C 진동 피크는 단량체의 중합 및/또는 가교 거동을 관찰하기 위해 사용되었으며, PEGMA 및 PEGDMA는 1638cm-1에서 특징적인 피크를 보여준다.
NMR 분광법에 의해 확인된 C-C기를 갖는 LiTVI는 1680 ~ 1600cm-1의 영역에서 어떠한 피크도 나타내지 않았다. C=C 진동 피크는 비닐술포닐기를 갖는 단량체에 대한 것이 아니다. PEGMA 및 PEGDMA의 C=C기가 열 중합에 의해 완전히 소비되는 반면 LiTVI의 C=C기의 반응 정도는 완전히 추정할 수 없다. LiTVI에서 C=C기의 반응성이 PEGMA 및 PEGDMA의 반응성보다 낮아야 하므로, LiTVI는 완전히 반응하지 않을 수 있다.
가교 고분자 전해질 겔(CPG)의 이온 전도도는 다양한 온도에서 전기화학적 임피던스 분광법(EIS)으로 측정되었다(도 2). 가교 고분자 전해질 겔(CPG) 중에서 가장 높은 CPG4의 이온 전도도 값은 25℃에서 6.7×10-4 S/cm이고, 60℃에서 1.8×10-3 S/cm이다. CPG4의 높은 이온 전도도는 주위 온도에서 리튬 배터리에 실제 적용할 수 있는 수준에 해당한다.
LiTVI의 함량이 12.5w/w까지 증가함에 따라 가교 고분자 전해질 겔(CPG)의 이온 전도도의 증가는 전해질 시스템에서 전하 캐리어의 농도의 증가에 기인할 수 있다. LiTVI의 함량이 12.5w/w보다 큰 경우 가교 고분자 전해질 겔(CPG)의 이온 전도도의 감소는 더 많은 LiTVI를 갖는 CPG에서 증가된 전하-전하 상호 작용을 야기하는 증가된 전하 밀도와 고분자 골격 또는 응집된 이온 종에 고정화된 음이온의 증가된 분율에 기인할 수 있다.
가교 고분자 전해질 겔(CPG)에 대한 이온 전도도의 온도 의존성을 분석하였다. 모든 준비된 가교 고분자 전해질 겔(CPG)에 대해 선형 관계가 관찰되었다(도 3). 활성화 에너지는 아레니우스(Arrhenius) 플롯의 경사로부터 계산되었고 아래 표 2에 나타내었다. 더 큰 LiTVI 함량을 갖는 CPG는 약간 더 큰 활성화 에너지를 나타내며, 이는 또한 12.5w/w보다 큰 LiTVI 함량을 갖는 CPG의 이온 전도도의 감소에 상응한다.
[표 2]
Figure pat00005
가교 고분자 전해질 겔(CPG)의 열 전이를 조사하기 위해 시차 주사 열량 측정(DSC)을 수행하였다. PC는 유리 전이 온도(Tg)를 낮추기 위한 가소제 역할을 하기 때문에 가교 고분자 전해질 겔(CPG)은 -80 ~ 100℃에서 유리 전이를 보이지 않는다. 한편, PC가 제거된 60℃에서 진공 건조된 가교 고분자 전해질 겔(CPG)은 명확한 유리 전이 거동을 나타낸다. 더 많은 LiTVI 함량을 갖는 가교 고분자 전해질 겔(CPG)은 더 높은 Tg를 나타내며, 이는 전하-전하 상호 작용이 증가함에 따라 사슬 이동성(chain mobility)이 감소함을 나타낸다.
가교 고분자 전해질 겔(CPG)의 열 안정성은 열 중량 분석(TGA)에 의해 조사되었다. 가교 고분자 전해질 겔(CPG)의 5중량% 중량 손실에 대한 온도는 95 ~ 110℃의 범위에 있으며, 이는 가교 고분자 전해질 겔(CPG)이 주변 조건(<70℃)에서 열적으로 안정적임을 나타낸다. 약 140℃에서의 중량 손실은 PC의 기화에 기인하며, 약 350℃에서의 중량 손실은 고분자 네트워크의 열화에 기인한다. 모든 가교 고분자 전해질 겔(CPG)은 약 50중량%의 PC 중량 손실을 나타내며, 열 가교 공정 동안 무시할만한 양의 PC가 손실되었음을 나타낸다. 가교 고분자 전해질 겔(CPG)을 제조하기 위한 혼합물에서 LiTVI의 함량이 증가함에 따라 가교 고분자 전해질 겔(CPG)의 숯 수율이 증가하기 때문에, 다양한 숯 수율은 숯에 남아있는 리튬으로 설명될 수 있다.
CPG4의 전기화학적 안정성은 60℃에서 선형 스윕 볼타메트리(LSV)에 의해 조사되었다(도 4). 5.3V(vs Li/Li+) 미만의 중요한 양극 전류 피크는 없었으며, 이는 CPG4가 고전압 리튬 배터리에 적용할 수 있는 넓은 전기화학 윈도우를 가지고 있음을 나타낸다.
리튬 이온 전이 수(tLi +)는 Li/CPG4/Li 대칭 셀을 사용하여 DC 분극과 AC 임피던스의 방법을 결합하여 측정되었다(도 5). CPG4의 tLi +는 0.52로 계산되었으며, 이는 폴리(에틸렌 글리콜)계 고분자 전해질의 것(<0.5)보다 크다. CPG4의 더 큰 tLi + 값은 LiTVI가 가교 고분자 구조에 혼입되어 음이온이 이동없이 중합체에 부착된 것에 기인할 수 있다.
LiTVI가 고분자에 포함되어 tLi +를 증가시키지만, 비닐술포닐기의 낮은 반응성때문에 모든 LiTVI가 중합되지 않는다. LiTVI의 전환율을 조사하기 위해, CPG의 일련의 1H NMR 분석을 수행하였다. CPG4에 대한 LiTVI의 전환율은 0.62이며, LiTVI의 전환을 증가시킴으로써 tLi + 값이 추가로 증가할 수 있다. 또, CPG4의 tLi + 값은 다른 고분자 전해질의 값보다 크므로, 리튬 배터리에 적용할 수 있다.
시간 경과에 따른 CPG4의 안정성을 조사하기 위해 25 및 60℃에서 개방 회로 조건 하에서 저장된 LiFePO4/CPG4/Li 배터리의 임피던스는 EIS를 사용하여 측정되었다. 반원은 CPG4의 벌크 저항의 결합 임피던스와 CPG4와 전극 사이의 계면 저항에 기인한다. 25℃에서 배터리의 임피던스는 2일 후에 안정화되었으며(도 6) CPG4는 리튬 금속 양극과 LiFePO4 음극 모두에서 우수한 안정성을 나타낸다. 60℃에서 임피던스는 10일까지 점진적으로 증가한다(도 7). 이는 CPG4에 남아있는 LiTVI의 반응에 기인할 수 있다. LiFePO4/CPG4/Li의 안정적인 작동은 CPG4가 리튬 금속 배터리의 전해질에 적용될 수 있음을 보여준다.
LiFePO4/CPG4/Li 배터리의 정전류 충전-방전 테스트는 60℃에서 수행되어 0.1C의 전류 밀도에서 충전 및 방전을 통해 고온 응용의 사이클 안정성을 평가하였다(도 8). 50 사이클 후 131.0mAh/g의 방전 용량을 유지하는 안정적인 사이클링 성능을 보여준다. 이는 사이클링 중 최대 방전 용량의 89.2% 용량이다. 쿨롱 효율은 셀 활성화 단계를 제외하고 98% 이상으로 유지되었다. LiFePO4/CPG4/Li 배터리의 안정적인 작동은 CPG4가 60℃의 높은 온도에서 작동되는 리튬 폴리머 배터리와 상당히 호환된다는 것을 보여준다. 이는 일반적으로 유기 액체 전해질 시스템에서는 불가능하다.
주변 온도에서 작동하는 배터리(LiFePO4/CPG4/Li)용 전해질로서 CPG4의 실현 가능성도 25℃에서 0.1C 속도로 사이클링하여 검사하였다(도 9). 셀 활성화는 약 20회 이상의 사이클이 필요하지만 배터리는 용량을 크게 줄이지 않으면서 25℃에서 작동할 수 있다. 셀 활성화는 SEI의 형성 및 액체 전해질의 캐소드로의 침투에 기인할 수 있다. 50 사이클 후의 방전 용량은 118.4mAh/g인 것으로 나타났다.
CPG4는 완전한 단일 이온 전도성 고분자 전해질이 아니지만, 실온에서 장기간 사이클링에서 합리적인 방전 용량 값을 갖는 안정적인 용량 유지가 기존의 리튬 염을 사용하지 않고 중합성 리튬염을 포함하는 고분자 전해질을 사용하여 달성될 수 있다. 도 10은 25 및 60℃에서의 방전 용량을 보여준다. 60℃의 배터리는 각각 0.1, 0.2, 0.5, 1.0 및 2.0C의 속도로 148.2, 143.5, 133.4, 98.4 및 35.6mAh/g의 방전 용량을 제공할 수 있다. 또, 배터리는 25℃에서 0.1, 0.2, 0.5 및 1.0C의 속도로 109.4, 101.2, 89.9 및 32.4mAh/g의 방전 용량을 제공할 수 있다.
이제까지 본 발명에 대한 구체적인 실시예들을 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (6)

  1. 고분자와 중합성 리튬염의 결합에 의해 제조되는 가교 고분자 전해질 겔.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 중합성 리튬염은 하기 화학식 1을 갖는 LiTVI(Lithium (trifluoromethanesulfonyl)-(vinylsulfonyl)imide)를 포함하는 것을 특징으로 하는 가교 고분자 전해질 겔.
    [화학식 1]
    Figure pat00006
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 고분자는 PEGMA 및 PEGDMA 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 가교 고분자 전해질 겔,
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 가교 고분자 전해질 겔은, PEGMA, PEGDMA 및 LiTVI를 포함하는 혼합물에 대하여 열 개시 라디칼 중합 반응을 수행하는 것에 의해 제조되는 것을 특징으로 하는 가교 고분자 전해질 겔.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 열 개시 라디칼 중합 반응은 AIBN을 사용하여 수행되는 것을 특징으로 하는 가교 고분자 전해질 겔.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항의 가교 고분자 전해질 겔을 포함하는 배터리.
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