KR20210112925A - Catholyte for lithium metal battery, composite cathode for lithium metal battery including the same, preparing method thereof, and lithium metal battery comprising the same - Google Patents

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KR20210112925A KR1020200028588A KR20200028588A KR20210112925A KR 20210112925 A KR20210112925 A KR 20210112925A KR 1020200028588 A KR1020200028588 A KR 1020200028588A KR 20200028588 A KR20200028588 A KR 20200028588A KR 20210112925 A KR20210112925 A KR 20210112925A
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metal battery
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조병규
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Abstract

Disclosed are a catholyte for a lithium metal battery to increase the ionic conductivity of an anode, a composite cathode for a lithium metal battery including the same, a manufacturing thereof, and a lithium metal battery including the same. According to the present invention, the catholyte for a lithium metal battery including a lithium negative electrode comprises: i) a cross-linked polymer of a first monomer having at least two double bonds and a second monomer having one or more double bonds; and ii) a liquid electrolyte including lithium salt and a nitrile-based compound. The first monomer includes at least three or more repeating units represented by chemical formula 1 and one selected from a group represented by chemical formula 2 is bonded to both ends of the repeating unit. The content of the liquid electrolyte is 50 to 500 parts by weight based on 100 parts by weight of the cross-linked polymer.

Description

리튬금속전지용 양극 전해질, 이를 포함하는 리튬금속전지용 복합양극, 그 제조방법 및 이를 포함하는 리튬금속전지 {Catholyte for lithium metal battery, composite cathode for lithium metal battery including the same, preparing method thereof, and lithium metal battery comprising the same}A cathode electrolyte for a lithium metal battery, a composite anode for a lithium metal battery including the same, a manufacturing method thereof, and a lithium metal battery comprising the same comprising the same}

리튬금속전지용 양극 전해질, 이를 포함하는 리튬금속전지용 복합양극, 그 제조방법 및 이를 포함하는 리튬금속전지에 관한 것이다.A cathode electrolyte for a lithium metal battery, a composite anode for a lithium metal battery including the same, a manufacturing method thereof, and a lithium metal battery including the same.

리튬 음극을 이용한 리튬금속전지는 전지의 중량 밀도를 낮출 수 있고 에너지 밀도를 개선할 수 있어 고용량, 고에너지 밀도의 전지를 구현하는 것이 가능하다. 그런데 리튬금속전지는 액체 전해질과의 반응성이 매우 커서 전기화학 반응 중 리튬 음극 표면에 부산물들로 인한 계면 저항이 급속하게 증가되고, 덴드라이트의 수직성장을 일으켜 단락이 발생하여 전지의 수명이 저하되거나 단락으로 인한 폭발로 안전성 측면에서 심각한 문제가 발생하게 될 수 있다. A lithium metal battery using a lithium anode can lower the weight density of the battery and improve the energy density, making it possible to realize a battery with high capacity and high energy density. However, since lithium metal batteries have very high reactivity with liquid electrolytes, the interfacial resistance due to by-products on the surface of the lithium anode during the electrochemical reaction is rapidly increased, and the vertical growth of dendrites causes short circuits, resulting in reduced battery life or reduced battery life. An explosion due to a short circuit can cause serious problems in terms of safety.

이에 리튬 음극을 사용한 리튬금속전지에서는 고체 전해질 또는 고분자 전해질을 사용하고 양극쪽에 양극 전해질로서 별도의 고체 전해질 또는 고분자 전해질을 이용하는 것이 일반적이다. Accordingly, in a lithium metal battery using a lithium negative electrode, a solid electrolyte or a polymer electrolyte is used, and a separate solid electrolyte or a polymer electrolyte is generally used as the positive electrolyte for the positive electrode.

그런데 지금까지 알려진 양극 전해질은 음극 표면의 덴드라이트 형성 억제 및 이온 전도도 개선 효과가 만족할만한 수준에 도달하지 못하여 개선의 여지가 있다.However, the positive electrode electrolyte known so far has room for improvement because the effect of suppressing dendrite formation and improving ionic conductivity on the surface of the negative electrode does not reach a satisfactory level.

한 측면은 음극 표면의 덴드라이트 형성을 지연할 수 있고 양극의 이온 전도도를 개선할 수 있는 리튬금속전지용 양극 전해질을 제공하는 것이다.One aspect is to provide a positive electrode electrolyte for a lithium metal battery capable of delaying the formation of dendrites on the surface of the negative electrode and improving the ionic conductivity of the positive electrode.

다른 측면은 상술한 양극 전해질을 포함하는 리튬금속전지용 복합양극, 그 제조방법 및 이를 포함하는 리튬금속전지를 제공하는 것이다.Another aspect is to provide a composite anode for a lithium metal battery comprising the above-described cathode electrolyte, a method for manufacturing the same, and a lithium metal battery including the same.

한 측면에 따라 리튬 음극을 포함하는 리튬금속전지용 양극 전해질이며,According to one aspect, it is a positive electrolyte for a lithium metal battery including a lithium negative electrode,

상기 양극 전해질이 i)적어도 2개의 이중결합을 갖는 제1모노머와 1개 이상의 이중결합을 갖는 제2모노머의 가교 고분자와, ii)리튬염; 및 니트릴계 화합물을 포함하는 액체 전해질을 포함하며, The cathode electrolyte comprises: i) a cross-linked polymer of a first monomer having at least two double bonds and a second monomer having one or more double bonds; ii) a lithium salt; and a liquid electrolyte comprising a nitrile-based compound,

상기 제1모노머는 적어도 3개 이상의 화학식 1로 표시되는 반복단위를 함유하며, 상기 반복단위의 양 말단에 하기 화학식 2로 표시되는 그룹 중에서 선택된 하나가 결합된 화합물이며, The first monomer is a compound containing at least three or more repeating units represented by the formula (1), and one selected from the group represented by the following formula (2) is bonded to both ends of the repeating unit,

상기 액체 전해질의 함량은 가교 고분자 100 중량부를 기준으로 하여 5 내지 45 중량부인 리튬금속전지용 양극 전해질이 제공된다.The amount of the liquid electrolyte is 5 to 45 parts by weight based on 100 parts by weight of the cross-linked polymer. A cathode electrolyte for a lithium metal battery is provided.

[화학식 1][Formula 1]

Figure pat00001
,
Figure pat00001
,

화학식 1 중, E는 에틸렌글리콜, 폴리에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜, 폴리프로필렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 알칸디올(alkanediol), 에톡실레이티드 알칸디올(ethoxylated alkanediol), 프로폭실레이티드 알칸디올(propoxylated alkanediol), 트리메틸올프로판, 에톡실레이티드 트리메틸올프로판, 프로폭실레이티드 트리메틸올프로판, 디트리메틸올프로판, 에톡실레이티드 디트리메틸올프로판, 프로폭실레이티드 디트리메틸올프로판, 펜타에리트리톨, 에톡실레이티드 펜타에리트리톨, 프로폭실레이티드 펜타에리트리톨, 디펜타에리트리톨, 에톡실레이티드 디펜타에리트리톨, 프로폭실레이티드 디펜타에리트리톨, 비스페놀A, 에톡실레이티드 비스페놀A, 프로폭실레이티드 비스페놀A 및 이들의 조합에서 선택되는 그룹으로부터 유도되는 잔기(residue)이고, In Formula 1, E is ethylene glycol, polyethylene glycol, propylene glycol, polypropylene glycol, diethylene glycol, alkanediol, ethoxylated alkanediol, propoxylated alkanediol , trimethylolpropane, ethoxylated trimethylolpropane, propoxylated trimethylolpropane, ditrimethylolpropane, ethoxylated ditrimethylolpropane, propoxylated ditrimethylolpropane, pentaerythritol, ethoxyl Lated pentaerythritol, propoxylated pentaerythritol, dipentaerythritol, ethoxylated dipentaerythritol, propoxylated dipentaerythritol, bisphenol A, ethoxylated bisphenol A, propoxylate It is a residue derived from the group selected from bisphenol A and combinations thereof,

각 반복단위의 n은 독립적으로, 1 내지 20의 정수이고,n of each repeating unit is independently an integer from 1 to 20,

[화학식 2][Formula 2]

Figure pat00002
,
Figure pat00003
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Figure pat00004
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Figure pat00005
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Figure pat00006
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Figure pat00008
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화학식 2 중, R은 독립적으로 수소 원자, C1-C10 알킬기, C6-C20 아릴기 또는 그 조합이다.In Formula 2, R is independently a hydrogen atom, a C1-C10 alkyl group, a C6-C20 aryl group, or a combination thereof.

다른 측면에 따라 상술한 양극 활물질, 도전제, 바인더 및 상술한 양극 전해질을 포함하는 리튬금속전지용 복합양극이 제공된다.According to another aspect, there is provided a composite positive electrode for a lithium metal battery comprising the above-described positive active material, a conductive agent, a binder, and the above-described positive electrolyte.

또 다른 측면에 따라 복합양극; 리튬 음극; 및 이들 사이에 개재된 상술한 전해질;을 함유하는 리튬금속전지가 제공된다.According to another aspect, a composite anode; lithium negative electrode; and the above-described electrolyte interposed therebetween. A lithium metal battery containing is provided.

또 다른 측면에 따라 적어도 2개의 이중결합을 갖는 제1모노머와 1개 이상의 이중결합을 갖는 제2모노머; 리튬염; 및 니트릴계 화합물을 포함하는 액체 전해질을 함유한 복합양극 조성물을 양극 집전체 상부에 도포 및 경화하는 단계를 포함하여 상술한 리튬금속전지용 복합양극을 제조하는 방법이며,According to another aspect, a first monomer having at least two double bonds and a second monomer having one or more double bonds; lithium salt; and applying and curing the composite positive electrode composition containing a liquid electrolyte containing a nitrile-based compound on the positive electrode current collector;

상기 제1모노머는 적어도 3개 이상의 화학식 1로 표시되는 반복단위를 함유하며, 상기 반복단위의 양 말단에 하기 화학식 2로 표시되는 그룹 중에서 선택된 하나가 결합된 화합물이며, The first monomer is a compound containing at least three or more repeating units represented by the formula (1), and one selected from the group represented by the following formula (2) is bonded to both ends of the repeating unit,

상기 액체 전해질의 함량은 가교 고분자 100 중량부를 기준으로 하여 50 내지 500 중량부인 리튬금속전지용 복합양극의 제조방법이 제공된다.The content of the liquid electrolyte is 50 to 500 parts by weight based on 100 parts by weight of the cross-linked polymer is provided a method of manufacturing a composite cathode for a lithium metal battery.

[화학식 1][Formula 1]

Figure pat00009
,
Figure pat00009
,

화학식 1 중, E는 에틸렌글리콜, 폴리에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜, 폴리프로필렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 알칸디올(alkanediol), 에톡실레이티드 알칸디올(ethoxylated alkanediol), 프로폭실레이티드 알칸디올(propoxylated alkanediol), 트리메틸올프로판, 에톡실레이티드 트리메틸올프로판, 프로폭실레이티드 트리메틸올프로판, 디트리메틸올프로판, 에톡실레이티드 디트리메틸올프로판, 프로폭실레이티드 디트리메틸올프로판, 펜타에리트리톨, 에톡실레이티드 펜타에리트리톨, 프로폭실레이티드 펜타에리트리톨, 디펜타에리트리톨, 에톡실레이티드 디펜타에리트리톨, 프로폭실레이티드 디펜타에리트리톨, 비스페놀A, 에톡실레이티드 비스페놀A, 프로폭실레이티드 비스페놀A 및 이들의 조합에서 선택되는 그룹으로부터 유도되는 잔기(residue)이고, In Formula 1, E is ethylene glycol, polyethylene glycol, propylene glycol, polypropylene glycol, diethylene glycol, alkanediol, ethoxylated alkanediol, propoxylated alkanediol , trimethylolpropane, ethoxylated trimethylolpropane, propoxylated trimethylolpropane, ditrimethylolpropane, ethoxylated ditrimethylolpropane, propoxylated ditrimethylolpropane, pentaerythritol, ethoxyl Lated pentaerythritol, propoxylated pentaerythritol, dipentaerythritol, ethoxylated dipentaerythritol, propoxylated dipentaerythritol, bisphenol A, ethoxylated bisphenol A, propoxylate It is a residue derived from the group selected from bisphenol A and combinations thereof,

각 반복단위의 n은 독립적으로, 1 내지 20의 정수이고,n of each repeating unit is independently an integer from 1 to 20,

[화학식 2][Formula 2]

Figure pat00010
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Figure pat00011
,
Figure pat00012
,
Figure pat00013
,
Figure pat00014
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Figure pat00016
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Figure pat00010
,
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Figure pat00012
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Figure pat00013
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Figure pat00014
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Figure pat00015
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Figure pat00016
,

화학식 2 중, R은 독립적으로 수소 원자, C1-C10 알킬기, C6-C20 아릴기 또는 그 조합이다.In Formula 2, R is independently a hydrogen atom, a C1-C10 alkyl group, a C6-C20 aryl group, or a combination thereof.

일구현예에 따른 리튬금속전지용 양극 전해질은 양극 극판 밖으로 액상 형태로 침출(leaching)이 불가하여 리튬 음극을 사용하는 리튬금속전지의 양극 전해질에 이용된 경우 음극 표면의 덴드라이트 성장을 효과적으로 지연할 수 있고 양극의 이온 전도도를 향상시킬 수 있다. 이러한 양극 전해질과 이를 함유한 복합 양극을 이용하면 안전성이 확보되고 장수명에 유리한 리튬금속전지를 제조할 수 있다.The positive electrolyte for a lithium metal battery according to an embodiment cannot effectively leach out of the positive electrode plate in a liquid form, so that when used in the positive electrolyte of a lithium metal battery using a lithium negative electrode, the growth of dendrites on the surface of the negative electrode can be effectively delayed. and can improve the ionic conductivity of the anode. By using such a positive electrolyte and a composite positive electrode containing the same, it is possible to manufacture a lithium metal battery that ensures safety and has a long lifespan.

도 1은 일구현예에 따른 양극 전해질의 구조를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 2a 내지 도 2c은 각각 실시예 3, 비교예 3 및 4의 리튬금속전지에 있어서, 용량에 따른 전압 및 전류 변화를 나타낸 그래프이다.
도 3은 실시예 3 및 비교예 3의 리튬금속전지의 수명 특성을 나타낸 사진이다.
도 4a 내지 도 4c는 실시예 3, 비교예 3 및 비교예 4의 리튬금속전지에 있어서, 셀 제작 전 반제품상태의 사이클을 진행하지 않은 합양극의 외관 상태를 나타낸 사진이다.
도 5는 일구현예에 따른 리튬금속전지의 구조를 나타낸 것이다.
1 schematically shows the structure of a cathode electrolyte according to an embodiment.
2A to 2C are graphs showing changes in voltage and current according to capacity in the lithium metal batteries of Example 3 and Comparative Examples 3 and 4, respectively.
3 is a photograph showing the lifespan characteristics of the lithium metal batteries of Example 3 and Comparative Example 3;
4A to 4C are photographs showing the external appearance of the positive electrode in the lithium metal battery of Example 3, Comparative Example 3, and Comparative Example 4, in which the cycle of the semi-finished state was not performed before the cell production.
5 shows the structure of a lithium metal battery according to an embodiment.

첨부된 도면들을 참조하면서 이하에서 예시적인 리튬금속전지용 양극 전해질, 이를 포함하는 리튬금속전지용 복합양극, 그 제조방법 및 이를 포함하는 리튬금속전지에 대하여 보다 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, an exemplary cathode electrolyte for a lithium metal battery, a composite anode for a lithium metal battery including the same, a manufacturing method thereof, and a lithium metal battery including the same will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

리튬 음극을 포함하는 리튬금속전지용 양극 전해질이 제공된다. 상기 양극 전해질은 i)적어도 2개의 이중결합을 갖는 제1모노머와 1개 이상의 이중결합을 갖는 제2모노머의 가교 고분자와, ii)리튬염; 및 니트릴계 화합물을 포함하는 액체 전해질을 포함하며, 상기 제1모노머는 적어도 3개 이상의 화학식 1로 표시되는 반복단위를 함유하며, 상기 반복단위의 양 말단에 하기 화학식 2로 표시되는 그룹 중에서 선택된 하나가 결합된 화합물이며, 상기 액체 전해질의 함량은 가교 고분자 100 중량부를 기준으로 하여 50 내지 500 중량부이다.A positive electrolyte for a lithium metal battery including a lithium negative electrode is provided. The positive electrolyte comprises: i) a cross-linked polymer of a first monomer having at least two double bonds and a second monomer having one or more double bonds; ii) a lithium salt; and a liquid electrolyte including a nitrile-based compound, wherein the first monomer contains at least three or more repeating units represented by formula (1), and one selected from the group represented by formula (2) at both ends of the repeating unit is a bonded compound, and the content of the liquid electrolyte is 50 to 500 parts by weight based on 100 parts by weight of the crosslinked polymer.

[화학식 1][Formula 1]

Figure pat00017
,
Figure pat00017
,

화학식 1 중, E는 에틸렌글리콜, 폴리에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜, 폴리프로필렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 알칸디올(alkanediol), 에톡실레이티드 알칸디올(ethoxylated alkanediol), 프로폭실레이티드 알칸디올(propoxylated alkanediol), 트리메틸올프로판, 에톡실레이티드 트리메틸올프로판, 프로폭실레이티드 트리메틸올프로판, 디트리메틸올프로판, 에톡실레이티드 디트리메틸올프로판, 프로폭실레이티드 디트리메틸올프로판, 펜타에리트리톨, 에톡실레이티드 펜타에리트리톨, 프로폭실레이티드 펜타에리트리톨, 디펜타에리트리톨, 에톡실레이티드 디펜타에리트리톨, 프로폭실레이티드 디펜타에리트리톨, 비스페놀A, 에톡실레이티드 비스페놀A, 프로폭실레이티드 비스페놀A 및 이들의 조합에서 선택되는 그룹으로부터 유도되는 잔기(residue)이고, 각 반복단위의 n은 독립적으로, 1 내지 20의 정수이고,In Formula 1, E is ethylene glycol, polyethylene glycol, propylene glycol, polypropylene glycol, diethylene glycol, alkanediol, ethoxylated alkanediol, propoxylated alkanediol , trimethylolpropane, ethoxylated trimethylolpropane, propoxylated trimethylolpropane, ditrimethylolpropane, ethoxylated ditrimethylolpropane, propoxylated ditrimethylolpropane, pentaerythritol, ethoxyl Lated pentaerythritol, propoxylated pentaerythritol, dipentaerythritol, ethoxylated dipentaerythritol, propoxylated dipentaerythritol, bisphenol A, ethoxylated bisphenol A, propoxylate It is a residue derived from a group selected from tide bisphenol A and combinations thereof, and n of each repeating unit is independently an integer from 1 to 20;

[화학식 2][Formula 2]

Figure pat00018
,
Figure pat00019
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Figure pat00020
,
Figure pat00021
,
Figure pat00022
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Figure pat00023
,
Figure pat00024
,
Figure pat00018
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Figure pat00019
,
Figure pat00020
,
Figure pat00021
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Figure pat00022
,
Figure pat00023
,
Figure pat00024
,

화학식 2 중, R은 독립적으로 수소 원자, C1-C10 알킬기, C6-C20 아릴기 또는 그 조합이다.In Formula 2, R is independently a hydrogen atom, a C1-C10 alkyl group, a C6-C20 aryl group, or a combination thereof.

액체 전해질의 함량이 가교 고분자 100 중량부를 기준으로 하여 50 중량부 미만이면 양극 전해질을 함유한 양극의 이온 전도도 개선 효과가 미미하고 500 중량부를 초과하면 리튬금속전지의 용량 및 수명 특성이 감소될 수 있다.If the content of the liquid electrolyte is less than 50 parts by weight based on 100 parts by weight of the crosslinked polymer, the effect of improving the ionic conductivity of the positive electrode containing the positive electrolyte is insignificant, and if it exceeds 500 parts by weight, the capacity and lifespan characteristics of the lithium metal battery may be reduced. .

액체 전해질의 함량은 예를 들어 가교 고분자 100 중량부를 기준으로 하여 70 내지 480 중량부, 80 내지 450 중량부, 90 내지 430 중량부, 95 내지 400 중량부, 또는 100 내지 300 중량부이다.The content of the liquid electrolyte is, for example, 70 to 480 parts by weight, 80 to 450 parts by weight, 90 to 430 parts by weight, 95 to 400 parts by weight, or 100 to 300 parts by weight based on 100 parts by weight of the crosslinked polymer.

제1모노머를 구성하는 3개 이상의 화학식 1로 표시되는 반복단위는 서로 동일하거나 또는 상이하게 선택된다. 즉 제1모노머는 화학식 1로 표시되는 반복단위를 포함하되 화학식 1의 E가 서로 동일하거나 또는 상이하게 선택될 수 있다.Three or more repeating units represented by Formula 1 constituting the first monomer are selected to be the same as or different from each other. That is, the first monomer includes a repeating unit represented by Formula 1, but E of Formula 1 may be selected to be the same as or different from each other.

상기 가교 고분자는 제1모노머와 제2모노머의 화학적 및/또는 물리적 결합을 통하여 망상 구조를 갖는다. The crosslinked polymer has a network structure through chemical and/or physical bonding of the first monomer and the second monomer.

제1모노머는 말단에 이중결합을 2개 이상 가지며 중량평균분자량이 500 이상, 예를 들어 1,000 내지 1,000,000의 올리고머로서 반복적인 폴리알킬렌옥사이드, 폴리이소시아네이트, 폴리올 등의 구조를 포함하는 구조이다. 그리고 제2모노머는 이중결합을 1개 가지고 있으며, 탄소기 4개 이상 10개 이하의 알킬렌 아크릴레이트로서, 제 1모노머와 함께 랜덤 공중합 가교에 참여하여 고분자 전해질의 구조를 형성한다.The first monomer has two or more double bonds at the terminal and is an oligomer having a weight average molecular weight of 500 or more, for example, 1,000 to 1,000,000, and has a structure including a structure of repetitive polyalkylene oxide, polyisocyanate, polyol, and the like. And the second monomer has one double bond and is an alkylene acrylate having 4 or more and 10 or less carbon groups, and participates in random copolymerization and crosslinking together with the first monomer to form a structure of a polymer electrolyte.

올리고머의 중량평균분자량은 예를 들어 10,000 내지 50,000, 20,000 내지 30,000, 또는 25,000이다. The weight average molecular weight of the oligomer is, for example, 10,000 to 50,000, 20,000 to 30,000, or 25,000.

리튬 음극을 채용한 리튬금속전지용 전해질로는 리튬 금속에 안정한 폴리에틸렌계 고분자 전해질을 이용하거나 또는 아크릴계 고분자와 유기 전해질을 혼합하여 경화하여 만든 겔형 고분자 전해질을 이용하는 것이 알려져 있다. 그 중에서도 폴리에틸렌계 고분자 전해질은 낮은 이온 전도성으로 인하여 고온에서만 구동가능하다. 그리고 겔형 고분자 전해질은 고온에서 유기전해질 누액의 가능성이 있어서 실제 리튬 금속과 반응하여 부반응이 발생될 수 있다는 단점이 있다. 이러한 전해질을 이용하면, 전기화학 반응 중 리튬 음극 표면에 부산물들로 인한 계면 저항이 급속하게 증가되거나 단락이 발생하여 리튬금속전지의 수명이 만족할만 수준에 도달하지 못하여 개선이 요구된다. As an electrolyte for a lithium metal battery employing a lithium anode, it is known to use a polyethylene-based polymer electrolyte stable for lithium metal or a gel-type polymer electrolyte made by curing an acrylic polymer and an organic electrolyte by mixing them. Among them, the polyethylene-based polymer electrolyte can be driven only at high temperatures due to its low ionic conductivity. In addition, the gel-type polymer electrolyte has a disadvantage that there is a possibility of organic electrolyte leakage at a high temperature, and thus a side reaction may occur by reacting with the actual lithium metal. When such an electrolyte is used, the interfacial resistance due to by-products on the surface of the lithium negative electrode during the electrochemical reaction rapidly increases or a short circuit occurs, so that the lifespan of the lithium metal battery does not reach a satisfactory level, so improvement is required.

이에 본 발명자들은 상술한 문제점을 해결하여 리튬 음극을 이용한 리튬금속전지에서 리튬 음극 표면에서의 덴드라이트 형성을 효과적으로 지연할 수 있고 양극의 이온전도도를 개선할 수 있는 양극 전해질 및 이를 포함하는 복합양극에 대한 본원발명을 완성하였다.Accordingly, the present inventors have solved the above-described problems to effectively delay the formation of dendrites on the surface of the lithium negative electrode in a lithium metal battery using a lithium negative electrode and improve the ionic conductivity of the positive electrode, and a composite positive electrode including the same. The present invention has been completed.

도 1은 일구현예에 따른 양극 전해질의 구조를 개략적으로 나타낸 것이다.1 schematically shows the structure of a cathode electrolyte according to an embodiment.

양극 전해질 (10)은 고분자 네트워크 (11)내에 이온 전도성이 높은 리튬염이 도핑된 액체 전해질(12)가 함침된 구조를 갖는다. 고분자 네트워크 (11)은 제1모노머와 제2모노머의 화학적 및/또는 물리적 결합을 통하여 망상 구조를 갖는 가교 고분자를 함유한다. 가교 고분자는 예를 들어 랜덤공중합 가교구조를 가질 수 있다. 양극 전해질은 상기 가교 고분자를 함유하여 사슬 이동성이 향상되어 리튬 이온의 이동이 원할해져 이온 전도성이 개선될 수 있다. The positive electrode 10 has a structure in which a liquid electrolyte 12 doped with a lithium salt having high ion conductivity is impregnated in the polymer network 11 . The polymer network 11 contains a crosslinked polymer having a network structure through chemical and/or physical bonding of the first monomer and the second monomer. The crosslinked polymer may have, for example, a random copolymer crosslinked structure. The positive electrode electrolyte contains the cross-linked polymer to improve chain mobility so that lithium ions move smoothly, thereby improving ion conductivity.

상기 플라스틱 크리스탈 전해질(plastic crystal electrolyte: PCE)는 리튬염이 도핑된 이온전도성이 높은 액체 전해질을 포집할 수 있는 구조를 갖는다. 액체 전해질은 가교 구조를 갖는 고분자 네트워크(11)내에 함유되어 바깥으로 새어나오지 않도록 차단되는 효과를 얻을 수 있다. 이를 통해 고온환경에서의 누액을 막을 수 있고 고분자 구조의 내구성을 확보하여 고온환경에서도 내부에 포함된 액체 전해질의 누액의 우려가 없다. 또한 리튬 금속과의 부반응을 개선하는 효과로 전기화학반응의 안정성을 향상시킬 수 있다. The plastic crystal electrolyte (PCE) has a structure capable of collecting a lithium salt-doped liquid electrolyte with high ion conductivity. The liquid electrolyte is contained in the polymer network 11 having a cross-linked structure to obtain an effect of blocking it from leaking out. Through this, it is possible to prevent leakage in a high-temperature environment, and by securing the durability of the polymer structure, there is no risk of leakage of the liquid electrolyte contained therein even in a high-temperature environment. In addition, it is possible to improve the stability of the electrochemical reaction with the effect of improving the side reaction with lithium metal.

상기 액체 전해질은 니트릴계 화합물을 함유하여 고분자 전해질은 플라스틱 크리스탈 전해질 형태를 갖고 있어 양극 전해질 및 이를 채용한 복합양극의 이온 전도성이 우수하다. 여기에서 용어 "플라스틱 크리스탈 전해질(plastic crystal electrolyte: PCE)"은 전해질을 구성하는 화학분자의 배향 또는 자유도가 온도 영역에 따라 변화되는 특성을 갖는다. PCE는 온도 영역에 따라 분자 구조의 배열이 달라져서 결정성을 가질 수 있다.Since the liquid electrolyte contains a nitrile-based compound and the polymer electrolyte has a plastic crystal electrolyte form, the positive electrode electrolyte and the composite positive electrode employing the same have excellent ion conductivity. Herein, the term "plastic crystal electrolyte (PCE)" has a property that the orientation or degree of freedom of chemical molecules constituting the electrolyte changes depending on the temperature range. PCE may have crystallinity because the arrangement of the molecular structure varies depending on the temperature region.

니트릴계 화합물이 숙시노니트릴(succinonitrile), 글루타로니트릴(glutaronitrile), 아디포니트릴(adiponitrile), 피멜로니트릴(pimelonitrile), 수베로니트릴(suberonitrile) 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.The nitrile-based compound may include succinonitrile, glutaronitrile, adiponitrile, pimelonitrile, suberonitrile, or a combination thereof.

리튬염은 예를 들어 예를 들어 LiPF6, LiBF4, LiClO4, LiAsF6, LiCF3SO3, Li(CF3SO2)2N(LiTFSI), Li(FSO2)2N(LiFSI), LiC4F9SO3, Li(CF3SO2)3C, LiBPh 또는 그 조합을 들 수 있다. FSI는 bis(fluorosulfonyl)imide이고 TFSI는 bis(trifluoromethanesulfonyl)imide를 나타내고, Ph는 페닐을 나타낸다.Lithium salts are for example LiPF 6 , LiBF 4 , LiClO 4 , LiAsF 6 , LiCF 3 SO 3 , Li(CF 3 SO 2 ) 2 N(LiTFSI), Li(FSO 2 ) 2 N(LiFSI), LiC 4 F 9 SO 3 , Li(CF 3 SO 2 ) 3 C, LiBPh, or a combination thereof. FSI stands for bis(fluorosulfonyl)imide, TFSI stands for bis(trifluoromethanesulfonyl)imide, and Ph stands for phenyl.

양극 전해질은 상술한 바와 같이 제1모노머와 제2모노머의 가교 고분자를 함유하여 일반적인 플라스틱 크리스탈 전해질의 유동성을 보완할 수 있고 가교 고분자가 가교결합을 함유하여 열에 대하여 변형이 쉽게 일어나지 않아 복합전해질에 열을 가한 경우에도 연화가 발생되지 않아 열안정성이 확보된다.As described above, the positive electrode electrolyte contains a cross-linked polymer of the first and second monomers to supplement the fluidity of a general plastic crystal electrolyte. Heat stability is ensured because softening does not occur even when added.

또한 일구현예에 따른 양극 전해질은 고온에서 보관한 경우 구조의 변화없어 이를 이용하면 리튬 금속과 양극 전해질의 반응성이 억제된다. 그리고 일구현예에 따른 양극 전해질은 고온에서 리튬과의 반응성이 적어 부반응의 염려가 작고 리튬 덴드라이트의 성장을 억제하여 안전성이 확보됨과 동시에 장수명이 유리한 리튬금속전지를 제조할 수 있다. 이러한 리튬금속전지는 모바일용 및 자동차 전지에 사용되어 안정성이 확보되며 리튬금속을 사용하여 고용량 전지를 구현할 수 있다.In addition, the positive electrolyte according to an embodiment does not change in structure when stored at a high temperature, and when it is used, the reactivity between the lithium metal and the positive electrolyte is suppressed. In addition, the positive electrolyte according to an embodiment has low reactivity with lithium at high temperature, so there is little concern about side reactions, and it is possible to manufacture a lithium metal battery having an advantageous long life while securing safety by inhibiting the growth of lithium dendrites. These lithium metal batteries are used in mobile and automobile batteries to ensure stability, and high-capacity batteries can be implemented using lithium metal.

상기 고분자 네트워크 (11)과 PCE(12)는 분자내 상호작용(Intramolecular interaction)으로 이온 전도성이 높은 액체 전해질을 함침할 수 있다.The polymer network 11 and the PCE 12 may be impregnated with a liquid electrolyte having high ion conductivity due to intramolecular interaction.

양극 전해질로서 가교 고분자를 함유한 고분자 네트워크를 갖는 전해질만을 사용하는 경우에는 산화안정성이 저하된다. 그리고 양극 전해질로서 PCE만을 이용하는 경우에는 SN이 양극 활물질에 흡착되어 저항이 증가되고 60℃ 이상의 구동 온도에서는 액상화되어 양극 극판 외부로 용출될 가능성이 있다.When only an electrolyte having a polymer network containing a crosslinked polymer is used as the anode electrolyte, oxidation stability is reduced. And when only PCE is used as the positive electrolyte, SN is adsorbed to the positive electrode active material to increase resistance, and at a driving temperature of 60° C. or higher, it is liquefied and may be eluted to the outside of the positive electrode plate.

그러나 일구현예에 따른 양극 전해질은 고분자 네트워크내에 PCE가 함침된 구조를 갖고 있어 PCE만을 이용한 경우의 문제점을 해결할 수 있다. However, since the positive electrode electrolyte according to an embodiment has a structure in which PCE is impregnated in a polymer network, a problem in the case of using only PCE can be solved.

제1모노머와 가교되는 제2모노머는 하기 화학식 6으로 표시되는 화합물, 화학식 7로 표시되는 화합물, 화학식 8로 표시되는 화합물 또는 그 조합이다.The second monomer cross-linked with the first monomer is a compound represented by the following formula (6), a compound represented by formula (7), a compound represented by formula (8), or a combination thereof.

[화학식 6][Formula 6]

Figure pat00025
Figure pat00025

화학식 6 중, R은 수소, C1-C10 알킬기 또는 C6-C20 아릴기이며, L1은 수소, 치환된 또는 비치환된 C1-C20 알킬기, 치환된 또는 비치환된 C6-C20 아릴기, 또는 그 조합이며, A는 서로 독립적으로 화학결합을 나타내거나 또는 -CH2-를 나타내며,In Formula 6, R is hydrogen, a C1-C10 alkyl group, or a C6-C20 aryl group, and L 1 is hydrogen, a substituted or unsubstituted C1-C20 alkyl group, a substituted or unsubstituted C6-C20 aryl group, or its a combination, and A represents, independently of each other, a chemical bond or -CH 2 -,

[화학식 7][Formula 7]

Figure pat00026
Figure pat00026

화학식 7 중, L1은 수소, 치환된 또는 비치환된 C1-C20 알킬기, 치환된 또는 비치환된 C6-C20 아릴기, -CH2CH2NHC(=O)OL2, -(CH2)kOC(=O)L3, 또는 -(CH2)kO(=O)NH-(CH2)O(C=O)(C=CH2)R, 또는 그 조합이며, R은 수소, C1-C10 알킬기 또는 C6-C20 아릴기이며, k는 1 내지 5의 정수이고, In Formula 7, L1 is hydrogen, a substituted or unsubstituted C1-C20 alkyl group, a substituted or unsubstituted C6-C20 aryl group, -CH2CH2NHC(=O)OL 2 , -(CH 2 ) k OC(=O )L 3 , or -(CH 2 ) k O(=O)NH-(CH 2 )O(C=O)(C=CH 2 )R, or a combination thereof, R is hydrogen, a C1-C10 alkyl group or C6-C20 aryl group, k is an integer of 1 to 5,

L2 및 L3은 서로 독립적으로 수소, 치환된 또는 비치환된 C1-C20 알킬기, 치환된 또는 비치환된 C6-C20 아릴기, 또는 그 조합이며,L 2 and L 3 are each independently hydrogen, a substituted or unsubstituted C1-C20 alkyl group, a substituted or unsubstituted C6-C20 aryl group, or a combination thereof,

[화학식 8][Formula 8]

Figure pat00027
Figure pat00027

화학식 8 중, L1은 수소, 치환된 또는 비치환된 C1-C20 알킬기, 치환된 또는 비치환된 C6-C20 아릴기, 또는 그 조합이다.In Formula 8, L 1 is hydrogen, a substituted or unsubstituted C1-C20 alkyl group, a substituted or unsubstituted C6-C20 aryl group, or a combination thereof.

상기 제1모노머는 예를 들어 하기 화학식 3으로 표시되는 화합물 또는 화학식 3-1로 표시되는 화합물이다.The first monomer is, for example, a compound represented by Formula 3 or a compound represented by Formula 3-1.

[화학식 3][Formula 3]

Figure pat00028
Figure pat00028

[화학식 3-1][Formula 3-1]

Figure pat00029
Figure pat00029

화학식 3 및 3-1중, EG는 에틸렌글리콜로부터 유도되는 잔기이며, DEG는 디에틸렌글리콜으로부터 유도되는 잔기이며, TMP는 트리메틸올프로판으로부터 유도되는 잔기이며, a, b 및 c는 서로 독립적으로 1 내지 7의 정수, 1 내지 5의 정수, 또는 2 내지 4의 정수이고, l, m 및 n은 서로 독립적으로 1 내지 20의 정수, 2 내지 15의 정수, 3 내지 10의 정수, 3 내지 8의 정수, 또는 4 내지 6의 정수이다.In Formulas 3 and 3-1, EG is a residue derived from ethylene glycol, DEG is a residue derived from diethylene glycol, TMP is a residue derived from trimethylolpropane, and a, b and c are each independently 1 an integer from 7 to 7, an integer from 1 to 5, or an integer from 2 to 4, and l, m and n are each independently an integer from 1 to 20, an integer from 2 to 15, an integer from 3 to 10, and an integer from 3 to 8 It is an integer, or an integer of 4-6.

화학식 3 및 3-1에서 EG는 -(OCH2CH2)-이며, DEG는 -(CH2OCH2)-이다. 그리고In Formulas 3 and 3-1, EG is -(OCH 2 CH 2 )-, and DEG is -(CH 2 OCH 2 )-. and

화학식 3 및 3-1에서 TMP는 예를 들어 -C{(CH2O)k(CH2CH3)}z-이며, k는 1 내지 10, 1 내지 8, 또는 1 내지 5의 수이고 z은 1 내지 10, 1 내지 10, 1 내지 8, 또는 1 내지 5의 수이다.In Formulas 3 and 3-1, TMP is, for example, -C{(CH 2 O) k (CH 2 CH 3 )} z -, where k is a number from 1 to 10, 1 to 8, or 1 to 5, and z is a number from 1 to 10, 1 to 10, 1 to 8, or 1 to 5.

제1모노머로서 하기 화학식 4로 표시되는 화합물 또는 화학식 5로 표시되는 화합물이 사용될 수 있다.As the first monomer, a compound represented by Formula 4 or a compound represented by Formula 5 may be used.

[화학식 4][Formula 4]

Figure pat00030
Figure pat00030

화학식 4중, EG는 에틸렌글리콜로부터 유도되는 잔기이며, DEG는 디에틸렌글리콜으로부터 유도되는 잔기이며, TMP는 트리메틸올프로판으로부터 유도되는 잔기이며,In Formula 4, EG is a residue derived from ethylene glycol, DEG is a residue derived from diethylene glycol, TMP is a residue derived from trimethylolpropane,

l, m 및 n은 서로 독립적으로 1 내지 20의 정수이고, l, m and n are each independently an integer from 1 to 20,

[화학식 5][Formula 5]

Figure pat00031
Figure pat00031

화학식 5 중, EG는 에틸렌글리콜로부터 유도되는 잔기이며, DEG는 디에틸렌글리콜으로부터 유도되는 잔기이며, TMP는 트리메틸올프로판으로부터 유도되는 잔기이며,In Formula 5, EG is a residue derived from ethylene glycol, DEG is a residue derived from diethylene glycol, TMP is a residue derived from trimethylolpropane,

l, m 및 n은 서로 독립적으로 1 내지 20의 정수이다. l, m and n are each independently an integer from 1 to 20.

화학식 4 및 5에서 EG는 -(OCH2CH2)-이며, DEG는 -(CH2OCH2)-이며, TMP는 -C{(CH2O)k(CH2CH3)}z-이며, k는 1 내지 10, 1 내지 8, 또는 1 내지 5의 수이고 z은 1 내지 10, 1 내지 10, 1 내지 8, 또는 1 내지 5의 수이다.In Formulas 4 and 5, EG is -(OCH 2 CH 2 )-, DEG is -(CH 2 OCH 2 )-, and TMP is -C{(CH 2 O) k (CH 2 CH 3 )} z - , k is a number from 1 to 10, 1 to 8, or 1 to 5 and z is a number from 1 to 10, 1 to 10, 1 to 8, or 1 to 5.

l, m 및 n은 서로 독립적으로 2 내지 15의 정수, 3 내지 10의 정수, 3 내지 8의 정수, 또는 4 내지 6의 정수이다.l, m and n are each independently an integer of 2 to 15, an integer of 3 to 10, an integer of 3 to 8, or an integer of 4 to 6;

상기 제2모노머는 예를 들어 하기 화학식 9로 표시되는 화합물(헥실아크릴레이트), 펜틸 아크릴레이트, 프로필 아크릴레이트, 부틸 아크릴레이트 또는 그 조합물 등의 선형아크릴레이트이다.The second monomer is, for example, a linear acrylate such as a compound represented by the following formula (9) (hexyl acrylate), pentyl acrylate, propyl acrylate, butyl acrylate, or a combination thereof.

[화학식 9][Formula 9]

Figure pat00032
Figure pat00032

일구현예에 따른 양극 전해질은 약 25℃에서 1 X 10-6S/cm 이상, 1 X 10-4S/cm 이상, 예를 들어 5×10-4 S/cm 이상, 구체적으로 1×10-3 S/cm 이상, 예를 들어 1 X 10-6S/cm 내지 1 X 10-4 S/cm 일 수 있다. The positive electrolyte according to an embodiment is 1 X 10 -6 S/cm or more, 1 X 10 -4 S/cm or more, for example, 5×10 -4 S/cm or more, specifically 1×10 at about 25°C. -3 S/cm or more, for example, 1 X 10 -6 S/cm to 1 X 10 -4 S/cm.

상술한 양극 전해질은 2개의 이중결합을 갖는 제1모노머와 1개 이상의 이중결합을 갖는 제2모노머; 리튬염; 및 니트릴계 화합물을 포함하는 양극 전해질 조성물을 기재상에 도포 및 경화하여 제조할 수 있다.The above-described positive electrolyte includes a first monomer having two double bonds and a second monomer having one or more double bonds; lithium salt; And it can be prepared by coating and curing a cathode electrolyte composition comprising a nitrile-based compound on a substrate.

제1모노머와 제2모노머의 혼합중량비는 95:5 내지 20:80, 예를 들어 50:50이다. 제1모노머와 제2모노머의 혼합중량비가 상기 범위일 때 이온 전도도 및 강도가 우수한 복합전해질을 얻을 수 있고 이 양극전해질을 채용한 리튬금속전지의 수명 저하 없이 고온 저장 특성이 개선된다.The mixing weight ratio of the first monomer and the second monomer is 95:5 to 20:80, for example, 50:50. When the mixing weight ratio of the first monomer and the second monomer is within the above range, a composite electrolyte having excellent ionic conductivity and strength can be obtained, and high-temperature storage characteristics are improved without deterioration of the lifespan of a lithium metal battery employing the positive electrode electrolyte.

상기 양극 전해질 조성물은 예를 들어 제1모노머와 제2모노머를 혼합하여 제1혼합물을 얻고, 이와 별도로 리튬염과 니트릴계 화합물을 혼합하여 제2혼합물을 제조하고 상기 제1혼합물과 제2혼합물을 혼합하는 단계에 따라 얻을 수 있다. 제1혼합물과 제2혼합물은 예를 들어 20 내지 70℃, 또는 30 내지 65℃의 온도에서 혼합하면 보다 균일한 조성을 갖는 양극 전해질 조성물을 얻을 수 있다.The cathode electrolyte composition is, for example, obtained by mixing a first monomer and a second monomer to obtain a first mixture, separately mixing a lithium salt and a nitrile-based compound to prepare a second mixture, and mixing the first mixture and the second mixture It can be obtained according to the step of mixing. When the first mixture and the second mixture are mixed at a temperature of, for example, 20 to 70°C, or 30 to 65°C, a cathode electrolyte composition having a more uniform composition can be obtained.

상기 양극 전해질 조성물에서 니트릴계 화합물의 함량은 제1모노머 100 중량부를 기준으로 하여 10 내지 70 중량부이다. 그리고 리튬염의 함량은 제1모노머 100 중량부를 기준으로 하여 10 내지 50 중량부이다.The content of the nitrile-based compound in the positive electrolyte composition is 10 to 70 parts by weight based on 100 parts by weight of the first monomer. And the content of the lithium salt is 10 to 50 parts by weight based on 100 parts by weight of the first monomer.

양극 전해질 조성물에는 열 또는 광에 의한 중합개시제를 포함할 수 있다. The cathode electrolyte composition may include a polymerization initiator by heat or light.

상기 경화는 열 또는 광을 가하는 중합 반응에 의하여 실시될 수 있다. The curing may be carried out by a polymerization reaction applying heat or light.

경화는 예를 들어 열경화이며, 40 내지 120℃에서 열처리하여 실시할 수 있다.Curing is, for example, thermosetting, and can be performed by heat-treating at 40-120 degreeC.

양극 전해질 조성물에는 열 또는 광에 의한 중합개시제를 포함할 수 있다. The cathode electrolyte composition may include a polymerization initiator by heat or light.

열에 의한 열중합 개시제로는 과황산염계 개시제, 아조계 개시제, 과산화수소 및 아스코르빈산으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 사용할 수 있다. As the thermal polymerization initiator by heat, one or more selected from the group consisting of a persulfate-based initiator, an azo-based initiator, hydrogen peroxide, and ascorbic acid may be used.

광에 의한 광중합 개시제는 예를 들어 아세토 페논계 화합물; 벤조페논계 화합물; 티오크산톤계 화합물; 벤조인계 화합물; 트리아진계 화합물 등을 사용할 수 있다. 중합개시제의 함량은 예를 들어 전체 조성물 총중량 100 중량부를 기준으로 하여 0.01 내지 10 중량부, 예를 들어 0.2 내지 5 중량부로 사용된다.The photopolymerization initiator by light is, for example, an acetophenone-based compound; benzophenone compounds; thioxanthone-based compounds; benzoin compounds; A triazine-based compound or the like can be used. The content of the polymerization initiator is, for example, 0.01 to 10 parts by weight, for example, 0.2 to 5 parts by weight based on 100 parts by weight of the total composition weight.

상기 기재는 이형필름일 수 있다. 기재는 양극 전해질 조성물 등을 지지하는 역할을 하는 것으로서 비제한적인 예로서 폴리에틸렌테레프탈레이트막, 마일라막 등을 사용할 수 있다. The substrate may be a release film. The substrate serves to support the cathode electrolyte composition and the like, and may include, as non-limiting examples, a polyethylene terephthalate film, a Mylar film, and the like.

다른 측면에 따라 상술한 양극 전해질을 포함하는 리튬금속전지용 복합양극이 제공된다.According to another aspect, there is provided a composite anode for a lithium metal battery comprising the above-described cathode electrolyte.

상기 복합양극은 양극 전해질, 양극 활물질, 도전제 및 바인더를 함유한다. 양극 전해질의 함량은 복합양극 100 중량부를 기준으로 1 내지 20 중량부, 3 내지 15 중량부, 또는 5 내지 10 중량부이다. 양극 전해질이 상기 범위일 때 이온전도도가 우수한 복합양극을 얻을 수 있다.The composite anode contains a cathode electrolyte, a cathode active material, a conductive agent, and a binder. The content of the positive electrode electrolyte is 1 to 20 parts by weight, 3 to 15 parts by weight, or 5 to 10 parts by weight based on 100 parts by weight of the composite anode. When the cathode electrolyte is in the above range, a composite anode having excellent ionic conductivity can be obtained.

이하, 일구현예에 따른 복합양극의 제조방법을 살펴보기로 한다.Hereinafter, a method for manufacturing a composite anode according to an embodiment will be described.

양극 활물질, 도전제 및 바인더를 양극 전해질 조성물과 혼합하여 복합양극 조성물을 얻고 이 복합양극 조성물을 양극 집전체 상부에 코팅 및 경화하는 과정을 거치면 복합양극을 제조할 수 있다. 복합양극 조성물에는 용매가 더 포함될 수 있다. A composite positive electrode can be manufactured by mixing a positive electrode active material, a conductive agent, and a binder with a positive electrolyte composition to obtain a composite positive electrode composition, and then coating and curing the composite positive electrode composition on an upper portion of a positive electrode current collector. The composite positive electrode composition may further include a solvent.

복합양극 조성물은 상술한 바와 같이 양극 집전체 상부에 코팅하여 복합양극을 제조하는 것이 가능하고 이외에 복합양극 조성물의 별도의 지지체 상부에 코팅 및 경화 과정을 실시하고 지지체로부터 분리하여 복합양극을 제조하는 것도 가능하다.It is possible to prepare a composite positive electrode by coating the composite positive electrode composition on the upper portion of the positive electrode current collector as described above, and in addition to performing a coating and curing process on a separate support of the composite positive electrode composition and separating from the support to prepare a composite positive electrode possible.

양극 전해질 조성물은 적어도 2개의 이중결합을 갖는 제1모노머와 1개 이상의 이중결합을 갖는 제2모노머; 리튬염; 및 니트릴계 화합물을 포함한다.The positive electrolyte composition comprises: a first monomer having at least two double bonds and a second monomer having one or more double bonds; lithium salt; and nitrile-based compounds.

상기 양극 전해질 조성물은 예를 들어 제1모노머와 제2모노머를 혼합하여 제1혼합물을 얻고, 이와 별도로 리튬염과 니트릴계 화합물을 혼합하여 제2혼합물을 제조하고 상기 제1혼합물과 제2혼합물을 혼합하는 단계에 따라 얻을 수 있다. 제1혼합물과 제2혼합물은 예를 들어 20 내지 70℃, 또는 30 내지 65℃의 온도에서 혼합하면 보다 균일한 조성을 갖는 양극 전해질 조성물을 얻을 수 있다.The cathode electrolyte composition is, for example, obtained by mixing a first monomer and a second monomer to obtain a first mixture, separately mixing a lithium salt and a nitrile-based compound to prepare a second mixture, and mixing the first mixture and the second mixture It can be obtained according to the step of mixing. When the first mixture and the second mixture are mixed at a temperature of, for example, 20 to 70°C, or 30 to 65°C, a cathode electrolyte composition having a more uniform composition can be obtained.

상기 양극 전해질 조성물에서 니트릴계 화합물의 함량은 제1모노머 100 중량부를 기준으로 하여 10 내지 70 중량부이다. 그리고 리튬염의 함량은 제1모노머 100 중량부를 기준으로 하여 10 내지 50 중량부이다.The content of the nitrile-based compound in the positive electrolyte composition is 10 to 70 parts by weight based on 100 parts by weight of the first monomer. And the content of the lithium salt is 10 to 50 parts by weight based on 100 parts by weight of the first monomer.

복합양극 조성물에는 열 또는 광에 의한 중합개시제를 포함할 수 있다. The composite anode composition may include a polymerization initiator by heat or light.

상기 경화는 열 또는 광을 가하는 중합 반응에 의하여 실시될 수 있다. The curing may be carried out by a polymerization reaction applying heat or light.

열에 의하여 경화반응을 실시하는 경우 열처리는 40 내지 120℃에서 실시된다.When the curing reaction is carried out by heat, the heat treatment is carried out at 40 to 120°C.

상기 양극 활물질은 리튬 복합 산화물로서, 당업계에서 통상적으로 사용되는 것이면 제한 없이 모두 사용될 수 있다. The positive active material is a lithium composite oxide, and any one commonly used in the art may be used without limitation.

양극을 제조하기 위한 양극 활물질로서 리튬코발트산화물, 리튬니켈코발트망간산화물, 리튬니켈코발트알루미늄산화물, 리튬철인산화물, 및 리튬망간산화물로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있으나, 반드시 이들로 한정되지 않으며 당해 기술분야에서 이용 가능한 모든 양극 활물질이 사용될 수 있다.As a positive electrode active material for manufacturing a positive electrode, it may include at least one selected from the group consisting of lithium cobalt oxide, lithium nickel cobalt manganese oxide, lithium nickel cobalt aluminum oxide, lithium iron phosphate, and lithium manganese oxide, but is not necessarily limited thereto and any positive active material available in the art may be used.

양극 활물질은 예를 들어, 코발트, 망간, 니켈, 및 이들의 조합에서 선택되는 금속과 리튬과의 복합 산화물 중 1종 이상의 것을 사용할 수 있으며, 그 구체적인 예로는, LiaA1-bBbD2(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 및 0 ≤ b ≤ 0.5이다); LiaE1-bBbO2-cDc(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05이다); LiE2-bBbO4-cDc(상기 식에서, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05이다); LiaNi1-b-cCobBcDα(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 < α ≤ 2이다); LiaNi1-b-cCobBcO2-αFα(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 < α < 2이다); LiaNi1-b-cCobBcO2-αF2(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 < α < 2이다); LiaNi1-b-cMnbBcDα(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 < α ≤ 2이다); LiaNi1-b-cMnbBcO2-αFα(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 < α < 2이다); LiaNi1-b-cMnbBcO2-αF2(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 < α < 2이다); LiaNibEcGdO2(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.9, 0 ≤ c ≤ 0.5, 0.001 ≤ d ≤ 0.1이다.); LiaNibCocMndGeO2(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.9, 0 ≤ c ≤ 0.5, 0 ≤ d ≤0.5, 0.001 ≤ e ≤ 0.1이다.); LiaNiGbO2(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0.001 ≤ b ≤ 0.1이다.); LiaCoGbO2(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0.001 ≤ b ≤ 0.1이다.); LiaMnGbO2(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0.001 ≤ b ≤ 0.1이다.); LiaMn2GbO4(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0.001 ≤ b ≤ 0.1이다.); QO2; QS2; LiQS2; V2O5; LiV2O5; LiIO2; LiNiVO4; Li(3-f)J2(PO4)3(0 ≤ f ≤ 2); Li(3-f)Fe2(PO4)3(0 ≤ f ≤ 2); LiFePO4의 화학식 중 어느 하나로 표현되는 화합물을 사용할 수 있다:The positive active material may be, for example, one or more of a complex oxide of lithium and a metal selected from cobalt, manganese, nickel, and combinations thereof, and specific examples thereof include Li a A 1-b B b D 2 (wherein 0.90 ≤ a ≤ 1.8, and 0 ≤ b ≤ 0.5); Li a E 1-b B b O 2-c D c (in the above formula, 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05); LiE 2-b B b O 4-c D c (wherein 0 ≤ b ≤ 0.5 and 0 ≤ c ≤ 0.05); Li a Ni 1-bc Co b B c D α (wherein 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 < α ≤ 2); Li a Ni 1-bc Co b B c O 2-α F α (wherein 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 < α <2); Li a Ni 1-bc Co b B c O 2-α F 2 (wherein 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 < α <2); Li a Ni 1-bc Mn b B c D α (wherein 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 < α ≤ 2); Li a Ni 1-bc Mn b B c O 2-α F α (wherein 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 < α <2); Li a Ni 1-bc Mn b B c O 2-α F 2 (wherein 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 < α <2); Li a Ni b E c G d O 2 (in the above formula, 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.9, 0 ≤ c ≤ 0.5, 0.001 ≤ d ≤ 0.1); Li a Ni b Co c Mn d GeO 2 (in the above formula, 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.9, 0 ≤ c ≤ 0.5, 0 ≤ d ≤ 0.5, 0.001 ≤ e ≤ 0.1); Li a NiG b O 2 (in the above formula, 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0.001 ≤ b ≤ 0.1); Li a CoG b O 2 (in the above formula, 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0.001 ≤ b ≤ 0.1); Li a MnG b O 2 (in the above formula, 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0.001 ≤ b ≤ 0.1); Li a Mn 2 G b O 4 (in the above formula, 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0.001 ≤ b ≤ 0.1); QO 2 ; QS 2 ; LiQS 2 ; V 2 O 5 ; LiV 2 O 5 ; LiIO 2 ; LiNiVO 4 ; Li (3-f) J 2 (PO 4 ) 3 (0 ≤ f ≤ 2); Li (3-f) Fe 2 (PO 4 ) 3 (0 ≤ f ≤ 2); A compound represented by any one of the formulas of LiFePO 4 may be used:

상기 화학식에 있어서, A는 Ni, Co, Mn, 또는 이들의 조합이고; B는 Al, Ni, Co, Mn, Cr, Fe, Mg, Sr, V, 희토류 원소 또는 이들의 조합이고; D는 O, F, S, P, 또는 이들의 조합이고; E는 Co, Mn, 또는 이들의 조합이고; F는 F, S, P, 또는 이들의 조합이고; G는 Al, Cr, Mn, Fe, Mg, La, Ce, Sr, V, 또는 이들의 조합이고; Q는 Ti, Mo, Mn, 또는 이들의 조합이고; I는 Cr, V, Fe, Sc, Y, 또는 이들의 조합이며; J는 V, Cr, Mn, Co, Ni, Cu, 또는 이들의 조합이다.In the above formula, A is Ni, Co, Mn, or a combination thereof; B is Al, Ni, Co, Mn, Cr, Fe, Mg, Sr, V, a rare earth element, or a combination thereof; D is O, F, S, P, or a combination thereof; E is Co, Mn, or a combination thereof; F is F, S, P, or a combination thereof; G is Al, Cr, Mn, Fe, Mg, La, Ce, Sr, V, or a combination thereof; Q is Ti, Mo, Mn, or a combination thereof; I is Cr, V, Fe, Sc, Y, or a combination thereof; J is V, Cr, Mn, Co, Ni, Cu, or a combination thereof.

물론 상기 화합물 표면에 코팅층을 갖는 것도 사용할 수 있고, 또는 상기 화합물과 코팅층을 갖는 화합물을 혼합하여 사용할 수도 있다. 이 코팅층은 코팅 원소의 옥사이드, 하이드록사이드, 코팅 원소의 옥시하이드록사이드, 코팅 원소의 옥시카보네이트, 또는 코팅 원소의 하이드록시카보네이트의 코팅 원소 화합물을 포함할 수 있다. 이들 코팅층을 이루는 화합물은 비정질 또는 결정질일 수 있다. 상기 코팅층에 포함되는 코팅 원소로는 Mg, Al, Co, K, Na, Ca, Si, Ti, V, Sn, Ge, Ga, B, As, Zr 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있다. 코팅층 형성 공정은 상기 화합물에 이러한 원소들을 사용하여 양극 활물질의 물성에 악영향을 주지 않는 방법(예를 들어 스프레이 코팅, 침지법 등)으로 코팅할 수 있으면 어떠한 코팅 방법을 사용하여도 무방하며, 이에 대하여는 당해 분야에 종사하는 사람들에게 잘 이해될 수 있는 내용이므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.Of course, a compound having a coating layer on the surface of the compound may be used, or a mixture of the compound and a compound having a coating layer may be used. The coating layer may include a coating element compound of oxide or hydroxide of the coating element, oxyhydroxide of the coating element, oxycarbonate of the coating element, or hydroxycarbonate of the coating element. The compound constituting these coating layers may be amorphous or crystalline. As the coating element included in the coating layer, Mg, Al, Co, K, Na, Ca, Si, Ti, V, Sn, Ge, Ga, B, As, Zr, or a mixture thereof may be used. In the coating layer forming process, any coating method may be used as long as the compound can be coated by a method that does not adversely affect the physical properties of the positive electrode active material (eg, spray coating, dipping, etc.) by using these elements in the compound. Since the content can be well understood by those engaged in the field, a detailed description thereof will be omitted.

상기 양극 활물질은 예를 들어 하기 화학식 10으로 표시되는 화합물, 하기 화학식 11로 표시되는 화합물 또는 화학식 12로 표시되는 화합물이 이용될 수 있다. As the cathode active material, for example, a compound represented by the following Chemical Formula 10, a compound represented by the following Chemical Formula 11, or a compound represented by the Chemical Formula 12 may be used.

[화학식 10][Formula 10]

LiaNibCocMndO2 Li a Ni b Co c Mn d O 2

화학식 10 중, 0.90≤a≤1.8, 0≤b≤0.9, 0≤c≤0.5, 0≤d≤0.5이고, b,c 및 d의 합은 1이고, b, c 및 d가 동시에 0인 경우는 제외하며,In Formula 10, when 0.90≤a≤1.8, 0≤b≤0.9, 0≤c≤0.5, 0≤d≤0.5, the sum of b, c and d is 1, and b, c and d are 0 at the same time is excluded,

[화학식 11][Formula 11]

Li2MnO3 Li 2 MnO 3

[화학식 12][Formula 12]

LiMO2 LiMO 2

상기 화학식 12 중, M은 Mn, Fe, Co, 또는 Ni이다.In Formula 12, M is Mn, Fe, Co, or Ni.

상기 도전제로는 카본 블랙, 그래파이트 미립자 천연 그래파이트, 인조 그래파이트, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 탄소섬유; 카본나노튜브, 구리, 니켈, 알루미늄, 은 등의 금속 분말 또는 금속 섬유 또는 금속 튜브; 폴리페닐렌 유도체와 같은 전도성 고분자 등이 사용될 수 있으나 이들로 한정되지 않으며 당해 기술 분야에서 도전제로 사용될 수 있는 것이라면 모두 가능하다.Examples of the conductive agent include carbon black, graphite fine particles, natural graphite, artificial graphite, acetylene black, Ketjen black, carbon fiber; metal powder or metal fibers or metal tubes such as carbon nanotubes, copper, nickel, aluminum, and silver; Conductive polymers such as polyphenylene derivatives may be used, but are not limited thereto, and any conductive agent may be used in the art.

상기 바인더로는 비닐리덴 플루오라이드/헥사플루오로프로필렌 코폴리머, 폴리비닐리덴플루오라이드, 폴리이미드, 폴리에틸렌, 폴리에스테르, 폴리아크릴로니트릴, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 카르복시메틸 셀룰로오즈-스티렌-부타디엔 러버(carboxymethyl cellulose-styrene-butadiene rubber: SMC/SBR) 공중합체, 스티렌 부타디엔 고무계 폴리머 또는 그 혼합물이 사용될 수 있다. 바인더는 이들로 한정되지 않으며 당해 기술 분야에서 바인더로 사용될 수 있는 것이라면 모두 가능하다.Examples of the binder include vinylidene fluoride/hexafluoropropylene copolymer, polyvinylidene fluoride, polyimide, polyethylene, polyester, polyacrylonitrile, polymethyl methacrylate, polytetrafluoroethylene (PTFE), A carboxymethyl cellulose-styrene-butadiene rubber (SMC/SBR) copolymer, a styrene-butadiene rubber-based polymer, or a mixture thereof may be used. The binder is not limited thereto, and any binder that can be used as a binder in the art may be used.

상기 용매로는 N-메틸피롤리돈, 아세톤 또는 물 등이 사용될 수 있으나, 이들로 한정되지 않으며 당해 기술분야에서 사용될 수 있는 것이라면 모두 사용될 수 있다.As the solvent, N-methylpyrrolidone, acetone, or water may be used, but the solvent is not limited thereto and any solvent that can be used in the art may be used.

상기, 양극 활물질, 도전제, 바인더 및 용매의 함량은 리튬금속전지에서 통상적으로 사용되는 수준이다. 리튬금속전지의 용도 및 구성에 따라 상기 도전제, 바인더 및 용매 중 하나 이상이 생략될 수 있다.The content of the positive electrode active material, the conductive agent, the binder and the solvent is a level commonly used in a lithium metal battery. At least one of the conductive agent, the binder, and the solvent may be omitted depending on the use and configuration of the lithium metal battery.

일구현예에 따른 리튬금속전지는 복합양극, 음극 및 이들 사이에 개재된 전해질을 포함하고 이들을 수용하는 전지 케이스를 포함한다. 예를 들어, 상기 리튬금속전지는 다음과 같은 방법에 의하여 제조될 수 있다.A lithium metal battery according to an embodiment includes a battery case including a composite positive electrode, a negative electrode, and an electrolyte interposed therebetween, and accommodating them. For example, the lithium metal battery may be manufactured by the following method.

먼저 상술한 방법에 따라 복합양극이 준비된다.First, a composite anode is prepared according to the above-described method.

다음으로 리튬 음극으로서 리튬 금속 박막 또는 리튬 합금 박막을 준비한다. Next, a lithium metal thin film or a lithium alloy thin film is prepared as a lithium negative electrode.

리튬 음극은 리튬 금속 박막 또는 리튬 금속 합금 박막을 사용할 수 있다. 리튬 금속 박막 또는 리튬 금속 합금 박막의 두께는 100㎛ 이하일 수 있다. 예를 들어, 상기 리튬전지는 두께 100㎛ 이하의 리튬 금속 박막 또는 리튬 금속 합금 박막에 대하여도 안정적인 사이클 특성이 얻어질 수 있다. 예를 들어, 상기 리튬전지에서 리튬 금속 박막 또는 리튬 금속 합금 박막의 두께는 80㎛ 이하, 예를 들어 60㎛ 이하, 구체적으로 0.1 내지 60㎛일 수 있다. As the lithium negative electrode, a lithium metal thin film or a lithium metal alloy thin film may be used. The thickness of the lithium metal thin film or the lithium metal alloy thin film may be 100 μm or less. For example, the lithium battery may have stable cycle characteristics even with respect to a lithium metal thin film or a lithium metal alloy thin film having a thickness of 100 μm or less. For example, in the lithium battery, the thickness of the lithium metal thin film or the lithium metal alloy thin film may be 80 μm or less, for example 60 μm or less, specifically 0.1 to 60 μm.

리튬금속전지는 전해질로서 리튬금속전지에서 통상적으로 사용되는 전해질을 사용할 수 있다.The lithium metal battery may use an electrolyte commonly used in lithium metal batteries as an electrolyte.

일구현예에 따른 리튬금속전지에서 상술한 전해질 이외에 통상적으로 사용되는 액체 전해질, 고체 전해질, 겔 전해질, 및 고분자 이온성 액체(polymer ionic liquid) 중에서 선택된 하나 이상을 더 사용할 수 있다. In addition to the above-described electrolyte in the lithium metal battery according to an embodiment, one or more selected from a liquid electrolyte, a solid electrolyte, a gel electrolyte, and a polymer ionic liquid may be further used.

다른 일구현예에 의하면, 상기 리튬금속전지는 액체 전해질과, 고체 전해질, 겔 전해질 및 고분자 이온성 액체(polymer ionic liquid) 중에서 선택된 하나 이상과, 세퍼레이터를 더 포함할 수 있다.According to another embodiment, the lithium metal battery may further include a liquid electrolyte, at least one selected from a solid electrolyte, a gel electrolyte, and a polymer ionic liquid, and a separator.

액체 전해질은 유기용매, 이온성 액체 및 리튬염 중에서 선택된 하나 이상을 더 포함한다. 유기용매는 리튬금속전지에서 통상적으로 사용되는 것이라면 모두 다 사용가능하며, 비제한적인 예로서 카보네이트계 화합물, 글라임계 화합물, 디옥소란계 화합물 등이 있다.The liquid electrolyte further includes at least one selected from an organic solvent, an ionic liquid, and a lithium salt. Any organic solvent can be used as long as it is commonly used in lithium metal batteries, and non-limiting examples include a carbonate-based compound, a glyme-based compound, and a dioxolane-based compound.

겔 전해질은 겔 형태를 갖는 전해질로서 당해기술분야에서 주지된 것이라면 모두 다 사용가능하다. The gel electrolyte may be used as long as it is well known in the art as an electrolyte having a gel form.

겔 전해질은 예를 들어 고분자와 고분자 이온성 액체를 함유할 수 있다. The gel electrolyte may contain, for example, a polymer and a polymeric ionic liquid.

상기 고분자는 예를 들어 고체 그래프트(블록) 코폴리머 전해질일 수 있다.The polymer may be, for example, a solid graft (block) copolymer electrolyte.

이온성 액체는 상온 이하의 융점을 갖고 있고 이온만으로 구성되는 상온에서 액체 상태의 염 또는 상온 용융염을 말한다. 이온성 액체는 예를 들어 N-메틸-N-프로필피롤디니움 비스(트리플루오로메탄술포닐)이미드 N-부틸-N-메틸피롤리디움 비스(3-트리플루오로메틸술포닐)이미드, 1-부틸-3-메틸이미다졸리움 비스(트리플루오로메틸술포닐)아미드 및 1-에틸-3-메틸이미다졸리움 비스(트리플루오로메틸술포닐)아미드로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상이다.An ionic liquid has a melting point below room temperature and refers to a salt in a liquid state at room temperature or a molten salt at room temperature composed of only ions. Ionic liquids are for example N-methyl-N-propylpyrrolidinium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide N-butyl-N-methylpyrrolidium bis(3-trifluoromethylsulfonyl)imi de, at least one selected from the group consisting of 1-butyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethylsulfonyl)amide and 1-ethyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethylsulfonyl)amide am.

고체 전해질은 유기 고체 전해질 또는 무기 고체 전해질일 수 있다. The solid electrolyte may be an organic solid electrolyte or an inorganic solid electrolyte.

상기 유기 고체 전해질로는, 예를 들어, 폴리에틸렌 유도체, 폴리에틸렌 옥사이드 유도체, 폴리프로필렌 옥사이드 유도체, 인산 에스테르 고분자, 폴리에스테르 술파이드, 폴리비닐 알코올, 폴리 불화 비닐리덴, 이온성 해리기를 포함하는 중합체 등이 사용될 수 있다.Examples of the organic solid electrolyte include polyethylene derivatives, polyethylene oxide derivatives, polypropylene oxide derivatives, phosphoric acid ester polymers, polyester sulfide, polyvinyl alcohol, polyvinylidene fluoride, polymers containing ionic dissociation groups, etc. can be used

상기 무기 고체 전해질로는, Cu3N, Li3N, LiPON, Li3PO4.Li2S.SiS2, Li2S.GeS2.Ga2S3,(Na,Li)1+xTi2-xAlx(PO4)3(0.1≤x≤0.9), Li1+xHf2-xAlx(PO4)3(0.1≤x≤0.9), Na3Zr2Si2PO12, Li3Zr2Si2PO12, Na5ZrP3O12, Na5TiP3O12, Na3Fe2P3O12, Na4NbP3O12, NLi0.3La0.5TiO3, Na5MSi4O12 (M은 Nd, Gd, Dy 등의 희토류 원소임) Li5ZrP3O12, Li5TiP3O12, Li3Fe2P3O12, Li4NbP3O12, Li1+x(M,Al,Ga)x(Ge1-yTiy)2-x(PO4)3(0≤X≤0.8, 0≤Y≤1.0, M은 Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm 또는 Yb), Li1+x+yQxTi2-xSiyP3-yO12 (0<x≤0.4, 0<y≤0.6, Q 는 Al 또는 Ga), Li6BaLa2Ta2O12, Li7La3Zr2O12, Li5La3Nb2O12, Li5La3M2O12 (M은 Nb 또는 Ta), Li7+xAxLa3-xZr2O12 (0<x<3, A는 Zn) 등이 사용될 수 있다. The inorganic solid electrolyte, Cu 3 N, Li 3 N , LiPON, Li 3 PO 4 .Li 2 S.SiS 2, Li 2 S.GeS 2 .Ga 2 S 3, (Na, Li) 1 + x Ti 2-x Al x (PO 4 ) 3 (0.1≤x≤0.9), Li 1+x Hf 2-x Al x (PO 4 ) 3 (0.1≤x≤0.9), Na 3 Zr 2 Si 2 PO 12 , Li 3 Zr 2 Si 2 PO 12 , Na 5 ZrP 3 O 12 , Na 5 TiP 3 O 12 , Na 3 Fe 2 P 3 O 12 , Na 4 NbP 3 O 12 , NLi 0.3 La 0.5 TiO 3 , Na 5 MSi 4 O 12 (M is a rare earth element such as Nd, Gd, Dy) Li 5 ZrP 3 O 12 , Li 5 TiP 3 O 12 , Li 3 Fe 2 P 3 O 12 , Li 4 NbP 3 O 12 , Li 1+x (M,Al,Ga) x (Ge 1-y Ti y ) 2-x (PO 4 ) 3 (0≤X≤0.8, 0≤Y≤1.0, M is Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy , Ho, Er, Tm or Yb), Li 1+x+y Q x Ti 2-x Si y P 3-y O 12 (0<x≤0.4, 0<y≤0.6, Q is Al or Ga), Li 6 BaLa 2 Ta 2 O 12 , Li 7 La 3 Zr 2 O 12 , Li 5 La 3 Nb 2 O 12 , Li 5 La 3 M 2 O 12 (M is Nb or Ta), Li 7+x A x La 3-x Zr 2 O 12 (0<x<3, A is Zn) and the like may be used.

일구현예에 의한 고분자 이온성 액체는 i)암모늄계, 피롤리디늄계, 피리디늄계, 피리미디늄계, 이미다졸륨계, 피페리디늄계, 피라졸륨계, 옥사졸륨계, 피리다지늄계, 포스포늄계, 설포늄계, 트리아졸늄계 및 그 혼합물 중에서 선택된 하나 이상의 양이온과, ii) BF4 -, PF6 -, AsF6 -, SbF6 -, AlCl4 -, HSO4 -, ClO4 -, CH3SO3 -, CF3CO2 -, (CF3SO2)2N-, (FSO2)2N-, Cl-, Br-, I-, SO4 -, CF3SO3 -, (C2F5SO2)2N-, (C2F5SO2)(CF3SO2)N-, NO3 -, Al2Cl7 -, (CF3SO2)3C-, (CF3)2PF4 -, (CF3)3PF3 -, (CF3)4PF2 -, (CF3)5PF-, (CF3)6P-, SF5CF2SO3 -, SF5CHFCF2SO3 -, CF3CF2(CF3)2CO-, (CF3SO2)2CH-, (SF5)3C-, (O(CF3)2C2(CF3)2O)2PO- 중에서 선택된 하나 이상의 음이온을 포함하는 반복단위를 함유할 수 있다. Polymeric ionic liquids according to one embodiment are i) ammonium-based, pyrrolidinium-based, pyridinium-based, pyrimidinium-based, imidazolium-based, piperidinium-based, pyrazolium-based, oxazolium-based, pyridazinium-based, phospho At least one cation selected from nium-based, sulfonium-based, triazolium-based and mixtures thereof, and ii) BF 4 - , PF 6 - , AsF 6 - , SbF 6 - , AlCl 4 - , HSO 4 - , ClO 4 - , CH 3 SO 3 - , CF 3 CO 2 - , (CF 3 SO 2 ) 2 N - , (FSO 2 ) 2 N - , Cl - , Br - , I - , SO 4 - , CF 3 SO 3 - , (C 2 F 5 SO 2 ) 2 N - , (C 2 F 5 SO 2 )(CF 3 SO 2 )N - , NO 3 - , Al 2 Cl 7 - , (CF 3 SO 2 ) 3 C - , (CF 3 ) 2 PF 4 - , (CF 3 ) 3 PF 3 - , (CF 3 ) 4 PF 2 - , (CF 3 ) 5 PF - , (CF 3 ) 6 P - , SF 5 CF 2 SO 3 - , SF 5 CHFCF 2 SO 3 - , CF 3 CF 2 (CF 3 ) 2 CO - , (CF 3 SO 2 ) 2 CH - , (SF 5 ) 3 C - , (O(CF 3 ) 2 C 2 (CF 3 ) 2 O ) 2 PO - may contain a repeating unit comprising at least one anion selected from among.

일구현예에 따른 리튬금속전지는 세퍼레이터와 함침형 고체 전해질을 함유한다. 함침형 고체 전해질은 예를 들어 리튬염과, 이온성 액체를 함유한다. A lithium metal battery according to an embodiment contains a separator and an impregnated solid electrolyte. The impregnated solid electrolyte contains, for example, a lithium salt and an ionic liquid.

함침형 고체 전해질은 SiO2, TiO2 와 같은 필러를 함유할 수 있다. 이러한 필러의 함량은 함침형 고체 전해질의 총중량을 기준으로 하여 1 내지 20 중량%, 예를 들어 5 내지 15 중량%이다. The impregnated solid electrolyte may contain a filler such as SiO 2 and TiO 2 . The content of such a filler is 1 to 20% by weight, for example, 5 to 15% by weight, based on the total weight of the impregnated solid electrolyte.

함침형 고체 전해질은 세퍼레이터의 기공에 포함되며 세퍼레이터의 표면에 존재할 수 있다. 함침형 고체 전해질은 반고체, 겔 또는 고체 형태를 갖고 있어 고정될 수 있어 액체 전해질과 달리 외부로 누출될 염려가 없다.The impregnated solid electrolyte is included in the pores of the separator and may exist on the surface of the separator. The impregnated solid electrolyte has a semi-solid, gel or solid form and can be fixed, so there is no risk of leakage to the outside, unlike a liquid electrolyte.

일구현예에 의한 리튬금속전지는 용량 및 수명 특성이 우수하여 소형 디바이스의 전원으로 사용되는 전지셀에 사용될 수 있을 뿐만 아니라, 중대형 디바이스의 전원으로 사용되는 다수의 전지셀들을 포함하는 중대형 전지팩 또는 전지모듈에 단위전지로도 사용될 수 있다.The lithium metal battery according to one embodiment has excellent capacity and lifespan characteristics, so it can be used in a battery cell used as a power source for a small device, as well as a medium or large battery pack including a plurality of battery cells used as a power source for a medium or large device. It can also be used as a unit cell in a battery module.

도 5에서 보여지는 바와 같이 일구현예에 따른 리튬금속전지(51)는 양극(53), 리튬 음극(52) 및 전해질(54)을 포함한다. 상술한 양극(53), 음극(52) 및 전해질(54)이 와인딩되거나 접혀서 전지케이스(55)에 수용된다. 양극(53)은 일구현예에 의한 양극 전해질을 함유한 복합양극일 수 있다. 전해질(54)는 세퍼레이터와 함침형 고체 전해질을 함유한 복합전해질일 수 있다.As shown in FIG. 5 , a lithium metal battery 51 according to an embodiment includes a positive electrode 53 , a lithium negative electrode 52 , and an electrolyte 54 . The above-described positive electrode 53 , negative electrode 52 , and electrolyte 54 are wound or folded and accommodated in the battery case 55 . The positive electrode 53 may be a composite positive electrode containing a positive electrolyte according to an embodiment. The electrolyte 54 may be a composite electrolyte containing a separator and an impregnated solid electrolyte.

이어서, 상기 전지케이스(55)에 일구현예에 따른 전해질이 주입되고 캡(cap) 어셈블리로 밀봉되어 리튬금속전지(51)가 완성된다. 상기 전지케이스는 원통형, 각형, 박막형 등일 수 있다. 예를 들어, 상기 리튬금속전지는 대형박막형전지일 수 있다. 상기 리튬금속전지는 리튬이온전지일 수 있다.Next, the electrolyte according to an embodiment is injected into the battery case 55 and sealed with a cap assembly to complete the lithium metal battery 51 . The battery case may have a cylindrical shape, a prismatic shape, or a thin film type. For example, the lithium metal battery may be a large-sized thin-film battery. The lithium metal battery may be a lithium ion battery.

상기 리튬금속전지는 수명특성 및 고율특성이 우수하므로 중대형 디바이스에 사용될 수 있다. 중대형 디바이스의 예로는 전기자동차(Electric Vehicle, EV), 하이브리드 전기자동차(Hybrid Electric Vehicle, HEV), 플러그-인 하이브리드 전기자동차(Plug-in Hybrid Electric Vehicle, PHEV) 등을 포함하는 전기차 전기 자전거(E-bike), 전기 스쿠터(E-scooter)를 포함하는 전기 이륜차 전동 공구 전력저장장치 등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 많은 양의 전력 저장이 요구되는 분야에 사용될 수 있다. 예를 들어, 전기 자전거, 전동 공구 등에 사용될 수 있다.Since the lithium metal battery has excellent lifespan characteristics and high rate characteristics, it can be used in medium and large-sized devices. Examples of mid-to-large devices include electric vehicles (EVs), hybrid electric vehicles (HEVs), plug-in hybrid electric vehicles (PHEVs), and the like. -bike) and an electric two-wheeled vehicle power tool power storage device including an electric scooter (E-scooter), but is not limited thereto. In addition, it can be used in fields requiring a large amount of power storage. For example, it can be used for electric bicycles, power tools, and the like.

일구현예에 따른 리튬금속전지는 예를 들어 전고체이차전지일 수 있다. 일구현예에 따른 리튬금속전지에서는 액체 전해질을 이용하지 않으므로 양극쪽에도 리튬이온의 전달경로를 담당할 매개체로서 양극 전해질을 이용하여 이온 전도성이 개선된 복합양극을 제조할 수 있다.The lithium metal battery according to an embodiment may be, for example, an all-solid-state secondary battery. Since a liquid electrolyte is not used in the lithium metal battery according to an embodiment, a composite anode having improved ion conductivity may be manufactured by using the cathode electrolyte as a medium to be responsible for the transfer path of lithium ions on the anode side as well.

이하의 실시예 및 비교예를 통하여 더욱 상세하게 설명된다. 단, 실시예는 예시하기 위한 것으로서 이들만으로 한정되는 것이 아니다.It will be described in more detail through the following examples and comparative examples. However, the examples are for illustrative purposes and are not limited thereto.

(양극 전해질의 제조)(Preparation of anode electrolyte)

실시예 1Example 1

화학식 4-1로 표시되는 화합물(DRIC) 및 헥실아크릴레이트를 5:2 중량비로 혼합하고 여기에 LiTFSI를 3M로 용해시킨 숙시노니트릴(SN)을 부가 및 혼합하여 양극 전해질 조성물을 얻었다. SN에 LiTFSI를 용해시킬 때는 60℃의 오븐에서 SN을 액화 시킨 후에 LiTFSI를 부가한 후 용해하였다. 여기에서 i)LiTFSI 3M 용해시킨 SN과, ii)하기 화학식 4로 표시되는 화합물 및 헥실아크릴레이트의 총함량은 3:1 중량비로 혼합하고 열중합개시제인 2,2'-아조비스(2,4-디메틸발레로니트릴)를 부가 및 혼합하여 양극 전해질 조성물을 얻었다. 중합개시제의 함량은 화학식 4-1로 표시되는 화합물 및 헥실아크릴레이트의 총합 100 중량부를 기준으로 하여 0.1 중량부이다.The compound (DRIC) represented by Formula 4-1 and hexyl acrylate were mixed in a weight ratio of 5:2, and succinonitrile (SN) in which LiTFSI was dissolved in 3M was added and mixed to obtain a cathode electrolyte composition. When dissolving LiTFSI in SN, after liquefying SN in an oven at 60°C, LiTFSI was added and then dissolved. Here, i) SN dissolved in 3M LiTFSI, and ii) the total content of the compound represented by Chemical Formula 4 and hexyl acrylate are mixed in a 3:1 weight ratio, and 2,2'-azobis(2,4) as a thermal polymerization initiator -dimethylvaleronitrile) was added and mixed to obtain a cathode electrolyte composition. The content of the polymerization initiator is 0.1 parts by weight based on 100 parts by weight of the total of the compound represented by Formula 4-1 and hexyl acrylate.

<화학식 4-1><Formula 4-1>

Figure pat00033
Figure pat00033

화학식 4-1중, E는 에틸렌글리콜로부터 유도되는 잔기로서, -(OCH2CH2)-이며, DEG는 디에틸렌글리콜으로부터 유도되는 잔기로서, -(CH2OCH2)-이며, TMP는 트리메틸올프로판으로부터 유도되는 잔기이며, -C(CH2O)(CH2CH3)-이며, L은 5이고, m은 5이고, n은 5이다.In Formula 4-1, E is a residue derived from ethylene glycol, -(OCH 2 CH 2 )-, DEG is a residue derived from diethylene glycol, -(CH 2 OCH 2 )-, and TMP is trimethyl a residue derived from allpropane, -C(CH 2 O)(CH 2 CH 3 )-, L is 5, m is 5, and n is 5.

상기 양극 조성물을 기재상에 바코터(barcoater)를 이용한 코팅 및 이를 110℃에서 열처리하는 과정을 거쳐 경화반응을 실시하여 양극 전해질을 약 100㎛의 두께로 제조하였다. 양극 전해질에서 DRIC 및 헥실아크릴레이트의 가교 고분자와, 액체 전해질(3M LiTFSI in 숙시노니트릴(SN))의 혼합중량비는 1:3이다. 그리고 액체 전해질의 함량은 가교 고분자 100 중량부를 기준으로 하여 300 중량부이다.The cathode composition was coated on a substrate using a barcoater and heat-treated at 110° C., followed by a curing reaction to prepare a cathode electrolyte with a thickness of about 100 μm. The mixing weight ratio of the crosslinked polymer of DRIC and hexyl acrylate and the liquid electrolyte (3M LiTFSI in succinonitrile (SN)) in the positive electrolyte is 1:3. And the content of the liquid electrolyte is 300 parts by weight based on 100 parts by weight of the crosslinked polymer.

실시예 2Example 2

바코터의 코팅게이지를 제어하여 양극 전해질의 두께를 약 110㎛의 두께로 제조한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법에 따라 실시하여 양극 전해질을 제조하였다.A positive electrolyte was prepared in the same manner as in Example 1, except that the thickness of the positive electrolyte was manufactured to a thickness of about 110 μm by controlling the coating gauge of the bar coater.

비교예 1Comparative Example 1

LiTFSI을 3M로 용해시킨 SN과, 화학식 4로 표시되는 화합물 및 헥실아크릴레이트의 총함량은 1:1 중량비로 변화시키고 바코터의 코팅게이지를 제어하여 양극 전해질의 두께를 약 110㎛로 제어한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일하게 실시하여 양극 전해질을 제조하였다.The total content of SN in which LiTFSI was dissolved with 3M, the compound represented by Formula 4, and hexyl acrylate was changed in a 1:1 weight ratio and the thickness of the cathode electrolyte was controlled to about 110 μm by controlling the coating gauge of the bar coater. Except that, in the same manner as in Example 1, a cathode electrolyte was prepared.

비교예 2Comparative Example 2

바코터의 코팅게이지를 제어하여 양극 전해질의 두께를 약 90㎛로 제어한 것을 제외하고는, 비교예 1과 동일하게 실시하여 양극 전해질을 제조하였다.A positive electrolyte was prepared in the same manner as in Comparative Example 1, except that the thickness of the positive electrolyte was controlled to about 90 μm by controlling the coating gauge of the bar coater.

(복합양극 및 전지의 제조)(Manufacture of composite anode and battery)

실시예 3Example 3

실시예 1의 양극 전해질 조성물과, LiNi0.8Co0.1Al0.1O2, 도전제인 덴카블랙, 바인더인 폴리비닐레덴플루오라이드를 혼합하여 복합양극 조성물을 얻었다. 복합양극 조성물에서 LiNi0.8Co0.1Al0.1O2(NCA), 도전제, 바인더 및 양극 전해질 조성물의 혼합중량비는 82.8:3.6:3.6:10이다. A composite cathode composition was obtained by mixing the cathode electrolyte composition of Example 1, LiNi 0.8 Co 0.1 Al 0.1 O 2 , denka black as a conductive agent, and polyvinylidene fluoride as a binder. In the composite positive electrode composition, the mixing weight ratio of LiNi 0.8 Co 0.1 Al 0.1 O 2 (NCA), the conductive agent, the binder, and the positive electrolyte composition is 82.8:3.6:3.6:10.

상기 복합양극 조성물을 집전체상에 코팅 및 이를 110℃에서 열처리하는 과정을 거쳐 경화반응을 실시하여 양극 전해질을 함유한 복합양극을 약 100㎛의 두께로 제조하였다. 복합양극에서 DRIC 및 헥실아크릴레이트의 가교 고분자와, 액체 전해질(3M LiTFSI in 숙시노니트릴(SN))의 혼합중량비는 1:3이다. 그리고 액체 전해질의 함량은 가교 고분자 100 중량부를 기준으로 하여 300 중량부이다.The composite anode composition was coated on a current collector and subjected to a curing reaction through a process of heat treatment at 110° C. to prepare a composite cathode containing a cathode electrolyte to a thickness of about 100 μm. In the composite anode, the mixing weight ratio of the crosslinked polymer of DRIC and hexyl acrylate and the liquid electrolyte (3M LiTFSI in succinonitrile (SN)) is 1:3. And the content of the liquid electrolyte is 300 parts by weight based on 100 parts by weight of the crosslinked polymer.

상기 과정에 따라 얻은 복합양극과 음극인 두께 약 20㎛의 리튬 금속 사이에 폴리에틸렌/폴리프로필렌 세퍼레이터 및 함침형 고체 전해질을 개재하여 리튬금속전지(코인셀 2032타입)를 제조하였다. 여기에서 함침형 고체 전해질은 2.8M LiFSI의 이온성 액체인 N-프로필-N-메틸피롤리디늄 비스(플루오로술포닐)이미드(N-Propyl-N-methylpyrrolidinium bis(fluorosulfonyl)imide: PYR13FSI)와 SiO2를 포함한다. 여기에서 SiO2의 함량은 함침형 고체 전해질 총중량을 기준으로 하여 10중량%이다. A lithium metal battery (coin cell 2032 type) was prepared by interposing a polyethylene/polypropylene separator and an impregnated solid electrolyte between the lithium metal having a thickness of about 20 μm as the composite positive electrode and the negative electrode obtained according to the above procedure. Here, the impregnated solid electrolyte is an ionic liquid of 2.8M LiFSI, N-propyl-N-methylpyrrolidinium bis(fluorosulfonyl)imide (N-Propyl-N-methylpyrrolidinium bis(fluorosulfonyl)imide: PYR13FSI) and SiO 2 . Here, the content of SiO 2 is 10% by weight based on the total weight of the impregnated solid electrolyte.

실시예 4Example 4

액체 전해질(LiTFSI를 3M로 용해시킨 SN)인 함량은 가교 고분자 100 중량부를 기준으로 하여 50 중량부로 변화시킨 것을 제외하고는, 실시예 3과 동일하게 실시하여 양극 전해질, 복합양극 및 리튬금속전지(코인셀)를 제조하였다.A positive electrolyte, a composite anode and a lithium metal battery (a positive electrolyte, a composite anode and a lithium metal battery ( coin cell) was prepared.

실시예 5Example 5

액체 전해질(LiTFSI 3M 용해시킨 SN)인 함량은 가교 고분자 100 중량부를 기준으로 하여 200 중량부로 변화시킨 것을 제외하고는, 실시예 3과 동일하게 실시하여 양극 전해질, 복합양극 및 리튬금속전지(코인셀)를 제조하였다.A positive electrolyte, a composite anode, and a lithium metal battery (coin cell) were carried out in the same manner as in Example 3, except that the content of liquid electrolyte (SN dissolved in LiTFSI 3M) was changed to 200 parts by weight based on 100 parts by weight of the crosslinked polymer. ) was prepared.

비교예 3Comparative Example 3

LiNi0.8Co0.1Al0.1O2(NCA), 도전제인 덴카블랙, 바인더인 폴리비닐레덴플루오라이드를 92:4:4 중량비로 혼합한 다음, 여기에 N-메틸피롤리돈을 혼합하여 양극 조성물을 얻었다. N-메틸피롤리돈의 함량은 NCA 100 중량부를 기준으로 하여 65 중량부이다.LiNi 0.8 Co 0.1 Al 0.1 O 2 (NCA), denka black as a conductive agent, and polyvinylidene fluoride as a binder were mixed in a weight ratio of 92:4:4, and then N-methylpyrrolidone was mixed thereto to prepare a positive electrode composition. got it The content of N-methylpyrrolidone is 65 parts by weight based on 100 parts by weight of NCA.

상기 양극 조성물을 알루미늄 호일(두께: 약 15㎛) 상부에 코팅하고 25℃에서 건조한 다음, 건조된 결과물을 진공, 약 110℃에서 건조시켜 양극을 제조하였다.The positive electrode composition was coated on an aluminum foil (thickness: about 15 μm) and dried at 25° C., and then the dried product was dried at about 110° C. under vacuum to prepare a positive electrode.

상기 과정에 따라 얻은 양극과 음극인 두께 약 20㎛의 리튬 금속 사이에 폴리에틸렌/폴리프로필렌 세퍼레이터를 개재하여 리튬금속전지(코인셀)를 제조하였다. 여기에서 상기 양극과 음극 사이에는 액체 전해질을 부가하였다. 액체 전해질로는 3:7 부피비의 FEC 및 DEC의 혼합 용매에 1M LiFOB가 용해된 전해액을 이용하였다.A lithium metal battery (coin cell) was prepared by interposing a polyethylene/polypropylene separator between the lithium metal having a thickness of about 20 μm, which is the positive electrode and the negative electrode obtained according to the above procedure. Here, a liquid electrolyte was added between the positive electrode and the negative electrode. As the liquid electrolyte, an electrolyte solution in which 1M LiFOB was dissolved in a mixed solvent of FEC and DEC in a 3:7 volume ratio was used.

비교예 4Comparative Example 4

폴리에틸렌/폴리프로필렌 세퍼레이터와 함침형 고체 전해질 대신 함침형 고분자 전해질 조성물을 약 17㎛의 두께를 갖는 폴리에틸렌 분리막의 상부에 약 12mm의 두께로 코팅하여 얻어진 전해질을 사용한 것을 제외하고는, 실시예 3과 동일한 방법에 따라 실시하였다.The same as in Example 3, except that an electrolyte obtained by coating a polyethylene/polypropylene separator and an impregnated polymer electrolyte composition with a thickness of about 12 mm on top of a polyethylene separator having a thickness of about 17 μm was used instead of an impregnated solid electrolyte It was carried out according to the method.

비교예 5Comparative Example 5

액체 전해질(LiTFSI을 3M로 용해시킨 SN)인 함량은 가교 고분자 100 중량부를 기준으로 하여 10 중량부로 변화시킨 것을 제외하고는, 실시예 3과 동일하게 실시하여 양극 전해질, 복합양극 및 리튬금속전지(코인셀)를 제조하였다.A positive electrolyte, a composite anode and a lithium metal battery (a positive electrode, a composite anode and a lithium metal battery ( coin cell) was prepared.

비교예 6Comparative Example 6

액체 전해질(LiTFSI 3M 용해시킨 SN)인 함량은 가교 고분자 100 중량부를 기준으로 하여 550 중량부로 변화시킨 것을 제외하고는, 실시예 3과 동일하게 실시하여 양극 전해질, 복합양극 및 리튬금속전지(코인셀)를 제조하였다.A positive electrolyte, a composite anode and a lithium metal battery (coin cell) were carried out in the same manner as in Example 3, except that the content of liquid electrolyte (SN dissolved in LiTFSI 3M) was changed to 550 parts by weight based on 100 parts by weight of the crosslinked polymer. ) was prepared.

평가예 1: 이온 전도도 Evaluation Example 1: Ion Conductivity

실시예 1 및 2에 따라 제조된 양극 전해질과 비교예 1 및 2에 따라 제조된 양극 전해질의 이온 전도도를 solartron사의 multustat analyzer를 이용하여 측정하여 하기 표 1에 나타내었다. 하기 표 1에는 양극 전해질의 두께를 표시하였다.The ionic conductivities of the positive electrolytes prepared according to Examples 1 and 2 and the positive electrolytes prepared according to Comparative Examples 1 and 2 were measured using a multustat analyzer manufactured by Solartron, and are shown in Table 1 below. Table 1 below shows the thickness of the cathode electrolyte.

구분division PCE와 PIOB의 혼합중량비Mixed weight ratio of PCE and PIOB 이온전도도(mS/cm)Ion Conductivity (mS/cm) 양극전해질의 두께(㎛)Thickness of positive electrolyte (㎛) 실시예 1Example 1 3:13:1 0.530.53 100100 실시예 2Example 2 3:13:1 0.530.53 110110 비교예 1Comparative Example 1 1:11:1 0.060.06 110110 비교예 2Comparative Example 2 1:11:1 0.060.06 9090

표 1에서 PCE는 SN과 리튬염의 총합을 나타내며 PIOB는 양극 활물질, 도전제 및 바인더의 총합을 의미한다.In Table 1, PCE denotes the sum of SN and lithium salt, and PIOB denotes the total of the positive electrode active material, conductive agent, and binder.

표 1을 참조하여, 실시예 1 및 2의 양극 전해질은 비교예 1 및 2의 양극 전해질과 비교하여 이온전도도가 크게 증가하였다. Referring to Table 1, the positive electrode electrolytes of Examples 1 and 2 had significantly increased ionic conductivity compared to the positive electrolytes of Comparative Examples 1 and 2.

또한 실시예 4 및 5에 따라 제조된 양극 전해질과 비교예 5-6에 따라 제조된 양극 전해질의 이온전도도를 상술한 실시예 1의 양극 전해질의 경우와 동일한 방법으로 측정하였다. In addition, the ionic conductivity of the positive electrode electrolytes prepared according to Examples 4 and 5 and the positive electrode electrolytes prepared according to Comparative Examples 5-6 was measured in the same manner as in the case of the positive electrode electrolyte of Example 1 described above.

그 결과, 실시예 4 및 5에 따라 제조된 양극 전해질은 실시예 1의 양극 전해질과 동등한 수준의 이온 전도도를 나타냈고, 전해질과 비교예 5-6에 따라 제조된 양극 전해질과 비교하여 향상됨을 확인할 수 있었다.As a result, it can be confirmed that the positive electrolytes prepared according to Examples 4 and 5 exhibited an ionic conductivity equivalent to that of the positive electrolyte of Example 1, and improved compared to the positive electrolyte prepared according to the electrolyte and Comparative Examples 5-6. could

평가예 2: 충방전 효율Evaluation Example 2: Charging/discharging efficiency

실시예 3의 리튬금속전지와 비교예 3 및 4의 리튬금속전지의 충방전 특성을 하기 방법에 따라 평가하였다.The charging and discharging characteristics of the lithium metal battery of Example 3 and the lithium metal battery of Comparative Examples 3 and 4 were evaluated according to the following method.

25℃에서 0.1C rate의 전류로 전압이 4.10V(vs. Li)에 이를 때까지 정전류 충전하고, 이어서 정전압 모드에서 4.30V를 유지하면서 0.25C rate의 전류에서 컷오프(cut-off)하였다. 이어서, 방전시에 전압이 3.0V(vs. Li)에 이를 때까지 0.1C rate의 정전류로 방전하였다(1st 사이클). Constant current charging was performed at 25°C with a current of 0.1C rate until the voltage reached 4.10V (vs. Li), and then cut-off was performed at a current of 0.25C rate while maintaining 4.30V in the constant voltage mode. Then, it was discharged at a constant current of 0.1C rate until the voltage reached 3.0V (vs. Li) during discharge (1 st cycle).

1st 사이클을 완료한 코인셀을 25℃에서 4.10V(vs. Li)에 이를 때까지 0.2C rate의 정전류 충전하고, 이어서 정전압 모드에서 4.30V를 유지하면서 0.05C rate의 전류에서 컷오프(cut-off)하였다. 이어서, 방전시에 전압이 3V(vs. Li)에 이를 때까지 0.2C rate의 정전류로 방전하였다(2nd 사이클).The coin cell that has completed the 1st cycle is charged with a constant current of 0.2C at 25°C until it reaches 4.10V (vs. Li), and then cut-off at a current of 0.05C while maintaining 4.30V in the constant voltage mode. off). Then, it was discharged at a constant current of 0.2C rate until the voltage reached 3V (vs. Li) during discharge (2 nd cycle).

2nd 사이클을 거친 리튬전지를 25℃에서 0.2C rate의 전류로 전압이 4.10V(vs. Li)에 이를 때까지 정전류 충전하고, 이어서 정전압 모드에서 4.10V를 유지하면서 0.05C rate의 전류에서 컷오프(cut-off)하였다. 이어서, 방전시에 전압이 3.0V(vs. Li)에 이를 때까지 0.2C rate의 정전류로 방전하였다(3st 사이클).After 2 nd cycle, the lithium battery is charged with a constant current at 25°C at a rate of 0.2C until the voltage reaches 4.10V (vs. Li), and then cut-off at a current of 0.05C rate while maintaining 4.10V in the constant voltage mode (cut-off). Then, it was discharged at a constant current of 0.2C rate until the voltage reached 3.0V (vs. Li) during discharge (3 st cycle).

3st 사이클을 거친 리튬전지를 25℃에서 0.2C rate의 전류로 전압이 4.10V(vs. Li)에 이를 때까지 정전류 충전하고, 이어서 정전압 모드에서 4.10V를 유지하면서 0.05C rate의 전류에서 컷오프(cut-off)하였다. 이어서, 방전시에 전압이 3.0V(vs. Li)에 이를 때까지 0.2C rate의 정전류로 방전하였다(4st 사이클).A lithium battery that has undergone 3 st cycles is charged with a constant current at 25°C at a rate of 0.2C until the voltage reaches 4.10V (vs. Li), and then cut-off at a current of 0.05C while maintaining 4.10V in the constant voltage mode (cut-off). Then, it was discharged at a constant current of 0.2C rate until the voltage reached 3.0V (vs. Li) during discharge (4 st cycle).

상기 충방전 특성의 평가 결과를 하기 표 2 및 도 2a 내지 도 2c에 나타내었다. The evaluation results of the charging and discharging characteristics are shown in Table 2 and FIGS. 2A to 2C.

용량(mAh)Capacity (mAh) 충방전효율(%)Charging/discharging efficiency (%) 구분division 충전charge 방전Discharge 실시예 3Example 3 1.383221.38322 1.257301.25730 90.290.2 비교예 3Comparative Example 3 1.047631.04763 0.891720.89172 85.185.1 비교예 4Comparative Example 4 1.232651.23265 1.093671.09367 88.788.7

실시예 3의 리튬금속전지는 표 2 및 도 2a 내지 도 2c에서 보여지듯이 비교예 3 및 4의 경우에 비하여 충방전 효율이 개선되는 것을 알 수 있었다.As shown in Table 2 and FIGS. 2A to 2C, the lithium metal battery of Example 3 had improved charge/discharge efficiency compared to Comparative Examples 3 and 4.

평가예 3: 수명 특성Evaluation Example 3: Life characteristics

상기 실시예 3 및 비교예 3 및 4의 리튬금속전지의 수명 및 충방전 효율 특성을 다음과 같이 평가하였다. The lifespan and charge/discharge efficiency characteristics of the lithium metal batteries of Example 3 and Comparative Examples 3 and 4 were evaluated as follows.

25℃에서 0.1C rate의 전류로 전압이 4.10V(vs. Li)에 이를 때까지 정전류 충전하고, 이어서 정전압 모드에서 4.30V를 유지하면서 0.25C rate의 전류에서 컷오프(cut-off)하였다. 이어서, 방전시에 전압이 3.0V(vs. Li)에 이를 때까지 0.1C rate의 정전류로 방전하였다(1st 사이클). Constant current charging was performed at 25°C with a current of 0.1C rate until the voltage reached 4.10V (vs. Li), and then cut-off was performed at a current of 0.25C rate while maintaining 4.30V in the constant voltage mode. Then, it was discharged at a constant current of 0.1C rate until the voltage reached 3.0V (vs. Li) during discharge (1 st cycle).

1st 사이클을 완료한 코인셀을 25℃에서 4.10V(vs. Li)에 이를 때까지 0.2C rate의 정전류 충전하고, 이어서 정전압 모드에서 4.30V를 유지하면서 0.05C rate의 전류에서 컷오프(cut-off)하였다. 이어서, 방전시에 전압이 3V(vs. Li)에 이를 때까지 0.2C rate의 정전류로 방전하였다(2nd 사이클).The coin cell that has completed the 1st cycle is charged with a constant current of 0.2C at 25°C until it reaches 4.10V (vs. Li), and then cut-off at a current of 0.05C while maintaining 4.30V in the constant voltage mode. off). Then, it was discharged at a constant current of 0.2C rate until the voltage reached 3V (vs. Li) during discharge (2 nd cycle).

2nd 사이클을 거친 리튬전지를 25℃에서 0.2 C rate의 전류로 전압이 4.10V(vs. Li)에 이를 때까지 정전류 충전하고, 이어서 정전압 모드에서 4.10V를 유지하면서 0.05C rate의 전류에서 컷오프(cut-off)하였다. 이어서, 방전시에 전압이 3.0V(vs. Li)에 이를 때까지 0.2C rate의 정전류로 방전하였다(3st 사이클).After 2 nd cycle, the lithium battery is charged with a constant current at 25°C at a rate of 0.2 C until the voltage reaches 4.10V (vs. Li), and then cut-off at a current of 0.05C rate while maintaining 4.10V in the constant voltage mode (cut-off). Then, it was discharged at a constant current of 0.2C rate until the voltage reached 3.0V (vs. Li) during discharge (3 st cycle).

3st 사이클을 거친 리튬전지를 25℃에서 0.2C rate의 전류로 전압이 4.10V(vs. Li)에 이를 때까지 정전류 충전하고, 이어서 정전압 모드에서 4.10V를 유지하면서 0.05C rate의 전류에서 컷오프(cut-off)하였다. 이어서, 방전시에 전압이 3.0V(vs. Li)에 이를 때까지 0.2C rate의 정전류로 방전하였다(4st 사이클).A lithium battery that has undergone 3 st cycles is charged with a constant current at 25°C at a rate of 0.2C until the voltage reaches 4.10V (vs. Li), and then cut-off at a current of 0.05C while maintaining 4.10V in the constant voltage mode (cut-off). Then, it was discharged at a constant current of 0.2C rate until the voltage reached 3.0V (vs. Li) during discharge (4 st cycle).

4st 사이클을 거친 리튬전지를 25℃에서 0.2C rate의 전류로 전압이 4.10V(vs. Li)에 이를 때까지 정전류 충전하고, 이어서 정전압 모드에서 4.10V를 유지하면서 0.05C rate의 전류에서 컷오프(cut-off)하였다. 이어서, 방전시에 전압이 3.0V(vs. Li)에 이를 때까지 0.2C rate의 정전류로 방전하였다(5st 사이클).A lithium battery that has undergone 4 st cycles is charged with a constant current at 25°C at a rate of 0.2C until the voltage reaches 4.10V (vs. Li), and then cut-off at a current of 0.05C rate while maintaining 4.10V in the constant voltage mode (cut-off). Then, it was discharged at a constant current of 0.2C rate until the voltage reached 3.0V (vs. Li) during discharge (5 st cycle).

상기 사이클을 반복적으로 총 10회 사이클을 실시하였다.The above cycle was repeated for a total of 10 cycles.

수명 특성은 도 3 및 도 4a 내지 도 4c에 나타내었다. 도 4a는 실시예 3의 리튬금속전지의 전지 조립전 반제품 상태를 나타낸 사진이고 도 4b는 비교예 3의 리튬금속전지의 전지 조립전 반제품 상태를 나타낸 사진이고, 도 4c는 비교예 4의 전지 조립전 반제품 상태를 나타낸 사진이다.The lifespan characteristics are shown in FIGS. 3 and 4A to 4C . 4A is a photograph showing the semi-finished state of the lithium metal battery of Example 3 before assembling the battery, FIG. 4B is a photograph showing the semi-finished state of the lithium metal battery of Comparative Example 3 before assembling the battery, and FIG. 4C is the battery assembly of Comparative Example 4 This is a picture showing the state of the semi-finished product.

실시예 3의 리튬금속전지는 도 4a에 나타난 바와 같이, 양극 극판내에 양극 전해질이 뭉침없이 깨끗한 것을 알 수 있었다. As shown in FIG. 4a, in the lithium metal battery of Example 3, it was found that the cathode electrolyte was clean without clumping in the cathode plate.

이에 비하여 비교예 3 및 4의 리튬금속전지는 도 4b 및 도 4c에 나타난 바와 같이 알루미늄 포일면이 블록 튀어나온 것이 관찰되었다.In contrast, in the lithium metal batteries of Comparative Examples 3 and 4, it was observed that the aluminum foil surface protruded from the block as shown in FIGS. 4B and 4C.

또한 실시예 3의 리튬금속전지는 도 3에 나타난 바와 같이 비교예 3의 리튬금속전지와 비교하여 수명 특성 및 충방전 특성이 개선되는 것을 알 수 있었다.In addition, as shown in FIG. 3 , it was found that the lithium metal battery of Example 3 had improved lifespan characteristics and charge/discharge characteristics compared to the lithium metal battery of Comparative Example 3.

이상에서는 도면 및 실시예를 참조하여 일구현예가 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 구현예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다. In the above, one embodiment has been described with reference to the drawings and embodiments, but this is only an example, and those of ordinary skill in the art can understand that various modifications and equivalent other embodiments are possible therefrom. will be. Accordingly, the protection scope of the present invention should be defined by the appended claims.

51: 리튬금속전지 52: 리튬 음극
53: 양극 54: 복합전해질
55: 전지케이스
51: lithium metal battery 52: lithium negative electrode
53: positive electrode 54: composite electrolyte
55: battery case

Claims (15)

리튬 음극을 포함하는 리튬금속전지용 양극 전해질이며,
상기 양극 전해질이 i)적어도 2개의 이중결합을 갖는 제1모노머와 1개 이상의 이중결합을 갖는 제2모노머의 가교 고분자와, ii)리튬염; 및 니트릴계 화합물을 포함하는 액체 전해질을 포함하며,
상기 제1모노머는 적어도 3개 이상의 화학식 1로 표시되는 반복단위를 함유하며, 상기 반복단위의 양 말단에 하기 화학식 2로 표시되는 그룹 중에서 선택된 하나가 결합된 화합물이며,
상기 액체 전해질의 함량은 가교 고분자 100 중량부를 기준으로 하여 50 내지 500 중량부인 리튬금속전지용 양극 전해질.
[화학식 1]
Figure pat00034
,
화학식 1 중, E는 에틸렌글리콜, 폴리에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜, 폴리프로필렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 알칸디올(alkanediol), 에톡실레이티드 알칸디올(ethoxylated alkanediol), 프로폭실레이티드 알칸디올(propoxylated alkanediol), 트리메틸올프로판, 에톡실레이티드 트리메틸올프로판, 프로폭실레이티드 트리메틸올프로판, 디트리메틸올프로판, 에톡실레이티드 디트리메틸올프로판, 프로폭실레이티드 디트리메틸올프로판, 펜타에리트리톨, 에톡실레이티드 펜타에리트리톨, 프로폭실레이티드 펜타에리트리톨, 디펜타에리트리톨, 에톡실레이티드 디펜타에리트리톨, 프로폭실레이티드 디펜타에리트리톨, 비스페놀A, 에톡실레이티드 비스페놀A, 프로폭실레이티드 비스페놀A 및 이들의 조합에서 선택되는 그룹으로부터 유도되는 잔기(residue)이고,
각 반복단위의 n은 독립적으로, 1 내지 20의 정수이고,
[화학식 2]
Figure pat00035
,
Figure pat00036
,
Figure pat00037
,
Figure pat00038
,
Figure pat00039
,
Figure pat00040
,
Figure pat00041
,
화학식 2 중, R은 독립적으로 수소 원자, C1-C10 알킬기, C6-C20 아릴기 또는 그 조합이다.
It is a positive electrolyte for a lithium metal battery including a lithium negative electrode,
The cathode electrolyte comprises: i) a cross-linked polymer of a first monomer having at least two double bonds and a second monomer having one or more double bonds; ii) a lithium salt; and a liquid electrolyte comprising a nitrile-based compound,
The first monomer is a compound containing at least three or more repeating units represented by the formula (1), and one selected from the group represented by the following formula (2) is bonded to both ends of the repeating unit,
The content of the liquid electrolyte is 50 to 500 parts by weight based on 100 parts by weight of the cross-linked polymer cathode electrolyte for a lithium metal battery.
[Formula 1]
Figure pat00034
,
In Formula 1, E is ethylene glycol, polyethylene glycol, propylene glycol, polypropylene glycol, diethylene glycol, alkanediol, ethoxylated alkanediol, propoxylated alkanediol , trimethylolpropane, ethoxylated trimethylolpropane, propoxylated trimethylolpropane, ditrimethylolpropane, ethoxylated ditrimethylolpropane, propoxylated ditrimethylolpropane, pentaerythritol, ethoxyl Lated pentaerythritol, propoxylated pentaerythritol, dipentaerythritol, ethoxylated dipentaerythritol, propoxylated dipentaerythritol, bisphenol A, ethoxylated bisphenol A, propoxylate It is a residue derived from the group selected from bisphenol A and combinations thereof,
n of each repeating unit is independently an integer from 1 to 20,
[Formula 2]
Figure pat00035
,
Figure pat00036
,
Figure pat00037
,
Figure pat00038
,
Figure pat00039
,
Figure pat00040
,
Figure pat00041
,
In Formula 2, R is independently a hydrogen atom, a C1-C10 alkyl group, a C6-C20 aryl group, or a combination thereof.
제1항에 있어서, 상기 제1모노머가 하기 화학식 3으로 표시되는 화합물 또는 화학식 3-1로 표시되는 화합물인 리튬금속전지용 양극 전해질:
[화학식 3]
Figure pat00042

[화학식 3-1]
Figure pat00043

화학식 3 및 3-1 중, EG는 에틸렌글리콜로부터 유도되는 잔기이며, DEG는 디에틸렌글리콜으로부터 유도되는 잔기이며, TMP는 트리메틸올프로판으로부터 유도되는 잔기이며,
a, b 및 c는 서로 독립적으로 1 내지 7의 정수이고, l, m 및 n은 서로 독립적으로 1 내지 20의 정수이다.
The cathode electrolyte for a lithium metal battery according to claim 1, wherein the first monomer is a compound represented by Formula 3 or a compound represented by Formula 3-1:
[Formula 3]
Figure pat00042

[Formula 3-1]
Figure pat00043

In Formulas 3 and 3-1, EG is a residue derived from ethylene glycol, DEG is a residue derived from diethylene glycol, TMP is a residue derived from trimethylolpropane,
a, b and c are each independently an integer from 1 to 7, and l, m and n are each independently an integer from 1 to 20.
제1항에 있어서, 상기 제1모노머가 하기 화학식 4로 표시되는 화합물 또는 화학식 5로 표시되는 화합물인 리튬금속전지용 양극 전해질:
[화학식 4]
Figure pat00044

화학식 4중, EG는 에틸렌글리콜로부터 유도되는 잔기이며, DEG는 디에틸렌글리콜으로부터 유도되는 잔기이며, TMP는 트리메틸올프로판으로부터 유도되는 잔기이며,
l, m 및 n은 서로 독립적으로 1 내지 20의 정수이고,
[화학식 5]
Figure pat00045

화학식 5 중, EG는 에틸렌글리콜로부터 유도되는 잔기이며, DEG는 디에틸렌글리콜으로부터 유도되는 잔기이며, TMP는 트리메틸올프로판으로부터 유도되는 잔기이며,
l, m 및 n은 서로 독립적으로 1 내지 20의 정수이다.
The cathode electrolyte for a lithium metal battery according to claim 1, wherein the first monomer is a compound represented by the following formula (4) or a compound represented by formula (5):
[Formula 4]
Figure pat00044

In Formula 4, EG is a residue derived from ethylene glycol, DEG is a residue derived from diethylene glycol, TMP is a residue derived from trimethylolpropane,
l, m and n are each independently an integer from 1 to 20,
[Formula 5]
Figure pat00045

In Formula 5, EG is a residue derived from ethylene glycol, DEG is a residue derived from diethylene glycol, TMP is a residue derived from trimethylolpropane,
l, m and n are each independently an integer from 1 to 20.
제1항에 있어서, 상기 제2모노머는 하기 화학식 6으로 표시되는 화합물, 화학식 7로 표시되는 화합물, 화학식 8로 표시되는 화합물 또는 그 조합인 리튬금속전지용 양극 전해질.
[화학식 6]
Figure pat00046

화학식 6 중, R은 수소, C1-C10 알킬기 또는 C6-C20 아릴기이며, L1은 수소, 치환된 또는 비치환된 C1-C20 알킬기, 치환된 또는 비치환된 C6-C20 아릴기, 또는 그 조합이며, A는 서로 독립적으로 화학결합을 나타내거나 또는 -CH2-를 나타내며,
[화학식 7]
Figure pat00047

화학식 7 중, L1은 수소, 치환된 또는 비치환된 C1-C20 알킬기, 치환된 또는 비치환된 C6-C20 아릴기, -CH2CH2NHC(=O)OL2, -(CH2)kOC(=O)L3, 또는 -(CH2)kO(=O)NH-(CH2)O(C=O)(C=CH2)R, 또는 그 조합이며, R은 수소, C1-C10 알킬기 또는 C6-C20 아릴기이며, k는 1 내지 5의 정수이고,
L2 및 L3은 서로 독립적으로 수소, 치환된 또는 비치환된 C1-C20 알킬기, 치환된 또는 비치환된 C6-C20 아릴기, 또는 그 조합이며,
[화학식 8]
Figure pat00048

화학식 8 중, L1은 수소, 치환된 또는 비치환된 C1-C20 알킬기, 치환된 또는 비치환된 C6-C20 아릴기, 또는 그 조합이다.
The cathode electrolyte for a lithium metal battery according to claim 1, wherein the second monomer is a compound represented by the following formula (6), a compound represented by formula (7), a compound represented by formula (8), or a combination thereof.
[Formula 6]
Figure pat00046

In Formula 6, R is hydrogen, a C1-C10 alkyl group, or a C6-C20 aryl group, and L 1 is hydrogen, a substituted or unsubstituted C1-C20 alkyl group, a substituted or unsubstituted C6-C20 aryl group, or its a combination, and A represents, independently of each other, a chemical bond or -CH 2 -,
[Formula 7]
Figure pat00047

In Formula 7, L1 is hydrogen, a substituted or unsubstituted C1-C20 alkyl group, a substituted or unsubstituted C6-C20 aryl group, -CH 2 CH 2 NHC(=O)OL 2 , -(CH 2 ) k OC(=O)L 3 , or -(CH 2 ) k O(=O)NH-(CH 2 )O(C=O)(C=CH 2 )R, or a combination thereof, R is hydrogen, C1 -C10 alkyl group or C6-C20 aryl group, k is an integer of 1 to 5;
L 2 and L 3 are each independently hydrogen, a substituted or unsubstituted C1-C20 alkyl group, a substituted or unsubstituted C6-C20 aryl group, or a combination thereof,
[Formula 8]
Figure pat00048

In Formula 8, L 1 is hydrogen, a substituted or unsubstituted C1-C20 alkyl group, a substituted or unsubstituted C6-C20 aryl group, or a combination thereof.
제1항에 있어서, 상기 제2모노머는 하기 화학식 9로 표시되는 화합물, 펜틸 아크릴레이트, 프로필 아크릴레이트, 부틸 아크릴레이트 또는 그 조합물인 리튬금속전지용 양극 전해질.
[화학식 9]
Figure pat00049
The cathode electrolyte for a lithium metal battery according to claim 1, wherein the second monomer is a compound represented by the following Chemical Formula 9, pentyl acrylate, propyl acrylate, butyl acrylate, or a combination thereof.
[Formula 9]
Figure pat00049
제1항에 있어서, 상기 니트릴계 화합물이 숙시노니트릴(succinonitrile), 글루타로니트릴(glutaronitrile), 아디포니트릴(adiponitrile), 피멜로니트릴(pimelonitrile), 수베로니트릴(suberonitrile) 또는 이들의 조합을 포함하는 것인 리튬금속전지용 양극 전해질.According to claim 1, wherein the nitrile-based compound succinonitrile (succinonitrile), glutaronitrile (glutaronitrile), adiponitrile (adiponitrile), pimelonitrile (pimelonitrile), suberonitrile (suberonitrile) or a combination thereof A cathode electrolyte for a lithium metal battery comprising a. 제1항에 있어서, 제1모노머와 제2모노머의 혼합중량비는 95:5 내지 20:80인 리튬금속전지용 양극 전해질.The cathode electrolyte for a lithium metal battery according to claim 1, wherein the mixing weight ratio of the first monomer and the second monomer is 95:5 to 20:80. 제1항에 있어서, 상기 리튬염이 LiPF6, LiBF4, LiClO4, LiAsF6, LiCF3SO3, Li(CF3SO2)2N, Li(FSO2)2N, LiC4F9SO3, Li(CF3SO2)3C, 및 LiBPh, 또는 그 조합인 리튬금속전지용 양극 전해질.According to claim 1, wherein the lithium salt is LiPF 6 , LiBF 4 , LiClO 4 , LiAsF 6 , LiCF 3 SO 3 , Li(CF 3 SO 2 ) 2 N, Li(FSO 2 ) 2 N, LiC 4 F 9 SO 3 , Li(CF 3 SO 2 ) 3 C, and LiBPh, or a combination thereof, a cathode electrolyte for a lithium metal battery. 양극 활물질, 도전제, 바인더 및 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항의 양극 전해질을 포함하는 리튬금속전지용 복합양극.A composite cathode for a lithium metal battery comprising a cathode active material, a conductive agent, a binder, and the cathode electrolyte of any one of claims 1 to 8. 제9항에 있어서, 상기 양극 전해질의 함량이 양극 총중량 100 중량부를 기준으로 하여 1 내지 20 중량부인 리튬금속전지용 복합양극.The composite cathode for a lithium metal battery according to claim 9, wherein the content of the cathode electrolyte is 1 to 20 parts by weight based on 100 parts by weight of the total weight of the cathode. 제9항의 복합양극; 리튬 음극; 및 전해질;을 함유하는 리튬금속전지.The composite anode of claim 9; lithium negative electrode; And electrolyte; Lithium metal battery containing. 제11항에 있어서, 상기 리튬금속전지는 전고체이차전지인 리튬금속전지.The lithium metal battery according to claim 11, wherein the lithium metal battery is an all-solid-state secondary battery. 적어도 2개의 이중결합을 갖는 제1모노머와 1개 이상의 이중결합을 갖는 제2모노머; 리튬염; 및 니트릴계 화합물을 포함하는 액체 전해질을 함유한 복합양극 조성물을 양극 집전체 상부에 도포 및 경화하는 단계를 포함하여 제9항의 리튬금속전지용 복합양극을 제조하는 방법이며,
상기 제1모노머는 적어도 3개 이상의 화학식 1로 표시되는 반복단위를 함유하며, 상기 반복단위의 양 말단에 하기 화학식 2로 표시되는 그룹 중에서 선택된 하나가 결합된 화합물이며,
상기 액체 전해질의 함량은 가교 고분자 100 중량부를 기준으로 하여 100 내지 300 중량부인 리튬금속전지용 복합양극의 제조방법.
[화학식 1]
Figure pat00050
,
화학식 1 중, E는 에틸렌글리콜, 폴리에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜, 폴리프로필렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 알칸디올(alkanediol), 에톡실레이티드 알칸디올(ethoxylated alkanediol), 프로폭실레이티드 알칸디올(propoxylated alkanediol), 트리메틸올프로판, 에톡실레이티드 트리메틸올프로판, 프로폭실레이티드 트리메틸올프로판, 디트리메틸올프로판, 에톡실레이티드 디트리메틸올프로판, 프로폭실레이티드 디트리메틸올프로판, 펜타에리트리톨, 에톡실레이티드 펜타에리트리톨, 프로폭실레이티드 펜타에리트리톨, 디펜타에리트리톨, 에톡실레이티드 디펜타에리트리톨, 프로폭실레이티드 디펜타에리트리톨, 비스페놀A, 에톡실레이티드 비스페놀A, 프로폭실레이티드 비스페놀A 및 이들의 조합에서 선택되는 그룹으로부터 유도되는 잔기(residue)이고,
각 반복단위의 n은 독립적으로, 1 내지 20의 정수이고,
[화학식 2]
Figure pat00051
,
Figure pat00052
,
Figure pat00053
,
Figure pat00054
,
Figure pat00055
,
Figure pat00056
,
Figure pat00057
,
화학식 2 중, R은 독립적으로 수소 원자, C1-C10 알킬기, C6-C20 아릴기 또는 그 조합이다.
a first monomer having at least two double bonds and a second monomer having one or more double bonds; lithium salt; and applying and curing the composite positive electrode composition containing a liquid electrolyte containing a nitrile-based compound on the positive electrode current collector;
The first monomer is a compound containing at least three or more repeating units represented by the formula (1), and one selected from the group represented by the following formula (2) is bonded to both ends of the repeating unit,
The content of the liquid electrolyte is 100 to 300 parts by weight based on 100 parts by weight of the crosslinked polymer.
[Formula 1]
Figure pat00050
,
In Formula 1, E is ethylene glycol, polyethylene glycol, propylene glycol, polypropylene glycol, diethylene glycol, alkanediol, ethoxylated alkanediol, propoxylated alkanediol , trimethylolpropane, ethoxylated trimethylolpropane, propoxylated trimethylolpropane, ditrimethylolpropane, ethoxylated ditrimethylolpropane, propoxylated ditrimethylolpropane, pentaerythritol, ethoxyl Lated pentaerythritol, propoxylated pentaerythritol, dipentaerythritol, ethoxylated dipentaerythritol, propoxylated dipentaerythritol, bisphenol A, ethoxylated bisphenol A, propoxylate It is a residue derived from the group selected from bisphenol A and combinations thereof,
n of each repeating unit is independently an integer from 1 to 20,
[Formula 2]
Figure pat00051
,
Figure pat00052
,
Figure pat00053
,
Figure pat00054
,
Figure pat00055
,
Figure pat00056
,
Figure pat00057
,
In Formula 2, R is independently a hydrogen atom, a C1-C10 alkyl group, a C6-C20 aryl group, or a combination thereof.
제13항에 있어서, 상기 경화가 열 또는 광에 의하여 실시되며,
상기 경화가 40 내지 120℃의 온도에서 열처리하여 실시되는 리튬금속전지용 복합양극의 제조방법.
14. The method of claim 13, wherein the curing is carried out by heat or light,
A method of manufacturing a composite anode for a lithium metal battery, wherein the curing is carried out by heat treatment at a temperature of 40 to 120 °C.
제13항에 있어서, 상기 니트릴계 화합물이 숙시노니트릴(succinonitrile), 글루타로니트릴(glutaronitrile), 아디포니트릴(adiponitrile), 피멜로니트릴(pimelonitrile), 수베로니트릴(suberonitrile) 또는 이들의 조합을 포함하며,
상기 리튬염이 LiPF6, LiBF4, LiClO4, LiAsF6, LiCF3SO3, Li(CF3SO2)2N, Li(FSO2)2N, LiC4F9SO3, Li(CF3SO2)3C, 및 LiBPh, 또는 그 조합인 리튬금속전지용 복합양극의 제조방법.
According to claim 13, wherein the nitrile-based compound is succinonitrile (succinonitrile), glutaronitrile (glutaronitrile), adiponitrile (adiponitrile), pimelonitrile (pimelonitrile), suberonitrile (suberonitrile) or a combination thereof includes,
The lithium salt is LiPF 6 , LiBF 4 , LiClO 4 , LiAsF 6 , LiCF 3 SO 3 , Li(CF 3 SO 2 ) 2 N, Li(FSO 2 ) 2 N, LiC 4 F 9 SO 3 , Li(CF 3 ) SO 2 ) 3 C, and LiBPh, or a combination thereof, a method of manufacturing a composite anode for a lithium metal battery.
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