KR20220071079A - Solid-type oxidative-stress suppressant for secondary batteries and Secondary batteries included the same and Lithium-air battery - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a solid-state oxidative stress inhibitor for a secondary battery using an organic metal polymer and a secondary battery including the same, and specifically, to a solid-state oxidative stress inhibitor for a secondary battery using an organic metal polymer, a secondary battery including the same, and a lithium-air battery, wherein the solid-state oxidative stress inhibitor for a secondary battery suppresses side reactions that can occur inside various secondary batteries including organic or aqueous electrolytes and solid electrolytes, prevents oxidation of the electrolytes, and prevents corrosion of a secondary battery using metal negative electrodes.

Description

유기금속 폴리머를 이용한 이차전지용 고체형 산화스트레스 억제제와 이를 포함하는 이차전지 및 리튬-공기 전지{Solid-type oxidative-stress suppressant for secondary batteries and Secondary batteries included the same and Lithium-air battery}Solid-type oxidative-stress suppressant for secondary batteries and Secondary batteries included the same and Lithium-air battery using organometallic polymer

본 발명은 이차전지용 고체형 산화스트레스 억제제와 이를 포함하는 이차전지 및 리튬-공기 전지에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 유기계나 수계 또는 고체전해질 등을 포함하는 다양한 이차전지 내부에서 발생할 수 있는 부반응을 억제하고 전해질의 산화를 방지하며 금속 전극을 사용하는 이차전지의 부식을 방지할 수 있도록 한 유기금속 폴리머를 이용하는 이차전지용 고체형 산화스트레스 억제제와 이를 포함하는 이차전지 및 리튬-공기 전지에 관한 것이다.The present invention relates to a solid-type oxidative stress inhibitor for a secondary battery, a secondary battery comprising the same, and a lithium-air battery, and more particularly, inhibits side reactions that may occur inside various secondary batteries including organic, aqueous, or solid electrolytes. It relates to a solid-type oxidative stress inhibitor for secondary batteries using an organometallic polymer capable of preventing oxidation of electrolytes and corrosion of secondary batteries using metal electrodes, and secondary batteries and lithium-air batteries including the same.

일반적으로 이차전지의 충방전 사이클 및 에너지 효율의 성능을 저하시키는 부반응을 억제시키기 위해서 첨가제를 포함하는 고체전해질을 제조하거나 유기계 촉매(산화환원 매개체)를 액체전해질에 용해하는 액상 촉매 기술 등을 사용하고 있다.In general, in order to suppress side reactions that reduce the performance of the secondary battery's charge/discharge cycle and energy efficiency, a solid electrolyte containing an additive is prepared or an organic catalyst (redox mediator) is dissolved in a liquid electrolyte. have.

하지만, 종래의 부반응 억제용 전해질 첨가제는 유기계 전해질에 용해된 상태로 적용되어 전지의 양극과 음극에 이동 가능하기 때문에 에너지 효율을 저하시키는 산화스트레스 물질이 교차반응하고, 이어서 충방전 사이클 특성을 저하시키는 부반응이 필연적으로 일어나는 문제점이 있다.However, since the conventional electrolyte additive for suppressing side reactions is applied in a dissolved state in the organic electrolyte and can move to the positive and negative electrodes of the battery, the oxidative stress material that reduces energy efficiency cross-reacts, followed by lowering the charge/discharge cycle characteristics. There is a problem that side reactions inevitably occur.

특히, 금속 음극을 사용하는 차세대 이차전지에서는 금속 음극을 부식시키는 교차반응에 매우 취약한 문제점이 있다.In particular, a next-generation secondary battery using a metal anode has a problem of being very vulnerable to cross-reaction that corrodes the metal anode.

한편, 이차전지는 리튬-공기 전지, 리튬-황 전지, 아연-공기 전지, 아연-이온 전지, 전고체 이차전지 등 여러 가지 종류가 있는데, 이중 리튬-공기 전지는 리튬과 산소의 화학반응을 이용해 에너지효율을 높이는 방식이면서 이론적 에너지 밀도가 높기 때문에 최근 집중적인 관심을 끌고 있다.On the other hand, there are several types of secondary batteries such as lithium-air batteries, lithium-sulfur batteries, zinc-air batteries, zinc-ion batteries, and all-solid-state secondary batteries. Among them, lithium-air batteries use a chemical reaction between lithium and oxygen. It is a method of increasing energy efficiency and has recently attracted intensive attention because of its high theoretical energy density.

이 리튬-공기 전지는 Li2O2의 가역적 성장과 분해를 통해 에너지를 저장하며, 대부분의 연구는 Li2O2의 가역적 성장과 분해를 촉진하는데 적합한 촉매를 적용하고 있으며, 이러한 촉매 활동에 의한 가역성을 개선하는 데 중점을 두고 있다.This lithium-air battery stores energy through the reversible growth and decomposition of Li 2 O 2 , and most studies have applied a catalyst suitable for promoting the reversible growth and decomposition of Li 2 O 2 , and The focus is on improving reversibility.

그러나, 촉매 활성은 방전 및 충전 공정의 효율을 높이지만 촉매의 선택성이 좋지 않아 전해액 분해가 심해지므로 인해 다양한 부반응을 일으키는 단점을 지니고 있다.However, the catalytic activity increases the efficiency of the discharging and charging process, but has a disadvantage of causing various side reactions due to the severe decomposition of the electrolyte due to poor selectivity of the catalyst.

부연하여, 리튬-공기 전지는 방전 및 충전 과정을 거치면 산소 환원 반응 (ORR; Oxygen Reduction Reaction)과 산소 발생 반응(OER; Oxygen Evolution Reaction)이 일련의 과산화물 종(예: O2)을 통해 Li2O2의 성장과 분해를 일으킨다. In addition, when lithium - air batteries are discharged and charged, an oxygen reduction reaction (ORR) and an oxygen evolution reaction (OER; It causes growth and decomposition of O 2 .

이는 전기 화학적 산화 또는 불균형화 반응을 통해 슈퍼옥사이드종의 생성 및 소비 속도를 결정함으로써 표면 흡착 경로 및 용액 매개 성장 경로에 기여하며, 낮은 DN(donor number) 용매의 경우에는 불균형화 경로보다 흡착된 LiO2에 대한 낮은 운동 장벽과 자유 에너지로 인해 표면 흡착 경로가 발생한다. 이와 대조적으로 용매화 매개 성장 경로를 통해 용매화된 LiO2 형성은 불균형화를 통해 발생한다. 이렇게 용매화된 LiO2 형성은 흡착된 LiO2 보다 더 큰 특정 방전 용량과 낮은 방전 과전압을 유지할 수 있다.It contributes to the surface adsorption pathway and solution-mediated growth pathway by determining the production and consumption rates of superoxide species through electrochemical oxidation or disproportionation reaction, and in the case of low donor number (DN) solvents, the adsorbed LiO than the disproportionation pathway Due to the low kinetic barrier and free energy for 2 , a surface adsorption pathway occurs. In contrast, solvated LiO 2 formation via a solvation-mediated growth pathway occurs via disproportionation. This solvated LiO 2 formation can maintain a higher specific discharge capacity and a lower discharge overvoltage than adsorbed LiO 2 .

하지만, 용매화된 LiO2의 불균형은 높은 전하 과전압 및 낮은 방전 충전 가역성을 유발하는 기생 반응을 촉진할 수 있으며, 산소 환원 반응(ORR) 중에 형성된 용매화된 슈퍼옥사이드종(활성산소종)이 Li+ 양이온과 반응하는 대신 유기용매 또는 리튬염을 공격할 때 문제가 발생한다.However, the imbalance of solvated LiO 2 can promote parasitic reactions leading to high charge overvoltage and low discharge charge reversibility, and the solvated superoxide species (active oxygen species) formed during the oxygen reduction reaction (ORR) + Problems arise when they attack organic solvents or lithium salts instead of reacting with cations.

이러한 슈퍼 옥사이드종은 또한 Li 음극과 O2 양극을 산화적으로 분해할 수 있는데, 결과적으로 전해질 용매 및 염의 산화 안정성을 달성하는 것은 전기 화학적 안정성이 제한된 리튬-공기 전지에 있어 중요한 과제로서, 에너지 효율을 개선하고 전해질 용액의 분해를 방지하기 위해 LiI, TEMPO, DBBQ 및 AQ와 같은 산화 환원 매개체(RM)는 유기 전해질 용매에 용해되고 충전 중에 빠르게 산화되어 생성된 Li2O2의 효과적인 분해를 위한 촉매로 사용되고 있다. 이와 같은 산화 환원 매개체(RM)는 또한 전해질에서 용매화된 슈퍼 옥사이드종의 독성 활성을 제어할 수 있다.These superoxide species can also oxidatively decompose the Li negative electrode and the O 2 positive electrode. As a result, achieving oxidative stability of the electrolyte solvent and salt is an important task for lithium-air batteries with limited electrochemical stability, and energy efficiency Redox mediators (RMs) such as LiI, TEMPO, DBBQ and AQ are dissolved in organic electrolyte solvents and rapidly oxidized during charging to prevent decomposition of the electrolyte solution, and catalysts for effective decomposition of Li 2 O 2 produced is being used as Such redox mediators (RMs) can also control the toxic activity of solvated superoxide species in the electrolyte.

그러나, 용해성 산화 환원 매개체(RM)는 산화 환원 이동 반응 및 리튬(Li) 음극과의 해로운 교차 반응을 촉진하는 것과 같은 바람직하지 않은 영향을 미칠 수 있다. 이는 음극과 양극 측이 리튬-공기 전지에서 분리없이 동일한 전해질 용액을 공유하기 때문일 수 있다.However, soluble redox mediators (RMs) can have undesirable effects such as promoting redox migration reactions and detrimental cross-reactions with lithium (Li) negative electrodes. This may be because the negative and positive sides share the same electrolyte solution without separation in the lithium-air battery.

이에, 본원출원인은 이와 같이 이차전지에서 발생되는 상술한 문제점들을 해결하고자 하며, 종래에 있어서는 대부분이 액체 촉매 기술만을 활용할 뿐, 분리막 또는 전극 등에 고정하여 활성산소종과 같은 산화스트레스 물질을 포획 및 정화하는 불용성의 고체 산화스트레스 억제제에 관한 기술들을 전혀 찾아볼 수가 없다.Accordingly, the applicant of the present application intends to solve the above-mentioned problems occurring in secondary batteries as described above, and in the prior art, most of them only utilize liquid catalyst technology, and they are fixed to a separator or electrode to capture and purify oxidative stress materials such as active oxygen species. I can't find any description of an insoluble solid oxidative stress inhibitor that does this.

대한민국 공개특허공보 제10-2018-0126588호Republic of Korea Patent Publication No. 10-2018-0126588 대한민국 공개특허공보 제10-2020-0125263호Republic of Korea Patent Publication No. 10-2020-0125263 대한민국 공개특허공보 제10-2017-0133544호Republic of Korea Patent Publication No. 10-2017-0133544

본 발명은 상술한 종래의 문제점을 해소 및 이를 감안하여 안출된 것으로서, 유기계나 수계 또는 고체전해질 등을 포함하는 다양한 이차전지에 있어 이차전지의 내부에서 발생할 수 있는 부반응 억제하고 전해질의 산화를 방지하며 금속 전극을 사용하는 이차전지의 부식을 방지할 수 있도록 한 유기 금속 폴리머를 이용한 이차전지용 고체형 산화스트레스 억제제와 이를 포함하는 이차전지 및 리튬-공기 전지를 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been devised in consideration of and solving the problems of the prior art, and suppresses side reactions that may occur inside the secondary battery in various secondary batteries including organic, aqueous, or solid electrolytes, and prevents oxidation of the electrolyte. An object of the present invention is to provide a solid-type oxidative stress inhibitor for a secondary battery using an organometallic polymer capable of preventing corrosion of a secondary battery using a metal electrode, a secondary battery including the same, and a lithium-air battery.

본 발명은 리튬-공기 전지를 포함하는 다양한 이차전지에 있어 기생 반응의 원인인 유해한 슈퍼옥사이드종(활성산소종)을 생성하여 안정적인 물질을 생성하고, 유기 전해질 내에서 높은 과산화물 불균형화 활성으로 인해 용매화된 과산화물을 억제함과 더불어 강한 표면 흡착 반응을 유도할 수 있도록 한 유기 금속 폴리머를 이용한 이차전지용 고체형 산화스트레스 억제제와 이를 포함하는 이차전지 및 리튬-공기 전지를 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention produces a stable material by generating harmful superoxide species (active oxygen species) that are the cause of parasitic reactions in various secondary batteries including lithium-air batteries, An object of the present invention is to provide a solid-type oxidative stress inhibitor for a secondary battery using an organometallic polymer capable of inducing a strong surface adsorption reaction while suppressing the peroxide, and a secondary battery and a lithium-air battery including the same.

본 발명은 유기 금속 폴리머를 사용하여 이차전지 측 독성 산화 스트레스를 완화하여 유기 전해질을 안정화하고 우수한 성장을 촉진함은 물론 전해질의 수명 연장을 가능하게 하면서 이차전지 측 인상적인 재충전이 가능하게 하는 유기 금속 폴리머를 이용한 이차전지용 고체형 산화스트레스 억제제와 이를 포함하는 이차전지 및 리튬-공기 전지를 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention uses an organometallic polymer to relieve toxic oxidative stress on the secondary battery side, thereby stabilizing the organic electrolyte and promoting excellent growth, as well as extending the lifespan of the electrolyte and enabling impressive recharging on the secondary battery side. An object of the present invention is to provide a solid-type oxidative stress inhibitor for a secondary battery using the same, and a secondary battery and a lithium-air battery including the same.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 유기금속 폴리머를 이용한 이차전지용 고체형 산화스트레스 억제제는, (A) 유기금속 폴리머를 혼합용매에 용해시키는 단계; (B) 상기 유기금속 폴리머가 용해된 용액에 섬유계 재료를 담그는 단계; (C) 상기 (B)단계의 결과물에 대해 냉동 처리하는 단계; (D) 상기 (C)단계의 냉동 처리된 결과물에 대해 동결 건조시킴으로써 유기금속 폴리머를 성장시켜 유기금속 폴리머계 분말을 수득하는 단계;로 합성되는 것을 특징으로 한다.A solid-type oxidative stress inhibitor for a secondary battery using an organometallic polymer according to the present invention for achieving the above object comprises the steps of: (A) dissolving an organometallic polymer in a mixed solvent; (B) immersing the fiber-based material in a solution in which the organometallic polymer is dissolved; (C) freezing the result of step (B); (D) growing an organometallic polymer by freeze-drying the frozen product of the step (C) to obtain an organometallic polymer powder; characterized in that it is synthesized.

여기에서, 상기 유기금속 폴리머는, 유기게르마늄(Propa germanium), 아세트산아연(Zinc acetate), 아셀렌산나트륨(Sodium selenite), 테트라아세트산실리콘(Silicon tetraacetate), 메타규산나트륨(Sodium metasilicate) 중에서 적어도 하나 또는 그 이상이 사용될 수 있다.Here, the organometallic polymer is at least one of organic germanium (Propa germanium), zinc acetate, sodium selenite, silicon tetraacetate, and sodium metasilicate. or more may be used.

여기에서, 상기 이차전지용 고체형 산화스트레스 억제제는, 리튬-공기 전지, 리튬-황 전지, 아연-공기 전지, 아연-이온 전지, 전고체 이차전지 중의 어느 1군에 사용될 수 있다.Here, the solid-type oxidative stress inhibitor for the secondary battery may be used in any one group of a lithium-air battery, a lithium-sulfur battery, a zinc-air battery, a zinc-ion battery, and an all-solid secondary battery.

또한, 상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 이차전지는, 유기금속 폴리머를 이용한 이차전지용 고체형 산화스트레스 억제제를 구비하되, 이를 이차전지 내에 하나의 구성요소로서 고정 배치하여 사용하는 것을 특징으로 한다.In addition, the secondary battery according to the present invention for achieving the above object is provided with a solid-type oxidative stress inhibitor for secondary batteries using an organometallic polymer, which is fixedly arranged and used as one component in the secondary battery. do.

여기에서, 상기 유기금속 폴리머를 이용한 이차전지용 고체형 산화스트레스 억제제는 멤브레인 막으로 이루어진 것일 수 있다.Here, the solid-type oxidative stress inhibitor for a secondary battery using the organometallic polymer may be formed of a membrane film.

또한, 상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 리튬-공기 전지는, 리튬 음극, O2 양극, 및 상기 리튬 음극과 O2 양극의 사이에 배치되는 세퍼레이터를 포함하는 리튬-공기 전지에 있어서, 상기 O2 양극의 외측에 유기금속 폴리머를 이용한 이차전지용 고체형 산화스트레스 억제제를 고정 배치하는 것을 특징으로 한다.In addition, the lithium-air battery according to the present invention for achieving the above object is a lithium-air battery comprising a lithium negative electrode, an O 2 positive electrode, and a separator disposed between the lithium negative electrode and the O 2 positive electrode, A solid-type oxidative stress inhibitor for a secondary battery using an organometallic polymer is fixedly disposed on the outside of the O 2 positive electrode.

여기에서, 상기 유기금속 폴리머를 이용한 이차전지용 고체형 산화스트레스 억제제는 멤브레인 막으로 이루어진 것일 수 있다.Here, the solid-type oxidative stress inhibitor for a secondary battery using the organometallic polymer may be formed of a membrane film.

또한, 상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 리튬-공기 전지는, 리튬 음극, O2 양극, 및 상기 리튬 음극과 O2 양극의 사이에 배치되는 세퍼레이터를 포함하는 리튬-공기 전지에 있어서, 상기 세퍼레이터 상에 유기금속 폴리머를 이용한 이차전지용 고체형 산화스트레스 억제제를 고정 배치하거나 또는 상기 세퍼레이터 자체를 유기금속 폴리머를 이용한 이차전지용 고체형 산화스트레스 억제제로 구성하는 것을 특징으로 한다.In addition, the lithium-air battery according to the present invention for achieving the above object is a lithium-air battery comprising a lithium negative electrode, an O 2 positive electrode, and a separator disposed between the lithium negative electrode and the O 2 positive electrode, It is characterized in that a solid-type oxidative stress inhibitor for secondary batteries using an organometallic polymer is fixedly disposed on the separator, or the separator itself is composed of a solid-type oxidative stress inhibitor for secondary batteries using an organometallic polymer.

여기에서, 상기 유기금속 폴리머를 이용한 이차전지용 고체형 산화스트레스 억제제는 멤브레인 막으로 이루어진 것일 수 있다.Here, the solid-type oxidative stress inhibitor for a secondary battery using the organometallic polymer may be formed of a membrane film.

한편, 이하에서 본 발명에 따른 유기금속 폴리머를 이용한 이차전지용 고체형 산화스트레스 억제제와 이를 포함하는 이차전지 및 리튬-공기 전지에 대해 더욱 다양한 특징들을 설명하기로 한다.Meanwhile, various features of the solid-type oxidative stress inhibitor for secondary batteries using the organometallic polymer according to the present invention and secondary batteries and lithium-air batteries including the same will be described below.

본 발명에 따르면, 유기게르마늄을 비롯한 유기금속 폴리머를 활용하여 이차전지 측 성능 및 효율을 높일 수 있는 고체형 산화스트레스 억제제를 제공할 수 있으며, 이를 다양한 종류의 이차전지에 적용할 수 있고, 특히 이차전지 내 산화스트레스 유발물질인 활성산소종(슈퍼옥사이드종)을 효과적으로 환원시켜 전해질 및 전극에서 발생할 수 있는 부반응을 억제시킬 수 있는 유용함을 달성할 수 있다.According to the present invention, it is possible to provide a solid-type oxidative stress inhibitor capable of increasing the performance and efficiency of a secondary battery by utilizing an organometallic polymer including organo-germanium, and it can be applied to various types of secondary batteries, especially secondary batteries. By effectively reducing active oxygen species (superoxide species), which are oxidative stress-inducing substances in the battery, it is possible to achieve usefulness of suppressing side reactions that may occur in electrolytes and electrodes.

본 발명에 따르면, 고체형 산화스트레스 억제제를 활용함으로써 이차전지 내 전해질의 산화 및 전극의 부식을 억제하여 이차전지의 스웰링(swelling)을 방지할 수 있고, 기존의 용해성 전해질 첨가제의 단점인 교차반응에 의한 산화스트레스를 차단할 수 있으며, 유기계나 수계 또는 고체전해질을 이용하는 다양한 이차전지에 적용시 전해질의 산화를 방지하여 이차전지에 대한 고효율화 및 장수명의 특성을 발휘할 수 있고, 이차전지 내 산화스트레스를 감소시키므로 금속 전극을 사용하는 이차전지의 부식을 방지함으로써 고효율화 및 장수명 성능을 가능하게 하는 유용함을 달성할 수 있다.According to the present invention, by using a solid-type oxidative stress inhibitor, it is possible to inhibit the oxidation of the electrolyte and the corrosion of the electrode in the secondary battery to prevent swelling of the secondary battery, and cross-reaction, which is a disadvantage of the existing soluble electrolyte additives It can block oxidative stress by Therefore, it is possible to achieve usefulness that enables high efficiency and long life performance by preventing corrosion of secondary batteries using metal electrodes.

본 발명에 따르면, 고체형 산화스트레스 억제제를 활용함으로써 리튬-공기 전지를 포함하는 여러 가지 이차전지에 있어 기생 반응의 원인인 유해한 슈퍼옥사이드종(활성산소종)을 생성하여 안정적인 물질을 생성하고, 유기 전해질 내에서 높은 과산화물 불균형화 활성으로 인해 용매화된 과산화물을 억제함과 더불어 강한 표면 흡착 반응을 유도하며, 이차전지 측 독성 산화 스트레스를 완화하여 유기 전해질을 안정화하고 우수한 성장을 촉진함은 물론 전해질의 수명 연장을 가능하게 하면서 이차전지 측 인상적인 재충전을 가능하게 하는 유용함을 달성할 수 있다.According to the present invention, by utilizing a solid-type oxidative stress inhibitor, harmful superoxide species (active oxygen species) that are the cause of parasitic reactions in various secondary batteries including lithium-air batteries are generated to produce stable substances, and organic Due to the high peroxide disproportionation activity in the electrolyte, it suppresses solvated peroxide and induces a strong surface adsorption reaction. It is possible to achieve the usefulness of enabling impressive recharging on the secondary battery side while enabling life extension.

도 1은 본 발명에 따른 유기금속 폴리머를 이용한 이차전지용 고체형 산화스트레스 억제제를 나타낸 합성 공정도이다.
도 2는 도 1의 합성 공정에 의해 합성된 나노 와이어 타입의 고체형 산화스트레스 억제제와 탄소섬유 직물에 고정하여 성장시킨 실시예를 나타낸 사진이다.
도 3은 유기금속 폴리머로 유기게르마늄을 사용하여 합성한 고체형 산화스트레스 억제제에 대해 XRD 회절패턴을 분석한 데이터이다.
도 4는 유기금속 폴리머로 유기게르마늄을 사용하여 합성한 고체형 산화스트레스 억제제에 대해 활성 평가를 위한 CoCl2-DME 용액 적정법에 의한 실시예(a: CoCl2-DME, b: CoCl2-DME + KO2 + H2O c: b용액 + 상용 Ge-132, d: b용액 + 합성된 유기게르마늄)를 나타낸 데이터이다.
도 5는 본 발명에 따른 고체형 산화스트레스 억제제가 포함된 리튬-공기 전지의 성능 평가를 나타낸 데이터이다.
도 6은 본 발명에 따른 고체형 산화스트레스 억제제가 포함된 리튬-황 전지의 성능 평가를 나타낸 데이터이다.
도 7은 본 발명에 따른 고체형 산화스트레스 억제제가 포함된 아연-공기 전지의 성능 평가를 나타낸 데이터이다.
도 8은 본 발명에 따른 고체형 산화스트레스 억제제가 포함된 아연-이온 전지의 성능 평가를 나타낸 데이터이다.
도 9는 본 발명에 따른 고체형 산화스트레스 억제제가 포함된 전고체 리튬-공기 전지의 성능 평가를 나타낸 데이터이다.
도 10은 용해성 산화환원 매개체를 포함한 리튬-공기 전지의 성능과 고체형 산화스트레스 억제제와의 시너지 효과를 평가하기 위해 나타낸 데이터이다.
도 11은 본 발명에 따른 유기금속 폴리머를 이용한 이차전지용 고체형 산화스트레스 억제제를 고정체로 하여 이차전지의 구성요소로 적용한 개략적 예시도이다.
도 12는 본 발명에 따른 고체형 산화스트레스 억제제를 고정체로 하여 이차전지에 적용한 구성을 나타낸 예시도이다.
도 13은 본 발명에 따른 고체형 산화스트레스 억제제를 OG NW 멤브레인으로 제작한 예시도로서, (a)는 ASD 멤브레인(OG NW 멤브레인)을 사용하는 리튬-공기 전지의 개략도이고, (b) 및 (c)는 OG NW 멤브레인의 FESEM 이미지이고, (d)는 OG NW멤브레인의 저배율 TEM 이미지이고, (e)는 고해상도 TEM 이미지이며, (f)는 OG NW 멤브레인의 XRD 패턴이다.
도 14는 리튬-공기 전지 테스트를 포함하는 Au 음극을 통한 OG NW 성능을 나타낸 데이터로서, (a) TEGDME 및 (b) DMAc 용매를 사용하여 OG NW 멤브레인이 있거나 없는 리튬-공지 전지에 대한 CV(= 100mV/S의 스캔 속도) 비교 데이터이고, (c) TEGDME 및 (d) DMAc 용매를 사용하는 OG NW 멤브레인이 있거나 없는 리튬-공기 전지에 대한 용량 대 전압 곡선(CV에 해당)을 나타낸 데이터이다.
도 15는 본 발명에 따른 OG NW 멤브레인을 적용한 리튬-공기 전지의 성능 및 Li2O2 성장 경로의 변화를 나타낸 데이터로서, (a)는 방전 비교 데이터이고, (b)는 Li2O2 셀에 대한 정규화된 용량 곡선이고, (c) 및 (d)는 OG NW 멤브레인이 없는 Au 양극과 OG NW 멤브레인이 있는 Au 양극의 라만 스펙트럼이고, (e) 및 (f)는 TEGDME 용매에서 Li2O2 제품의 형태 변화를 나타낸 데이터이고, (g) 및 (h)는 DMAc 용매에서 Li2O2 제품의 형태 변화를 나타낸 데이터이며, (i) 및 (j)는 OG NW 멤브레인이 있고 없을 때의 Li2O2 제품에 대한 AFM 이미지를 나타낸 데이터이다.
도 16은 OG NW 멤브레인의 ASD 성능을 나타낸 데이터로서, (a)는 KO2 및 KO2 첨가 후 CoCl2 포화 DME 용액의 시간에 따른 색상 변화를 나타낸 데이터이고, (b)는 CoCl2-DME 용액의 UV-vis 스펙트럼을 나타낸 데이터이며, (c)는 CoCl2-DME의 UV-vis 스펙트럼을 나타낸 데이터이다.
도 17은 다양한 DN 용매 내에서 OG NW 멤브레인의 ASD 활성을 통한 Li2O2 성장 경로 및 조정 가능한 Li2O2 성장 경로를 나타낸 개략도이다.
도 18은 OG NW 멤브레인을 적용한 리튬-공기 전지의 성능 테스트를 나타낸 데이터로서, (a)는 30번째 사이클에서 DMAc 전해질을 사용한 리튬-공기 전지의 방전-충전 곡선이고, (b)는 사이클링시 과전압 비교 데이터이고, (c)는 다양한 전류 속도에서 DME 전해질을 사용하는 OG NW 멤브레인을 갖는 리튬-공기 전지의 성능 데이터이며, (d)는 1000mA g-1의 전류 속도에서 OG NW 멤브레인을 사용한 리튬-공기 전지의 방전-충전 곡선이며, (e)는 OG NW 멤브레인이 있거나 없는 리튬-공기 전지의 방전-충전 유지 성능을 나타낸 데이터이다.
1 is a synthesis process diagram showing a solid-type oxidative stress inhibitor for a secondary battery using an organometallic polymer according to the present invention.
FIG. 2 is a photograph showing an example in which a nanowire-type solid-type oxidative stress inhibitor synthesized by the synthesis process of FIG. 1 and a carbon fiber fabric were fixed and grown.
3 is data obtained by analyzing the XRD diffraction pattern of a solid-type oxidative stress inhibitor synthesized using organo-germanium as an organometallic polymer.
4 is an example by titration of CoCl 2 -DME solution for activity evaluation of a solid-type oxidative stress inhibitor synthesized using organo-germanium as an organometallic polymer (a: CoCl 2 -DME, b: CoCl 2 -DME + KO 2 + H 2 O c: b solution + commercial Ge-132, d: b solution + synthesized organic germanium).
5 is a data showing the performance evaluation of the lithium-air battery containing the solid-state oxidative stress inhibitor according to the present invention.
6 is data showing the performance evaluation of a lithium-sulfur battery containing a solid-state oxidative stress inhibitor according to the present invention.
7 is a data showing the performance evaluation of the zinc-air battery containing the solid-type oxidative stress inhibitor according to the present invention.
8 is data showing the performance evaluation of the zinc-ion battery containing the solid-state oxidative stress inhibitor according to the present invention.
9 is data showing the performance evaluation of an all-solid lithium-air battery containing a solid-type oxidative stress inhibitor according to the present invention.
10 is data presented to evaluate the performance of a lithium-air battery including a soluble redox mediator and a synergistic effect with a solid-type oxidative stress inhibitor.
11 is a schematic illustration of applying a solid-type oxidative stress inhibitor for a secondary battery using an organometallic polymer according to the present invention as a component of a secondary battery as a fixed body.
12 is an exemplary view showing a configuration in which the solid-type oxidative stress inhibitor according to the present invention is applied to a secondary battery as a fixed body.
13 is an exemplary view in which the solid-type oxidative stress inhibitor according to the present invention is fabricated with an OG NW membrane, (a) is a schematic diagram of a lithium-air battery using an ASD membrane (OG NW membrane), (b) and ( c) is a FESEM image of the OG NW membrane, (d) is a low-magnification TEM image of the OG NW membrane, (e) is a high-resolution TEM image, and (f) is an XRD pattern of the OG NW membrane.
Figure 14 is data showing OG NW performance through Au negative electrode including lithium-air battery test, CV for lithium-known battery with and without OG NW membrane using (a) TEGDME and (b) DMAc solvent ( = 100 mV/S scan rate) comparative data, and data showing capacity versus voltage curves (corresponding to CV) for lithium-air cells with and without OG NW membrane using (c) TEGDME and (d) DMAc solvents .
15 is data showing the change in the performance and Li 2 O 2 growth path of a lithium-air battery to which an OG NW membrane according to the present invention is applied, (a) is discharge comparison data, (b) is a Li 2 O 2 cell are the normalized capacity curves for , (c) and (d) are the Raman spectra of Au anode without OG NW membrane and Au anode with OG NW membrane, (e) and (f) are Li 2 O in TEGDME solvent. 2 Data showing the change in shape of the product, (g) and (h) are data showing the change in shape of the Li 2 O 2 product in DMAc solvent, (i) and (j) are data showing the change in the shape of the product with and without OG NW membrane Data showing AFM images for Li 2 O 2 products.
16 is data showing the ASD performance of the OG NW membrane, (a) is data showing the color change with time of a CoCl 2 saturated DME solution after addition of KO 2 and KO 2 , (b) is a CoCl 2 -DME solution Data showing the UV-vis spectrum of, (c) is data showing the UV-vis spectrum of CoCl 2 -DME.
17 is a schematic diagram showing the Li 2 O 2 growth pathway and the tunable Li 2 O 2 growth pathway through ASD activity of OG NW membranes in various DN solvents.
18 is data showing a performance test of a lithium-air battery to which an OG NW membrane is applied. (a) is a discharge-charge curve of a lithium-air battery using DMAc electrolyte in the 30th cycle, and (b) is an overvoltage during cycling. Comparative data, (c) is performance data of lithium-air cells with OG NW membrane using DME electrolyte at various current rates, and (d) is lithium-air battery with OG NW membrane at current rate of 1000 mA g-1. It is a discharge-charge curve of an air battery, and (e) is data showing the discharge-charge retention performance of a lithium-air battery with or without OG NW membrane.

본 발명에 대해 첨부한 도면을 참조하여 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같으며, 이와 같은 상세한 설명을 통해서 본 발명의 목적과 구성 및 그에 따른 특징들을 보다 잘 이해할 수 있게 될 것이다.Preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings as follows, and through such detailed description, it will be possible to better understand the purpose and configuration of the present invention and its features.

본 발명의 실시예에 따른 유기금속 폴리머를 이용한 이차전지용 고체형 산화스트레스 억제제는 도 1에 나타낸 바와 같이, 유기금속 폴리머 용해단계(S10)와 섬유계 재료 디핑단계(S20), 냉동단계(S30), 및 동결 건조단계(S40)를 포함하는 공정을 통해 합성된다.The solid-type oxidative stress inhibitor for a secondary battery using an organometallic polymer according to an embodiment of the present invention is, as shown in FIG. 1, an organometallic polymer dissolution step (S10), a fiber-based material dipping step (S20), and a freezing step (S30) , and is synthesized through a process including a freeze-drying step (S40).

유기금속 폴리머 용해단계(S10)Organometallic polymer dissolution step (S10)

상기 유기금속 폴리머 용해단계(S10)는 유기금속 폴리머를 혼합용매에 용해시키는 단계이다.The organometallic polymer dissolving step (S10) is a step of dissolving the organometallic polymer in a mixed solvent.

이를 위해, 상기 혼합용매는 증류수(H2O) : 이소프로필 알콜(isopropyl alcohol) = 9~12 : 0.8~1.2의 부피비 또는 중량비로 혼합한 형태가 바람직하고, 이와 같은 혼합용매에 유기금속 폴리머 0.1~10g을 투입하여 용해시킨다.To this end, the mixed solvent is preferably distilled water (H 2 O): isopropyl alcohol = 9 to 12: mixed in a volume or weight ratio of 0.8 to 1.2, and an organometallic polymer 0.1 in such a mixed solvent Add ~10g to dissolve.

상기 유기금속 폴리머는 유기게르마늄(Propa germanium), 아세트산아연(Zinc acetate), 아셀렌산나트륨(Sodium selenite), 테트라아세트산실리콘(Silicon tetraacetate), 메타규산나트륨(Sodium metasilicate) 중에서 적어도 하나 또는 그 이상이 사용될 수 있다.The organometallic polymer is at least one or more of organic germanium, zinc acetate, sodium selenite, silicon tetraacetate, and sodium metasilicate. can be used

상기 유기게르마늄은 O[Ge(=O)CH2CH2CO2H]2}로 나타낼 수 있다.The organic germanium may be represented by O[Ge(=O)CH 2 CH 2 CO 2 H] 2 }.

상기 유기게르마늄은 3-[(2-Carboxyethyl-oxogermyl)oxy-oxogermyl]propanoic acid로 나타낼 수 있다.The organic germanium may be represented by 3-[(2-Carboxyethyl-oxogermyl)oxy-oxogermyl]propanoic acid.

상기 게르마늄은 하기와 같은 화학식 1로 나타낼 수 있다.The germanium may be represented by Chemical Formula 1 below.

[화학식 1][Formula 1]

Figure pat00001
Figure pat00001

상기 아세트산아연(Zinc acetate)은 하기와 같은 화학식 2로 나타낼 수 있다.The zinc acetate may be represented by Chemical Formula 2 below.

[화학식 2][Formula 2]

Figure pat00002
Figure pat00002

상기 아셀렌산나트륨(Sodium selenite)은 하기와 같은 화학식 3으로 나타낼 수 있다.The sodium selenite may be represented by Chemical Formula 3 as follows.

[화학식 3][Formula 3]

Figure pat00003
Figure pat00003

상기 테트라아세트산실리콘(Silicon tetraacetate)은 하기와 같은 화학식 4로 나타낼 수 있다.The silicon tetraacetate (Silicon tetraacetate) may be represented by the following formula (4).

[화학식 4][Formula 4]

Figure pat00004
Figure pat00004

상기 메타규산나트륨(Sodium metasilicate)은 하기와 같은 화학식 5로 나타낼 수 있다.The sodium metasilicate may be represented by the following Chemical Formula 5.

[화학식 5][Formula 5]

Figure pat00005
Figure pat00005

섬유계 재료 디핑단계(S20)Fiber-based material dipping step (S20)

상기 섬유계 재료 디핑단계(S20)는 상기 S10단계를 통해 유기금속 폴리머를 혼합용매에 용해시켜 제조한 용액에 섬유계 재료를 디핑하여 담그는 단계이다.The dipping step (S20) of the fiber-based material is a step of dipping and immersing the fiber-based material in a solution prepared by dissolving the organometallic polymer in a mixed solvent through the step S10.

상기 섬유계 재료는 유기금속 폴리머에 대한 합성효율을 위해 탄소섬유로 이루어진 직물을 사용할 수 있다.As the fiber-based material, a fabric made of carbon fiber may be used for synthesis efficiency with respect to the organometallic polymer.

냉동단계(S30)Freezing step (S30)

상기 냉동단계(S30)는 상기 S20단계까지 마친 결과물에 대해 냉동 처리하는 단계이다.The freezing step (S30) is a step of freezing the results completed up to the step S20.

상기 냉동단계(S30)는 상기 S20단계까지 마친 결과물을 저온 냉동고에 넣되, 영하 5~10℃에서 10~20시간 동안 냉동 처리함이 바람직하다.In the freezing step (S30), the resultant finished up to step S20 is put in a low-temperature freezer, and it is preferable to freeze it at -5 to 10° C. for 10 to 20 hours.

동결 건조단계(S40)Freeze drying step (S40)

상기 동결 건조단계(S40)는 상기 S30단계까지 마친 냉동 처리된 결과물에 대해 동결 건조시킴으로써 유기금속 폴리머를 성장시켜 유기금속 폴리머계 분말을 수득하는 단계이다.The freeze-drying step (S40) is a step of obtaining an organometallic polymer-based powder by growing an organometallic polymer by freeze-drying the freeze-treated product finished up to the step S30.

이를 위해, 상기 동결 건조단계(S40)에서는 영하 30~50℃에서 18~24시간 동안 동결 건조를 실시함이 바람직하다.To this end, in the freeze-drying step (S40), freeze-drying is preferably performed at -30 to 50° C. for 18 to 24 hours.

이때, 유기금속 폴리머계 분말은 섬유계 재료 상에서 수직방향으로 성장하여 나노 와이어 타입의 입자로 성장 및 합성된다.At this time, the organometallic polymer-based powder is grown and synthesized into nanowire-type particles by growing vertically on the fiber-based material.

여기에서, 상기 유기금속 폴리머계 분말은 평균 직경 80~100nm일 수 있다.Here, the organometallic polymer-based powder may have an average diameter of 80 to 100 nm.

이와 같은 상술한 공정에 의해 합성된 상기 이차전지용 고체형 산화스트레스 억제제는 이차전지를 구성하는 전극에 격리 또는 고정하는 형태로 접목하여 사용할 수 있으며, 때로는 이차전지의 구성요소에 코팅 또는 자체로 접목하는 형태로 구비할 수 있다.The solid-type oxidative stress inhibitor for secondary batteries synthesized by the above-described process can be used by grafting in the form of isolation or fixing to the electrodes constituting the secondary battery, and sometimes by coating or grafting itself to the components of the secondary battery. can be provided in the form.

상기 이차전지용 고체형 산화스트레스 억제제는 리튬-공기 전지나 리튬-황 전지 등을 포함하는 유기계 전해질을 사용한 이차전지에 적용할 수 있고, 아연-공기 전지나 아연-이온 전지 등을 포함하는 수계 전해질을 사용한 이차전지에 적용할 수 있으며, 고체 전해질을 포함하는 전고체 이차전지에 적용할 수 있다.The solid-type oxidative stress inhibitor for a secondary battery can be applied to a secondary battery using an organic electrolyte including a lithium-air battery or a lithium-sulfur battery, and a secondary using an aqueous electrolyte including a zinc-air battery or a zinc-ion battery It can be applied to a battery, and can be applied to an all-solid secondary battery including a solid electrolyte.

상기 이차전지용 고체형 산화스트레스 억제제는 이차전지 내 배치되는 위치를 조절하여 사용할 수 있다.The solid-type oxidative stress inhibitor for the secondary battery may be used by adjusting the arrangement position in the secondary battery.

예를 들면, 양 전극의 측면에 고정 배치할 수 있고, 고체전해질 또는 액체전해질 사이에 고정 배치할 수 있고, 세퍼레이터(분리막) 또는 전극에 코팅하거나 자체로 구성하여 사용할 수 있다 할 것이다.For example, it can be fixedly arranged on the side of both electrodes, can be fixedly arranged between solid electrolytes or liquid electrolytes, and can be coated on a separator (separator) or electrode, or it can be used by itself.

본 발명에 따른 유기금속 폴리머를 이용한 이차전지용 고체형 산화스트레스 억제제에 대해서는 CoCl2-Dimethylether 용액에 KO2와 H2O을 첨가하여 불균일화를 일으켜 발생된 색변화를 관찰하는 적정법으로 평가를 실시하는 등 산화스트레스 억제 성능을 시험 평가할 수 있다.For the solid-type oxidative stress inhibitor for secondary batteries using the organometallic polymer according to the present invention, KO 2 and H 2 O are added to the CoCl 2 -Dimethylether solution to cause non-uniformity and to observe the color change generated by the titration method. It is possible to test and evaluate the oxidative stress suppression performance.

도 2에서는 합성된 고체형 산화스트레스 억제제와 탄소섬유 직물에 고정하여 성장 및 합성시킨 실시예를 보여주고 있고, 도 3에서는 유기게르마늄을 사용하여 합성한 고체형 산화스트레스 억제제에 대해 XRD 회절패턴 분석한 데이터를 보여주고 있으며, 도 3에서는 합성된 유기게르마늄의 산화스트레스 억제 활성 평가를 위한 CoCl2-DME 용액 적정법 실시 예(a: CoCl2-DME, b: CoCl2-DME + KO2 + H2O c: b용액 + 상용 Ge-132, d: b용액 + 합성된 유기게르마늄)를 보여주고 있다.Figure 2 shows an example in which the synthesized solid-type oxidative stress inhibitor and the carbon fiber fabric were fixed and grown and synthesized, and in Figure 3, an XRD diffraction pattern analysis of the synthesized solid-type oxidative stress inhibitor using organic germanium. The data is shown, and in FIG. 3, an example of a CoCl 2 -DME solution titration method for evaluating the oxidative stress inhibitory activity of synthesized organic germanium (a: CoCl 2 -DME, b: CoCl 2 -DME + KO 2 + H 2 O c: b solution + commercial Ge-132, d: b solution + synthesized organic germanium).

도 4에서는 고체형 산화스트레스 억제제가 포함된 리튬-공기 전지의 성능 평가 실시 예를 보여주고 있고, 도 5는 고체형 산화스트레스 억제제가 포함된 리튬-황 전지의 성능 평가 실시 예를 보여주고 있고, 도 6은 고체형 산화스트레스 억제제가 포함된 아연-공기 전지의 성능 평가 실시 예를 보여주고 있고, 도 7은 고체형 산화스트레스 억제제가 포함된 아연-이온 전지의 성능 평가 실시 예를 보여주고 있고, 도 8은 고체형 산화스트레스 억제제가 포함된 전고체 리튬-공기 전지의 성능 평가 실시 예를 보여주고 있으며, 도 9는 용해성 산화환원 매개체를 포함한 리튬-공기 전지의 성능과 고체형 산화스트레스 억제제와의 시너지 효과 평가 실시 예를 보여주고 있다.4 shows an example of performance evaluation of a lithium-air battery containing a solid-type oxidative stress inhibitor, and FIG. 5 shows an example of performance evaluation of a lithium-sulfur battery containing a solid-type oxidative stress inhibitor, 6 shows an example of performance evaluation of a zinc-air battery containing a solid-type oxidative stress inhibitor, and FIG. 7 shows an example of performance evaluation of a zinc-ion battery containing a solid-type oxidative stress inhibitor, 8 shows an example of performance evaluation of an all-solid-state lithium-air battery containing a solid-type oxidative stress inhibitor, and FIG. An example of synergistic effect evaluation is shown.

즉, 상술한 성능 평가를 통해 확인할 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 유기금속 폴리머를 이용한 이차전지용 고체형 산화스트레스 억제제는 이차전지 내에 고체형 성상으로 투입되는 것으로서, 이차전지 내에서 산화스트레스에 의한 이차전지 특성 저하를 방지할 수 있고, 금속 전극의 부식과 전해질의 산화에 의해 발생되는 가스 생성을 막아주는 역할을 하며 이차전지의 스웰링을 방지할 수 있으며, 이차전지 내에서 용해성 첨가제의 산화 및 교차 반응 억제하고 정반응성을 개선시켜줌을 나타내고 있다.That is, as can be confirmed through the above-described performance evaluation, the solid-type oxidative stress inhibitor for secondary batteries using the organometallic polymer according to the present invention is injected into the secondary battery in a solid state, and is caused by oxidative stress in the secondary battery. It can prevent deterioration of secondary battery characteristics, prevents corrosion of metal electrodes and gas generation caused by electrolyte oxidation, can prevent swelling of secondary batteries, and prevents oxidation of soluble additives in secondary batteries and It has been shown to inhibit cross-reactivity and improve forward reactivity.

한편, 본 발명의 실시예에 따른 유기 금속 폴리머를 이용한 이차전지용 고체형 산화스트레스 억제제를 포함하는 이차전지에 대해 이하에서 상세하게 설명하기로 한다.Meanwhile, a secondary battery including a solid-type oxidative stress inhibitor for secondary batteries using an organometallic polymer according to an embodiment of the present invention will be described in detail below.

여기에서, 이차전지는 리튬-공기 전지나 리튬-황 전지 등을 포함하는 유기계 전해질을 사용한 이차전지일 수 있고, 아연-공기 전지나 아연-이온 전지 등을 포함하는 수계 전해질을 사용한 이차전지일 수 있으며, 고체 전해질을 포함하는 전고체 이차전지일 수 있다.Here, the secondary battery may be a secondary battery using an organic electrolyte including a lithium-air battery or a lithium-sulfur battery, and may be a secondary battery using an aqueous electrolyte including a zinc-air battery or a zinc-ion battery, It may be an all-solid-state secondary battery including a solid electrolyte.

이러한 다양한 종류의 이차전지에 본 발명에 따른 유기금속 폴리머를 이용한 이차전지용 고체형 산화스트레스 억제제를 적용할 수 있다.The solid-type oxidative stress inhibitor for secondary batteries using the organometallic polymer according to the present invention can be applied to these various types of secondary batteries.

이하에서는 설명의 편의를 위해 본 발명에 따른 유기금속 폴리머를 이용한 이차전지용 고체형 산화스트레스 억제제에 대해 리튬-공기 전지에 접목하는 예시를 통해 본 발명을 기술해 나가려고 하며, 이러한 실시예에 특별히 제한되지 않음은 자명하다 할 것이다.Hereinafter, for convenience of explanation, the present invention will be described by way of an example grafting a lithium-air battery to a solid-type oxidative stress inhibitor for a secondary battery using an organometallic polymer according to the present invention, and the present invention is specifically limited to these examples It will be self-evident that it is not.

본 발명의 실시예에 따른 유기금속 폴리머를 이용한 이차전지용 고체형 산화스트레스 억제제를 포함하는 이차전지(100)는 도 11에 나타낸 바와 같이, 음극 전극(110), 양극 전극(120), 상기 음극 전극(110)과 양극 전극(120)의 사이에 위치하는 분리막인 세퍼레이터(130), 상기 음극 전극(110)과 양극 전극(120) 상에 충진되는 전해질(140)을 포함하되, 이차전지를 구성하는 하나의 구성요소로 배치 및 고정체로 구비되는 유기금속 폴리머를 이용한 이차전지용 고체형 산화스트레스 억제제(150)를 포함한다.As shown in FIG. 11 , a secondary battery 100 including a solid-type oxidative stress inhibitor for secondary batteries using an organometallic polymer according to an embodiment of the present invention includes a negative electrode 110 , a positive electrode 120 , and the negative electrode. A separator 130, which is a separator positioned between 110 and the positive electrode 120, and the electrolyte 140 filled on the negative electrode 110 and the positive electrode 120, constituting a secondary battery It includes a solid-type oxidative stress inhibitor 150 for a secondary battery using an organometallic polymer that is disposed and fixed as one component.

상기 이차전지(100)의 구성요소가 되는 유기금속 폴리머를 이용한 이차전지용 고체형 산화스트레스 억제제(150)는 앞서 설명한 바와 같이, 유기게르마늄을 비롯한 유기금속 폴리머를 선택 사용하여 합성하는 것으로서, 상술한 내용을 준용하기로 한다.The solid-type oxidative stress inhibitor 150 for a secondary battery using an organometallic polymer, which is a component of the secondary battery 100, is synthesized by selectively using an organometallic polymer including organogermanium, as described above, as described above. shall apply mutatis mutandis.

이때, 상기 유기금속 폴리머를 이용한 이차전지용 고체형 산화스트레스 억제제(150)는 이차전지에 적용시 상술한 공정을 통해 합성된 유기금속 폴리머계 나노 와이어 분말을 사용하여 멤브레인 막으로 제작함이 바람직하다.In this case, the solid-type oxidative stress inhibitor 150 for a secondary battery using the organometallic polymer is preferably manufactured as a membrane film using the organometallic polymer-based nanowire powder synthesized through the above-described process when applied to a secondary battery.

여기에서, 상기 유기금속 폴리머를 이용한 이차전지용 고체형 산화스트레스 억제제(150)는 양극 전극(120)의 외측에 위치시켜 고정하는 일 유형만을 도시하였으나, 이차전지 내 배치되는 위치를 조절할 수 있다.Here, the solid-type oxidative stress inhibitor 150 for a secondary battery using the organometallic polymer is shown as only one type of being positioned and fixed on the outside of the positive electrode 120, but the position in the secondary battery can be adjusted.

앞서 기술한 바와 같이, 양극 또는 음극 전극의 측면에 고정 배치할 수 있고, 고체전해질 또는 액체전해질 사이에 고정 배치할 수 있고, 세퍼레이터 또는 전극에 코팅하거나 자체로 구성하여 사용하는 등 다양하게 수정 또는 변형할 수 있다 할 것이다.As described above, it can be fixedly arranged on the side of the positive or negative electrode, can be fixedly arranged between solid electrolytes or liquid electrolytes, and can be coated on a separator or electrode, or modified or modified in various ways, such as using it by itself can do it will do

한편, 도 12 내지 도 18은 본 발명의 실시예에 따른 유기금속 폴리머를 이용한 이차전지용 고체형 산화스트레스 억제제를 리튬-공기 전지에 적용한 예시 및 성능 평가를 실시한 데이터이다.Meanwhile, FIGS. 12 to 18 are data obtained by applying the solid-type oxidative stress inhibitor for a secondary battery using an organometallic polymer according to an embodiment of the present invention to a lithium-air battery and performance evaluation.

여기에서, 유기금속 폴리머를 이용한 이차전지용 고체형 산화스트레스 억제제를 리튬-공기 전지에 적용한 구체적인 실시예는 하기에서 설명하기로 한다.Here, a specific example in which a solid-type oxidative stress inhibitor for a secondary battery using an organometallic polymer is applied to a lithium-air battery will be described below.

즉, 리튬-공기 전지는 본 발명의 실시예에 따른 유기금속 폴리머를 이용한 이차전지용 고체형 산화스트레스 억제제를 포함하며, 상기 고체형 산화스트레스 억제제는 멤브레인 막(이하, '멤브레인'이라 한다.)으로 제작하여 고정 배치한다.That is, the lithium-air battery includes a solid-type oxidative stress inhibitor for a secondary battery using an organometallic polymer according to an embodiment of the present invention, and the solid-type oxidative stress inhibitor is a membrane membrane (hereinafter referred to as 'membrane'). Manufactured and installed.

여기에서, 상기 멤브레인은 유기게르마늄을 합성하여 제작한 것으로서, 이하에서는 'OG NW(Organogermanium Nanowires) 멤브레인'으로 정의한다.Herein, the membrane is manufactured by synthesizing organic germanium, and is hereinafter defined as 'OG NW (Organogermanium Nanowires) membrane'.

도 12 및 도 13에 나타낸 바와 같이, 리튬-공기 전지는 리튬(Li)을 음극으로 사용하고 산소(O2)를 양극으로 사용하는 구조를 가지며, 집전판을 포함할 수 있다.12 and 13 , the lithium-air battery has a structure using lithium (Li) as a negative electrode and oxygen (O 2 ) as a positive electrode, and may include a current collector.

상기 OG NW(Organogermanium Nanowires) 멤브레인에 대해서는 전형적인 가스확산층으로서 위치하는 동일한 위치에서 O2 양극('공기극'이라고도 함)과 집전판 사이에 위치하도록 삽입 배치할 수 있다.With respect to the OG NW (Organogermanium Nanowires) membrane, at the same position as a typical gas diffusion layer, an O 2 anode (also referred to as an 'air electrode') and a current collector plate may be inserted and disposed.

상기 OG NW 멤브레인은 ASD(Anti-superoxide disproportionation) 멤브레인으로 사용하기 위해 동결건조 방법으로 탄소직물에서 성장시켰으며, 제작된 ASD 멤브레인은 OG NW 멤브레인으로 표시하였다.The OG NW membrane was grown on carbon fabric by freeze-drying for use as an anti-superoxide disproportionation (ASD) membrane, and the fabricated ASD membrane was denoted as an OG NW membrane.

여기에서, 상기 OG NW는 앞서 상술한 바와 같은 유기금속 폴리머를 이용한 이차전지용 고체형 산화스트레스 억제제로 이루어지며, 상기 ASD 멤브레인은 유기게르마늄 나노 와이어(OG NW)로 제작된다.Here, the OG NW is made of a solid-type oxidative stress inhibitor for a secondary battery using the organometallic polymer as described above, and the ASD membrane is made of an organic germanium nanowire (OG NW).

여기에서, OG NW의 형태와 결정 구조는 전계방출 주사전자현미경(FESEM), 주사투과전자현미경(TEM) 및 소각 X선 회절(XRD)로 관찰하였다.Here, the morphology and crystal structure of OG NWs were observed by field emission scanning electron microscopy (FESEM), scanning transmission electron microscopy (TEM), and small-angle X-ray diffraction (XRD).

OG NW의 형태는 도 13의 (b) 및 (c)에서 보여주는 바와 같이, 1 차원 바늘 모양을 나타내며, OG NW는 심각한 응집없이 개별적으로 분리 가능함을 보여주고 있다.The morphology of OG NWs exhibits a one-dimensional needle shape, as shown in FIGS. 13 (b) and (c), showing that OG NWs are individually separable without significant aggregation.

도 13의 (d) 및 (e)에 나타낸 TEM 이미지에서 볼 수 있듯이, OG NW는 나노 와이어로 형성된다.As can be seen from the TEM images shown in Figs. 13 (d) and (e), OG NWs are formed of nanowires.

도 13의 (d)에서는 OG NW의 평균 직경에 있어 약 100nm로 추정되며, 개별 OG NW의 고해상도 TEM 이미지는 일반 폴리머 미세 구조와 일치하는 비정질 형태를 보여주고 있다.In FIG. 13(d), the average diameter of OG NWs is estimated to be about 100 nm, and high-resolution TEM images of individual OG NWs show an amorphous shape consistent with the general polymer microstructure.

주사투과 전자 현미경-에너지 분산형 X선 분광기(STEM-EDS) 매핑 프로파일은 OG NW가 탄소, 산소 및 게르마늄 성분의 균일한 혼합물로 구성되어 있음을 보여주는데, 이러한 결과는 OG NW가 탈수화 매개 중합체화를 통해 성공적으로 합성되었음을 나타내는 것이다.The scanning transmission electron microscopy-energy dispersive X-ray spectroscopy (STEM-EDS) mapping profile shows that the OG NWs are composed of a homogeneous mixture of carbon, oxygen and germanium components, suggesting that the OG NWs undergo dehydration-mediated polymerization indicates that it was successfully synthesized.

도 13의 (f)에서는 OG NW 멤브레인이 프로파 게르마늄 단계에 해당하는 작은 각도의 XRD 패턴에서 식별됨을 보여주고 있다.13(f) shows that the OG NW membrane is identified in the XRD pattern of a small angle corresponding to the propa germanium phase.

또한, 본 발명에서는 높은 DN 또는 낮은 DN 용매[예를 들면, 디메틸아세트아미드(DMAc), DN = 27.8; 테트라 에틸렌글리콜 디메틸에테르(TEGDME), DN = 16.6)]에 OG NW 멤브레인을 도입하여 산소 감소 거동 및 Li2O2 성장의 변화를 살펴보았다.In addition, in the present invention, high DN or low DN solvents [eg, dimethylacetamide (DMAc), DN = 27.8; Tetraethylene glycol dimethyl ether (TEGDME), DN = 16.6)] was introduced into the OG NW membrane to examine oxygen reduction behavior and changes in Li 2 O 2 growth.

리튬-공기 전지에서는 O2 양극(공기극)으로 니켈 폼에 코팅된 Au를 갖는 형태로 조립하였으며, 모든 Au 양극은 Ni폼(직경 = 1cm)에 코팅하였다.In the lithium-air battery, it was assembled in a form having Au coated on nickel foam as an O 2 positive electrode (air electrode), and all Au positive electrodes were coated on Ni foam (diameter = 1 cm).

리튬-공기 전지에 대한 테스트에 있어서는 Li2O2 성장 거동을 명확하게 결정하기 위해 부작용으로 인해 발생할 수있는 오염을 최소화하기 위하여 바인더와 전도성 탄소를 포함하지 않는다.In the test for the lithium-air battery, in order to clearly determine the Li 2 O 2 growth behavior, no binder and conductive carbon were included in order to minimize contamination that may occur due to side effects.

우선, OG NW 멤브레인의 전기 촉매를 확인하였다.First, the electrocatalyst of the OG NW membrane was identified.

O2 양극의 외측면에 OG NW 멤브레인을 포함하는 리튬-공기 전지의 테스트는 500 mAg-1의 현재 속도로 수행하였다.Testing of a lithium-air battery including an OG NW membrane on the outer surface of an O 2 positive electrode was performed at a current rate of 500 mAg −1 .

도 14에서 보여주는 바와 같이, OG NW 멤브레인이 포함된 리튬-공기 전지는 방전되지 않고 후속 충전 프로세스에서 과충전된다. OG NW 멤브레인은 전기 촉매에 대해 불활성인 것으로 보이며, OG NW 멤브레인은 ASD(Anti-superoxide disproportionation) 활동에 의해 ORR/OER를 안정화시키는 역할을 수행한다는 것이 입증되었다.As shown in FIG. 14 , the lithium-air battery with the OG NW membrane is not discharged and overcharged in the subsequent charging process. The OG NW membrane appears to be inert to the electrocatalyst, and it has been demonstrated that the OG NW membrane plays a role in stabilizing the ORR/OER by anti-superoxide disproportionation (ASD) activity.

도 14에서는 넓은 전압범위(3-2V)에서 0.5M LiClO4를 사용하는 두 용매 각각에서 방전시 O2 감소에 대한 순환 전압 전류도(CV)를 보여주고 있다.14 shows a cyclic voltammetry (CV) for O 2 reduction during discharge in each of two solvents using 0.5M LiClO 4 in a wide voltage range (3-2V).

도 14의 (a) 및 (b)에서 보여주는 바와 같이, 낮은 DN TEGDME는 2.29V(도 12a)의 전압에서 상대적으로 날카로운 ORR 피크를 나타내고 높은 DN DMAc는 2.40V의 전압에서 비교적 넓은 ORR 피크를 나타내고 있다.As shown in (a) and (b) of Fig. 14, the low DN TEGDME shows a relatively sharp ORR peak at a voltage of 2.29V (Fig. 12a), and the high DN DMAc shows a relatively broad ORR peak at a voltage of 2.40V. have.

TEGDME의 ORR 피크는 DMAc보다 낮은 전압에서 나타나고 있고, 이는 OG NW 멤브레인의 적용에 의해 위의 DN 의존성과 유사한 현상을 보여주고 있다.The ORR peak of TEGDME appears at a lower voltage than DMAc, which shows a similar phenomenon to the above DN dependence by application of the OG NW membrane.

TEGDME의 경우 OG NW 멤브레인이 있을 때 ORR 피크는 0.06V로 약간의 음의 이동을 보여주고 있고, 반면에 DMAc의 경우 ORR 피크는 0.27V로 음의 이동을 보여 4.5배가 더 큼을 보여주고 있다.In the case of TEGDME, when the OG NW membrane was present, the ORR peak showed a slight negative shift of 0.06V, whereas in the case of DMAc, the ORR peak showed a negative shift of 0.27V, which is 4.5 times larger.

이는 도 14의 (c) 및 (d)의 방전 곡선에서 보여주는 바와 같이, OG NW 멤브레인이 있고 없고에 따라 뒷받침됨을 보여주고 있다.As shown in the discharge curves of Fig. 14 (c) and (d), it shows that the OG NW membrane is supported with and without.

TEGDME 용매와 DMAc 용매 모두에서 OG NW 멤브레인을 포함하는 리튬-공기 전지의 개시 전압이 낮았고, OG NW 멤브레인을 포함하는 리튬-공기 전지의 방전 용량이 OG NW 멤브레인을 포함하지 않는 리튬-공기 전지의 방전 용량보다 높음을 보여주고 있다.In both the TEGDME solvent and DMAc solvent, the onset voltage of the lithium-air battery containing the OG NW membrane was low, and the discharge capacity of the lithium-air battery containing the OG NW membrane was lower than that of the lithium-air battery without the OG NW membrane. It shows that the capacity is higher than the capacity.

이러한 동작은 높은 DN DMAc에서 더욱 두드러지며, OG NW 멤브레인을 포함하는 리튬-공기 전지에서는 더 넓은 작동 전압범위와 더 큰 피크면적을 제공함을 보여주고 있다.This behavior is more pronounced at high DN DMAc, demonstrating that lithium-air cells with OG NW membrane provide a wider operating voltage range and larger peak area.

또한, CV 그래프에서 확인할 수 있듯이, ORR 활성은 넓은 작동 ORR 피크에 의한 표면 흡착 경로와 용매화 매개 성장경로의 중첩으로 인해 작동하는 것으로 간주되며, 이에 따라 표면 흡착 경로에 의한 Li2O2의 형성이 강화되었다고 할 수 있다.In addition, as can be seen from the CV graph, ORR activity is considered to operate due to the overlap of the surface adsorption pathway and the solvation-mediated growth pathway by the broad operating ORR peak, and thus the formation of Li 2 O 2 by the surface adsorption pathway. This can be said to have been strengthened.

여기에서, DN DMAc의 경우, OG NW 멤브레인을 포함하는 리튬-공기 전지는 고전압 범위(> 2.4V)에서 작동할뿐만 아니라 표면 흡착 경로에 의한 Li2O2 형성도 용량 축적 때문에 활발하게 작동할 수 있음을 시사하며, 저전압 범위(<2.4V)에서 나타난다.Here, in the case of DN DMAc, lithium-air cells with OG NW membranes can not only operate in the high voltage range (> 2.4 V), but also Li 2 O 2 formation by the surface adsorption pathway can be actively operated due to capacity accumulation. It suggests that there is, and appears in the low voltage range (<2.4V).

도 15의 (a)는 OG NW 멤브레인을 포함하는 리튬-공기 전지와 0.5 M LiClO4가 있는 두 용매 각각의 OG NW 멤브레인을 포함하지않는 리튬-공기 전지를 비교하기 위해 0.25mA cm-1의 전류 속도에서 정류 방전 곡선을 보여주고 있다.Fig. 15 (a) shows a lithium-air battery including an OG NW membrane and a lithium-air battery without an OG NW membrane in each of the two solvents with 0.5 M LiClO 4 A current of 0.25 mA cm-1 It shows the rectified discharge curve at speed.

TEGDME 용매의 경우 OG NW 멤브레인을 포함할 시 방전용량(0.65mA h cm-2)이 OG NW 멤브레인을 포함하지않는 전지(0.57mA h cm-2)에 비해 15% 정도 증가한 것으로 보이며, 더 중요한 것은 DMAc 용매의 경우 OG NW 멤브레인(1.41 mA h cm-2)을 포함하는 리튬-공기 전지가 그렇지않은 리튬-공기 전지(0.83 mA h cm-2)보다 70% 정도 더 큰 방전용량을 가짐을 보여주고 있다.In the case of TEGDME solvent, the discharge capacity (0.65 mA h cm -2 ) with the OG NW membrane increased by about 15% compared to the battery without the OG NW membrane (0.57 mA h cm -2 ), and more importantly In the case of DMAc solvent, the lithium-air battery with the OG NW membrane (1.41 mA h cm -2 ) has a 70% greater discharge capacity than the lithium-air battery without (0.83 mA h cm -2 ). have.

도 15의 (b)에서 보여주는 바와 같이, DMAc 용매에 대한 정규화된 용량곡선에서는 OG NW 멤브레인을 포함하는 리튬-공기 전지는 그렇지않은 리튬-공기 전지보다 22mV의 낮은 방전전압 안정기를 나타냄을 보여주고 있다. 이와는 대조적으로 TEGDME 용매에 대한 정규화된 용량곡선은 모든 리튬-공기 전지에서 유사한 방전전압 안정기를 나타냄을 보여주고 있다.As shown in (b) of Figure 15, the normalized capacity curve for the DMAc solvent shows that the lithium-air battery including the OG NW membrane exhibits a lower discharge voltage stabilization of 22 mV than that of the lithium-air battery without the OG NW membrane. . In contrast, the normalized capacity curves for the TEGDME solvent show similar discharge voltage plateaus for all Li-air batteries.

이와 같은 CV 및 정류 방전곡선에 대한 전기 화학적 결과는 높은 DN 용매에서 큰 활성을 나타내고 있다. 이전에 현장 전기화학적 표면강화 라만분광법은 고 DN 용매에서 용매화 매개 성장경로에 의해 지원되는 불균형이 고전압(낮은 과전 위)에서 우세함을 보여주었으며, 동일한 용매를 사용하는 리튬-공기 전지의 경우 높은 과전위는 불균형을 희생하면서 두 번째 1e- 감소를 통해 Li2O2 형성을 가속화하는 표면 흡착 경로를 촉진함을 알 수 있었다. 즉 OG NW 멤브레인을 적용함으로써 리튬-공기 전지의 저항을 증가시킬 수 있기 때문에 과전위가 증가할 수 있음을 확인하였다.The electrochemical results for such CV and rectified discharge curves show great activity in high DN solvents. Previously, in situ electrochemical surface-enhanced Raman spectroscopy showed that the imbalance supported by the solvation-mediated growth pathway in high DN solvents was dominant at high voltages (low overpotentials), and high for lithium-air cells using the same solvent. It was found that overpotential promotes a surface adsorption pathway that accelerates Li 2 O 2 formation through a second 1e-reduction at the expense of imbalance. That is, it was confirmed that the overpotential could increase because the resistance of the lithium-air battery could be increased by applying the OG NW membrane.

여기에서, 방전 프로세스 전후에 개방 회로 전압에서 높은 DN DMAc 용매를 포함하는 리튬-공기 전지의 저항을 비교하기 위해 전기 화학적 임피던스 분광법(EIS)을 사용하여 테스트하였으며, 방전 과정 전에 OG NW 멤브레인(16.7Ω)을 포함하는 리튬-공기 전지의 총 저항(Rb)은 그렇지않은 리튬-공기 전지(15.1Ω)의 총 저항(Rb)과 유사함을 보여주고 있다.Here, electrochemical impedance spectroscopy (EIS) was used to compare the resistance of lithium-air cells containing high DN DMAc solvents at open circuit voltages before and after the discharging process, and OG NW membranes (16.7Ω ) shows that the total resistance (Rb) of the lithium-air battery is similar to the total resistance (Rb) of the lithium-air battery (15.1Ω) without it.

OG NW 멤브레인(207.8Ω)을 포함하는 리튬-공기 전지의 전하전달저항(Rct)은 그렇지않은 리튬-공기 전지(288.2Ω)의 전하전달저항(Rct)보다 약간 낮았으며, OG NW 멤브레인이 리튬-공기 전지의 초기 단계의 전도도에 영향을 미치지 않는 것으로 확인된다. 오히려 전극/전해질 계면에서 높은 DN DMAc 용매로 인한 자발적인 고체 전해질 계면(SEI)층 생성을 억제하는 것으로 나타났다.The charge transfer resistance (Rct) of the lithium-air battery with the OG NW membrane (207.8Ω) was slightly lower than the charge transfer resistance (Rct) of the lithium-air battery without the OG NW membrane (207.8Ω). It is confirmed that it does not affect the conductivity of the initial stage of the air cell. Rather, it was shown to suppress the spontaneous solid electrolyte interface (SEI) layer formation due to the high DN DMAc solvent at the electrode/electrolyte interface.

방전 과정 후 OG NW 멤브레인(12.0Ω)을 포함하는 리튬-공기 전지의 Rb는 그렇지않은 리튬-공기 전지(8.2Ω)의 Rb보다 약간 높다. 그러나 OG NW 멤브레인(353.2Ω)을 포함하는 리튬-공기 전지의 Rct는 그렇지않은 리튬-공기 전지(502.3Ω)의 Rb보다 훨씬 낮다.After the discharge process, the Rb of the lithium-air battery with the OG NW membrane (12.0Ω) was slightly higher than that of the lithium-air battery without it (8.2Ω). However, the Rct of the lithium-air battery with the OG NW membrane (353.2Ω) is much lower than the Rb of the lithium-air battery without it (502.3Ω).

이러한 동작은 불활성 부산물(예 : Li2CO3) 또는 두꺼운 Li2O2 형성에 따라 달라지는 것으로 보이며, 이에 따라 OG NW 멤브레인은 용매화 매개 성장경로를 통해 기생 생성물의 생성을 억제하고 표면 흡착 경로를 통해 바람직한 Li2O2의 형성을 촉진하는 ASD(Anti-superoxide disproportionation) 능력을 나타낸다 할 수 있다.This behavior appears to depend on the formation of inert by-products (e.g., Li 2 CO 3 ) or thick Li 2 O 2 , whereby the OG NW membrane inhibits the formation of parasitic products through solvation-mediated growth pathways and reduces the surface adsorption pathways. Through this, it can be said that it exhibits anti-superoxide disproportionation (ASD) ability to promote the formation of desirable Li 2 O 2 .

여기에서, Li2O2 성장 메커니즘은 일반적으로 용매화 매개 성장경로 모델과 표면 흡착 경로 모델을 포함하는 두 가지 다른 성장 경로로 간주되는데, 다른 메커니즘은 리튬-공기 전지의 성능에 영향을 미친다 할 수 있다.Here, the Li 2 O 2 growth mechanism is generally considered to be two different growth pathways, including a solvation-mediated growth pathway model and a surface adsorption pathway model, the different mechanisms affecting the performance of lithium-air batteries. have.

여기에서, 낮은 DN 용매의 경우, 박막 Li2O2 성장의 우세는 높은 방전 과전압 및 작은 비 용량으로 인해 조기에 전지 사멸을 초래할 가능성이 있다. 이러한 Li2O2 형성 메커니즘은 다음과 같은 표면 흡착 경로 모델을 갖는다.Here, for low DN solvents, the predominance of thin-film Li 2 O 2 growth is likely to lead to premature cell death due to high discharge overvoltage and small specific capacity. This Li 2 O 2 formation mechanism has the following surface adsorption pathway model.

O2는 리튬-공기 전지에 있어 O2 양극의 활성 표면에 흡착되어 저 DN 용매에서 흡착된 산소(O2*)를 생성한다.O 2 is adsorbed on the active surface of the O 2 positive electrode in a lithium-air battery to generate adsorbed oxygen (O 2 *) in a low DN solvent.

O2* + e- + Li+ → LiO2* (1)O 2 * + e - + Li + → LiO 2 * (1)

여기에서, *는 표면 흡착 종을 나타냄.Here, * denotes surface adsorbed species.

LiO2* + e- + Li+ → Li2O2* (전기 화학적 환원 경로) (2)LiO 2 * + e - + Li + → Li 2 O 2 * (electrochemical reduction route) (2)

LiO2* + LiO2*Li2 → O2 + O2* (불균형) (3)LiO 2 * + LiO 2 *Li 2 → O 2 + O 2 * (disequilibrium) (3)

여기에서, 전기 화학적 환원 경로는 불균형화 경로보다 LiO2에 대한 더 낮은 운동 장벽과 자유 에너지로 인해 발생할 가능성이 더 높다. 반대로 고 DN 용매의 경우 흡착된 LiO2*를 분산시킬 수 있다.Here, the electrochemical reduction pathway is more likely to occur due to the lower kinetic barrier and free energy for LiO 2 than the disproportionation pathway. Conversely, in the case of a high DN solvent, the adsorbed LiO 2 * can be dispersed.

LiO2(sol) + LiO2(sol) → Li2O2 + O2 (4)LiO 2 (sol) + LiO 2 (sol) → Li 2 O 2 + O 2 (4)

원환면 모양(Toroidal)의 Li2O2는 용액 메커니즘이라고하는 용해성 LiO2(sol)의 불균형화를 통해 용매화 매개 성장경로 모델로 성장한다. 토로이달 Li2O2 성장의 우세는 낮은 DN 용매보다 더 큰 특정 방전용량과 낮은 방전과전압을 유지할 수 있다. 불행히도 용매화 매개 경로를 선호하는 고 DN 용매는 높은 전하 과전위와 낮은 방전 전하 가역성을 유발하는 기생 반응을 촉진할 수 있다. 기생 반응의 주요 요인은 용매 및 염을 통해 Li+ 또는 O2 -와의 전해질 상호 작용에 의한 초 산화물 중간체의 용매화이다. 최근 연구에서 기생 반응은 방전 및 충전시 단일 산소(1O2)에 의해 발생한다는 사실이 밝혀졌다. 전반적으로 방전시 단일 산소(1O2)가 발생하는 원인은 Li+ 또는 H+의 존재 하에서 과산화물의 불균형화인 것으로 보인다. 이에 따라 슈퍼 옥사이드종의 불균형을 방지함으로써 기생 반응을 억제한다 할 수 있다.Toroidal Li 2 O 2 grows as a solvation-mediated growth pathway model through disproportionation of soluble LiO 2 (sol), which is called a solution mechanism. The predominance of toroidal Li 2 O 2 growth can maintain a higher specific discharge capacity and lower over-discharge voltage than low DN solvents. Unfortunately, high DN solvents that favor solvation-mediated pathways can promote parasitic reactions leading to high charge overpotentials and low discharge charge reversibility. A major factor in parasitic reactions is the solvation of superoxide intermediates by electrolyte interactions with Li + or O 2 through solvents and salts. Recent studies have shown that parasitic reactions are caused by single oxygen ( 1 O 2 ) during discharging and charging. Overall, the cause of the generation of single oxygen ( 1 O 2 ) during discharge seems to be the disproportionation of the peroxide in the presence of Li + or H + . Accordingly, it can be said that the parasitic reaction is inhibited by preventing the imbalance of superoxide species.

도 15의 (c) 및 (d)는 OG NW 멤브레인이 있거나 또는 없는 상태에 Au 양극에 대한 라만 스펙트럼을 나타내는 것으로서, OG NW 멤브레인이 없는 Au 양극의 경우 라만 스펙트럼은 O2 -에 할당된 1107cm-1 주변의 뚜렷한 특성 피크를 나타내고 있다.15 (c) and (d) show the Raman spectrum for the Au anode with or without the OG NW membrane, and in the case of the Au anode without the OG NW membrane, the Raman spectrum is O 2 - 1107 cm - assigned to A distinct characteristic peak around 1 is shown.

OG NW 멤브레인이 있는 Au 양극의 경우에는 O2 -에 대한 피크가 사라진 것으로 입증된 바와 같이, 이 결과는 ASD 활동에 의한 과산화물의 불균형을 방지하는 것과 정확히 일치한다고 할 수 있다. 이에 도 15의 (e) 및 (h)에서 보여주는 바와 같이 OG NW 멤브레인의 역할은 방전 후 Li2O2의 형태학적 특징에 의해 입증된다 할 수 있다.As demonstrated by the disappearance of the peak for O 2 in the case of Au anode with OG NW membrane, this result can be said to be in exact agreement with preventing the imbalance of peroxide by ASD activity. Accordingly, as shown in (e) and (h) of FIG. 15 , the role of the OG NW membrane is demonstrated by the morphological characteristics of Li 2 O 2 after discharge.

TEGDME의 경우 2.0V의 완전 방전전압에서 OG NW 멤브레인이 없는 Au 양극의 FESEM 이미지는 Li2O2 방전 제품이 큰 꽃과 같은 형태(직경 1-2μm)를 가지고 있음을 보여주고 있다(도 15e). 낮은 DN 용매는 불균형화 경로보다 LiO2에 대한 낮은 운동 장벽과 자유 에너지로 인해 전기 화학적 환원 경로(즉, 표면 흡착 경로 모델)를 제공함을 나타내고 있다.In the case of TEGDME, the FESEM image of the Au anode without the OG NW membrane at a full discharge voltage of 2.0 V shows that the Li 2 O 2 discharge product has a large flower-like shape (1–2 μm in diameter) (Fig. 15e). . It has been shown that the low DN solvent provides an electrochemical reduction pathway (ie, a model of the surface adsorption pathway) due to the lower kinetic barrier and free energy for LiO 2 than the disproportionation pathway.

결과적으로 Li2O2의 빠른 성장 모드는 필름 및 꽃과 같은 형태와 같은 얇은 구조 형성에 기여한다 할 수 있으며, 특히 꽃과 같은 Li2O2의 경우 표면 흡착 경로를 완전히 따르지 않을 수 있기 때문에 멤브레인이 없는 Au 양극이 생성된다. 즉, 일부 LiO2*는 전해질로 쉽게 확산되어 LiO2(sol)의 형성을 나타내며 마이크로 미터 크기의 꽃과 같은 Li2O2를 빠르게 형성한다.As a result, it can be said that the fast growth mode of Li 2 O 2 contributes to the formation of thin structures such as films and flower-like morphologies . An Au anode without the absence of the Au anode is produced. That is, some LiO 2 * readily diffuses into the electrolyte, indicating the formation of LiO 2 (sol) and rapidly forming micrometer-sized flower-like Li 2 O 2 .

이와는 반대로, 도 15의 (f)에서는 OG NW 멤브레인이 있는 Au 양극의 경우 Li2O2 방전 제품은 OG NW 멤브레인이 없는 Au 양극보다 훨씬 더 작은 직경(<500nm)으로 조립됨을 보여주고 있다. 이러한 행동은 강한 표면 흡착 경로를 따르며 ASD 활동에 의해 전해질로의 LiO2* 확산을 차단하는 것으로 보이며, 이와는 대조적으로 도 15의 (g)에서는 DMAc 2.0V의 OG NW 멤브레인이 없는 Au 양극의 경우 Li2O2 제품은 직경이 약 500nm인 토로이달 형태를 보여주고 있다.On the contrary, in Fig. 15(f), in the case of the Au anode with the OG NW membrane, the Li 2 O 2 discharge product is assembled with a much smaller diameter (<500 nm) than the Au anode without the OG NW membrane. This behavior follows a strong surface adsorption pathway and appears to block LiO 2 * diffusion into the electrolyte by ASD activity, in contrast to Fig. The 2 O 2 product shows a toroidal shape with a diameter of about 500 nm.

또한, 도 15의 (f)에서는 OG NW 멤브레인이 있는 경우 Au 양극의 Li2O2 제품의 형태는 상당히 다른 것처럼 보이며 토로이달 형태가 사라짐을 보여주고 있다.In addition, in FIG. 15(f), when the OG NW membrane is present, the shape of the Li 2 O 2 product of the Au anode appears to be quite different, and the toroidal shape disappears.

여기에서, Li2O2 형태의 차이는 원자력 현미경(AFM) 3D 이미징(높이 및 진폭 프로파일)을 통해 추가로 측정하였는데, OG NW 멤브레인이 없는 Au 양극과 OG NW 멤브레인이 있는 Au 양극 표면에서의 AFM 이미지는 도 15의 (i) 및 도 15의 (j)에서 보여주고 있다. Au 양극의 AFM 이미지는 OG NW 멤브레인의 ADS 활동으로 인해 완전 방전 후 Li2O2의 형태 변화를 명확하게 보여준다.Here, the difference in Li 2 O 2 morphology was further measured via atomic force microscopy (AFM) 3D imaging (height and amplitude profiles), AFM on the surface of Au anode without OG NW membrane and Au anode with OG NW membrane. Images are shown in FIGS. 15 (i) and 15 (j). The AFM image of Au anode clearly shows the conformational change of Li 2 O 2 after full discharge due to the ADS activity of the OG NW membrane.

여기에서, OG NW 멤브레인이 없는 Au 양극의 AFM 이미지는 입자가 큰 경우 최대 높이가 약 150nm임을 보여주고 있고, 대조적으로 OG NW 멤브레인을 포함하는 Au 양극의 AFM 이미지에서는 큰 입자로 약 40nm의 최대 높이를 가지고 있음을 보여주고 있다.Here, the AFM image of the Au anode without the OG NW membrane shows that the maximum height is about 150 nm for large particles, whereas the AFM image of the Au anode with the OG NW membrane shows the maximum height of about 40 nm with the large particles. shows that it has

이와 같이, ASD(Anti-superoxide disproportionation) 효과에 의해 Au 양극 표면에 모양이 형성되어 강한 표면 반응을 보임을 입증한다 할 수 있으며, 전반적으로 OG NW 멤브레인이 있는 Au 양극의 Li2O2 제품은 그렇지않은 Au 양극의 형태보다 평평함을 보여주고 있다. 특히, OG NW 멤브레인이 존재하는 경우 Li2O2 생성물은 전해질쪽으로 수직 입자 성장을 억제하고 Au 양극 표면에서의 성장을 촉진하여 표면 흡착 경로가 우세함을 나타내고 있다.As such, it can be said that the shape is formed on the surface of the Au anode by the anti - superoxide disproportionation (ASD) effect and demonstrates a strong surface reaction. It shows that it is flatter than the shape of the non-Au anode. In particular, in the presence of the OG NW membrane, the Li 2 O 2 product inhibits vertical grain growth toward the electrolyte and promotes growth on the surface of the Au anode, indicating that the surface adsorption pathway is dominant.

이어, Li2O2 제품의 형태학적 차이를 조사한 후 기생 반응의 관계에 주목하면, OG NW 멤브레인이 있거나 또는 없는 Au 양극에 형성된 Li2O2 생성물의 조성에 대해 X선 광전자 분광법(XPS) 분석에 의해 조사하였는데, 두 Au 양극의 Li 1s 스펙트럼은 54.5eV의 결합에너지에서 Li2O2의 형성과 각각 56.4eV의 결합에너지에서 화합물을 포함하는 잔류 리튬염(LiClO4)의 형성을 나타낸다. C 1s 스펙트럼은 두 Au 양극이 284.7eV의 결합에너지에서 SEI층으로 탄소 질 오염으로 덮여 있음을 나타내고 있다.Next, paying attention to the relationship of parasitic reactions after investigating the morphological differences of Li 2 O 2 products, X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) analysis of the composition of the Li 2 O 2 product formed on the Au anode with or without OG NW membrane , and the Li 1s spectrum of the two Au anodes shows the formation of Li 2 O 2 at a binding energy of 54.5 eV and the formation of residual lithium salt (LiClO 4 ) containing the compound at a binding energy of 56.4 eV, respectively. The C 1s spectrum shows that the two Au anodes are covered with carbonaceous contamination with an SEI layer at a binding energy of 284.7 eV.

두 Au 양극의 O 1s 스펙트럼은 531.5eV의 결합 에너지에서 Li2O2의 형성을 나타낸다. 중요한 것은 OG NW 멤브레인이 없는 Au 양극에 대한 Li 1s, C 1s 및 O 1s 스펙트럼이 각각 55.5, 289.4 및 532.1 eV의 결합에너지에서 Li2CO3와 같은 상당한 양의 부산물이 존재함을 나타내고 있다. 이 XPS 스펙트럼은 Li-O2 전지에서 방전 중에 전해질이 분해되는 것과 일치하여 Li2CO3가 대부분 과산화물의 불균형에서 비롯되었음을 나타내고 있다.The O 1s spectra of the two Au anodes show the formation of Li 2 O 2 at a binding energy of 531.5 eV. Importantly, the Li 1s, C 1s and O 1s spectra for the Au anode without the OG NW membrane indicate the presence of significant amounts of by-products such as Li 2 CO 3 at binding energies of 55.5, 289.4 and 532.1 eV, respectively. This XPS spectrum is consistent with the electrolyte decomposition during discharge in the Li-O 2 battery, indicating that most of Li 2 CO 3 comes from the peroxide imbalance.

즉, 본 발명에서는 OG NW 멤브레인을 적용함으로써 과산화물의 불균형으로 인한 열화를 성공적으로 제거하였으며, 이를 통해 안정적인 전해질과 향상된 용량 성능을 달성하였다.That is, in the present invention, by applying the OG NW membrane, deterioration due to peroxide imbalance was successfully removed, thereby achieving a stable electrolyte and improved capacity performance.

또한, OG NW 멤브레인에 의한 기생 반응의 억제는 단일 항 산소, 슈퍼 옥사이드 라디칼 및 하이드록실 라디칼이 Li-O2 전지 화학에서 제어되는 중요한 중간체임을 시사하며, 도 16에서 볼 수 있듯이 초 산화물과의 반응성은 적정법에 의해 평가되었으며, 잘 알려진 KO2와 물의 불균형화 반응이 발생하는 DME에서 OG NW 멤브레인의 ASD(Anti-superoxide disproportionation) 활성을 확인할 수 있었다.In addition, inhibition of parasitic reactions by the OG NW membrane suggests that singlet oxygen, superoxide radicals and hydroxyl radicals are important controlled intermediates in Li-O 2 cell chemistry, and reactivity with superoxides, as shown in Fig. 16 . was evaluated by the titration method, and it was possible to confirm the anti-superoxide disproportionation (ASD) activity of the OG NW membrane in DME where the well-known KO 2 and water disproportionation reaction occurred.

2KO2 + H2O → 2K+ + 2O2 - + H2O (5)2KO 2 + H 2 O → 2K + + 2O 2 - + H 2 O (5)

2000ppm의 물로 포화된 CoCl2-DME 용액에 KO2를 첨가하는 경우, 자발적인 산소 가스 발생과 코발트(III) 옥시수산화물(CoOOH)의 침전이 유도되었고, 용액은 43 시간 후에 점차 무색이 되었다. 시간이 지남에 따라 Co2+ 이온과 O2 -의 반응은 초기 파란색에서 무색으로 단계적으로 변화하였다. 모든 용액에서 CoII종(CoCl2)의 농도는 UV-vis 흡수 분석 결과에 따라 CoIII종(CoOOH)의 증가에 비례하여 감소하였다(도 16b 및 16c 참조).When KO 2 was added to a CoCl 2 -DME solution saturated with 2000 ppm of water, spontaneous oxygen gas evolution and precipitation of cobalt (III) oxyhydroxide (CoOOH) were induced, and the solution gradually became colorless after 43 hours. Over time, the reaction between Co 2+ ions and O 2 was changed from initial blue to colorless stepwise. The concentration of Co II species (CoCl 2 ) in all solutions decreased in proportion to the increase of Co III species (CoOOH) according to the UV-vis absorption analysis results (see FIGS. 16b and 16c ).

여기에서, 용액의 UV-vis 스펙트럼은 파란색에 해당하는 500~750nm(도 16b 참조)의 넓은 신호를 보였으며, 이는 팔면체 및 사면체 배위에 Co2+ 이온이 존재하기 때문일 수 있다. 43시간 후 KO2와 물을 추가하면 순수한 CoCl2-DME 용액(대조군)의 경우와 달리 OG NW 또는 상용 Ge-132를 포함하는 두 개의 포화 CoCl2-DME 용액의 UV-vis 흡수 신호가 여전히 관찰되었다. 결과는 OG NW가 전자 수용체 및 금속 킬레이트제로 작용하는 환원제로서 산화 스트레스를 효과적으로 예방할 수 있음을 보여주는 것이라 할수 있다.Here, the UV-vis spectrum of the solution showed a broad signal of 500 to 750 nm (see FIG. 16b ) corresponding to blue, which may be due to the presence of Co 2+ ions in octahedral and tetrahedral coordination. After 43 hours, when KO 2 and water were added, UV-vis absorption signals of two saturated CoCl 2 -DME solutions containing OG NW or commercial Ge-132 were still observed, unlike the case of pure CoCl 2 -DME solution (control). became The results show that OG NW can effectively prevent oxidative stress as a reducing agent acting as an electron acceptor and metal chelator.

또한, 도 16의 (c)에서는 각각의 OG NW 또는 유기게르마늄을 포함하는 CoCl2-DME 용액의 UV-vis 흡수 스펙트럼에 있어 OG NW와 O2 -의 반응이 유기게르마늄의 반응에 비해 지연되었음을 보여주고 있다. OG NW를 포함하는 CoCl2-DME 솔루션의 색도 다이어그램은 유기게르마늄을 포함하는 CoCl2-DME 솔루션보다 파란색에 더 가깝다. 즉 화학 및 전기 화학 테스트에서 OG NW 멤브레인의 적용이 과산화물 공격을 방지한다는 것을 입증한다 할 수 있다.In addition, in the UV-vis absorption spectrum of each OG NW or CoCl 2 -DME solution containing organic germanium in (c), the reaction of OG NW and O 2 - was delayed compared to the reaction of organic germanium. are giving The chromaticity diagram of the CoCl 2 -DME solution containing OG NW is closer to blue than the CoCl 2 -DME solution containing organogermanium. In other words, it can be said that the application of OG NW membrane in chemical and electrochemical tests proves that peroxide attack is prevented.

또한, 본 발명에서는 KO2 불균형에 의한 OG NW 멤브레인의 ASD(Anti-superoxide disproportionation) 메커니즘을 조사하였는데, OG NW 멤브레인의 ASD 활성은 0.03g의 KO2와 0.2mL의 탈 이온수를 디메톡시에탄(DME) 용액에 첨가하였다. OG NW 멤브레인은 고유한 화학 구조를 가지고 있어 여러 경로를 통해 고효율 ASD s1 활동을 유도할 수 있다(도 17 참조).In addition, in the present invention, anti - superoxide disproportionation (ASD) mechanism of OG NW membrane due to KO 2 imbalance was investigated. ) was added to the solution. Since the OG NW membrane has a unique chemical structure, it can induce high-efficiency ASD s1 activity through multiple pathways (see Fig. 17).

여기에서, 첫 번째 경로는 Ge-O 링크를 통해 발생하며, OG NW 멤브레인의 ASD 활성은 반응성 슈퍼 옥사이드종의 전환을 촉진하는 Ge-O 링크의 가수분해에 의해 유발되고, 안정한 화학 종으로의 전환을 촉매하는 OG NW 멤브레인은 반응성 O2 -와 반응하여 산화된 Ge-O 링크를 감소시킨 다음 환원된 Ge-O 링크를 산화시킨다. 푸리에 변환 적외선 분광법(FTIR) 결과, 가수 분해 증거는 OG NW 멤브레인의 결합이 ~3000cm-1(CH 스트레치), 1692cm(CO 스트레치)에서 더 강하게 할당된다. 활성화된 OG NW 멤브레인보다 1432cm-1(CH 스트레치) 및 1413~1253cm-1(OH 스트레치)임을 나타내고 있다. 또한 O 1s XPS 스펙트럼에 의해 OG NW 멤브레인의 피크는 ASD 활동 후 532 eV(OH-)의 결합에너지에서 530.8 eV (O2 -)의 결합에너지로 음의 이동을 나타내고 있다.Here, the first pathway occurs through the Ge–O link, and the ASD activity of the OG NW membrane is triggered by the hydrolysis of the Ge–O link, which promotes the conversion of reactive superoxide species, and the conversion to stable chemical species. The OG NW membrane catalyzing the reaction reduces the oxidized Ge-O links by reacting with reactive O 2 and then oxidizes the reduced Ge-O links. Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) results show that the hydrolysis evidence is strongly assigned to binding of the OG NW membrane at ~3000 cm −1 (CH stretch), 1692 cm (CO stretch). 1432 cm -1 (CH stretch) and 1413-1253 cm -1 (OH stretch) than the activated OG NW membrane. In addition, the peak of the OG NW membrane by O 1s XPS spectrum shows a negative shift from the binding energy of 532 eV(OH - ) to the binding energy of 530.8 eV (O 2 - ) after ASD activity.

이는 전반적으로 하이드록실 및 유기 단편 피크는 가수분해 할당에 따라 ASD 활성 후 약화되는 것으로 나타나고 있으며, 결과적으로 ASD 활동은 가수분해와 관련이 있음을 확인할 수 있다.Overall, it appears that the hydroxyl and organic fragment peaks are attenuated after ASD activity according to the hydrolysis assignment, and as a result, it can be confirmed that the ASD activity is related to hydrolysis.

여기에서, 두 번째 경로는 Ge-C 결합을 통해 발생하여 전자 소거로 이어진다. OG NW 멤브레인은 Ge-C 결합이 있는 독특한 화학 구조를 가지고 있어 Ge와 반응성 O2 - 사이에서 전자 이동이 일어나는 경향이 있다. NMR 스펙트럼에 따르면 13C 및 1H NMR 스펙트럼의 화학적 이동은 ASD 활동 전후의 OG NW에서 크게 변경되지 않는다. FTIR 결과에서 Ge-O-Ge 결합의 피크는 ASD 활동 후 약화되는 것으로 관찰되었으며, 이는 Ge-O-Ge 결합의 절단을 나타낸다.Here, the second pathway occurs through Ge–C bonding leading to electron scavenging. The OG NW membrane has a unique chemical structure with Ge-C bonds, which tends to cause electron transfer between Ge and reactive O 2 . According to the NMR spectra, the chemical shifts of the 13C and 1H NMR spectra are not significantly altered in the OG NWs before and after ASD activity. In the FTIR results, the peak of the Ge-O-Ge bond was observed to be weakened after ASD activity, indicating cleavage of the Ge-O-Ge bond.

따라서, Ge-C 결합은 원래 위치에서 안정적인 탄소 프레임을 갖는 것으로 입증되었다.Thus, the Ge-C bond was demonstrated to have a stable carbon frame in situ.

부연하면, OG NW 멤브레인은 반응성 O2 -와 반응하여 산화된 Ge-O 연결을 감소시켜 안정적인 화학 종으로 전환하도록 촉매 작용을 하며, Ge-C 결합은 Ge와 반응성 O2 - 사이에서 전자 이동하는 경향이 있다. 즉, Ge-C 결합은 환원된 Ge-O 링크로부터 전자를 받아 환원된 Ge-O 링크를 산화시키는 전자 소거를 유도한다. 유기게르마늄 폴리머는 높은 반응성 산화물 소거 활성으로 인해 생체 내 면역 반응과 백혈구 기능을 모두 조절하는 것으로 보이며, 이 메커니즘이 슈퍼 옥사이드 포집과 전환에 유익하게 활용될 수 있으므로 사이클링 동안 산화 스트레스 요인으로 인한 산화 손상을 줄일 수 있다.In other words, the OG NW membrane reacts with reactive O 2 to reduce the oxidized Ge–O linkages and catalyze them to convert to stable chemical species, while the Ge–C bond acts as an electron transfer between Ge and reactive O 2 . tends to That is, the Ge-C bond receives electrons from the reduced Ge-O link and induces electron scavenging which oxidizes the reduced Ge-O link. Organogermanium polymers appear to modulate both immune responses and leukocyte functions in vivo due to their high reactive oxide scavenging activity, and this mechanism can be beneficially utilized for superoxide capture and conversion, thereby reducing oxidative damage caused by oxidative stressors during cycling. can be reduced

ASD 활동에 대한 Li2O2 성장 경로의 차이를 조사한 후, ASD 멤브레인을 갖는 충전식 배터리 성능을 테스트하였으며, 리튬-공기 전지에 대한 ASD 효과의 역할을 탐구하기 위해 OG NW 멤브레인에서 정류 방전-충전 사이클링 테스트를 수행하였으며, 도 17에 나타내었다.After investigating the differences in Li 2 O 2 growth pathways on ASD activity, rechargeable battery performance with ASD membranes was tested, and rectifying discharge-charge cycling in OG NW membranes to explore the role of ASD effects on lithium-air cells. The test was performed, and is shown in FIG. 17 .

OG NW 멤브레인의 실제 적용을 평가하기 위해 리튬-공기 전지는 니켈 폼에 RuO2@ graphene 복합물을 코팅한 것을 O2 양극으로 조립하였으며, RuO2@G 양극은 ~0.6mg·cm-2의 로딩 질량으로 준비하였다.To evaluate the practical application of the OG NW membrane, the lithium-air battery was assembled with a nickel foam coated with RuO2@ graphene composite as an O 2 positive electrode, and the RuO 2 @G positive electrode with a loading mass of ~0.6 mg cm -2 . prepared.

도 18의 (a)에서는 OG NW 멤브레인이 있는 리튬-공기 전지와 그렇지않은 리튬-공기 전지가 200mA g-1의 전류 속도로 LiNO3-DMAc 전해질을 사용하여 갈바노스 타티적으로 순환되었음을 보여주고 있다.In (a) of FIG. 18, the lithium-air battery with the OG NW membrane and the lithium-air battery without the OG NW membrane were galvanostatically cycled using the LiNO 3 -DMAc electrolyte at a current rate of 200 mA g -1 .

여기에서, 전하 과전압은 OG NW 멤브레인이 없는 것보다 OG NW 멤브레인이 있는 리튬-공기 전지의 경우에서 0.37V까지 훨씬 더 작았다. 대부분의 주기에서 전하 곡선은 유사한 행동 정체를 보여주고 있는데, 도 18의 (b)에서 보여주듯이 각 RuO2@G 양극에 대해 방전과 충전 안정 전압과 과전 위를 수집하였으며, 두 RuO2@G 양극은 90사이클 동안 유사한 방전 정체 전압값을 나타내지만 충전 정체 전압값에는 상당한 차이가 있음을 나타내고 있다.Here, the charge overvoltage was much smaller up to 0.37 V for the lithium-air cell with OG NW membrane than without the OG NW membrane. In most cycles, the charge curves show similar behavioral stagnation. As shown in Fig. 18(b), the discharge and charge stable voltages and overpotentials were collected for each RuO 2 @G anode, and both RuO 2 @G anodes shows similar discharge stagnation voltage values during 90 cycles, but there is a significant difference in charge stagnation voltage values.

구체적으로, OG NW 멤브레인을 사용하는 RuO2@G 양극은 안정적인 배터리 성능으로 제어되는 것으로 보이는 OG NW 멤브레인을 사용하지않는 RuO2@G 양극보다 약 0.4V 낮은 과전압 값을 나타내고 있다. OG NW 멤브레인이 있는 RuO2@G 양극은 양극 표면의 기생 반응이 억제됨을 나타내고 있다. 충전 공정 후, OG NW 멤브레인을 사용하는 RuO2@G 양극과 대조적으로 다양한 기생 반응으로 인한 비가역적 입자가 많은 FESEM에 의해 OG NW 멤브레인을 사용하지않는 RuO2@G 양극이 관찰되었다.Specifically, the RuO 2 @G anode using the OG NW membrane shows an overvoltage value that is about 0.4V lower than the RuO 2 @G anode without the OG NW membrane, which appears to be controlled by stable battery performance. The RuO 2 @G anode with OG NW membrane shows that the parasitic reaction on the anode surface is suppressed. After the charging process, RuO 2 @G anodes without OG NW membranes were observed by FESEM with many irreversible particles due to various parasitic reactions in contrast to RuO 2 @G anodes using OG NW membranes.

XPS 분석은 형성된 비가역적 입자의 특성을 밝히는데 사용하였으며, Li 1s 스펙트럼은 충전된 양극 표면에서 Li2CO3의 비가역적 형성을 보여주고 있다.XPS analysis was used to characterize the formed irreversible particles, and the Li 1s spectrum shows the irreversible formation of Li 2 CO 3 on the surface of the charged anode.

여기에서, 리튬-공기 전지는 안정성에 대한 주요 문제를 갖는데, 이를 기술하면 다음과 같다.Here, the lithium-air battery has a major problem with respect to stability, which will be described as follows.

(i) RuO2는 무기 전해질의 불안정성을 보여주며, 이는 CO2 가스 발생을 수반하여 리튬-공기 전지의 심각한 사이클 붕괴를 초래할 수 있다. (ii) 과도한 양의 LiNO3 염은 양극의 탄소 물질과 반응하여 탄소 표면을 부동태화 할 수 있다. (iii) Li2CO3 및 CO2 가스와 같은 기생 생성물은 전해질 또는 탄소 전극의 산화 분해에 기인하는 LiNO3 염으로 전압이 4V 이상으로 상승할 때도 생성된다.(i) RuO 2 shows the instability of the inorganic electrolyte, which can lead to severe cycle collapse of the lithium-air battery accompanied by CO 2 gas evolution. (ii) Excessive amount of LiNO 3 salt can react with the carbon material of the anode to passivate the carbon surface. (iii) Parasitic products such as Li 2 CO 3 and CO 2 gas are also produced when the voltage rises above 4V with LiNO 3 salt due to oxidative decomposition of electrolyte or carbon electrode.

결과적으로 부산물로 인해 전하 전위가 점차 증가할 수 있으며, OG NW 멤브레인은 Li2CO3의 형성을 분명히 감소시켜 전하 전위를 크게 감소시킴을 확인할 수 있고, 산화 손상을 효과적으로 억제하며, ASD 활성에 의한 환원과 산화 반응을 안정적으로 유지케 할 수 있다. DME 용매는 중간 DN(20.0)을 가지며 용액 및 표면 경로 모두에서 상당한 기여를 하며, 이는 고전압(낮은 과전압)에서 동시에 발생한다. 충전 과정에서 산화 환원 커플은 Li2O2 분해에 적합한 매질로 작용하며 I-/ I3 -의 전기화학반응(3.05V 대 Li/Li+)에서 산화 환원 관련 안정기에 해당한다. 불행히도 물 첨가제는 용매화 된 Li+ 또는 O2 -의 존재하에 수퍼 옥사이드종의 불균형을 촉진할 수 있으며, 이는 토로이달 Li2O2 성장으로 이어지는 용매화-흡착 경로를 유발한다. 결과적으로 H2O 또는 다른 양성자 공급원의 존재하에서 슈퍼 옥사이드종의 불균형화는 방전시 1O2 공급원인 것으로 보여진다.As a result, the charge potential can gradually increase due to by-products, and it can be seen that the OG NW membrane clearly reduces the formation of Li 2 CO 3 to greatly reduce the charge potential, effectively inhibits oxidative damage, and Reduction and oxidation reactions can be maintained stably. The DME solvent has a medium DN (20.0) and makes a significant contribution in both the solution and surface pathways, which occurs simultaneously at high voltage (low overvoltage). During the charging process, the redox couple acts as a suitable medium for Li 2 O 2 decomposition and corresponds to the redox-related stabilizer in the electrochemical reaction of I - / I 3 - (3.05 V vs. Li/Li + ). Unfortunately, water additives can promote an imbalance of superoxide species in the presence of solvated Li + or O 2 , which triggers a solvation-adsorption pathway leading to toroidal Li 2 O 2 growth. Consequently, disproportionation of superoxide species in the presence of H 2 O or other proton source appears to be the 1 O 2 source upon discharge.

본 발명에 있어 OG NW 멤브레인이 위의 기생 반응을 효과적으로 억제할 수 있음을 입증하였다, 도 18의 (c)는 OG NW 멤브레인을 사용하는 리튬-공기 전지의 전기 화학적 성능을 보여주는데, 200mAg-1의 전류 속도로 순환할 때 과전압은 현재까지보고 된 가장 낮은 과전압인 ~0.06V에 불과하며, 더 높은 전류 속도에서 과전압은 더 넓어지고 5000mAg-1에서 0.58V로 증가함을 보여주고 있다. 200 및 1000mAg-1의 전류 속도에서 OG NW 멤브레인이 있는 리튬-공기 전지는 0.2V 미만의 매우 낮은 과전위 값과 ~3.1V의 터미널 충전전압을 나타내며, 이는 또한 열역학적 평형 전위와 잘 일치한다 할 수 있다. LiI-RM의 낮은 산화 환원 전위는 특정 유해한 부반응을 예방할 수있는 전해질의 장기적인 내구성 측면에서 중요하나 200 및 1000mAg-1의 현재 속도에서 OG NW 멤브레인을 사용하지않는 리튬-공기 전지는 100시간 후 용량이 크게 감소함을 나타내고 있다.In the present invention, it was demonstrated that the OG NW membrane can effectively inhibit the above parasitic reaction. Fig. 18 (c) shows the electrochemical performance of a lithium-air battery using the OG NW membrane, 200 mAg -1 When cycling at the current rate, the overvoltage is only ~0.06V, which is the lowest overvoltage reported to date, showing that at higher current rates the overvoltage becomes wider and increases to 0.58V at 5000mAg -1 . At current rates of 200 and 1000 mAg -1 , the lithium-air cell with OG NW membrane exhibits a very low overpotential value of less than 0.2 V and a terminal charging voltage of ~3.1 V, which is also in good agreement with the thermodynamic equilibrium potential. have. The low redox potential of LiI-RM is important in terms of long-term durability of the electrolyte, which can prevent certain harmful side reactions, but at current rates of 200 and 1000 mAg -1 , lithium-air cells without OG NW membrane lose their capacity after 100 hours. shows a significant decrease.

도 18의 (d) 및 (e)에서는 전류속도가 1000mAg-1로 증가하면 250회 이상 동안 0.2V 미만의 과전압으로 안정적인 사이클링이 유지되고 있고, OG NW 멤브레인의 ASD 활동이 기생 반응의 원인인 O2 생성을 효과적으로 방지함을 보여주고 있다.In (d) and (e) of Figure 18, when the current speed is increased to 1000mA g-1 , stable cycling is maintained with an overvoltage of less than 0.2V for 250 or more times, and the ASD activity of the OG NW membrane is the cause of the parasitic reaction. It has been shown to effectively prevent O 2 formation.

이하에서는 이와 같은 데스트를 실시하기 위한 구체적인 실시예를 설명하기로 한다.Hereinafter, specific examples for carrying out such a test will be described.

1. 재료 준비1. Material preparation

DME(Acros Organics, 99+%), TEGDME(Sigama-Aldrich, 99+%) 및 DMAc (Acros Organics, 99.5%)는 아르곤하에 분자체(Alfa Aesar, 3Å) 위에 저장하였고, 분자체를 에탄올과 아세톤으로 세척하고 오븐에서 150℃ 진공하에 24시간 동안 건조시켰으며, LiClO4(Sigma-Aldrich, 99.99%), LiNO3(Sigma-Aldrich, ReagentPlus), LiTFSI (Sigma-Aldrich, 99.95%) 및 LiI(Sigma-Aldrich, 99.999%)를 동결 건조기에서 12 시간 동안 건조시켰다. 전해질 준비에 사용하기 전에 CoCl2(Sigma-Aldrich, 97%)를 동결 건조기에서 건조시킨 다음 Ar이 채워진 글로브 박스에 보관 한 후 적정 용액을 준비하는데 사용하였다. 그래핀과 RuCl3 · xH2O (99%)는 각각 구비하였다. 세틸 트리메틸 암모늄 브로마이드(CTAB; Sigma-Aldrich, 95%), KO2(Sigma-Aldrich) 및 Ge-132(Sigma-Aldrich, 99%)를 준비하였다.DME (Acros Organics, 99+%), TEGDME (Sigama-Aldrich, 99+%) and DMAc (Acros Organics, 99.5%) were stored on molecular sieves (Alfa Aesar, 3 Å) under argon, and the molecular sieves were mixed with ethanol and acetone. and dried in an oven at 150° C. under vacuum for 24 hours, LiClO 4 (Sigma-Aldrich, 99.99%), LiNO 3 (Sigma-Aldrich, ReagentPlus), LiTFSI (Sigma-Aldrich, 99.95%) and LiI (Sigma). -Aldrich, 99.999%) was dried in a freeze dryer for 12 hours. Before using for electrolyte preparation, CoCl 2 (Sigma-Aldrich, 97%) was dried in a freeze dryer and then stored in a glove box filled with Ar and used to prepare a titration solution. Graphene and RuCl 3 ·xH 2 O (99%) were respectively provided. Cetyl trimethyl ammonium bromide (CTAB; Sigma-Aldrich, 95%), KO 2 (Sigma-Aldrich) and Ge-132 (Sigma-Aldrich, 99%) were prepared.

모든 재료는 테스트에 사용되기 전에 Ar 충전 글로브 박스에 보관하여 사용하였으며, 물 첨가제를 포함하는 전해질 또는 DME 기반 용액은 글러브 박스 외부의 건조 용매에 증류수(18.2 MΩcm)를 첨가하여 준비하였다.All materials were stored in an Ar-filled glove box before being used for testing, and an electrolyte or DME-based solution containing a water additive was prepared by adding distilled water (18.2 MΩcm) to a dry solvent outside the glove box.

2. OG NW 멤브레인의 준비2. Preparation of OG NW Membrane

OG NW 분말(0.15g)을 1mL의 이소프로필 알코올과 함께 10mL의 증류수에 용해시켰다. 제조된 용액에 Carbon cloth(W0S1002, CeTech)를 담근 후 -5℃ 냉장고에서 하룻밤 냉동한 후 동결 건조기에서 24시간 동안 건조시켰다.OG NW powder (0.15 g) was dissolved in 10 mL of distilled water with 1 mL of isopropyl alcohol. Carbon cloth (W0S1002, CeTech) was immersed in the prepared solution and then frozen overnight at -5°C in a refrigerator and then dried in a freeze dryer for 24 hours.

3. RuO2@graphene의 준비3. Preparation of RuO 2 @graphene

그래핀(0.02g), RuCl3 · xH2O(0.015g) 및 CTAB(1g)를 25mL의 증류수와 에탄올(4 : 1, v / v)에 분산시켰다. 용액을 30mL 테플론 라이닝된 스테인리스 스틸 오토 클레이브에서 밀봉하고 10시간 동안 150℃로 가열하였다. 오토 클레이브를 상온으로 냉각하고 얻어진 입자를 증류수를 사용하여 나일론 멤브레인(Durapore, 0.22 mm, Millipore)으로 여러 번 세척하고 여과한 다음 70℃에서 밤새 건조시켰다. 얻어진 입자를 500℃에서 2시간 동안 열처리 한 다음 800℃에서 5시간 동안 100sccm의 N2 흐름하에서 열처리하였다.Graphene (0.02 g), RuCl 3 ·xH 2 O (0.015 g) and CTAB (1 g) were dispersed in 25 mL of distilled water and ethanol (4: 1, v/v). The solution was sealed in a 30 mL Teflon lined stainless steel autoclave and heated to 150° C. for 10 hours. The autoclave was cooled to room temperature, and the obtained particles were washed several times with a nylon membrane (Durapore, 0.22 mm, Millipore) using distilled water, filtered, and dried at 70° C. overnight. The obtained particles were heat-treated at 500° C. for 2 hours and then heat-treated at 800° C. for 5 hours under a N2 flow of 100 sccm.

4. 재료 특성화4. Material Characterization

TEM(Talos F200X, FEI), FESEM (S-4300, Hitachi) 및 XRD(Smartlab, Rigaku)를 사용하여 샘플의 형태 및 위상 진화를 조사하였다. XRD 분석에 사용된 구리 K- 알파 X선의 파장(λ은 1.5404 Å, 데이터는 5.3 °~ 17.7 °의 2θ범위에서 수집하였다. 샘플의 화학적 조성을 조사하기 위해 STEM-EDS(Talos F200X, FEI)를 사용하여 원소 매핑 데이터를 얻었고, 1H NMR 및 13C NMR 스펙트럼은 500MHz NMR 기기(Unity Inova, Varian Technology)에서 기록되었다. OG NW는 5mg/mL의 농도로 298K에서 D2O에 용해하였다. 샘플의 화학적 상호 작용은 FTIR 및 Raman(LabRam ARAMIS IR2, Horiba Jobin Yvon) 및 XPS(K-Alpha+, Thermo Fisher Scientific Messtechnik)로 측정하였다. 양극 표면에서 용매화된 슈퍼 옥사이드종을 검출하기 위해 샘플 준비는 전해질을 포함하는 방전된 양극을 액체 질소로 빠르게 옮기고 1시간 동안 동결시키는 것으로 구성하였다. 방전 후 표면 관찰은 NCHR 비접촉 모드로 AFM(XE-7, Park Systems, Korea)로 수행하였다. 여기에서 AFM 이미지의 스캔 크기는 1 × 1μm2로 하였다.The morphology and topological evolution of the samples were investigated using TEM (Talos F200X, FEI), FESEM (S-4300, Hitachi) and XRD (Smartlab, Rigaku). The wavelength of copper K-alpha X-ray used for XRD analysis (λ is 1.5404 Å, data were collected in the 2θ range of 5.3° to 17.7°. STEM-EDS (Talos F200X, FEI) was used to investigate the chemical composition of the sample. to obtain element mapping data, and 1 H NMR and 13 C NMR spectra were recorded on a 500 MHz NMR instrument (Unity Inova, Varian Technology). OG NW was dissolved in DO at 298 K at a concentration of 5 mg/mL. The chemical interactions of the samples were Measured by FTIR and Raman (LabRam ARAMIS IR2, Horiba Jobin Yvon) and XPS (K-Alpha+, Thermo Fisher Scientific Messtechnik). To detect solvated superoxide species on the anode surface, the sample preparation consists of a discharged discharge containing electrolyte. Consists of rapidly transferring the anode to liquid nitrogen and freezing for 1 hour.After discharge, surface observation was performed with AFM (XE-7, Park Systems, Korea) in NCHR non-contact mode. Here, the scan size of the AFM image is 1 × It was set as 1 micrometer 2 .

5. Au 양극을 포함하는 리튬-공기 전지의 조립 및 특성화5. Assembly and Characterization of Lithium-Air Cells Containing Au Anodes

OG NW 멤브레인이 있거나 없는 리튬-공기 전지는 스웨즈락(Swagelok) 유형의 전지를 사용하여 평가하였다. Au 양극을 준비하기 위해 Ni폼(직경 = 1cm)을 이온 코팅기(이온화 전류 3mA, SPT-20, COXEM)를 사용하여 Au로 코팅하였다. TEGDME 또는 DMAc 기반 전해질을 준비하기 위해 0.5M LiClO4를 TEGDME 또는 DMAc 용매에 용해시켰다. 리튬-공기 전지는 Ar이 채워진 글로브 박스에 조립하였다. 리튬-공기 전지는 준비된 두 전해질 내에서 Li-foil 음극, 유리섬유분리기(Whatman), Au 양극 및 OG NW 멤브레인으로 구성하였다. 모든 측정은 습도 및 CO2의 부정적인 영향을 피하기 위해 1.5atm의 건조 O2에서 수행하였다. 조립된 리튬-공기 전지는 자동 배터리 사이클러(WBCS 3000, WonAtech)로 실온에서 테스트하였다.Lithium-air cells with and without OG NW membrane were evaluated using Swagelok type cells. To prepare an Au anode, Ni foam (diameter = 1 cm) was coated with Au using an ion coater (ionization current 3 mA, SPT-20, COXEM). To prepare a TEGDME or DMAc-based electrolyte, 0.5M LiClO 4 was dissolved in TEGDME or DMAc solvent. Lithium-air batteries were assembled in Ar-filled glove boxes. The lithium-air battery was composed of a Li-foil negative electrode, a glass fiber separator (Whatman), an Au positive electrode, and an OG NW membrane in two prepared electrolytes. All measurements were performed in 1.5 atm of dry O 2 to avoid negative effects of humidity and CO 2 . The assembled lithium-air cells were tested at room temperature with an automatic battery cycler (WBCS 3000, WonAtech).

6. RuO2@G 양극을 포함하는 리튬-공기 전지의 조립 및 특성화6. Assembly and Characterization of Lithium-Air Cells Containing RuO 2 @G Anodes

RuO2@G 잉크는 RuO2@G(80wt%)와 카르복시메틸셀룰로오스(20wt%, Aldrich 평균 Mw 700000 이하)를 혼합하여 준비하였다. RuO2@G 양극(~ 0.6 mg cm-2의 질량 부하)은 RuO2@G 잉크를 니켈 폼에 균일하게 코팅하여 준비하였다. DMAc 기반 전해질을 준비하기 위해 1M LiNO3를 DMAc에 용해시켰다. DME 기반 전해질의 경우 0.2M LiTFSI 및 0.2M LiI를 1000ppm의 증류수와 함께 DME에 용해시켰다. 준비된 전해질은 테스트에 사용하기 전에 Ar이 채워진 글로브 박스에 1일 동안 저장하였다. 리튬-공기 전지는 Ar이 채워진 글로브 박스에 조립하였다. 리튬-공기 전지는 준비된 두 전해질 내에서 Li-foil 음극, 유리섬유분리기, RuO2@G 양극 및 OG NW 멤브레인으로 구성하였다. 모든 측정은 습도 및 CO2의 부정적인 영향을 피하기 위해 1.5atm의 건조 O2에서 수행하였다. 조립된 리튬-공기 전지는 실온에서 2.5~4.5V의 전압 창에서 자동 배터리 사이클러(WBCS 3000, WonAtech)로 테스트하였다.RuO 2 @G ink was prepared by mixing RuO 2 @G (80wt%) and carboxymethylcellulose (20wt%, Aldrich average Mw 700000 or less). RuO 2 @G anode (mass load of ~ 0.6 mg cm -2 ) was prepared by uniformly coating RuO 2 @G ink on nickel foam. To prepare a DMAc-based electrolyte, 1M LiNO 3 was dissolved in DMAc. For the DME-based electrolyte, 0.2 M LiTFSI and 0.2 M LiI were dissolved in DME with 1000 ppm distilled water. The prepared electrolyte was stored in a glove box filled with Ar for 1 day before being used for testing. Lithium-air batteries were assembled in Ar-filled glove boxes. The lithium-air battery was composed of a Li-foil negative electrode, a glass fiber separator, a RuO 2 @G positive electrode, and an OG NW membrane in two prepared electrolytes. All measurements were performed in 1.5 atm of dry O 2 to avoid negative effects of humidity and CO 2 . The assembled lithium-air cells were tested with an automatic battery cycler (WBCS 3000, WonAtech) in a voltage window of 2.5-4.5 V at room temperature.

7. CoCl2 및 CoI2-DME 용액 준비 및 ASD 활성 테스트7. CoCl 2 and CoI 2 -DME solution preparation and ASD activity test

CoCl2(0.3g)를 100mL의 DME에 용해시켰다. ADS 능력은 완전히 용해된 종을 사용하여 조사하였으며, 불균형화 반응은 0.03g의 KO2와 0.2mL의 탈 이온수를 준비된 용액에 첨가하여 시작하였다. OG NW와 유기게르마늄의 함량은 각각 0.3g을 사용하였다.CoCl 2 (0.3 g) was dissolved in 100 mL of DME. ADS capacity was investigated using completely dissolved species, and the disproportionation reaction was initiated by adding 0.03 g of KO 2 and 0.2 mL of deionized water to the prepared solution. The content of OG NW and organic germanium was 0.3 g, respectively.

이에 따라, 본 발명을 통해서는 유기계나 수계 또는 고체전해질 등을 포함하는 다양한 이차전지 내부에서 발생할 수 있는 부반응을 억제하고 전해질의 산화를 방지하며 금속 전극을 사용하는 이차전지의 부식을 방지할 수 있는 유기금속 폴리머를 이용하는 이차전지용 고체형 산화스트레스 억제제와 이를 포함하는 이차전지 및 리튬-공기 전지를 제공할 수 있다.Accordingly, through the present invention, it is possible to suppress side reactions that may occur inside various secondary batteries including organic, aqueous, or solid electrolytes, prevent oxidation of electrolytes, and prevent corrosion of secondary batteries using metal electrodes. It is possible to provide a solid-type oxidative stress inhibitor for a secondary battery using an organometallic polymer, a secondary battery including the same, and a lithium-air battery.

이상에서 설명한 실시예는 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한 것에 불과하고 이러한 실시예에 극히 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상과 청구범위 내에서 이 기술분야의 당해업자에 의하여 다양한 수정과 변형 또는 단계의 치환 등이 이루어질 수 있다 할 것이며, 이는 본 발명의 기술적 권리범위 내에 속한다 할 것이다.The embodiments described above are merely illustrative of preferred embodiments of the present invention and are not limited to these embodiments, and various modifications and variations or modifications by those skilled in the art within the spirit and claims of the present invention It will be said that the substitution of steps may be made, and this will be said to be within the scope of the technical rights of the present invention.

100: 이차전지
110: 음극 전극
120: 양극 전극
130: 세퍼레이터
140: 전해질
150: 고체형 산화스트레스 억제제
100: secondary battery
110: cathode electrode
120: positive electrode
130: separator
140: electrolyte
150: solid oxidative stress inhibitor

Claims (21)

(A) 유기금속 폴리머를 혼합용매에 용해시키는 단계;
(B) 상기 유기금속 폴리머가 용해된 용액에 섬유계 재료를 담그는 단계;
(C) 상기 (B)단계의 결과물에 대해 냉동 처리하는 단계;
(D) 상기 (C)단계의 냉동 처리된 결과물에 대해 동결 건조시킴으로써 유기금속 폴리머를 성장시켜 유기금속 폴리머계 분말을 수득하는 단계; 로 합성되는 것을 특징으로 하는 유기금속 폴리머를 이용한 이차전지용 고체형 산화스트레스 억제제.
(A) dissolving the organometallic polymer in a mixed solvent;
(B) immersing the fiber-based material in a solution in which the organometallic polymer is dissolved;
(C) freezing the result of step (B);
(D) growing an organometallic polymer by freeze-drying the frozen product of the step (C) to obtain an organometallic polymer-based powder; A solid-type oxidative stress inhibitor for secondary batteries using an organometallic polymer, characterized in that it is synthesized as
제 1항에 있어서,
상기 유기금속 폴리머는,
유기게르마늄(Propa germanium), 아세트산아연(Zinc acetate), 아셀렌산나트륨(Sodium selenite), 테트라아세트산실리콘(Silicon tetraacetate), 메타규산나트륨(Sodium metasilicate) 중에서 적어도 하나 또는 그 이상이 사용되는 것을 특징으로 하는 유기금속 폴리머를 이용한 이차전지용 고체형 산화스트레스 억제제.
The method of claim 1,
The organometallic polymer is
Organic germanium (Propa germanium), zinc acetate (Zinc acetate), sodium selenite (Sodium selenite), silicon tetra acetate (Silicon tetraacetate), characterized in that at least one or more of sodium metasilicate (Sodium metasilicate) is used A solid-type oxidative stress inhibitor for secondary batteries using an organometallic polymer.
제 2항에 있어서,
상기 유기게르마늄은,
O[Ge(=O)CH2CH2CO2H]2}인 것을 특징으로 하는 유기금속 폴리머를 이용한 이차전지용 고체형 산화스트레스 억제제.
3. The method of claim 2,
The organic germanium is
O[Ge(=O)CH 2 CH 2 CO 2 H] 2 } A solid-type oxidative stress inhibitor for secondary batteries using an organometallic polymer, characterized in that it is.
제 1항에 있어서,
상기 혼합용매는,
증류수(H2O) : 이소프로필 알콜(isopropyl alcohol) = 9~12 : 0.8~1.2의 부피비 또는 중량비로 혼합한 것을 특징으로 하는 유기금속 폴리머를 이용한 이차전지용 고체형 산화스트레스 억제제.
The method of claim 1,
The mixed solvent is
Distilled water (H 2 O): isopropyl alcohol = 9-12: Solid-type oxidative stress inhibitor for secondary batteries using an organometallic polymer, characterized in that it is mixed in a volume or weight ratio of 0.8-1.2.
제 4항에 있어서,
상기 혼합용매에 유기금속 폴리머 0.1~10g을 투입하여 용해시킨 것을 특징으로 하는 유기금속 폴리머를 이용한 이차전지용 고체형 산화스트레스 억제제.
5. The method of claim 4,
A solid-type oxidative stress inhibitor for a secondary battery using an organometallic polymer, characterized in that 0.1 to 10g of the organometallic polymer was dissolved in the mixed solvent.
제 1항에 있어서,
상기 섬유계 재료는,
탄소섬유로 이루어진 직물인 것을 특징으로 하는 유기금속 폴리머를 이용한 이차전지용 고체형 산화스트레스 억제제.
The method of claim 1,
The fiber-based material,
A solid-type oxidative stress inhibitor for secondary batteries using an organometallic polymer, characterized in that it is a fabric made of carbon fiber.
제 1항에 있어서,
상기 (C)단계는,
영하 5~10℃에서 10~20시간 동안 냉동 처리하는 것을 특징으로 하는 유기금속 폴리머를 이용한 이차전지용 고체형 산화스트레스 억제제.
The method of claim 1,
The step (C) is,
A solid-type oxidative stress inhibitor for a secondary battery using an organometallic polymer, characterized in that it is frozen at -5 to 10° C. for 10 to 20 hours.
제 1항에 있어서,
상기 (D)단계는,
영하 30~50℃에서 18~24시간 동안 동결 건조시킨 것을 특징으로 하는 유기금속 폴리머를 이용한 이차전지용 고체형 산화스트레스 억제제.
The method of claim 1,
The step (D) is,
A solid-type oxidative stress inhibitor for secondary batteries using an organometallic polymer, characterized in that it was freeze-dried at -30 to 50° C. for 18 to 24 hours.
제 1항에 있어서,
상기 (D)단계에서 수득된 유기금속 폴리머계 분말은 나노 와이어 타입의 입자인 것을 특징으로 하는 유기금속 폴리머를 이용한 이차전지용 고체형 산화스트레스 억제제.
The method of claim 1,
The organometallic polymer powder obtained in step (D) is a solid-type oxidative stress inhibitor for a secondary battery using an organometallic polymer, characterized in that it is a nanowire type particle.
제 9항에 있어서,
상기 (D)단계에서 수득된 유기금속 폴리머계 분말은 평균 직경 80~100nm인 것을 특징으로 하는 유기금속 폴리머를 이용한 이차전지용 고체형 산화스트레스 억제제.
10. The method of claim 9,
The organometallic polymer powder obtained in step (D) has an average diameter of 80 to 100 nm. A solid-type oxidative stress inhibitor for secondary batteries using an organometallic polymer.
제 1항 내지 제 10항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 이차전지용 고체형 산화스트레스 억제제는,
리튬-공기 전지, 리튬-황 전지, 아연-공기 전지, 아연-이온 전지, 전고체 이차전지 중의 어느 1군에 접목되어 사용되는 것을 특징으로 하는 유기금속 폴리머를 이용한 이차전지용 고체형 산화스트레스 억제제.
11. The method according to any one of claims 1 to 10,
The solid-type oxidative stress inhibitor for secondary batteries,
Lithium-air battery, lithium-sulfur battery, zinc-air battery, zinc-ion battery, solid-state oxidative stress inhibitor for secondary batteries using an organometallic polymer, characterized in that it is grafted to any one group of all-solid secondary batteries.
유기금속 폴리머를 이용한 이차전지용 고체형 산화스트레스 억제제를 구비하되, 이를 이차전지 내에 하나의 구성요소로서 고정 배치하여 사용하는 것을 특징으로 하는 이차전지.A secondary battery comprising a solid-type oxidative stress inhibitor for a secondary battery using an organometallic polymer, wherein the secondary battery is fixedly arranged and used as a component in the secondary battery. 제 12항에 있어서,
상기 유기금속 폴리머를 이용한 이차전지용 고체형 산화스트레스 억제제는 청구항 1 내지 청구항 10 중에서 선택된 어느 한 항으로 이루어진 것을 특징으로 하는 이차전지.
13. The method of claim 12,
The solid-type oxidative stress inhibitor for a secondary battery using the organometallic polymer is a secondary battery, characterized in that it consists of any one of claims 1 to 10.
제 12항에 있어서,
상기 유기금속 폴리머를 이용한 이차전지용 고체형 산화스트레스 억제제는 멤브레인 막으로 이루어진 것을 특징으로 하는 이차전지.
13. The method of claim 12,
The solid-type oxidative stress inhibitor for a secondary battery using the organometallic polymer is a secondary battery, characterized in that it consists of a membrane membrane.
제 14항에 있어서,
상기 유기금속 폴리머를 이용한 이차전지용 고체형 산화스트레스 억제제는 이차전지 내 배치위치를 변경하여 사용 가능한 것을 특징으로 하는 이차전지.
15. The method of claim 14,
A secondary battery, characterized in that the solid-type oxidative stress inhibitor for secondary batteries using the organometallic polymer can be used by changing the arrangement position in the secondary battery.
리튬 음극, O2 양극, 및 상기 리튬 음극과 O2 양극의 사이에 배치되는 세퍼레이터를 포함하는 리튬-공기 전지에 있어서,
상기 O2 양극의 외측에 유기금속 폴리머를 이용한 이차전지용 고체형 산화스트레스 억제제를 고정 배치하는 것을 특징으로 하는 리튬-공기 전지.
In a lithium-air battery comprising a lithium negative electrode, an O 2 positive electrode, and a separator disposed between the lithium negative electrode and the O 2 positive electrode,
A lithium-air battery, characterized in that a solid-type oxidative stress inhibitor for a secondary battery using an organometallic polymer is fixed to the outside of the O 2 positive electrode.
제 16항에 있어서,
상기 유기금속 폴리머를 이용한 이차전지용 고체형 산화스트레스 억제제는 청구항 1 내지 청구항 10 중에서 선택된 어느 한 항으로 이루어진 것을 특징으로 하는 리튬-공기 전지.
17. The method of claim 16,
The solid-state oxidative stress inhibitor for a secondary battery using the organometallic polymer is a lithium-air battery, characterized in that it comprises any one selected from among 1 to 10.
제 16항에 있어서,
상기 유기금속 폴리머를 이용한 이차전지용 고체형 산화스트레스 억제제는 멤브레인 막으로 이루어진 것을 특징으로 하는 리튬-공기 전지.
17. The method of claim 16,
The solid-state oxidative stress inhibitor for secondary batteries using the organometallic polymer is a lithium-air battery, characterized in that it consists of a membrane membrane.
리튬 양극, O2 음극, 및 상기 리튬 양극과 O2 음극의 사이에 배치되는 세퍼레이터를 포함하는 리튬-공기 전지에 있어서,
상기 세퍼레이터 상에 유기금속 폴리머를 이용한 이차전지용 고체형 산화스트레스 억제제를 고정 배치하거나 또는 상기 세퍼레이터 자체를 유기금속 폴리머를 이용한 이차전지용 고체형 산화스트레스 억제제로 구성하는 것을 특징으로 하는 리튬-공기 전지.
In a lithium-air battery comprising a lithium positive electrode, an O 2 negative electrode, and a separator disposed between the lithium positive electrode and the O 2 negative electrode,
A lithium-air battery, characterized in that a solid-type oxidative stress inhibitor for a secondary battery using an organometallic polymer is fixedly disposed on the separator, or the separator itself is configured with a solid-type oxidative stress inhibitor for a secondary battery using an organometallic polymer.
제 19항에 있어서,
상기 유기금속 폴리머를 이용한 이차전지용 고체형 산화스트레스 억제제는 청구항 1 내지 청구항 10 중에서 선택된 어느 한 항으로 이루어진 것을 특징으로 하는 리튬-공기 전지.
20. The method of claim 19,
The solid-state oxidative stress inhibitor for a secondary battery using the organometallic polymer is a lithium-air battery, characterized in that it comprises any one selected from among 1 to 10.
제 19항에 있어서,
상기 유기금속 폴리머를 이용한 이차전지용 고체형 산화스트레스 억제제는 멤브레인 막으로 이루어진 것을 특징으로 하는 리튬-공기 전지.
20. The method of claim 19,
The solid-state oxidative stress inhibitor for secondary batteries using the organometallic polymer is a lithium-air battery, characterized in that it consists of a membrane membrane.
KR1020200187814A 2020-11-23 2020-12-30 Solid-type oxidative-stress suppressant for secondary batteries and Secondary batteries included the same and Lithium-air battery KR102565537B1 (en)

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