KR20230007334A - Bifunctional ionic liquids for electrolytes - Google Patents

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KR20230007334A
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쏘야 모건티
루트빅 바이드야
존 시니크로피
유에 우
가브리엘 토레스
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놈스 테크놀로지스, 인크.
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Abstract

리튬 이온과 상호작용할 수 있는 작용기를 갖는 가교된 이온성 액체(IL) 매트릭스를 포함하는 고체 폴리머 전해질; 리튬 이온과 상호작용할 수 있는 작용기 및 가교될 수 있는 반응성 중합 가능한 작용기를 갖는 중합 가능한 이온성 액체(IL) 재료(모노머)를 함유하는 중합 가능한 PEM 포뮬레이션; 리튬 전도성 염, 가소제, 가교제, 및 리튬 이온과 상호작용할 수 있는 적어도 하나의 작용기 및 가교될 수 있는 반응성 중합 가능한 작용기를 함유하는 중합 가능한 IL 성분을 포함하는 중합 가능한 포뮬레이션으로부터 제조된 전해질; 중합된 이온성 액체(IL) 재료를 함유하는 이들 고체 PEM을 통합하고 있는 전해질을 함유하는 전기 화학적 셀; 및 이의 방법이 개시된다.a solid polymer electrolyte comprising a cross-linked ionic liquid (IL) matrix having functional groups capable of interacting with lithium ions; polymerizable PEM formulations containing polymerizable ionic liquid (IL) materials (monomers) having functional groups capable of interacting with lithium ions and reactive polymerizable functional groups capable of cross-linking; an electrolyte prepared from a polymerizable formulation comprising a lithium conductive salt, a plasticizer, a crosslinking agent, and a polymerizable IL component containing at least one functional group capable of interacting with lithium ions and a reactive polymerizable functional group capable of crosslinking; electrochemical cells containing electrolytes incorporating these solid PEMs containing polymerized ionic liquid (IL) materials; and methods thereof are disclosed.

Description

전해질을 위한 이작용성 이온성 액체Bifunctional ionic liquids for electrolytes

본 개시는 중합 가능한 폴리머 전해질 재료 포뮬레이션(polymerizable polymer material formulation), 고체 폴리머 전해질, 고체 폴리머 전해질을 함유하는 전기 화학적 셀 및 이의 방법에 관한 것이다.The present disclosure relates to polymerizable polymer electrolyte material formulations, solid polymer electrolytes, electrochemical cells containing solid polymer electrolytes, and methods thereof.

2017년 US 환경 보호 기관에 의해서 제공된 정보에 따르면, 수송 분문 단독이 전세계 온실가스 방출의 29%를 차지한다. 전세계에 걸친 전기차의 채택은 이러한 수치를 실질적으로 감소시키는 것을 도울 것이다. 전기 및 하이브리드 전기 차량 및 가전 제품에서의 일반적인 피쳐(common feature)인 리튬-이온(Li-이온) 전지에 대한 전세계 시장이 성장함에 따라서, 높은 충방전 속도, 긴 수명 및 높은 에너지 밀도를 갖는 전지를 개발하는 것이 중요하다. 무엇보다도, 노력은 이들 장치를 정상 및 부정적인 조건 하에 안전하게 제조하는데 촛점을 맞출 필요가 있다. Li-이온 전지는 1991년에 소니(Sony)가 최초 전지를 상업화한 후에 대부분의 소비재 전자 장치에서 아주 많이 사용되어 왔다. 전기 자동차(EV)는 20세기 초반에 개인 차량 판매의 시장 지배력에 대해서 경쟁했지만, 내연기관(ICE)의 장점, 즉 에너지 밀도가 높은 연료와 더 큰 출력은, 제너럴 모터스(GM)가 EV-1을 출시할 때인 1990년대까지 그리고 캘리포니아의 무공해 차량(Zero-Emissions Vehicle: ZEV) 위임으로 인해서, EV 개발이 산발적이고 확산되었음을 의미한다. EV의 주요 부품 중 하나는 에너지 저장 시스템(ESS)이고, 전지 기술을 개선시키는 것은 EV의 상업화에 잠재적인 영향을 줄 수 있고 화석 연료에 대한 수요를 감소시키는 것을 도울 수 있다. 전지는 차량 또는 장치의 비싼 부품이며, 그에 따라서, 전지가 차량 또는 장치의 수명까지 지속되는 것이 중요하다. 이는 EV 및 전자 장치에 사용되는 차세대 Li-이온 전지가 현재의 최신 Li-이온 기술에 비해서 모든 부품에서 유의미한 개선을 필요로 할 것임을 의미한다.According to information provided by the US Environmental Protection Agency in 2017, the transport sector alone accounts for 29% of global greenhouse gas emissions. Adoption of electric vehicles worldwide will help reduce these numbers substantially. As the worldwide market for lithium-ion (Li-ion) batteries, which are a common feature in electric and hybrid electric vehicles and household appliances, is growing, batteries with high charge/discharge rates, long lifespan and high energy density are needed. It is important to develop First and foremost, efforts need to focus on making these devices safe under normal and negative conditions. Li-ion batteries have been widely used in most consumer electronic devices since Sony commercialized the first battery in 1991. Electric vehicles (EVs) competed for market dominance in personal vehicle sales in the early 20th century, but the advantages of the internal combustion engine (ICE), namely energy-dense fuel and greater power, led General Motors (GM) to the EV-1 This meant that EV development was sporadic and diffuse, until the 1990s when the One of the key components of an EV is the energy storage system (ESS), and improving battery technology could have a potential impact on the commercialization of EVs and help reduce the demand for fossil fuels. A battery is an expensive component of a vehicle or device, and as such, it is important that the battery lasts the life of the vehicle or device. This means that next-generation Li-ion batteries used in EVs and electronic devices will require significant improvements in all components compared to current state-of-the-art Li-ion technology.

전지 전극 사이의 양이온 및 음이온의 셔틀링(shuttling)은 전해질의 주된 기능이다. 역사적으로, 조사자들은 전지 전극을 개발하는데 촛점을 맞춰왔고, 전해질 개발은 제한되어 왔다. 통상의 Li-이온 전지는 리튬 이온을 수송할 수 있는 카르보네이트-기반 전해질을 사용하지만, 높은 가연성 및 휘발성으로 어려움을 격는다. 전해질 조사의 대부분은 전극과의 전해질의 반응을 방지하거나 제한하기 위해서 전극 상에서 반응할 수 있는 첨가제의 개발에 대해서 진행되어 왔다. 난연성 첨가제가 또한 연구되었지만, 이들은 전지에서의 부정적인 열적 반응을 방지하지 못했고, 화재의 심각성과 규모를 제한할 뿐이다.Shuttling of positive and negative ions between cell electrodes is the main function of electrolytes. Historically, investigators have focused on developing battery electrodes, and electrolyte development has been limited. Conventional Li-ion batteries use carbonate-based electrolytes capable of transporting lithium ions, but suffer from high flammability and volatility. Much of the electrolyte research has been directed towards the development of reactive additives on the electrodes to prevent or limit the reaction of the electrolyte with the electrodes. Flame retardant additives have also been investigated, but they have not prevented negative thermal reactions in cells, only limiting the severity and scale of fires.

최근, 실온 이온성 액체(RTIL)가 이들의 전기 화학적 특성에 대해서 광범위하게 연구되었는데, 그 이유는 이들이 Li-이온 전지에서 전해질을 위한 유망한 재료이기 때문이다. 이온성 액체(IL)은, 100℃ 미만의 융점을 갖는, 큰 양이온 및 무기 음이온을 갖는 유기 염이다. 이온성 액체 중의 격자 에너지(lattice energy)는 벌크 양이온으로 인해서 감소되고, 그에 따라서, 융점이 낮다. IL은, 이들의 무시할만한 증기압, 비-가연성, 광범위한 전기 화학적 윈도우(window), 높은 화학적 및 열적 안정성, 및 우수한 이온 전도성 때문에, 리튬 전지를 위한 통상의 전해질에 대한 가능한 대안이다. Recently, room temperature ionic liquids (RTIL) have been extensively studied for their electrochemical properties because they are promising materials for electrolytes in Li-ion batteries. Ionic liquids (ILs) are organic salts with large cations and inorganic anions, with melting points below 100°C. The lattice energy in ionic liquids is reduced due to the bulk cations, and thus the melting point is low. ILs are a viable alternative to conventional electrolytes for lithium batteries because of their negligible vapor pressure, non-flammability, wide electrochemical window, high chemical and thermal stability, and good ionic conductivity.

Kang 등의 미국특허 제6,727,024호 및 미국특허 제6,395,429호는, 아크릴레이트 및 다른 작용성화된 가교제와 함께, 가소제로서의 리튬 염 기반 고체 전해질 및 디알킬 에테르의 사용을 보고하고 있다. 종래 기술 전해질에서 사용되는 가교제 분자의 고유한 낮은 이온 전도성으로 인해서, 종래 기술은 고에너지 Li-이온 및 리튬-기반 전지의 이온 전도성을 개선시키기 위한 이작용성 중합 가능한 이온성 액체의 통합이 결여되어 있다.U.S. Pat. No. 6,727,024 and U.S. Pat. No. 6,395,429 to Kang et al. report the use of lithium salt based solid electrolytes and dialkyl ethers as plasticizers, along with acrylates and other functionalized crosslinking agents. Due to the inherently low ionic conductivity of the crosslinker molecules used in prior art electrolytes, the prior art lacks the incorporation of difunctional polymerizable ionic liquids to improve the ionic conductivity of high-energy Li-ion and lithium-based batteries. .

본 개시의 일 양태에 따르면, 리튬 이온과 상호작용할 수 있는 적어도 하나의 작용기 및 모노머를 가교시킬 수 있는 반응성 중합 가능한 작용기를 함유하는 중합 가능한 이온성 액체(IL) 모노머; 리튬 이온 전도성 염; 가소제; 및 가교제를 포함하는 중합 가능한 폴리머 전해질 재료(PEM) 포뮬레이션이 제공된다.According to one aspect of the present disclosure, a polymerizable ionic liquid (IL) monomer containing at least one functional group capable of interacting with lithium ions and a reactive polymerizable functional group capable of crosslinking the monomer; lithium ion conducting salts; plasticizer; and a crosslinking agent. A polymerizable polymer electrolyte material (PEM) formulation is provided.

본 개시의 또 다른 양태에 따르면, 복수의 펜던트 기(pendant group)와 함께 리튬 이온과 상호작용할 수 있는 작용기를 갖는 폴리머 골격을 포함하는 가교된 이온성 액체(IL) 매트릭스; 리튬 이온 전도성 염; 및 가소제를 포함하는 고체 폴리머 전해질이 제공되며, 여기에서, 복수의 양이온 모이어티(cation moiety)가 폴리머 골격의 복수의 펜던트 기 중 하나 이상에 결합되고, 양이온 모이어티는 질소 양이온 모이어티, 인 양이온 모이어티, 및 황 양이온 모이어티 중 적어도 하나이다.According to another aspect of the present disclosure, a cross-linked ionic liquid (IL) matrix comprising a polymer backbone having a functional group capable of interacting with lithium ions together with a plurality of pendant groups; lithium ion conducting salts; and a plasticizer, wherein a plurality of cation moieties are bonded to one or more of the plurality of pendant groups of the polymer backbone, the cation moieties being nitrogen cation moieties, phosphorus cations. moiety, and a sulfur cation moiety.

본 개시의 또 다른 양태에 따르면, 고체 폴리머 전해질 내에서 서로 떨어져 있는 양극 및 음극을 포함하는 전기 화학적 셀이 제공된다.According to another aspect of the present disclosure, an electrochemical cell comprising an anode and a cathode spaced apart from each other within a solid polymer electrolyte is provided.

본 개시의 또 다른 양태에 따르면, 고체 폴리머 전해질을 제조하는 방법으로서, According to another aspect of the present disclosure, as a method for producing a solid polymer electrolyte,

a. 반응 혼합물을 형성시키되,a. form a reaction mixture,

i. 리튬 이온과 상호작용할 수 있는 작용기 및 질소 양이온 모이어티, 인 양이온 모이어티, 및 황 양이온 모이어티 중 적어도 하나를 함유하는 반응성 중합 가능한 작용기를 함유하는 중합 가능한 이온성 액체(IL) 모노머,i. A polymerizable ionic liquid (IL) monomer containing a functional group capable of interacting with lithium ions and a reactive polymerizable functional group containing at least one of a nitrogen cation moiety, a phosphorus cation moiety, and a sulfur cation moiety,

ii. 리튬 이온 전도성 염,ii. lithium ion conductive salt;

iii. 가소제,iii. plasticizer,

iv. 중합 개시제 및iv. polymerization initiator and

v. 가교제를 포함하는, 반응 혼합물을 형성시키고; v. forming a reaction mixture, comprising a crosslinking agent;

b. 반응 혼합물에서 중합을 개시시켜 PEM을 형성시킴을 포함하고, b. Initiating polymerization in the reaction mixture to form the PEM;

이작용성 IL 모노머가 폴리머 구조의 코어의 일부를 형성시키는, 고체 폴리머 전해질을 제조하는 방법이 제공된다.A method of making a solid polymer electrolyte is provided, wherein the bifunctional IL monomer forms part of the core of the polymer structure.

본 개시의 이들 및 다른 양태는 이하 상세한 설명 및 첨부된 청구범위의 검토시에 자명하게 될 것이다. These and other aspects of the present disclosure will become apparent upon review of the following detailed description and appended claims.

도 1은 본 개시에 따른 종래 기술의 중합 가능한 IL 모노머(ILA) 및 중합 가능한 IL 모노머(ILB) 및 (ILC)의 분자 구조를 나타낸다.
도 2는 본 개시에 따른 합성된 중합 가능한 IL 모노머 I-IV의 분자 구조를 나타낸다.
도 3은 가교 고체 전해질(PEM) 설계 및 합성을 나타낸다.
도 4는 본 개시에 따른 중합 가능한 IL 모노머를 사용하여 합성된 PEM 필름에서의 이온 전도 메커니즘의 구체예를 나타낸다.
도 5는 PEM 필름의 이온 전도성을 측정하기 위해서 사용되는 스웨즈락 셀(Swagelok Cell)의 개별적인 부품을 도시하는 사진이다.
도 6은 벌크 저항(bulk resistance)을 기반으로 하는 PEM 필름의 이온 전도성을 계산하기 위해서 사용되는 나이퀴스트 플롯(Nyquist Plot)을 나타낸다.
도 7은 고온에서 우수한 열적 안정성을 나타내는 PEM 필름을 위한 TGA 데이터를 나타낸다.
도 8은 본 개시에 따른 중합 가능한 IL 모노머 V-XVI의 분자 구조를 나타낸다.
1 shows the molecular structures of prior art polymerizable IL monomers (ILA) and polymerizable IL monomers (ILB) and (ILC) according to the present disclosure.
Figure 2 shows the molecular structures of polymerizable IL monomers I-IV synthesized according to the present disclosure.
Figure 3 shows cross-linked solid electrolyte (PEM) design and synthesis.
4 shows a specific example of the ion conduction mechanism in a PEM film synthesized using a polymerizable IL monomer according to the present disclosure.
5 is a photograph showing individual components of a Swagelok cell used to measure the ionic conductivity of a PEM film.
6 shows a Nyquist plot used to calculate the ionic conductivity of a PEM film based on bulk resistance.
7 presents TGA data for PEM films showing good thermal stability at high temperatures.
8 shows the molecular structure of polymerizable IL monomers V-XVI according to the present disclosure.

개시된 기술은 일반적으로는 리튬 전지 전해질에 관한 것이다. 특히, 본 기술은 리튬 이온 수송을 위해서 사용되는 불연성, 비-휘발성 고체-상태 전해질에 관한 것이다. 본 기술은 또한 가전 제품 및 전기 자동차에서 사용하기에 적합한 에너지 저장 시스템에서 유용한 전해질에 관한 것이다.The disclosed technology relates generally to lithium battery electrolytes. In particular, the present technology relates to non-flammable, non-volatile solid-state electrolytes used for lithium ion transport. The present technology also relates to electrolytes useful in energy storage systems suitable for use in consumer electronics and electric vehicles.

본 개시는 차세대 리튬-기반 전지 뿐만 아니라 현재의 최신 Li-이온 전지에서의 안전성 우려를 극복하는 불연성 및 비-휘발성 고체 전해질을 기재한다. 그러한 기술은 고체 폴리머 전해질을 형성시킬 수 있는 혁신적인 가교된 중합 가능한 IL을 기반으로 한다. 막, 필름, 또는 블록 등을 포함하는 생성되는 이온 전도성 폴리머 전해질 재료(PEM)는 수년간 리튬 전지 전해질을 성가시게 했던 불량한 열적 전기 화학적 안정성 및 안전성 문제를 동시에 극복한다. 이들은 가전 제품 뿐만 아니라 자동차 적용에 이용 가능한 전지 형태 인자의 범위를 확장시키는 화학적 및 기계적 둘 모두의 조화 가능성을 갖는 전해질을 조작하기 위한 플랫폼(platform)을 제공한다. 가교된 PEM의 고유하고 광범위한 전기 화학적 안정성 윈도우 때문에, 이들은 모든 리튬-기반 전지의 작동 온도 범위 및 안전성을 유의하게 향상시키기 위해서 사용될 수 있다.This disclosure describes a non-flammable and non-volatile solid electrolyte that overcomes safety concerns in next-generation lithium-based batteries as well as current state-of-the-art Li-ion batteries. Such technology is based on innovative cross-linked polymerizable ILs that can form solid polymer electrolytes. The resulting ionically conductive polymer electrolyte materials (PEMs), including membranes, films, or blocks, simultaneously overcome the poor thermal electrochemical stability and safety problems that have plagued lithium battery electrolytes for years. They provide a platform for engineering electrolytes with both chemical and mechanical harmonization possibilities that expand the range of cell form factors available for consumer as well as automotive applications. Because of the unique and broad electrochemical stability window of cross-linked PEMs, they can be used to significantly improve the operating temperature range and safety of all lithium-based cells.

본 개시는 리튬 이온과 상호작용할 수 있는 적어도 하나의 작용기 및 하나의 반응성 중합 가능한 작용기를 함유하는 중합 가능한 이온성 액체(IL) 재료(모노머); 중합 가능한 이온성 액체(IL) 재료 (모노머)를 함유하는 중합 가능한 PEM 포뮬레이션; 중합된 이온성 액체(IL) 재료를 함유하는 고체 중합된 PEM; 및 중합된 이온성 액체(IL) 재료를 함유하는 이들 고체 PEM을 통합하고 있는 전해질을 함유하는 전기 화학적 셀에 관한 것이다.The present disclosure relates to a polymerizable ionic liquid (IL) material (monomer) containing at least one functional group capable of interacting with lithium ions and one reactive polymerizable functional group; polymerizable PEM formulations containing polymerizable ionic liquid (IL) materials (monomers); solid polymerized PEMs containing polymerized ionic liquid (IL) materials; and electrolytes incorporating these solid PEMs containing polymerized ionic liquid (IL) materials.

적합한 중합 가능한 이온성 액체(IL) 모노머는 리튬 이온과 상호작용할 수 있는 작용기 및 폴리머 내에서 가교될 수 있는 반응성 중합 가능한 작용기를 함유한다. 리튬 이온과 상호작용할 수 있는 구절(phrase)은 폴리머 전해질 재료에서 Li+ 이온 컨주게이션(Li+ ion conjugation)을 증가시키는 것을 의미한다. 적합한 리튬 이온 상호작용 작용기는 단일 결합 탄소-산소-탄소 구조를 포함한다. 그 예는 에테르, 니트릴, 실릴, 플루오로알킬, 실록산, 설포네이트, 카르보네이트, 에스테르, 에틸렌 옥사이드 또는 이들의 조합물을 포함한다. 폴리머 내에서 가교될 수 있는 적합한 반응성 중합 가능한 작용기는 질소 양이온 모이어티, 인 양이온 모이어티 및 황 양이온 모이어티 중 적어도 하나를 함유한다. 그러한 적합한 가교 작용기는 비닐, 알릴, 아크릴레이트, 벤질비닐 또는 아크릴로일 기를 포함한다.Suitable polymerizable ionic liquid (IL) monomers contain functional groups capable of interacting with lithium ions and reactive polymerizable functional groups capable of cross-linking within the polymer. Phrases that can interact with lithium ions are meant to increase Li + ion conjugation in polymer electrolyte materials. Suitable lithium ion interacting functional groups include single bonded carbon-oxygen-carbon structures. Examples include ethers, nitriles, silyls, fluoroalkyls, siloxanes, sulfonates, carbonates, esters, ethylene oxide or combinations thereof. Suitable reactive polymerizable functional groups that can be crosslinked in the polymer contain at least one of a nitrogen cation moiety, a phosphorus cation moiety and a sulfur cation moiety. Such suitable bridging functional groups include vinyl, allyl, acrylate, benzylvinyl or acryloyl groups.

본 개시의 일 구체예에서, 리튬 이온 전도성 염, 가소제, 가교제, 리튬 이온과 상호작용할 수 있는 적어도 하나의 작용기 및 폴리머 내에서 가교될 수 있는 반응성 중합 가능한 작용기를 함유하는 복수의 중합 가능한 이온성 액체 (IL) 모노머, 및 광 개시제를 포함하는 포뮬레이션(formulation)으로부터 제조되는 고체 폴리머 전해질이 제공된다. 일 구체예에서, 전기 에너지 저장 장치는 a) 리튬 이온 전도성 염; b) 가소제; c) 가교제; d) 리튬 이온과 상호작용할 수 있는 적어도 하나의 작용기 및 폴리머 내에서 가교될 수 있는 반응성 중합 가능한 작용기를 함유하는 복수의 중합 가능한 이온성 액체(IL) 모노머; 및 e) 광-개시제를 함유하는 포뮬레이션으로부터 제조된 전해질을 포함한다.In one embodiment of the present disclosure, a plurality of polymerizable ionic liquids containing a lithium ion conductive salt, a plasticizer, a crosslinking agent, at least one functional group capable of interacting with lithium ions and a reactive polymerizable functional group capable of crosslinking in the polymer A solid polymer electrolyte prepared from a formulation comprising (IL) monomers and a photoinitiator is provided. In one embodiment, the electrical energy storage device comprises a) a lithium ion conducting salt; b) plasticizers; c) cross-linking agents; d) a plurality of polymerizable ionic liquid (IL) monomers containing at least one functional group capable of interacting with lithium ions and reactive polymerizable functional groups capable of crosslinking within the polymer; and e) an electrolyte prepared from a formulation containing a photo-initiator.

일 구체예에서, 고체 PEM 전해질은 리튬 이온과 상호작용할 수 있는 적어도 하나의 작용기를 함유하는 폴리머 골격을 갖는 중합된 IL 매트릭스를 포함한다. 폴리머 골격은 비닐, 알릴, 아크릴레이트, 벤질비닐 또는 아크릴로일 기에 의해서 폴리머 매트릭스에서 가교되는 질소 양이온 모이어티, 인 양이온 모이어티, 및 황 양이온 모이어티 중 적어도 하나를 포함하는 양이온성 모이어티를 갖는 복수의 펜던트 기를 갖는다. PEM 전해질은 추가로 리튬 이온 전도성 염 및 가소제를 포함한다.In one embodiment, the solid PEM electrolyte includes a polymerized IL matrix having a polymer backbone containing at least one functional group capable of interacting with lithium ions. The polymer backbone has a cationic moiety comprising at least one of a nitrogen cationic moiety, a phosphorus cationic moiety, and a sulfur cationic moiety bridged in the polymer matrix by vinyl, allyl, acrylate, benzylvinyl or acryloyl groups. It has a plurality of pendant groups. The PEM electrolyte further includes a lithium ion conductive salt and a plasticizer.

일 구체예에서, 질소 양이온 모이어티는 이미다졸륨, 암모늄, 피리디늄, 피페리디늄, 피롤리디늄, 아제피늄 및 모르폴리늄 모이어티로 이루어진 군으로부터 선택된다.In one embodiment, the nitrogen cation moiety is selected from the group consisting of imidazolium, ammonium, pyridinium, piperidinium, pyrrolidinium, azepinium and morpholinium moieties.

일 구체예에서, 인 양이온 모이어티는 포스포늄 모이어티로 이루어지는 군으로부터 선택된다.In one embodiment, the phosphorus cationic moiety is selected from the group consisting of phosphonium moieties.

일 구체예에서, 황 양이온 모이어티는 설포늄 모이어티로 이루어진 군으로부터 선택된다.In one embodiment, the sulfur cation moiety is selected from the group consisting of sulfonium moieties.

일 구체예에서, 중합 가능한 IL 모노머는 비닐 또는 알릴 또는 아크릴레이트 이미다졸륨 모이어티, 비닐 또는 알릴 또는 아크릴레이트 암모늄 모이어티, 비닐 또는 알릴 또는 아크릴레이트 피리디늄 모이어티, 비닐 또는 알릴 또는 아크릴레이트 피페리디늄 모이어티, 비닐 또는 알릴 또는 아크릴레이트 피롤리디늄 모이어티, 비닐 또는 알릴 또는 아크릴레이트 아제피늄 모이어티, 비닐 또는 알릴 또는 아크릴레이트 모르폴리늄 모이어티, 비닐 또는 알릴 또는 아크릴레이트 포스포늄 모이어티, 비닐 또는 알릴 또는 아크릴레이트 설포늄 모이어티를 포함한다. In one embodiment, the polymerizable IL monomer is a vinyl or allyl or acrylate imidazolium moiety, a vinyl or allyl or acrylate ammonium moiety, a vinyl or allyl or acrylate pyridinium moiety, a vinyl or allyl or acrylate pipette A lithium moiety, a vinyl or allyl or acrylate pyrrolidinium moiety, a vinyl or allyl or acrylate azepinium moiety, a vinyl or allyl or acrylate morpholinium moiety, a vinyl or allyl or acrylate phosphonium moiety t, vinyl or allyl or acrylate sulfonium moieties.

일 구체예에서, 바람직한 중합 가능한 IL 모노머는 비닐 이미다졸륨 모이어티, 비닐 피롤리디늄, 아크릴레이트 암모늄 모이어티, 아크릴레이트 피롤리디늄 모이어티를 포함한다.In one embodiment, preferred polymerizable IL monomers include vinyl imidazolium moieties, vinyl pyrrolidinium, acrylate ammonium moieties, acrylate pyrrolidinium moieties.

본 개시의 일 구체예에 따르면, 가교된 폴리머 이온성 액체 매트릭스의 가교는 질소 양이온 모이어티, 인 양이온 모이어티, 및 황 양이온 모이어티 중 적어도 하나를 포함한다. 일 구체예에서, 가교된 중합 가능한 IL의 가교는 제미니 IL 모이어티(gemini IL moiety)이다.According to one embodiment of the present disclosure, the cross-linking of the cross-linked polymeric ionic liquid matrix includes at least one of a nitrogen cation moiety, a phosphorus cation moiety, and a sulfur cation moiety. In one embodiment, the bridge of the cross-linked polymerizable IL is a gemini IL moiety.

일 구체예에서, 리튬 이온과 상호작용할 수 있는 작용기를 함유하는 중합 가능한 IL 재료의 적합한 분자 구조는 도 1에서 ILB 및 ILC로서 묘사되어 있다. ILA는 리튬 이온과 상호작용할 수 있는 작용기(예, 알킬 사슬)을 함유하지 않는 비교 중합 가능한 IL 재료이다.In one embodiment, suitable molecular structures of polymerizable IL materials containing functional groups capable of interacting with lithium ions are depicted in FIG. 1 as ILB and ILC. ILA is a comparatively polymerizable IL material that does not contain functional groups (eg, alkyl chains) that can interact with lithium ions.

일 구체예에서, 리튬 이온과 상호작용할 수 있는 작용기를 함유하는 중합 가능한 IL 재료는 고체 PEM 전해질 및 중합 가능한 PEM 포뮬레이션의 각각의 0.1 중량% 내지 50 중량%의 범위로 존재한다.In one embodiment, the polymerizable IL material containing functional groups capable of interacting with lithium ions is present in the range of 0.1% to 50% by weight of each of the solid PEM electrolyte and polymerizable PEM formulation.

일 구체예에서, 리튬 이온 전도성 염은 고체 PEM 전해질 및 중합 가능한 PEM 포뮬레이션의 각각의 10 중량% 내지 50 중량%의 범위로 존재한다. 적합한 리튬 이온 전도성 염은 LiBF4, LiNO3, LiPF6, LiAsF6, 리튬 비스(트리플루오로메틸설포닐)이미드(LiTFSI), 리튬 비스(펜타플루오로에틸설포닐)이미드, 리튬 트리플루오로아세테이트, LiBoB, LiDFOB, LiPO2F2, 또는 이들의 유사체 또는 혼합물을 포함한다.In one embodiment, the lithium ion conductive salt is present in the range of 10% to 50% by weight of each of the solid PEM electrolyte and polymerizable PEM formulation. Suitable lithium ion conductive salts include LiBF 4 , LiNO 3 , LiPF 6 , LiAsF 6 , lithium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide (LiTFSI), lithium bis(pentafluoroethylsulfonyl)imide, lithium trifluoro rhoacetate, LiBoB, LiDFOB, LiPO 2 F 2 , or analogs or mixtures thereof.

일 구체예에서, 리튬 이온을 해리시킬 수 있는 가소제는 고체 PEM 전해질 및 중합 가능한 PEM 포뮬레이션의 각각의 5 중량% 내지 50 중량%의 범위로 존재한다. 일 구체예에서, 가소제는 비-중합 가능한 RTIL이다. 이온성 액체는 유기 양이온 및 무기/유기 음이온을 함유하며, 적합한 유기 양이온은 N-알킬-N-알킬-이미다졸륨, N-알킬-N-알킬-피롤리디늄, N-알킬-N-알킬-피리디늄, N-알킬-N-알킬-설포늄, N-알킬-N-알킬-암모늄, 또는 N-알킬-N-알킬-피페리디늄 등을 포함하고, 적합한 음이온은 테트라플루오로보레이트, 헥사플루오로포스페이트, 비스(트리플루오로메틸설포닐)이미드, 비스(펜타플루오로에틸설포닐)이미드, 또는 트리플루오로아세테이트 등을 포함한다.In one embodiment, the plasticizer capable of dissociating lithium ions is present in the range of 5% to 50% by weight of each of the solid PEM electrolyte and polymerizable PEM formulation. In one embodiment, the plasticizer is a non-polymerizable RTIL. Ionic liquids contain organic cations and inorganic/organic anions, suitable organic cations being N-alkyl-N-alkyl-imidazolium, N-alkyl-N-alkyl-pyrrolidinium, N-alkyl-N-alkyl -pyridinium, N-alkyl-N-alkyl-sulfonium, N-alkyl-N-alkyl-ammonium, or N-alkyl-N-alkyl-piperidinium, and the like, suitable anions being tetrafluoroborates, hexafluorophosphate, bis(trifluoromethylsulfonyl)imide, bis(pentafluoroethylsulfonyl)imide, or trifluoroacetate; and the like.

일 구체예에서, 가소제는 에틸렌 글리콜을 함유하는 모노- 또는 디-에테르이다. 적합한 예는 에틸렌 글리콜 모노메틸 에테르, 에틸렌 글리콜 모노에틸 에테르, 프로필렌 글리콜 메틸 에테르, 디에틸렌 글리콜 모노메틸 에테르, 디에틸렌 글리콜 모노에틸 에테르, 에틸렌 글리콜 디메틸 에테르, 에틸렌 글리콜 디에틸 에테르, 또는 이들의 혼합물을 포함한다.In one embodiment, the plasticizer is a mono- or di-ether containing ethylene glycol. Suitable examples include ethylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monoethyl ether, propylene glycol methyl ether, diethylene glycol monomethyl ether, diethylene glycol monoethyl ether, ethylene glycol dimethyl ether, ethylene glycol diethyl ether, or mixtures thereof. include

일 구체예에서, 본원에서 기재된 고체 전해질에 의해서 서로 분리된 양극 및 음극을 포함하는 전지가 제공된다.In one embodiment, a battery comprising an anode and a cathode separated from each other by the solid electrolyte described herein is provided.

일 구체예에서, 복합체 전해질을 제조하는 방법은 (1) 리튬 이온과 상호작용할 수 있는 작용기 및 질소 양이온 모이어티, 인 양이온 모이어티 및 황 양이온 모이어티 중 적어도 하나를 함유하는 폴리머 내에서 가교될 수 있는 반응성 중합 가능한 작용기를 포함하는 반응 혼합물을 형성시키고, (2) 반응 혼합물에서 중합을 개시시켜 폴리머 이온성 액체 매트릭스를 형성시킴을 포함한다.In one embodiment, a method of preparing a composite electrolyte that (1) can be crosslinked in a polymer containing a functional group capable of interacting with lithium ions and at least one of a nitrogen cation moiety, a phosphorus cation moiety, and a sulfur cation moiety. and (2) initiating polymerization in the reaction mixture to form a polymeric ionic liquid matrix.

일 구체예에서, 중합 개시제는 중합 가능한 포뮬레이션의 0.1 중량% 내지 5 중량%의 범위로 존재한다. 일 구체예에서, 중합은 자유 라디칼 중합 반응이다. 일 구체예에서, 반응은 열에 의해서, 또는 자외선 에너지에 의해서 또는 마이크로파 에너지에 의해서 개시된다. 일 구체예에서, 방법은 추가로 반응 혼합물에서 개시제를 첨가함을 포함한다. 일 구체예에서, 중합은 광-개시제로서 2-하이드록시-2-메틸프로피오페논을 사용함으로써 자외선 에너지에 의해서 개시된다.In one embodiment, the polymerization initiator is present in the range of 0.1% to 5% by weight of the polymerizable formulation. In one embodiment, the polymerization is a free radical polymerization reaction. In one embodiment, the reaction is initiated by heat, or by ultraviolet energy or by microwave energy. In one embodiment, the method further comprises adding an initiator to the reaction mixture. In one embodiment, polymerization is initiated by ultraviolet energy by using 2-hydroxy-2-methylpropiophenone as a photo-initiator.

중합 가능한 이온성 액체는 전해질로서 사용하기 위해서 이전에 조사되었다. 그러나, 이동성 이온의 수에서의 감소 및 Tg의 상당한 상승으로 인해서, 통상의 이온성 액체 모노머를 중합시키는 그러한 접근법은 이온 전도성을 유의하게 감소시키는 것으로 밝혀졌다. 본 개시에 따르면, 리튬 이온과 상호작용할 수 있는 작용기가 폴리머 재료의 이온 전도성을 증가시키기 위해서 이작용성 중합 가능한 IL 모노머 구조에 도입되었다. 폴리머 골격에서의 그러한 연결은 Li+ 이온 컨주게이션을 증가되게 하며, 그에 따라서, 이온의 수송을 더 빠르게 한다. 그에 따라서, 본 이작용성 IL 모노머는 더 높은 리튬 운반율 및 개선된 열적 안정성을 갖는 IL-기반 PEM을 제공한다.Polymerizable ionic liquids have previously been investigated for use as electrolytes. However, due to the decrease in the number of mobile ions and the significant increase in Tg, such an approach of polymerizing conventional ionic liquid monomers has been found to significantly reduce the ionic conductivity. According to the present disclosure, a functional group capable of interacting with lithium ions has been introduced into the bifunctional polymerizable IL monomer structure to increase the ionic conductivity of the polymeric material. Such linkages in the polymer backbone lead to increased Li + ion conjugation and, therefore, faster transport of ions. Accordingly, the present bifunctional IL monomers provide IL-based PEMs with higher lithium transport rates and improved thermal stability.

중합 가능한 IL은 다양한 적용에서 유용한 작용성 폴리머 부류이다. 이들 폴리머의 반복 단위는 전해질 그룹(양이온 또는 음이온)을 함유한다. IL의 이온 전도성은 여러 인자에 의존한다: 폴리머 골격의 화학적 본질, 이온의 본질 및 유리 전이 온도(Tg). 높은 이온 전도성 및 높은 열적 안정성과는 달리, 본 모노머 IL은 높은 Li+ 이온 운반율(Li+ ion transference number)을 제공한다. 높은 Li+ 이온 운반율은 폴리머 골격에 고정되고 그에 의해서 이온 전도에 참여하지 않는 양이온의 결과이다. 에너지 저장 적용을 위해서, 필름 타입, 예를 들어, 고체 폴리머, 이온 전도성 재료가 액체 전해질에 비해서 바람직하다. 중합 가능한 기는 이온성 액체 구성성분에 부속될 수 있다. 액체 전해질과 비교하여, 고체 폴리머는 중량이 더 가볍고, 더욱 용이하게 가공되며 처리되고 포장된다.Polymerizable ILs are a class of functional polymers useful in a variety of applications. The repeating units of these polymers contain electrolyte groups (cationic or anionic). The ionic conductivity of ILs depends on several factors: the chemical nature of the polymer backbone, the nature of the ions, and the glass transition temperature (Tg). In contrast to high ionic conductivity and high thermal stability, this monomeric IL provides a high Li + ion transference number. The high Li + ion transport rate is a result of the cations being anchored to the polymer backbone and thereby not participating in ionic conduction. For energy storage applications, film type, eg solid polymer, ionically conductive materials are preferred over liquid electrolytes. A polymerizable group may be appended to the ionic liquid component. Compared to liquid electrolytes, solid polymers are lighter in weight and more easily processed, handled and packaged.

개선된 이온 전도성, 열적 및 기계적 안정성을 갖는 리튬 이온 전지를 위한 전해질이 기재된다. 그러한 전해질은 다양한 모양, 예컨대, 필름, 막 및 블록으로 캐스팅되거나 형성될 수 있는 중합 가능한 IL 재료를 포함한다. 폴리머 IL은 중합 가능한 IL 모노머의 가교로부터 형성되며, (임의로 이온성 액체 모이어티를 포함할 수 있는) 골격 및 펜던트 이온성 액체 그룹(쌍을 이룬 양으로 그리고 음으로 하전된 입자로서 보여짐)을 포함한다. 이온성 액체 PEM의 구체예는 필름에 기계적 안정성을 제공하고 복합체의 이온 전도성을 추가로 보조하는 이작용성 이온성 액체 가교(가교 가능한 제미니 이온성 액체(crosslinkable gemini ionic liquid))를 포함한다.Electrolytes for lithium ion batteries with improved ionic conductivity, thermal and mechanical stability are described. Such electrolytes include polymerizable IL materials that can be cast or formed into a variety of shapes, such as films, membranes, and blocks. Polymeric ILs are formed from the crosslinking of polymerizable IL monomers, and contain a backbone (which may optionally contain ionic liquid moieties) and pendant ionic liquid groups (shown as paired positively and negatively charged particles). do. Embodiments of ionic liquid PEMs include bifunctional ionic liquid crosslinks (crosslinkable gemini ionic liquids) that provide mechanical stability to the film and further aid in the ionic conductivity of the composite.

EV 또는 PHEV에서의 적용을 위한 높은 이온 전도성, 광범위한 전기 화학적 안정성 및 높은 열적 안정성을 나타내는 IL-기반 하이브리드 PEM이 개시된다. 이들 전해질은 고전압 캐소드(high voltage cathode)와 함께 Li-금속 전지, Li-황 전지 및 Li 이온 전지 내로 통합될 수 있다. 전극 화학의 특이적 조합을 보완하도록 맞춰지거나 명확히 설계된 IL을 생성시키기 위해서 조합될 수 있는 광범위한 범위의 음이온 및 양이온 화학이 또한 전지 안전성에 대한 우려를 해소시킬 수 있는 대체적인 미개발 재료 라이브러리(largely untapped materials library)를 제공한다.IL-based hybrid PEMs exhibiting high ionic conductivity, broad electrochemical stability and high thermal stability for applications in EVs or PHEVs are disclosed. These electrolytes can be incorporated into Li-metal batteries, Li-sulfur batteries and Li-ion batteries with a high voltage cathode. A library of alternative, largely untapped materials, with a wide range of anionic and cationic chemistries that can be tailored to complement specific combinations of electrode chemistries or combined to create well-designed ILs, can also address cell safety concerns. library) is provided.

Shaplov 등은, 그들의 논평(Recent Advances in Innovative Polymer Electrolytes based on Poly (ionicliquid)s, 2015)에서, 30℃에서 0.1 mS/cm의 이온 전도성을 갖는 이온 젤(ion gel)을 합성하기 위한 폴리(디알릴디메틸암모늄) 비스(트리플루오로메탄설포닐) 이미드(TFSI), N-부틸-N-메틸피롤리디늄 TFSI 이온성 액체 및 LiTFSI 염의 사용을 보고하였다. Porcarelli 등에 의한 또 다른 논문(Design of ionic liquid like monomers towards easy-accessible single-ion conducting polymer electrolytes, 2018)은 각각 25℃ 및 70℃에서 1.9x10-6 및 2x10-5 S.cm-1의 최대 이온 전도성을 갖는 리튬 3-[4-(2-(메타크릴로일옥시)에톡시)-4옥소부타노일)옥시)프로필설포닐]-1-(트리플루오로메틸설포닐)이미드 및 폴리(에틸렌글리콜) 메틸 에테르 메타크릴레이트를 기반으로 하는 코폴리머 전해질을 보고하고 있다. 본원에서 인용된 모든 특허, 특허 출원 및 공보는 본원에 기재된 개시 일자를 기준으로 당업자에게 공지된 바와 같은 기술의 시작을 설명하기 위해서 그 전체가 보원에서 참고로 통합된다. 이작용성 중합 가능한 IL 모노머는 하나 이상의 중합 가능한 단위가 통합되는 이온성 액체이다. 이온성 액체 모노머에서, 중합 가능한 피쳐(polymerizable feature)는 양이온 상에, 또는 음이온 상에, 또는 양이온 및 음이온 둘 모두 상에 위치될 수 있다.Shaplov et al., in their review (Recent Advances in Innovative Polymer Electrolytes based on Poly (ionicliquid)s, 2015), used a poly(ion gel) to synthesize an ionic gel with an ionic conductivity of 0.1 mS/cm at 30 °C. reported the use of allyldimethylammonium) bis(trifluoromethanesulfonyl) imide (TFSI), N-butyl-N-methylpyrrolidinium TFSI ionic liquid and LiTFSI salt. Another paper by Porcarelli et al. (Design of ionic liquid like monomers towards easy-accessible single-ion conducting polymer electrolytes, 2018) showed ionic maximums of 1.9x10 -6 and 2x10 -5 S.cm -1 at 25 °C and 70 °C, respectively. Lithium 3-[4-(2-(methacryloyloxy)ethoxy)-4oxobutanoyl)oxy)propylsulfonyl]-1-(trifluoromethylsulfonyl)imide and poly( reported a copolymer electrolyte based on ethylene glycol) methyl ether methacrylate. All patents, patent applications and publications cited herein are hereby incorporated by reference in their entirety in their entirety to set forth the disclosure of the technology as known to those skilled in the art as of the disclosure date set forth herein. Bifunctional polymerizable IL monomers are ionic liquids incorporating one or more polymerizable units. In ionic liquid monomers, polymerizable features can be located on the cation phase, or on the anion, or on both the cation and anion.

IL의 이작용성은 a) 중합할 수 있는 반응성 말단 기, 및 b) 리튬 전도성 염의 리튬 이온과 상호작용할 수 있는 작용기에 기인한다. 리튬 이온과 상호작용할 수 있는 적합한 작용기는 에테르, 니트릴, 실릴, 플루오로알킬, 실록산, 설포네이트, 카르보네이트, 에스테르 또는 이들의 조합물로부터 선택된다. 따라서, 상업적 가교제는, 기계적 안정성을 저하시키기 않으면서, 향상된 이온 전도성을 갖는 폴리머 전해질을 생성시키기 위해서 이작용성 IL로 부분적으로 또는 완전히 대체될 수 있다.The bifunctionality of ILs is due to a) reactive end groups that can polymerize, and b) functional groups that can interact with the lithium ions of the lithium conducting salt. Suitable functional groups capable of interacting with lithium ions are selected from ethers, nitriles, silyls, fluoroalkyls, siloxanes, sulfonates, carbonates, esters or combinations thereof. Thus, commercial crosslinkers can be partially or completely replaced with bifunctional ILs to create polymer electrolytes with improved ionic conductivity without compromising mechanical stability.

IL 모노머의 예는 이미다졸륨, 암모늄, 피리디늄, 피페리디늄, 피롤리디늄, 아제피늄, 및 모르폴리늄 질소 양이온 모이어티를 포함하지만 이로 한정되는 것을 아닌 군으로부터 선택된 질소 양이온을 갖는 질소 양이온 모이어티를 포함한다. 이들 군은 중합할 수 있는 사이드 기(side group)로 작용성화될 수 있다. 중합 가능한 기는 비닐, 알릴, 아크릴레이트, 벤질비닐 및 아크릴로일 기를 포함한다. 이들 반응성 기는 자유 라디칼, 열적, 자외선 또는 마이크로파-개시된 중합을 하여, 모노머 IL을 폴리머 내로 통합시킬 수 있다. 도 1은, 리튬 이온과 상호작용할 수 있는 작용기 및 모노머를 가교시킬 수 있는 반응성 중합 가능한 작용기를 모노머 구조에 각각 통합하고 있는, PEM 필름을 생성시키기 위한 실시예에서 사용된 중합 가능한 IL 모노머 ILB 및 ILC의 분자 구조와 비교하여, 리튬 이온과 상호작용할 수 있는 작용기가 결여된 종래 기술 중합 가능한 IL 모노머 ILA의 분자 구조를 나타내고 있다. 도 2는 리튬 이온과 상호작용할 수 있는 작용기 및 모노머를 가교시킬 수 있는 반응성 중합 가능한 작용기를 각각 함유하는 적합한 중합 가능한 IL 모노머 I-IV의 분자 구조를 나타낸다.Examples of IL monomers include nitrogen having a nitrogen cation selected from the group including, but not limited to, imidazolium, ammonium, pyridinium, piperidinium, pyrrolidinium, azepinium, and morpholinium nitrogen cation moieties. Contains a cationic moiety. These groups can be functionalized with side groups that can polymerize. Polymerizable groups include vinyl, allyl, acrylate, benzylvinyl and acryloyl groups. These reactive groups can undergo free radical, thermal, ultraviolet or microwave-initiated polymerization to incorporate the monomeric IL into the polymer. 1 shows polymerizable IL monomers ILB and ILC used in Examples for producing PEM films, each incorporating a functional group capable of interacting with lithium ions and a reactive polymerizable functional group capable of crosslinking the monomer into the monomer structure. Compared to the molecular structure of ILA, the prior art polymerizable IL monomer lacking functional groups capable of interacting with lithium ions is shown. 2 shows the molecular structures of suitable polymerizable IL monomers I-IV, each containing a functional group capable of interacting with lithium ions and a reactive polymerizable functional group capable of crosslinking the monomer.

예를 들어, 포스포늄 및 설포늄 양이온 모이어티 뿐만 아니라, 이미다졸륨, 암모늄, 피리디늄, 피페리디늄, 피롤리디늄, 아제피늄, 및 모르폴리늄 질소 양이온 모이어티를 포함하는 IL을 사용한 변화가 또한 이용될 수 있다.For example, using ILs comprising phosphonium and sulfonium cationic moieties, as well as imidazolium, ammonium, pyridinium, piperidinium, pyrrolidinium, azepinium, and morpholinium nitrogen cationic moieties. Variations can also be used.

하나 이상의 구체예에서, 비닐 작용성화된 중합 가능한 이미다졸륨(Im), 피롤리디늄(Pyr) 및 피페리디늄(Pip) 양이온-기반 모노머 IL의 부류는 이온성 폴리머 모노머로서 사용하기에 적합하다. 반대 이온으로서 비스(트리플루오로메틸설포닐)이미드(TFSI)를 갖는 비닐 모노머 이온성 액체가 합성될 수 있다.In one or more embodiments, classes of vinyl functionalized polymerizable imidazolium (Im), pyrrolidinium (Pyr) and piperidinium (Pip) cation-based monomer ILs are suitable for use as ionic polymer monomers. . A vinyl monomer ionic liquid with bis(trifluoromethylsulfonyl)imide (TFSI) as a counter ion can be synthesized.

가교제cross-linking agent

복합체 전해질은 또한 가교제를 포함하고, 본 개시의 중합 가능한 이온성 액체(IL) 모노머와 가교될 수 있고, 기계적 강도를 개선시키는 것을 돕는다. 가교제는 막의 가요성을 지시하는 역할을 한다. 가교제는 통상의 이작용성 분자(IL 모노머)일 수 있거나, 그것은 그 자체가 중합도리 수 있는 이온성 액체일 수 있다. 가교제(통상의 IL 모노머)의 이작용성 본질은 폴리머 사슬 사이에 브릿지를 생성시키지만; 가교제는 또한 성장하는 폴리머 사슬 내로 통합될 수 있다. 통상의 가교제는 둘 이상의 비닐 피쳐, 예컨대, 디비닐 벤젠, 디메타크릴레이트 및 디아크릴레이트를 갖는 모이어티를 포함한다. IL 모노머와 반응하는데 있어서, 가교성 이온성 액체는 두 폴리머 골격 사에에 브릿지를 형성시킬 수 있거나, 그것은 폴리머 골격에 통햅되어, 폴리머 자체의 이온 전도성을 증가시킬 수 있다. 이는 도 3에 도시되어 있으며, 가교제와 모노머 IL 각각이 더 빠른 Li+ 이온 수송을 가능하게 하는 에테르 기를 갖는다.The composite electrolyte also includes a crosslinking agent and can be crosslinked with the polymerizable ionic liquid (IL) monomers of the present disclosure, helping to improve mechanical strength. The crosslinking agent serves to dictate the flexibility of the membrane. The crosslinker can be a conventional bifunctional molecule (IL monomer) or it can be an ionic liquid capable of polymerizing itself. The bifunctional nature of the crosslinker (typical IL monomers) creates bridges between polymer chains; Crosslinkers can also be incorporated into the growing polymer chain. Common crosslinkers include moieties with two or more vinyl features, such as divinyl benzene, dimethacrylate and diacrylate. Upon reacting with the IL monomers, the crosslinkable ionic liquid can form a bridge between the two polymer backbones, or it can become integrated into the polymer backbone, increasing the ionic conductivity of the polymer itself. This is shown in Figure 3, where the crosslinker and monomeric IL each have an ether group that allows for faster Li + ion transport.

도 8은 리튬 이온과 상호작용할 수 있는 작용기 및 폴리머 내에서 가교될 수 있는 반응성 중합 가능한 작용기를 각각 함유하는 중합 가능한 IL 모노머 V-XVI의 분자 구조를 도시하고 있다. 도 8은 에테르 산소 작용성 모이어티를 갖는 비닐 피롤리디늄 양이온(모노머 V), 에테르 산소 작용성 모이어티를 갖는 비닐 피페리디늄 양이온(모노머 VI), 니트릴 작용성 모이어티를 갖는 스티렌 피롤리디늄 양이온(모노머 VII), 트리메틸 실릴 작용성 모이어티를 갖는 비닐 암모늄 양이온(모노머 VIII), 트리메틸 실릴 작용성 모이어티를 갖는 비닐 피페리디늄 양이온(모노머 IX), 니트릴 작용성 모이어티를 갖는 비닐 포스포늄 양이온(모노머 X), 니트릴 작용성 모이어티를 갖는 비닐 설포늄 양이온(모노머 XI), 트리메틸 실릴 작용성 모이어티를 갖는 비닐 포스포늄 양이온(모노머 XII), 트리메틸 실릴 작용성 모이어티를 갖는 비닐 설포늄 양이온(모노머 XIII), 카르보닐 작용성 모이어티를 갖는 비닐 피롤리디늄 양이온(모노머 XIV), 카르보닐 작용성 모이어티를 갖는 비닐 암모늄 양이온(모노머 XV), 에테르 산소 작용성 모이어티를 갖는 아크릴레이트 암모늄 양이온(모노머 XVI)을 포함하는 다양한 적합한 이작용성 중합 가능한 이온성 액체(IL) 모노머를 도시하고 있다.8 shows molecular structures of polymerizable IL monomers V-XVI, each containing a functional group capable of interacting with lithium ions and a reactive polymerizable functional group capable of crosslinking within the polymer. Figure 8 shows a vinyl pyrrolidinium cation having an ether oxygen functional moiety (monomer V), a vinyl piperidinium cation having an ether oxygen functional moiety (monomer VI), and a styrene pyrrolidinium having a nitrile functional moiety. cation (monomer VII), vinyl ammonium cation with trimethyl silyl functional moiety (monomer VIII), vinyl piperidinium cation with trimethyl silyl functional moiety (monomer IX), vinyl phosphonium with nitrile functional moiety cation (monomer X), vinyl sulfonium cation with nitrile functional moiety (monomer XI), vinyl phosphonium cation with trimethyl silyl functional moiety (monomer XII), vinyl sulfonium with trimethyl silyl functional moiety cation (monomer XIII), vinyl pyrrolidinium cation with carbonyl functional moiety (monomer XIV), vinyl ammonium cation with carbonyl functional moiety (monomer XV), acrylate with ether oxygen functional moiety A variety of suitable difunctional polymerizable ionic liquid (IL) monomers containing ammonium cations (monomer XVI) are shown.

아크릴레이트 가교제의 다양한 유형 Different Types of Acrylate Crosslinkers

Figure pct00001
Figure pct00001

본 개시는 이하 특이적 실시예를 참조로 하여 추가로 설명될 것이다. 이들 실시예는 예시를 위해서 주어지고 본 개시 또는 이하 청구범위를 제한하는 것을 의미하지 않음이 이해될 것이다. The present disclosure will be further explained with reference to specific examples below. It will be understood that these examples are given for illustrative purposes and are not meant to limit the disclosure or the claims below.

실시예 A - 비교예(CE) 1, CE 2, CE 3 및 실시예 1의 PEM 필름을 리튬 전도성 염, 모노머 IL, 가소제 및 가교제를 함유하는 포뮬레이션으로부터 제조하고, 광 개시제를 사용하여 UV 방사선에 의해서 중합시켰다. 가교제는 기계적 강도의 원인이 되는 반면에, 가소제는 염을 해리시키는 것을 도와서, 이온 전도성을 증가시킨다. 이의 이작용성 본질로 인해서, 모노머 IL은 PEM 필름의 이온 전도성과 기계적 특성 사이에 균형을 제공한다. PEM 필름의 개별적인 성분은 원심분리 혼합기를 사용하여 혼합되어 고도의 점성 폴리머 젤을 생성시킨다. 점성 폴리머 젤은 유리 플레이트 상이 드롭-캐스팅(drop-casting)되며, 플레이트는 UV 광 하에 통과되어 도 4에 도시된 바와 같은 50㎛ 두께를 갖는 PEM 필름을 생성시킨다. 도 4는 중합 가능한 IL 모노머를 사용하여 합성한 PEM 필름에서의 이온 전도 메커니즘을 예시하고 있다. 가교도는 UV 광 노출 시간 및 세기를 변화시킴으로써 조정될 수 있다.Example A - PEM films of Comparative Examples (CE) 1, CE 2, CE 3 and Example 1 were prepared from formulations containing a lithium conductive salt, monomeric IL, a plasticizer and a crosslinker and subjected to UV radiation using a photoinitiator. was polymerized by Crosslinkers contribute to mechanical strength, while plasticizers help dissociate salts, increasing ionic conductivity. Due to its bifunctional nature, the monomeric IL provides a balance between the ionic conductivity and mechanical properties of the PEM film. The individual components of the PEM film are mixed using a centrifugal mixer to create a highly viscous polymer gel. The viscous polymer gel is drop-casted onto a glass plate and the plate is passed under UV light to create a PEM film with a thickness of 50 μm as shown in FIG. 4 . Figure 4 illustrates the ionic conduction mechanism in PEM films synthesized using polymerizable IL monomers. The degree of crosslinking can be adjusted by varying the UV light exposure time and intensity.

표 A - 전해질 조성물Table A - Electrolyte composition

Figure pct00002
Figure pct00002

실시예 B - Im(비닐)메틸에틸-에테르-TFSI(ILB)의 합성Example B - Synthesis of Im(vinyl)methylethyl-ether-TFSI (ILB)

Figure pct00003
Figure pct00003

Figure pct00004
Figure pct00004

4차화 반응quaternization reaction

자성 교반 막대가 구비된 20 mL 바이알에, 1-비닐이미다졸을 첨가하였다. 실온(RT)에서 교반시키면서, 2-브로모에틸 메틸에테르를 첨가하였다. 발열이 관찰되지 않았다. 반응을 TLC(실리카겔 50% EtOAc/DCM)에 의해서 출발 비닐이미다졸에 대해서 모니터링하였다. 미반응된 비닐이미다졸이 근원(origin)으로부터 이동하지 않는 제품에 비해서 훨씬 더 적은 비율로 존재하였다. 호박색 혼합물을 RT에서 96 시간 동안 교반하였고, 점성 호박색 오일이 형성되었다. 수율: 호박색 오일, 5.0 g (>99%).In a 20 mL vial equipped with a magnetic stir bar, 1-vinylimidazole was added. While stirring at room temperature (RT), 2-bromoethyl methyl ether was added. No fever was observed. The reaction was monitored for starting vinylimidazole by TLC (silica gel 50% EtOAc/DCM). Unreacted vinylimidazole was present in much smaller proportions compared to product that did not migrate from the origin. The amber mixture was stirred at RT for 96 hours and a viscous amber oil formed. Yield: amber oil, 5.0 g (>99%).

복분해Metathesis

단계 1로부터의 디브로마이드를 함유하는 20 mL 바이알에, DI 물(20 mL)을 첨가하였고, 그 용액에, DI 물(10 mL) 중에 용해된 리튬 비스(트리플루오로메틸설포닐)이미드를 첨가하였다. 탁한 침전물이 즉각적으로 형성되었고, 그 후에, 호박색 액체 층을 물로부터 분리하였다. 혼합물을 RT에서 1 시간 동안 교반시켰다. 물 층을 따라내고, DCM(10 mL)를 첨가하고, 전체 혼합물을 분리 깔대기 내로 부었다. 유기층을 DI 물(2 x 10 mL)로 세척하고, 분리하고, MgSO4 상에서 건조시키고, 용매를 회전 증발에 의해서 스트리핑하였다. 수율: 옅은 호박색 오일, 7.8 g(84%).To the 20 mL vial containing the dibromide from Step 1, DI water (20 mL) was added, and to the solution, lithium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide dissolved in DI water (10 mL) was added. added. A turbid precipitate formed immediately, after which an amber liquid layer was separated from the water. The mixture was stirred at RT for 1 hour. The water layer was decanted, DCM (10 mL) was added and the whole mixture was poured into a separatory funnel. The organic layer was washed with DI water (2 x 10 mL), separated, dried over MgSO 4 and the solvent stripped by rotary evaporation. Yield: Pale amber oil, 7.8 g (84%).

FTIR: 3151, 1346, 1176, 1051 cm-1.FTIR: 3151, 1346, 1176, 1051 cm -1 .

H+ NMR: (CDC13) δ ppm 8.95(s, 1H), 7.59(s, 1H), 7.52(s, 1H), 7.13(q, 1H), 5.77(dd, 1H), 5.45(dd, 1H), 4.41(t, 2H), 3.74(t, 2H), 3.37(s, 3H). F19 NMR: (CDC13) δ ppm -79.03(s).H + NMR: (CDC1 3 ) δ ppm 8.95 (s, 1H), 7.59 (s, 1H), 7.52 (s, 1H), 7.13 (q, 1H), 5.77 (dd, 1H), 5.45 (dd, 1H) ), 4.41(t, 2H), 3.74(t, 2H), 3.37(s, 3H). F 19 NMR: (CDC1 3 ) δ ppm -79.03(s).

실시예 C - [Im(비닐)]2-트리에틸렌글리콜-TFSI(ILC)의 합성Example C - Synthesis of [Im(vinyl)]2-triethyleneglycol-TFSI (ILC)

Figure pct00005
Figure pct00005

Figure pct00006
Figure pct00006

디브로마이드로의 전환conversion to dibromide

자성 교반 막대, 물-냉각된 응축기, N2 유입구 및 열전쌍(thermocouple)이 구비된 100 mL 3-목 플라스크에, 트리에틸렌글리콜 및 DCM(30 mL)을 첨가하였다. 혼합물을 얼음/염 배쓰(ice/salt bath)에서 2℃로 냉각시켰다. 2℃에서 교반하면서, 포스포러스트리브로마이드를 주사기에 의해서 적가하였고, 11℃로의 최대 발열이 관찰되었다. 혼합물을 서서히 RT로 복귀시키고, 72 시간 동안 교반하였다. 담청색 용액을, DI 물(10 mL)이 첨가될 수 있을 때까지, 적가하여 켄칭(quenching)시켰다. 혼합물을 분리 깔대기 내로 부었다. 유기 상을 DCM으로 추출하고, 분리하고, MgSO4 상에서 건조시키고, 용매를 회전 증발에 의해서 스트리핑하였다. 수율: 무색 오일, 6.5 g, (71%).To a 100 mL 3-neck flask equipped with a magnetic stir bar, water-cooled condenser, N 2 inlet and thermocouple, triethylene glycol and DCM (30 mL) were added. The mixture was cooled to 2° C. in an ice/salt bath. While stirring at 2° C., phosphorus tribromide was added dropwise by syringe, and a maximum exotherm to 11° C. was observed. The mixture was slowly returned to RT and stirred for 72 hours. The light blue solution was quenched dropwise until DI water (10 mL) could be added. The mixture was poured into a separatory funnel. The organic phase was extracted with DCM, separated, dried over MgSO 4 and the solvent was stripped by rotary evaporation. Yield: colorless oil, 6.5 g, (71%).

4차화 반응Quaternization reaction

단계 A로부터의 혼합물을 함유하는 100 mL RB에, 1-비닐이미다졸을 첨가하였다. 발열이 관찰되지 않았고, 혼합물을 순수한 조건 하에 RT에서 7일 동안 교반시켰다. 혼합물이 옅은 백색 고형물(pale white solid)이 되었다. 고체를 DCM(30 mL)에 슬러리화시키고, 진공 여과에 의해서 수거하였다. 모액에서 미반응된 출발 재료 및 황색을 제거하였다. 수율: 옅은 백색 고형물, 8.8 g (81%).To 100 mL RB containing the mixture from step A, 1-vinylimidazole was added. No exotherm was observed and the mixture was stirred for 7 days at RT under neat conditions. The mixture became a pale white solid. The solid was slurried in DCM (30 mL) and collected by vacuum filtration. Unreacted starting material and yellow color were removed from the mother liquor. Yield: 8.8 g (81%) as a pale white solid.

복분해Metathesis

자성 교반 막대가 구비된 100 mL 병에, 단계 1로부터의 브로마이드를 DI 물(20 mL)에 용해시키고, 20 mL DI 물에 용해된 리튬 비스(트리플루오로메틸설포닐)이미드의 용액과 합하였다. 탁한 침전물이 신속하게 형성되었고 담황색 오일이 바닦에 침착되었다. 혼합물을 RT에서 2 시간 동안 교반시켰다. 물 층을 따라내고, DCM(20 mL)을 첨가하고, 전체 혼합물을 분리 깔대기 내로 부었다. 유기층을 DI 물(2 x 10 mL)로 세척하고, 분리하고, MgSO4 상에서 건조시키고, 용매를 회전 증발에 의해서 스트리핑하였다. 수율: 담황색 오일, 14.8 g (90%).In a 100 mL bottle equipped with a magnetic stir bar, dissolve the bromide from step 1 in DI water (20 mL) and combine with a solution of lithium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide in 20 mL DI water. did A turbid precipitate formed quickly and a pale yellow oil was deposited on the bottom. The mixture was stirred at RT for 2 h. The water layer was decanted, DCM (20 mL) was added and the whole mixture was poured into a separatory funnel. The organic layer was washed with DI water (2 x 10 mL), separated, dried over MgSO 4 and the solvent stripped by rotary evaporation. Yield: pale yellow oil, 14.8 g (90%).

FTIR: 3151, 1347, 1176, 1050 cm-1.FTIR: 3151, 1347, 1176, 1050 cm -1 .

H+NMR: (DMSO-d6) δ ppm 9.40(s, 2H), 8.18(t, 2H), 7.84(t, 2H), 7.30(q, 2H), 5.95(dd, 2H), 5.43(dd, 2H), 4.36(t, 4H), 3.77(t, 4H), 3.56(s, 4H). F19 NMR: (CDC13) δ ppm - 78.75(s).H + NMR: (DMSO-d6) δ ppm 9.40 (s, 2H), 8.18 (t, 2H), 7.84 (t, 2H), 7.30 (q, 2H), 5.95 (dd, 2H), 5.43 (dd, 2H), 4.36(t, 4H), 3.77(t, 4H), 3.56(s, 4H). F 19 NMR: (CDC13) δ ppm - 78.75(s).

이온 전도성은 이하 식을 사용한 나이퀴스트 플롯으로부터 얻은 PEM 필름의 버크 저항을 기반으로 하여 계산된다. 개시된 필름을 스웨즈락 셀 내의 상부 플런저와 하부 플런저 사이에 샌드위치시키고, 셀을 코인 셀보다 더 우수한 접촉을 위해서 밀폐 밀봉하여, 계면 저항을 저하시켰다. 도 5는 PEM 필름의 이온 전도성을 측정하기 위해서 사용되는 스웨즈락 셀의 개별적인 부품의 사진을 예시하고 있다.The ionic conductivity is calculated based on the buck resistance of the PEM film obtained from the Nyquist plot using the equation below. The disclosed film was sandwiched between the upper and lower plungers in a Swagelok cell and hermetically sealed the cell for better contact than a coin cell, reducing interfacial resistance. 5 illustrates photographs of individual components of a Swagelok cell used to measure the ionic conductivity of a PEM film.

Figure pct00007
Figure pct00007

상기 식에서, σ는 PEM 필름의 두께(t) 및 면적(A)을 사용하여 계산된 이온 전도성이고, R은 나이퀴스트 플롯으로부터 얻은 벌크 저항이다.In the above equation, σ is the ionic conductivity calculated using the thickness (t) and area (A) of the PEM film, and R is the bulk resistance obtained from the Nyquist plot.

표 B - 상이한 온도에서의 이온 전도성 데이터:Table B - Ion conductivity data at different temperatures:

Figure pct00008
Figure pct00008

PEM 필름에 대한 이온 전도성 데이터는 다양한 적용에서의 리튬-기반 전지에 대한 표준 작동 온도 조건인 것으로 여겨지는 25 내지 45℃의 온도 범위에서 보고된다. CE 1 필름에서의 어떠한 가소제 없이, 실온에서의 0.05 mS/cm 미만의 낮은 이온 전도성 값을 관찰할 수 있다. 이들 필름은 모노머 IL가 분자 구조에서 EO 기를 갖지 않는 ILA를 함유하는 필름보다 더 높은 가교제 로딩을 가져서 낮은 전도성 PEM을 생성시킨다. Li+ 이온 전도성 염을 증가시키고 가교제 농도를 최적화시키는 것은 CE 2 필름에 비해서 CE 3 필름에서 이온 전도성을 증가시킨다. 도 1에 도시된 바와 같이, ILB 및 ILC는 각각 모노-비닐 이미다졸 및 디-비닐 이미다졸 모이어티에 부착된 EO 기를 갖는다. 이는 IL에서 산소와 더 우수한 Li+ 이온 컨주게이션을 유도하여, 도 3에 도시된 바와 같은 더 신속한 이온 이동을 유도한다. 실시예 1 PEM은 3개의 반응성 사이트를 갖는 트리아크릴레이트 가교제 B를 사용하여 추가로 최적화되어, 더 많이 가교된 PEM 필름을 유도하고, 그에 따라서, 단지 10 중량%가 포뮬레이션에서 요구된다. 이온 전도성 값은 도 6에 도시될 수 있는 나이퀴스트 플롯을 사용하여 계산되고, CE 2 필름에 비해서 실시예 1 필름에 대해서 감소된 임피던스(impedance)(저항 = R)을 관찰할 수 있다. 도 6은 벌크 저항을 기반으로 하는 PEM 필름의 이온 전도성을 계산하기 위해서 사용되는 나이퀴스트 플롯을 도시하고 있다. 따라서, CE 3 PEM에서의 0.33 mS.cm-1으로부터 실시예 1 PEM에서의 0.82 mS.cm-1로의 실온(25℃) 이온 전도성 증가를 관찰할 수 있다(표 B). 이들은 어떠한 액체 또는 젤 성분 없는 고체 PEM 필름이며 실온에서 높은 이온 전도성 값을 달성할 수 있음을 주지하는 것이 중요하다.Ionic conductivity data for PEM films are reported over a temperature range of 25 to 45 °C, which is considered standard operating temperature conditions for lithium-based cells in various applications. Without any plasticizer in the CE 1 film, low ionic conductivity values of less than 0.05 mS/cm at room temperature can be observed. These films have higher crosslinker loadings than films containing ILAs in which the monomeric ILs do not have EO groups in their molecular structure, resulting in low conductivity PEMs. Increasing the Li + ion conducting salt and optimizing the crosslinker concentration increases the ionic conductivity in the CE 3 film compared to the CE 2 film. As shown in Figure 1, ILB and ILC have EO groups attached to mono-vinyl imidazole and di-vinyl imidazole moieties, respectively. This leads to better Li + ion conjugation with oxygen in the IL, leading to faster ion migration as shown in FIG. 3 . Example 1 PEM was further optimized using a triacrylate crosslinker B with 3 reactive sites, leading to a more crosslinked PEM film, thus only 10% by weight was required in the formulation. Ionic conductivity values are calculated using a Nyquist plot, which can be seen in FIG. 6, and a reduced impedance (resistance = R) can be observed for the Example 1 film compared to the CE 2 film. 6 shows a Nyquist plot used to calculate the ionic conductivity of a PEM film based on its bulk resistivity. Thus, an increase in room temperature (25° C.) ionic conductivity from 0.33 mS.cm −1 in CE 3 PEM to 0.82 mS.cm −1 in Example 1 PEM can be observed (Table B). It is important to note that these are solid PEM films without any liquid or gel component and can achieve high ionic conductivity values at room temperature.

통상의 액체 전해질은 매우 불량한 열적 안정성을 갖는 가연성 카르보네이트 공용매를 함유하며, 그에 따라서, 이들 전해질을 함유하는 Li-이온 전지는 안정성 문제가 있다. PEM 필름을 함유하는 모노머 IL의 열적 안정성을 연구하기 위해서, 본 발명의 발명자들은 열 중량 측정 분석(Thermogravimetric Analysis: TGA)을 수행하였다. 스캔을 5℃/분의 상승 속도로 20℃로부터 500℃의 온도 범위에서 수행하였다.Conventional liquid electrolytes contain flammable carbonate co-solvents with very poor thermal stability, and therefore Li-ion cells containing these electrolytes suffer from stability problems. To study the thermal stability of monomeric IL containing PEM films, we performed a thermogravimetric analysis (TGA). Scans were performed over a temperature range from 20°C to 500°C at a ramp rate of 5°C/min.

도 7은 고온에서 우수한 열적 안정성을 나타내는 실시예 1 PEM 필름에 비한 CE 2 및 CE 3 PEM 필름에 대한 TGA 데이터의 플롯을 도시하고 있다. CE 2 및 CE 3 뿐만 아니라, 실시예 1 PEM 필름은 250℃ 훨씬 초과의 우수한 열적 안정성을 가지며, 그에 따라서, 리튬-기반 전지의 안전성을 향상시킬 수 있다. 리튬-기반 전지에서의 본 개시에 따른 PEM의 사용은 광범위한 온도 범위에서 더 안전한 작동을 가능하게 할 것이다.7 shows a plot of TGA data for the CE 2 and CE 3 PEM films compared to the Example 1 PEM film showing good thermal stability at high temperatures. In addition to CE 2 and CE 3, the Example 1 PEM film has excellent thermal stability well above 250° C., and thus can improve the safety of lithium-based batteries. The use of PEMs according to the present disclosure in lithium-based cells will enable safer operation over a wide temperature range.

실시예 D - Im(비닐)-디에틸렌글리콜-모노에틸-에테르-TFSI (모노머 IL I)의 합성Example D - Synthesis of Im(vinyl)-diethyleneglycol-monoethyl-ether-TFSI (monomer IL I)

Figure pct00009
Figure pct00009

보로마이드로의 전환 conversion to boromide

자성 교반 막대, 물-냉각된 응축기, N2 유입구 및 열전쌍(thermocouple)이 구비된 100 mL 3-목 플라스크에, 디에틸렌글리콜-모노에틸-에테르 및 DCM(30 mL)을 첨가하였다. 혼합물을 얼음/염 배쓰(ice/salt bath)에서 2℃로 냉각시켰다. 2℃에서 교반하면서, 포스포러스트리브로마이드를 주사기에 의해서 적가하였고, 9℃로의 최대 발열이 관찰되었다. 혼합물을 서서히 RT로 복귀시키고, 18 시간 동안 교반하였다. 담청색 용액을, DI 물(10 mL)이 첨가될 수 있을 때까지, 적가하여 켄칭(quenching)시켰다. 혼합물을 분리 깔대기 내로 부었다. 유기 상을 DCM으로 추출하고, 분리하고, MgSO4 상에서 건조시키고, 용매를 회전 증발에 의해서 스트리핑하였다. 수율: 무색 오일, 5.1 g, (70%).To a 100 mL 3-neck flask equipped with a magnetic stir bar, water-cooled condenser, N 2 inlet and thermocouple, diethylene glycol-monoethyl-ether and DCM (30 mL) were added. The mixture was cooled to 2° C. in an ice/salt bath. While stirring at 2° C., phosphorus tribromide was added dropwise by syringe, and a maximum exotherm to 9° C. was observed. The mixture was slowly returned to RT and stirred for 18 hours. The light blue solution was quenched dropwise until DI water (10 mL) could be added. The mixture was poured into a separatory funnel. The organic phase was extracted with DCM, separated, dried over MgSO 4 and the solvent was stripped by rotary evaporation. Yield: colorless oil, 5.1 g, (70%).

4차화 반응quaternization reaction

단계 A로부터의 혼합물을 함유하는 20 mL 바이알에, 1-비닐이미다졸을 첨가하였다. 발열이 관찰되지 않았고, 혼합물을 순수한 조건 하에 RT에서 교반시켰다. 반응을 TLC(실리카 겔, 50% EtOAc/DCM)에 의해서 모니터링하였다. 미반응된 비닐이미다졸이 근원(origin)으로부터 이동하지 않는 제품에 비해서 훨씬 더 적은 비율로 존재하였다. 호박색 혼합물을 RT에서 9일 동안 교반하였고, 점성 옅은 호박색 오일이 형성되었다. 수율: 옅은 호박색 오일, 7.5 g (>99%).To the 20 mL vial containing the mixture from step A, 1-vinylimidazole was added. No exotherm was observed and the mixture was stirred at RT under neat conditions. The reaction was monitored by TLC (silica gel, 50% EtOAc/DCM). Unreacted vinylimidazole was present in much smaller proportions compared to product that did not migrate from the origin. The amber mixture was stirred at RT for 9 days and a viscous light amber oil was formed. Yield: Pale amber oil, 7.5 g (>99%).

복분해Metathesis

자성 교반 막대가 구비된 50 mL 병에, 단계 1로부터의 브로마이드를 DI 물(20 mL)에 용해시키고, 20 mL DI 물에 용해된 리튬 비스(트리플루오로메틸설포닐)이미드의 용액과 합하였다. 탁한 침전물이 신속하게 형성되었고 담황색 오일이 바닦에 침착되었다. 혼합물을 RT에서 2 시간 동안 교반시켰다. 물 층을 따라내고, DCM(20 mL)을 첨가하고, 전체 혼합물을 분리 깔대기 내로 부었다. 유기층을 DI 물(2 x 10 mL)로 세척하고, 분리하고, MgSO4 상에서 건조시키고, 용매를 회전 증발에 의해서 스트리핑하였다. 수율: 담황색 오일, 10.2 g (80%).In a 50 mL bottle equipped with a magnetic stir bar, dissolve the bromide from step 1 in DI water (20 mL) and combine with a solution of lithium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide in 20 mL DI water. did A turbid precipitate formed quickly and a pale yellow oil was deposited on the bottom. The mixture was stirred at RT for 2 h. The water layer was decanted, DCM (20 mL) was added and the whole mixture was poured into a separatory funnel. The organic layer was washed with DI water (2 x 10 mL), separated, dried over MgSO 4 and the solvent stripped by rotary evaporation. Yield: pale yellow oil, 10.2 g (80%).

FTIR: 3151, 1347, 1177, 1051 cm-1. FTIR: 3151, 1347, 1177, 1051 cm -1 .

H+ NMR: (CDC13) δ ppm 9.03(s, 1H), 7.63(t, 1H), 7.58(t, 1H), 7.10(q, 1H), 5.78(dd, 1H), 5.45(dd, 1H), 4.43(t, 2H), 3.86(t, 2H), 3.65(t, 2H), 3.58(t, 2H), 3.51(q, 2H), 1.19(t, 3H). F19 NMR: (CDC13) δ ppm -79.01(s).H + NMR: (CDC13) δ ppm 9.03 (s, 1H), 7.63 (t, 1H), 7.58 (t, 1H), 7.10 (q, 1H), 5.78 (dd, 1H), 5.45 (dd, 1H) , 4.43(t, 2H), 3.86(t, 2H), 3.65(t, 2H), 3.58(t, 2H), 3.51(q, 2H), 1.19(t, 3H). F 19 NMR: (CDC13) δ ppm -79.01(s).

실시예 E - Im(비닐)(2HImTEOS)-디에틸에테르-TFSI(모노머 IL II)의 합성Example E - Synthesis of Im(vinyl)(2HImTEOS)-diethylether-TFSI (monomer IL II)

Figure pct00010
Figure pct00010

4차화 반응quaternization reaction

자성 교반 막대가 구비된 20 mL 바이알에, 진공 하에 증류된 N-(3-트리에톡시실릴프로필)-4,5-디하이드로이미다졸, 무색 오일(포트(pot), 135℃; p, 0.25-0. llmmHg; 증기, 96-109℃) 및 1-비닐이미다졸 및 DCM(5 mL)을 첨가하였다. RT에서 교반시키면서, 비스(2-브로모에틸)에테르를 혼합물에 첨가하였다. 발열이 관찰되지 않았다. 반응을 TLC(실리카겔 50% EtOAc/DCM)에 의해서 출발 비닐이미다졸에 대해서 모니터링하였다. 미반응된 비닐이미다졸이 근원으로부터 이동하지 않는 제품에 비해서 훨씬 더 적은 비율로 존재하였다. 호박색 혼합물을 RT에서 5일 동안 교반하였고, 고도의 점성 호박색 젤이 형성되었다. 수율: 점성 호박색 젤, 3.2 g (>99%).In a 20 mL vial equipped with a magnetic stir bar, N-(3-triethoxysilylpropyl)-4,5-dihydroimidazole, colorless oil (pot, 135° C.; p, 0.25) distilled under vacuum. -0.llmmHg; steam, 96-109° C.) and 1-vinylimidazole and DCM (5 mL) were added. While stirring at RT, bis(2-bromoethyl)ether was added to the mixture. No fever was observed. The reaction was monitored for starting vinylimidazole by TLC (silica gel 50% EtOAc/DCM). Unreacted vinylimidazole was present in much smaller proportions compared to the product that did not migrate from the source. The amber mixture was stirred at RT for 5 days and a highly viscous amber gel was formed. Yield: viscous amber gel, 3.2 g (>99%).

복분해Metathesis

단계 1로부터의 디브로마이드를 함유하는 20 mL 바이알에, DI 물(20 mL)을 첨가하였고, 그 용액에, DI 물(10 mL) 중에 용해된 리튬 비스(트리플루오로메틸설포닐)이미드를 첨가하였다. 탁한 침전물이 즉각적으로 형성되었고, 그 후에, 담황색 오일 층을 물로부터 분리하였다. 혼합물을 RT에서 1 시간 동안 교반시켰다. 물 층을 따라내고, DCM(10 mL)를 첨가하고, 전체 혼합물을 분리 깔대기 내로 부었다. 유기층을 DI 물(2 x 10 mL)로 세척하고, 분리하고, MgSO4 상에서 건조시키고, 용매를 회전 증발에 의해서 스트리핑하였다. 수율: 호박색 오일, 4.2 g (79%).To the 20 mL vial containing the dibromide from Step 1, DI water (20 mL) was added, and to the solution, lithium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide dissolved in DI water (10 mL) was added. added. A cloudy precipitate formed immediately, after which a pale yellow oily layer was separated from the water. The mixture was stirred at RT for 1 hour. The water layer was decanted, DCM (10 mL) was added and the whole mixture was poured into a separatory funnel. The organic layer was washed with DI water (2 x 10 mL), separated, dried over MgSO 4 and the solvent stripped by rotary evaporation. Yield: amber oil, 4.2 g (79%).

FTIR: 2977, 1654, 1179, 1051 cm-1.FTIR: 2977, 1654, 1179, 1051 cm -1 .

H+ NMR: (CDC13) δ ppm 9.35(s, 2H), 8.15(s, 2H), 7.81(s, 2H), 7.26(q, 2H), 5.93(dd, 2H), 5.43(d, 2H), 4.38(m, 4H), 3.81(m, 4H). F19 NMR: (CDC13) δ ppm -78.88(s), -79.30(s).H + NMR: (CDC13) δ ppm 9.35 (s, 2H), 8.15 (s, 2H), 7.81 (s, 2H), 7.26 (q, 2H), 5.93 (dd, 2H), 5.43 (d, 2H) , 4.38 (m, 4H), 3.81 (m, 4H). F 19 NMR: (CDC13) δ ppm -78.88(s), -79.30(s).

실시예 F - Im(비닐)프로필-TMOS-TFSI(모노머 IL III)의 합성Example F - Synthesis of Im(vinyl)propyl-TMOS-TFSI (monomer IL III)

Figure pct00011
Figure pct00011

4차화 반응Quaternization reaction

자성 교반 막대가 구비된 20 mL 바이알에, 1-비닐이미다졸을 첨가하였다. RT에서 교반시키면서, (3-아이오도프로필)트리메톡시실란을 첨가하였다. 발열이 관찰되지 않았다. 반응을 TLC(실리카겔 50% EtOAc/DCM)에 의해서 출발 비닐이미다졸에 대해서 모니터링하였다. 미반응된 비닐이미다졸이 근원으로부터 이동하지 않는 제품에 비해서 훨씬 더 적은 비율로 존재하였다. 호박색 혼합물을 RT에서 4일 동안 교반하였고, 점성 호박색 오일이 형성되었다. 수율: 호박색 오일, 4.1 g (>99%).In a 20 mL vial equipped with a magnetic stir bar, 1-vinylimidazole was added. While stirring at RT, (3-iodopropyl)trimethoxysilane was added. No fever was observed. The reaction was monitored for starting vinylimidazole by TLC (silica gel 50% EtOAc/DCM). Unreacted vinylimidazole was present in much smaller proportions compared to the product that did not migrate from the source. The amber mixture was stirred at RT for 4 days and a viscous amber oil was formed. Yield: amber oil, 4.1 g (>99%).

복분해Metathesis

단계 1로부터의 디브로마이드를 함유하는 20 mL 바이알에, DI 물(20 mL)을 첨가하였고, 그 용액에, DI 물(10 mL) 중에 용해된 리튬 비스(트리플루오로메틸설포닐)이미드를 첨가하였다. 탁한 침전물이 즉각적으로 형성되었고, 그 후에, 호박색 액체 층을 물로부터 분리하였다. 혼합물을 RT에서 1 시간 동안 교반시켰다. 물 층을 따라내고, DCM(10 mL)를 첨가하고, 전체 혼합물을 분리 깔대기 내로 부었다. 유기층을 DI 물(2 x 10 mL)로 세척하고, 분리하고, MgSO4 상에서 건조시키고, 용매를 회전 증발에 의해서 스트리핑하였다. 수율: 옅은 호박색 오일, 5.4 g (95%).To the 20 mL vial containing the dibromide from Step 1, DI water (20 mL) was added, and to the solution, lithium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide dissolved in DI water (10 mL) was added. added. A turbid precipitate formed immediately, after which an amber liquid layer was separated from the water. The mixture was stirred at RT for 1 hour. The water layer was decanted, DCM (10 mL) was added and the whole mixture was poured into a separatory funnel. The organic layer was washed with DI water (2 x 10 mL), separated, dried over MgSO 4 and the solvent stripped by rotary evaporation. Yield: Pale amber oil, 5.4 g (95%).

FTIR: 2948, 1348, 1178, 1051 cm-1.FTIR: 2948, 1348, 1178, 1051 cm -1 .

H+ NMR: (CDC13) δ ppm 9.03(s, 1H), 7.62(t, 1H), 7.43(t, 1H), 7.15(q, 1H), 5.79(dd, 1H), 5.44(dd, 1H), 4.25(t, 2H), 3.57(s, 9H), 2.01(q, 2H), 0.63(t, 2H). F19 NMR: (CDC13) δ ppm -79.01(s).H + NMR: (CDC13) δ ppm 9.03 (s, 1H), 7.62 (t, 1H), 7.43 (t, 1H), 7.15 (q, 1H), 5.79 (dd, 1H), 5.44 (dd, 1H) , 4.25(t, 2H), 3.57(s, 9H), 2.01(q, 2H), 0.63(t, 2H). F 19 NMR: (CDC13) δ ppm -79.01(s).

실시예 G - Im(비닐)메틸부티레이트-TFSI(모노머 IL IV)의 합성Example G - Synthesis of Im(vinyl)methylbutyrate-TFSI (monomer IL IV)

Figure pct00012
Figure pct00012

4차화 반응 Quaternization reaction

자성 교반 막대가 구비된 20 mL 바이알에, 메틸-4-브로모부티레이트 및 1-비닐이미다졸을 첨가하였다. 발열이 관찰되지 않았다. 호박색 혼합물을 RT에서 7일 동안 교반하였고, 고도의 점성 호박색 젤이 형성되었다. 수율: 점성 호박색 젤, 5.8 g (>99%).To a 20 mL vial equipped with a magnetic stir bar, methyl-4-bromobutyrate and 1-vinylimidazole were added. No fever was observed. The amber mixture was stirred at RT for 7 days and a highly viscous amber gel was formed. Yield: viscous amber gel, 5.8 g (>99%).

복분해Metathesis

단계 1로부터의 디브로마이드를 함유하는 20 mL 바이알에, DI 물(20 mL)을 첨가하였고, 그 용액에, DI 물(10 mL) 중에 용해된 리튬 비스(트리플루오로메틸설포닐)이미드를 첨가하였다. 탁한 침전물이 즉각적으로 형성되었고, 그 후에, 담황색 오일 층을 물로부터 분리하였다. 혼합물을 RT에서 1 시간 동안 교반시켰다. 물 층을 따라내고, DCM(10 mL)를 첨가하고(단지 부분적으로 가용성), 전체 혼합물을 분리 깔대기 내로 부었다. 유기층을 DI 물(2 x 10 mL)로 세척하고, 분리하고, MgSO4 상에서 건조시키고, 용매를 회전 증발에 의해서 스트리핑하였다. 수율: 담황색 오일, 9.3 g (93%).To the 20 mL vial containing the dibromide from Step 1, DI water (20 mL) was added, and to the solution, lithium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide dissolved in DI water (10 mL) was added. added. A cloudy precipitate formed immediately, after which a pale yellow oily layer was separated from the water. The mixture was stirred at RT for 1 hour. The water layer was decanted, DCM (10 mL) was added (only partially soluble) and the whole mixture was poured into a separatory funnel. The organic layer was washed with DI water (2 x 10 mL), separated, dried over MgSO 4 and the solvent stripped by rotary evaporation. Yield: pale yellow oil, 9.3 g (93%).

FTIR: 3149, 1730, 1347, 1174 cm-1.FTIR: 3149, 1730, 1347, 1174 cm -1 .

H+ NMR: (CDC13) δ ppm 9.06(s, 1H), 7.62(s, 1H), 7.49(s, 1H), 7.13(q, 1H), 5.79(dd, 1H), 5.46(d, 1H), 4.34(t, 2H), ), 3.68(s, 3H) ), 2.44(t, 2H), 2.22(t, 2H). F19 NMR: (CDC13) δ ppm -78.99(s).H + NMR: (CDC13) δ ppm 9.06 (s, 1H), 7.62 (s, 1H), 7.49 (s, 1H), 7.13 (q, 1H), 5.79 (dd, 1H), 5.46 (d, 1H) , 4.34(t, 2H), ), 3.68(s, 3H) ), 2.44(t, 2H), 2.22(t, 2H). F 19 NMR: (CDC13) δ ppm -78.99(s).

비록, 다양한 구체예가 본원에서 상세히 도시되고 기재되었지만, 관련 분야에서의 통상의 기술자에게는 다양한 변형, 첨가, 및 치환 등이 본 개시의 사상을 벗어나지 않으면서 이루어질 수 있고 그에 따라서 이들은 이하 청구범위에서 정의되는 바와 같은 본 개시의 범위 내에 있는 것으로 여겨짐이 자명할 것이다.Although various embodiments have been shown and described in detail herein, various modifications, additions, and substitutions may be made to those skilled in the art without departing from the spirit of the present disclosure, and accordingly they are defined in the claims below. It will be apparent that it is considered to be within the scope of this disclosure as such.

Claims (20)

중합 가능한 폴리머 전해질 재료(PEM) 포뮬레이션(polymerizable polymer electrolyte material (PEM) formulation)으로서,
리튬 이온과 상호작용할 수 있는 작용기 및 가교될 수 있는 반응성 중합 가능한 작용기를 함유하는 중합 가능한 이온성 액체(IL) 모노머(polymerizable ionic liquid (IL) monomer);
리튬 이온 전도성 염;
가소제; 및
가교제를 포함하는, 중합 가능한 폴리머 전해질 재료(PEM) 포뮬레이션.
As a polymerizable polymer electrolyte material (PEM) formulation,
a polymerizable ionic liquid (IL) monomer containing a functional group capable of interacting with lithium ions and a reactive polymerizable functional group capable of being crosslinked;
lithium ion conducting salts;
plasticizer; and
A polymerizable polymer electrolyte material (PEM) formulation comprising a crosslinking agent.
제 1항에 있어서,
리튬 이온과 상호작용할 수 있는 작용기가 단일 결합 탄소-산소-탄소 구조를 포함하는, 중합 가능한 폴리머 전해질 재료(PEM) 포뮬레이션.
According to claim 1,
A polymerizable polymer electrolyte material (PEM) formulation comprising a single-bonded carbon-oxygen-carbon structure in which functional groups capable of interacting with lithium ions.
제 1항에 있어서,
리튬 이온과 상호작용할 수 있는 작용기가 에테르, 니트릴, 실릴, 플루오로알킬, 실록산, 설포네이트, 카르보네이트, 에스테르, 에틸렌 옥사이드 또는 이들의 조합물로부터 선택되는, 중합 가능한 폴리머 전해질 재료(PEM) 포뮬레이션.
According to claim 1,
A polymerizable polymer electrolyte material (PEM) formulation wherein the functional groups capable of interacting with lithium ions are selected from ethers, nitriles, silyls, fluoroalkyls, siloxanes, sulfonates, carbonates, esters, ethylene oxides, or combinations thereof. simulation.
제 1항에 있어서,
가교될 수 있는 반응성 중합 가능한 작용기가 비닐, 알릴, 아크릴레이트, 벤질비닐 및 아크릴로일로부터 선택된 기를 함유하는, 중합 가능한 폴리머 전해질 재료(PEM) 포뮬레이션.
According to claim 1,
A polymerizable polymer electrolyte material (PEM) formulation wherein the reactive polymerizable functional group capable of crosslinking contains a group selected from vinyl, allyl, acrylate, benzylvinyl and acryloyl.
제 1항에 있어서,
가교될 수 있는 반응성 중합 가능한 작용기가 질소 양이온 모이어티, 인 양이온 모이어티 및 황 양이온 모이어티 중 적어도 하나를 함유하는, 중합 가능한 폴리머 전해질 재료(PEM) 포뮬레이션.
According to claim 1,
A polymerizable polymer electrolyte material (PEM) formulation wherein the crosslinkable reactive polymerizable functional group contains at least one of a nitrogen cation moiety, a phosphorus cation moiety, and a sulfur cation moiety.
제 5항에 있어서,
질소 양이온 모이어티가 이미다졸륨, 암모늄, 피리디늄, 피페리디늄, 피롤리디늄, 아제피늄, 및 모르폴리늄 모이어티로 이루어진 군으로부터 선택되는, 중합 가능한 폴리머 전해질 재료(PEM) 포뮬레이션.
According to claim 5,
A polymerizable polymer electrolyte material (PEM) formulation wherein the nitrogen cation moiety is selected from the group consisting of imidazolium, ammonium, pyridinium, piperidinium, pyrrolidinium, azepinium, and morpholinium moieties.
제 5항에 있어서,
황 양이온 모이어티가 설포늄 모이어티로 이루어진 군으로부터 선택되는, 중합 가능한 폴리머 전해질 재료(PEM) 포뮬레이션.
According to claim 5,
A polymerizable polymer electrolyte material (PEM) formulation wherein the sulfur cationic moiety is selected from the group consisting of sulfonium moieties.
제 5항에 있어서,
인 양이온 모이어티가 포스포늄 모이어티로 이루어진 군으로부터 선택되는, 중합 가능한 폴리머 전해질 재료(PEM) 포뮬레이션.
According to claim 5,
A polymerizable polymer electrolyte material (PEM) formulation wherein the phosphorus cationic moiety is selected from the group consisting of phosphonium moieties.
제 1항에 있어서,
리튬 이온 전도성 염이 포뮬레이션의 10 중량% 내지 50 중량%의 범위로 존재하는, 중합 가능한 폴리머 전해질 재료(PEM) 포뮬레이션.
According to claim 1,
A polymerizable polymer electrolyte material (PEM) formulation wherein the lithium ion conductive salt is present in a range of 10% to 50% by weight of the formulation.
제 1항에 있어서,
가소제가 포뮬레이션의 5 중량% 내지 50 중량%의 범위로 존재하는, 중합 가능한 폴리머 전해질 재료(PEM) 포뮬레이션.
According to claim 1,
A polymerizable polymer electrolyte material (PEM) formulation wherein the plasticizer is present in the range of 5% to 50% by weight of the formulation.
제 9항에 있어서,
가소제가 실온 이온성 액체(RTIL)인, 중합 가능한 폴리머 전해질 재료(PEM) 포뮬레이션.
According to claim 9,
A polymerizable polymer electrolyte material (PEM) formulation wherein the plasticizer is a room temperature ionic liquid (RTIL).
제 1항에 있어서,
중합 가능한 이온성 액체(IL) 모노머가 포뮬레이션의 0.1 중량% 내지 50 중량%의 범위로 존재하는, 중합 가능한 폴리머 전해질 재료(PEM) 포뮬레이션.
According to claim 1,
A polymerizable polymer electrolyte material (PEM) formulation wherein the polymerizable ionic liquid (IL) monomer is present in a range from 0.1% to 50% by weight of the formulation.
제 1항에 있어서,
가교제가 포뮬레이션의 10 중량% 내지 50 중량%의 범위로 존재하는, 중합 가능한 폴리머 전해질 재료(PEM) 포뮬레이션.
According to claim 1,
A polymerizable polymer electrolyte material (PEM) formulation wherein the crosslinker is present in a range of 10% to 50% by weight of the formulation.
제 1항에 있어서,
가교제가 모노-, 디- 및 트리-아크릴레이트 및 모노-, 디- 및 트리-메타크릴레이트 중 적어도 하나를 포함하는, 중합 가능한 폴리머 전해질 재료(PEM) 포뮬레이션.
According to claim 1,
A polymerizable polymer electrolyte material (PEM) formulation, wherein the crosslinker comprises at least one of mono-, di- and tri-acrylates and mono-, di- and tri-methacrylates.
제 1항에 있어서,
포뮬레이션의 0.1 중량% 내지 5 중량%의 범위의 중합 개시제를 추가로 포함하는, 중합 가능한 폴리머 전해질 재료(PEM) 포뮬레이션.
According to claim 1,
A polymerizable polymer electrolyte material (PEM) formulation, further comprising a polymerization initiator in the range of 0.1% to 5% by weight of the formulation.
고체 폴리머 전해질로서,
리튬 이온 전도성 염;
가소제; 및
리튬 이온과 상호작용할 수 있는 작용기를 가지며 복수의 펜던트 기(pendant group)를 갖는 폴리머 골격을 포함하는 가교된 이온성 액체 (IL) 매트릭스를 포함하고,
복수의 양이온 모이어티가 폴리머 골격의 복수의 펜던트 기 중 하나 이상에 결합되고, 양이온성 모이어티가 질소 양이온 모이어티, 인 양이온 모이어티, 및 황 양이온 모이어티 중 적어도 하나인, 고체 폴리머 전해질.
As a solid polymer electrolyte,
lithium ion conducting salts;
plasticizer; and
A cross-linked ionic liquid (IL) matrix comprising a polymer backbone having a plurality of pendant groups and having a functional group capable of interacting with lithium ions;
A solid polymer electrolyte, wherein a plurality of cationic moieties are bonded to one or more of the plurality of pendant groups of the polymer backbone, and wherein the cationic moiety is at least one of a nitrogen cation moiety, a phosphorus cation moiety, and a sulfur cation moiety.
제 16항에 있어서,
매트릭스가 이작용성 이온성 액체 가교를 포함하는, 고체 폴리머 전해질.
According to claim 16,
A solid polymer electrolyte wherein the matrix comprises a bifunctional ionic liquid crosslink.
제 16항의 전해질에서 서로 떨어져 있는 양극 및 음극을 포함하는 전기 화학적 셀.17. An electrochemical cell comprising an anode and a cathode spaced from each other in the electrolyte of claim 16. 고체 폴리머 전해질을 제조하는 방법으로서,
a. 반응 혼합물을 형성시키되,
i. 리튬 이온과 상호작용할 수 있는 적어도 하나의 작용기 및, 질소 양이온 모이어티, 인 양이온 모이어티 및 황 양이온 모이어티 중 적어도 하나를 함유하는, 모노머를 가교시킬 수 있는 반응성 중합 가능한 작용기를 함유하는 중합 가능한 이온성 액체 (IL) 모노머,
ii. 리튬 이온 전도성 염,
iii. 가소제,
iv. 중합 개시제 및
v. 가교제를 포함하는, 반응 혼합물을 형성시키고;
b. 반응 혼합물에서 중합을 개시시켜 고체 PEM을 형성시킴을 포함하고,
여기에서, 이온성 액체 (IL) 모노머가 PEM의 폴리머 코어의 일부를 형성시키는, 고체 폴리머 전해질을 제조하는 방법.
As a method for producing a solid polymer electrolyte,
a. form a reaction mixture,
i. A polymerizable ion containing at least one functional group capable of interacting with lithium ions and a reactive polymerizable functional group capable of crosslinking monomers containing at least one of a nitrogen cation moiety, a phosphorus cation moiety and a sulfur cation moiety. sex liquid (IL) monomer,
ii. lithium ion conductive salt;
iii. plasticizer,
iv. polymerization initiator and
v. forming a reaction mixture, comprising a crosslinking agent;
b. Initiating polymerization in the reaction mixture to form a solid PEM;
A method of making a solid polymer electrolyte wherein an ionic liquid (IL) monomer forms part of the polymer core of the PEM.
제 19항에 있어서,
중합 반응이 자외선 광 에너지, 열, 전자 충격(electron bombardment), 및 마이크로파 에너지로 이루어진 군으로부터 선택된 에너지의 공급원에 의해서 개시되는, 방법.
According to claim 19,
A method wherein the polymerization reaction is initiated by a source of energy selected from the group consisting of ultraviolet light energy, heat, electron bombardment, and microwave energy.
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