KR20230022324A - Thf 기반 전해질 및 이를 포함하는 리튬 금속 전지 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 THF 기반 전해질 및 이를 포함하는 리튬 금속 전지에 관한 것이다.

Description

THF 기반 전해질 및 이를 포함하는 리튬 금속 전지 {THF-based electrolyte and lithium metal batteries containing thereof}
본 발명은 THF 기반 전해질 및 이를 포함하는 리튬 금속 전지에 관한 것이다.
최근, 리튬 금속 전지를 상용화하기 위한 다양한 전략들이 연구되고 있다. 이러한 연구 중 리튬 음극 상에 기계적으로 튼튼하면서 화학적으로 안정하며, 이온의 이동을 방해하지 않는 SEI(Solid-Electrolyte Interface)를 만드는 연구가 가장 활발하게 이루어지고 있다. 이러한 연구는 대표적으로 고농도 전해질(High Concentration Electrolyte, HCE), 국소 고농도 전해질(Localized High Concentration Electrolyte, LHCE), 및 여러 종류의 리튬염 혼합물 또는 유기혼합물을 첨가제로 사용하는 사례를 들 수 있다.
그러나, 상기한 방법 중 고농도 전해질은 일반적으로 높은 점도로 인해 3 mS/cm 미만의 낮은 이온전도도를 가지고 있으며, 전극에 대한 젖음성이 좋지 않아 전해질의 함침 성능이 낮은 문제점이 있다.
상기한 문제점은 단순히 성능을 끌어내리는 것에서 그치는 것이 아니라, 고전압 양극과 리튬 금속 음극의 양립을 불가능하게 만든다는 점에서 매우 심각하다. 리튬 금속 음극을 사용하기 위해서는 리튬 덴드라이트의 성장을 억제하기 위해 내구성이 좋은 SEI(Solid-Electrolyte Interface)를 형성하며, 점도가 높은 고농도 전해질이 우수한 면모를 보이나, 상기한 낮은 젖음성으로 인해 고전압 충전 시 양극활물질의 상 균형이 무너져 격자구조 변화를 일으킬 수 있다.
반대로, 양극에 대한 젖음성이 좋은 고농도 전해질의 용매는 대부분 리튬 금속과의 반응성이 좋거나, 전기화학적 내구성이 좋지 않은 유기질의 SEI를 형성하거나, 리튬 금속상의 덴드라이트 성장이 가속화되는 문제점이 있다.
상기한 문제점을 해결하는 방법으로 국소 고농도 전해질의 개념이 제시되었으나, 이러한 국소적인 고농도를 달성하기 위해 혼합하는 불활성 용매가 비록 활성도가 낮다고는 하나, 높은 전압에 지속적으로 노출됨으로써 결국 부반응을 일으켜 전지의 성능을 떨어뜨리는 문제가 있다.
따라서, 본 발명에서는 상기한 문제점을 해결하기 위하여, 고농도 전해질을 사용함으로써 점도 증가로 인한 이온 전도도 감소를 최소화하며, 젖음성이 좋아 양극활물질의 부하를 낮출 수 있는 THF 기반 전해질 및 이를 포함하는 리튬 금속 전지를 제공하고자 한다.
(0001) 대한민국 등록특허 제10-1717790호 (2009. 07. 27.)
(0001) Koch et al, Journal of Electrochemical Society, 1978, vol. 125, No. 9, 1371 - 1377. (0002) J. Qian et al, Nature Communications, 2015, 6, 6362.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 THF 기반 전해질 및 이를 포함하는 리튬 금속 전지를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 양태는 리튬염 및 THF(Tetrahydrofuran)를 포함하는 리튬 금속 전지용 전해액에 관한 것이다.
상기 일 양태에 있어, THF 중 상기 리튬염 및 THF의 용매화(solvation)에 참여하지 않은 THF 자유 용매의 몰분율이 20% 미만인 것을 특징으로 하는 것일 수 있다.
상기 일 양태에 있어, 상기 리튬 금속 전지용 전해액은 상기 리튬염 및 THF의 용매화(solvation)에 의해 리튬이온, 음이온 및 용매가 응집된 이온 복합체(Ion Complexes)를 포함하는 것을 특징으로 하는 것일 수 있다.
상기 일 양태에 있어, 상기 이온 복합체는 제1종 이온 복합체, 제2종 이온 복합체 및 제3종 이온 복합체를 포함하는 것을 특징으로 하는 것일 수 있다.
상기 일 양태에 있어, 상기 제1종 이온 복합체는 음이온 1개당 리튬이온 1개를 포함하는 것을 특징으로 하는 것일 수 있다.
상기 일 양태에 있어, 상기 제2종 이온 복합체는 음이온 1개당 리튬이온 2개를 포함하는 것을 특징으로 하는 것일 수 있다.
상기 일 양태에 있어, 상기 제3종 이온 복합체는 음이온 1개당 리튬이온 3개를 포함하는 것을 특징으로 하는 것일 수 있다.
상기 일 양태에 있어, 상기 이온 복합체 중 상기 제3종 이온 복합체의 몰분율이 5 내지 40%로 형성되는 것일 수 있다.
상기 일 양태에 있어, 상기 리튬 금속 전지용 전해액은 25℃에서 2 내지 20mS/cm의 이온전도도를 갖는 것 일 수 있다.
상기 일 양태에 있어, 상기 리튬 금속 전지용 전해액은 25℃에서 0.1 내지 60cP의 점도를 가지는 것일 수 있다.
상기 일 양태에 있어, 상기 리튬 금속 전지용 전해액은 25℃에서 0.30 내지 0.65의 리튬이온 전달 상수(Li ion transference number)를 갖는 것일 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 일 양태는 상기 리튬 금속 전지용 전해액을 포함하는 리튬 금속 전지에 관한 것이다.
본 발명에 따른 리튬 금속 전지용 전해액은 매우 높은 충방전 효율과 방전용량을 갖는 리튬 금속 전지를 제공한다.
도 1은 이온 복합체의 개략도이다.
도 2는 본 발명에서 제공하는 전해질에 존재하는 이온 복합체의 비율을 나타낸 그래프이다.
도 3은 본 발명에서 제공하는 전해질의 라만 분광 그래프이다.
도 4는 25℃에서 본 발명에서 제공하는 전해질의 몰농도에 따른 이온전도도-점도 그래프이다.
도 5는 상용 액체 전해질을 사용한 리튬||구리 전지의 충방전 그래프이다.
도 6은 1.0M LiFSI-THF 전해질을 사용한 리튬||구리 전지의 충방전 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 전해질을 사용한 리튬||구리 전지의 충방전 그래프이다.
도 8은 리튬||구리 전지의 충방전 효율을 나타낸 그래프이다.
도 9는 리튬||리튬 대칭 전지의 사이클 안정성을 시험한 그래프이다.
도 10은 상용 액체 전해질을 사용한 리튬||리튬 대칭 전지의 방치 시간에 따른 EIS(Electrochemical Impedance Spectroscopy) 그래프이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 전해질을 사용한 리튬||리튬 대칭 전지의 방치 시간에 따른 EIS 그래프이다.
도 12는 상용 액체 전해질을 사용한 리튬||리튬 대칭 전지의 충방전 사이클 횟수에 따른 EIS(Electrochemical Impedance Spectroscopy) 그래프이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 전해질을 사용한 리튬||리튬 대칭 전지의 충방전 사이클 횟수에 따른 EIS(Electrochemical Impedance Spectroscopy) 그래프이다.
도 14는 상용 액체 전해질을 사용한 리튬||리튬 대칭 전지의 사이클 안정성 시험을 진행한 후 SEM(Scanning Electron Microscope)으로 촬영한 리튬 전극의 표면 사진이다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 전해질을 사용한 리튬||리튬 대칭 전지의 사이클 안정성 시험을 진행한 후 SEM(Scanning Electron Microscope)으로 촬영한 리튬 전극의 표면 사진이다.
도 16은 LFP(LiFePO4)||리튬 전지를 1.0C-rate로 충방전할 경우 충방전 효율 및 방전용량을 나타낸 그래프이다.
도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 전해질을 포함하는 LFP(LiFePO4)||리튬 전지를 2.0C-rate로 충전 및 1.0C-rate로 방전할 경우 충방전 효율 및 방전용량을 나타낸 그래프이다.
도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 전해질로부터 형성된 SEI에 존재하는 탄소의 1s 오비탈에 관한 XPS(X-ray Photoelectron Scattering) 측정 결과이다.
도 19는 본 발명의 일 실시예에 따른 전해질로부터 형성된 SEI에 존재하는 불소의 1s 오비탈에 관한 XPS 측정 결과이다.
도 20은 상용 액체 전해질로부터 형성된 SEI에 존재하는 탄소의 1s 오비탈에 관한 XPS측정 결과이다.
도 21은 상용 액체 전해질로부터 형성된 SEI에 존재하는 불소의 1s 오비탈에 관한 XPS측정 결과이다.
도 22는 THF 용매, FSI- 자유 이온, 제1종 이온 복합체 및 제2종 이온 복합체의 에너지를 분자모델링으로부터 DFT(Discrete Fourier Transform)를 통해 계산하여 HOMO(Highest Occupied Molecular Orbital)와 LUMO(Lowest Unoccupied Molecular Orbital)를 나타낸 결과이다.
이하 본 발명에 따른 THF 기반 전해질 및 이를 포함하는 리튬 금속 전지에 대하여 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 도면들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 제시되는 도면들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있으며, 이하 제시되는 도면들은 본 발명의 사상을 명확히 하기 위해 과장되어 도시될 수 있다. 이때, 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다.
본 발명은 리튬염 및 THF(Tetrahydrofuran)를 포함하는 리튬 금속 전지용 전해액에 관한 것이다.
상기 전해액은 25℃에서 THF 중 상기 리튬염 및 THF의 용매화(solvation)에 참여하지 않은 THF 자유 용매의 몰 분율이 20% 미만인 것을 특징으로 하는 것일 수 있다. THF 자유 용매는 음극 상에서 환원되어 기계적 물성이 좋지 않은 SEI를 형성하므로 전지 수명에 악영향을 끼치나, 적정량 존재함으로써 이온전도도 및 점도에 긍정적인 영향을 끼칠 수 있기에 상기와 같은 범위에서 조절하는 것이 바람직하다.
상기 리튬염은 Li-FSI(Lithium bis(fluorosulfonyl)imide), Li-TFSI(Lithium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide), Li-BOB(Lithium bis(oxalato)borate), Li-DFOB(Lithium difluoro(oxalato)borate), Li-TDI(Lithium 4,5-dicyano-2-(trifluoromethyl)imidazolide), Li-PDI(Lithium 4,5-dicyano-2-(pentafluoroethyl)imidazolide) 및 Li-HDI(Lithium 4,5-dicyano-2-(n-heptafluoropropyl)imidazolide) 등으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상일 수 있다. 이때, Li-FSI를 사용하는 것이 음이온의 부반응이 적어 바람직하다.
상기 리튬 금속 전지용 전해액은 상기 리튬염 및 THF의 용매화(solvation)에 의해 리튬이온, 음이온 및 용매가 응집된 이온 복합체(Ion Complexes)를 포함하는 것을 특징으로 하는 것일 수 있다.
상기 이온 복합체의 형태는 이온 간의 거리 또는 용매와 이온 간의 결합 상태에 따라 세분화할 수 있다.
먼저, 각 단일 이온을 용매가 완전히 감싸며, 양이온 복합체 및 음이온 복합체로 완전히 나뉘어 서로 간섭이 없는 자유 이온(Free ion) 형태가 있다.
다음으로, 각 단일 이온을 용매가 완전히 감싸며, 양이온 복합체 및 음이온 복합체로 나뉘어 있으나, 상기 양이온 복합체 및 음이온 복합체를 감싸는 용매 부분끼리 맞닿아 있는 용매 분리 이온 쌍(Solvent-free ion pair) 형태가 있다.
다음으로, 각 단일 이온을 용매가 완전히 감싸고 있으나, 일부 용매를 공유하는 용매 브릿지 이온 쌍(Solvent-bridged ion pair) 형태가 있다.
다음으로, 양이온 및 음이온이 직접 맞닿아 있으며, 그 외부를 용매가 감싸는 접촉 이온 쌍(Contact ion pair) 형태가 있다.
전술한 이온 복합체의 형태는 단일 양이온과 단일 음이온을 중심으로 서술한 것으로, 본 발명에서 언급하는 이온 복합체는 상기 형태 이외에 복수의 이온을 포함하는 형태일 수 있다.
구체적으로, 본 발명에서 언급하는 이온 복합체는 제1종 이온 복합체, 제2종 이온 복합체 및 제3종 이온 복합체를 포함하는 것을 특징으로 하는 것일 수 있다.
상기 제1종 이온 복합체는 음이온 1개당 리튬이온 1개를 포함하는 것을 특징으로 하는 것일 수 있다. 이때, 상기 제1종 이온 복합체는 전술한 접촉 이온 쌍의 형태일 수 있으며, 하나의 제1종 이온 복합체는 음이온 1개, 리튬이온 1개 및 THF 분자 6개가 응집되어 이루어진 것일 수 있다.
상기 제2종 이온 복합체는 음이온 1개당 리튬이온 2개를 포함하는 것을 특징으로 하는 것일 수 있다. 이때, 하나의 제2종 이온 복합체는 리튬이온 2개 및 THF 분자 4개가 하나의 음이온을 중심으로 응집되어 형성되는 것일 수 있다.
상기 제3종 이온 복합체는 음이온 1개당 리튬이온 3개를 포함하는 것을 특징으로 하는 것일 수 있다. 이때, 하나의 제3종 이온 복합체는 리튬이온 3개 및 THF 분자 3개가 하나의 음이온을 중심으로 응집되어 형성되는 것일 수 있다.
본 발명에서 제공하는 THF 기반 전해액은 25℃에서 이온 복합체 중 상기 제3종 이온 복합체의 몰분율이 5 내지 40%로 형성되는 것일 수 있다. 이때, 바람직하게는 15 내지 38%, 더욱 바람직하게는 25 내지 35%의 몰분율로 형성되는 것일 수 있다. 이와 같은 범위에서 제3종 이온 복합체가 포함됨으로써 상기 THF 자유 용매의 몰분율을 조정하여 전해액으로부터 형성되는 SEI의 기계적 물성을 더욱 향상할 수 있다.
바람직하게, 상기 전해액은 제1종 이온 복합체를 30 내지 55%, 제2종 이온 복합체를 15 내지 40%, 제3종 이온복합체를 5 내지 40% 및 THF 자유 용매를 0 이상 20 미만의 몰분율로 포함하는 것일 수 있다. 이와 같은 범위를 만족함으로써 SEI 형성 시 THF 자유 용매의 관여도를 낮추어 리튬 금속 표면의 전기화학적 안정성을 더욱 향상할 수 있다.
상기 THF 기반 전해액의 몰농도는 0.1 내지 5.0M일 수 있다. 이때, 바람직하게는 1.0 내지 4.5M일 수 있으며, 더욱 바람직하게는 2.7 내지 4.0M일 수 있다. 이와 같은 범위에서 이온 복합체의 몰분율이 최적화되어 좋은 성능을 발휘할 수 있다.
상기 리튬 금속 전지용 전해액은 25℃에서 2 내지 20mS/cm의 이온전도도를 갖는 것 일 수 있다. 이때, 2.5 내지 15mS/cm의 이온전도도를 갖는 것이 바람직하며, 3 내지 10mS/cm의 이온전도도를 갖는 것이 더욱 바람직하다. 이와 같은 범위의 이온전도도를 가질 때 상기 THF 자유 용매의 몰분율이 최적화되는 것일 수 있다.
상기 리튬 금속 전지용 전해액은 25℃에서 0.1 내지 60cP의 점도를 가지는 것일 수 있다. 이때, 4 내지 55cP의 점도를 가지는 것이 바람직하며, 10 내지 50cP의 점도를 가지는 것이 더욱 바람직하다. 이와 같은 범위에서 점도를 가질 때 기계적 물성이 뛰어난 SEI를 형성하는 제1종, 제2종 및 제3종 이온 복합체가 THF 자유 용매보다 우선적으로 반응할 수 있다.
상기 일 양태에 있어, 상기 리튬 금속 전지용 전해액은 25℃에서 0.30 내지 0.65의 리튬이온 전달 상수(Li ion transference number)를 갖는 것일 수 있다. 리튬이온 전달 상수는 충방전 시 전체 전하에서 리튬이온이 차지하는 양을 나타내는 것으로, 리튬이온 전달 상수가 높을수록 전지의 효율이 높고, 전해질에 포함된 물질 중 리튬을 제외한 물질로 인해 발생하는 부반응이 적어진다.
또한, 본 발명은 상기 리튬 금속 전지용 전해액을 포함하는 리튬 금속 전지를 제공한다.
상기 리튬 금속 전지는 양극, 음극 및 분리막을 더 포함하는 것일 수 있다.
상기 양극은 양극활물질, 도전재, 바인더 및 양극 집전체를 포함하는 것일 수 있다.
상기 양극활물질은 리튬을 포함하는 금속산화물로써, 구체적으로 LiFePO4, LiMnPO4, LiCoPO4, LiFe1-xMxPO4(M은 2가 또는 3가 전이금속), LiCoO2, LiMnO2, LiNiO2 LiMn2O4, LiNi1-xCoxO2, LiNixCoyMnzO2(x+y+z=1), LiNixCoyAlzO2(x+y+z=1), LiNixMnyMtzO2 (x+y+z=1, Mt는 2가 또는 3가 전이금속), Li1.2Ni0.13Co0.13-xMn0.54AlxO2(1-y)F2y(x, y는 서로 독립적인 0 내지 0.05인 실수), Li1.2Mn(0.8-a)MtaO2 (Mt는 2가 또는 3가 전이금속), a(Li2MnO3)b(LiNixCoyMnzO2)(a+b=1, x+y+z=1), Li2Nt1-xMtxO3 (Nt는 2가, 3가 또는 4가 전이금속, Mt는 2가 또는 3가 전이금속), Li1+xNty-zMtzO2 (Nt는 Ti 또는 Nb, Mt는 V, Ti, Mo 또는 W), LixMt2-xO2 (Mt는 Ti, Zr, Nb, Mn 등의 전이금속) 및 Li2O/Li2Ru1-xMtxO3 (Mt는 Ti, Zr, Nb, Mn 등의 전이금속) 등으로 이루어진 리튬을 포함하는 전이금속 산화물 군에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물을 사용할 수 있으나, 이는 일 예시일 뿐 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 도전재는 전극에 도전성을 부여하기 위해 사용되는 것으로써, 화학적 안정성이 뛰어나며 전자 전도성을 갖는 것을 사용한다. 구체적인 예로는 흑연, 카본 블랙, 슈퍼 피, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 서머 블랙, 탄소섬유, 탄소나노튜브, 탄소나노와이어, 그래핀, 흑연화 메조카본 마이크로비드, 풀러렌 및 비정질탄소 등의 탄소계 물질; 구리, 니켈, 알루미늄, 은 등의 금속 분말 또는 금속 섬유; 산화아연 및 티탄산 칼륨 등의 도전성 위스커; 산화 티탄 등의 도전성 금속산화물; 및 폴리페닐렌 유도체 등의 전도성 고분자 등을 들 수 있으며, 이 중 하나 또는 둘 이상의 혼합물을 사용할 수 있으나, 이는 일 예시일 뿐 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 바인더는 양극활물질, 도전재 및 양극집전체 간에 접착성을 부여하는 것으로, 구체적인 예로는 폴리비닐리덴플루오라이드(PVdF), 폴리이미드(PI), 플루오르폴리이미드(FPI), 폴리아크릴산(PAA), 폴리비닐알코올(PVA), 카르복시메틸셀룰로스(CMC), 전분, 히드록시프로필 셀룰로스, 재생 셀룰로스, 폴리비닐피롤리돈(PVP), 테트라플루오로에틸렌(PTFE), 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 풀리우레탄, 에틸렌-프로필렌-디엔 폴리머(EPDM), 술폰화 에틸렌-프로필렌-디엔 폴리머(S-EPDM), 스타이렌-부타디엔 고무(SBR), 불소 고무 또는 이들의 공중합체, 알긴 등을 들 수 있으며, 이 중 선택된 어느 하나 이상이 사용될 수 있으나, 이는 일 예시일 뿐 반드시 이에 제한되지는 않는다.
상기 양극 집전체는 양극활물질과 전원 사이에 전기적 통로를 제공하는 것으로, 알루미늄박 또는 알루미늄 메쉬와 같은 형태로 가공된 알루미늄으로 이루어진 것일 수 있다.
상기 음극은 음극활물질 및 음극 집전체를 포함하는 것일 수 있다.
상기 음극활물질은 리튬 금속을 사용하는 것일 수 있다.
상기 음극 집전체는 음극활물질과 전원 사이에 전기적 통로를 제공하는 것으로, 동박 또는 구리 메쉬와 같은 형태로 가공된 구리로 이루어진 것일 수 있다.
상기 분리막은 양극과 음극 사이의 물리적인 접촉을 방지하는 것으로, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 중 어느 하나인 다공성 고분자막 또는 세라믹 소재가 코팅된 다공성 고분자막일 수 있다.
이와 같은 구성을 만족함으로써, 본 발명에서 제공하는 리튬 금속 전지는 1.0 C-rate 이상의 충방전 속도에서 100 내지 160 mAh/g의 무게당 방전용량을 가지며, 1000 사이클 동안의 충방전 지속 시에도 93 내지 99.9%의 쿨롱 효율을 유지할 수 있다.
이하, 실시예를 통해 본 발명에 따른 THF 기반 전해질 및 이를 포함하는 리튬 금속 전지에 대하여 더욱 상세히 설명한다. 다만 하기 실시예는 본 발명을 상세히 설명하기 위한 하나의 참조일 뿐 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 여러 형태로 구현될 수 있다.
또한, 달리 정의되지 않은 한, 모든 기술적 용어 및 과학적 용어는 본 발명이 속하는 당업자 중 하나에 의해 일반적으로 이해되는 의미와 동일한 의미를 갖는다. 본원에서 설명에 사용되는 용어는 단지 특정 실시예를 효과적으로 기술하기 위함이고 본 발명을 제한하는 것으로 의도되지 않는다. 또한, 명세서에서 특별히 기재하지 않은 첨가물의 단위는 중량%일 수 있다.
[실시예 1]
4Å의 기공 크기를 갖는 분자 체(molecular sieve)를 사용하여 THF의 수분을 제거하였다. 다음으로, Battery-grade의 LiFSI(Lithium bis(fluorosulfonyl)imide)를 상기 THF에 3.85M의 농도를 갖도록 용해하여 리튬 금속 전지용 전해액을 제조하였다.
[실시예 2 내지 3]
전해액의 몰농도를 하기 표 1과 같이 다르게 한 것 외에 모든 것을 실시예 1과 동일하게 수행하였다.
[비교예 1 내지 5]
전해액의 몰농도를 하기 표 1과 같이 다르게 한 것 외에 모든 것을 실시예 1과 동일하게 수행하였다.
[비교예 6]
에틸렌 카보네이트(EC):디메틸 카보네이트(DMC):에틸메틸 카보네이트(EMC)를 1:1:1의 부피비로 혼합한 용매에 LiPF6를 1M의 농도를 가지도록 혼합하여 리튬 금속 전지용 전해액을 제조하였다.
리튬염 용매 몰농도(M)
실시예 1 LiFSI THF 3.85
실시예 2 LiFSI THF 3.50
실시예 3 LiFSI THF 3.00
비교예 1 LiFSI THF 2.50
비교예 2 LiFSI THF 2.00
비교예 3 LiFSI THF 1.50
비교예 4 LiFSI THF 1.00
비교예 5 LiFSI THF 0.50
비교예 6 LiPF6 EC:DMC:EMC(1:1:1 vol ratio) 1.00
[특성평가방법]
A. 리튬 금속 전지용 전해액의 물리화학적 특성 평가
실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 5에 따른 리튬 금속 전지용 전해액의 이온전도도 및 점도를 측정하여, 도 4에 나타내었다.
실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 5에 따른 리튬 금속 전지용 전해액을 라만 분광 분석하여 그 결과를 도 3에 나타내었다.
도 4를 통해 알 수 있는 바와 같이, 점도는 전해액 중 LiFSI 함량에 비례하여 증가하였으며, 이온전도도는 1.5M에서 최고점을 기록하며, 이보다 몰농도가 증가한 경우 점차 감소하는 경향을 보였다.
도 3을 통해 알 수 있는 바와 같이, 라만 분광 분석으로 측정된 피크는 디컨볼루션(deconvolution) 작업을 통해 구체적으로 자유 용매(Free solvent), 제1종 이온 복합체(Contact Ion Pair, CIP), 제2종 이온 복합체(Aggregate-I, AGG-I) 및 제3종 이온 복합체(Aggregate-II, Agg-II) 피크로 세분화할 수 있다.
이때, 자유 용매의 경우 몰농도가 증가함에 따라 점차 피크가 작아지며, 3.85M인 실시예 1에 이르러서는 자유 용매의 피크가 완전히 소멸한 것을 확인할 수 있다.
디컨볼루션을 수행한 피크들로부터 계산한 자유 용매 및 이온 복합체의 몰 분율을 도 2 및 하기 표 2에 나타내었다.
몰농도
(M)		 자유 용매
(mol%)		 제1종
이온 복합체
(mol%)		 제2종
이온 복합체
(mol%)		 제3종
이온 복합체
(mol%)
실시예 1 3.85 - 37 32 31
실시예 2 3.50 10 38 31 21
실시예 3 3.00 19 49 19 12
비교예 1 2.50 25 42 33 -
비교예 2 2.00 41 25 33 -
비교예 3 1.50 52 34 14 -
비교예 4 1.00 57 34 9 -
비교예 5 0.50 60 33 7 -
표 2로부터 알 수 있는 바와 같이, 몰농도가 증가함에 따라 자유 용매의 몰분율이 감소하였으며, 3.00M 이상의 고농도에서 제3종 이온 복합체가 형성되기 시작하는 것을 알 수 있다.
다음으로, 상기 자유 용매, 자유 음이온(FSI-) 및 이온 복합체의 HOMO(Highest Occupied Molecular Orbital) 및 LUMO(Lowest Unoccupied Molecular Orbital) 에너지를 분자모델링을 기반으로 DFT(Discrete Fourier Transform)를 통해 계산하여, 도 22에 나타내었다.
리튬 금속 전지의 수명을 크게 제한하는 요소는 리튬 표면에 형성되는 불안정한 SEI로 인한 것으로, 저농도 전해질을 사용하는 경우에 문제가 되는 부분은 자유 용매가 환원되어 물리적, 화학적으로 불안정한 SEI(Solid-Electrolyte Interface)를 형성하는 것이다. 이를 방지하기 위해서는 자유 용매보다 낮은 에너지 준위를 가지는 화학종의 몰분율을 늘리는 것이 필요하다. 본 발명에서 이온 복합체는 자유 음이온의 양을 늘리는 동시에 자유 용매의 양을 줄여 이와 같은 문제점을 해결하는 것이다.
LUMO 에너지 준위 (eV)
THF　자유 용매 -0.24
자유 음이온(FSI-) -0.35
제1종 이온 복합체 -1.40
제2종 이온 복합체 -0.94
도 22로부터 THF 자유 용매의 LUMO 에너지 준위는 자유 음이온, 제1종 이온 복합체 및 제2종 이온 복합체보다 높은 것을 확인할 수 있다. 즉, LUMO 에너지 준위가 낮은 제1종 및 제2종 이온 복합체가 전자를 얻어 환원되기 더 쉽다는 것을 알 수 있다.
상기 계산 결과에 따르면, THF 자유 용매와 FSI- 자유 음이온의 LUMO 에너지 준위는 큰 차이가 없어 서로 경쟁적인 환원이 일어날 것을 예상할 수 있다. 그러나, 이온 복합체의 몰분율이 높을수록 자유 음이온의 몰분율 또한 늘어나므로 농도가 높을수록 자유 음이온의 환원 반응이 지배적일 것이며, 전술한 자유 용매의 환원으로 형성되는 불안정한 SEI의 성장을 억제하는 효과를 기대할 수 있다.
B. 리튬 금속의 도금(plating) 및 박리(stripping) 특성 평가
동박 및 리튬 금속을 19mm의 직경을 갖는 원형으로 가공하여 전극을 제조하고, 폴리프로필렌 분리막 및 실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 6을 70㎕ 사용하여 CR2032형 Li||Cu 전지를 제조하였다.
상기 구리는 리튬 도금 및 박리를 위한 기판으로써, 종래의 액체 전해질을 사용하는 경우 전술한 리튬 덴드라이트 및 데드 리튬(dead lithium)의 형성으로 인해 충방전에 따라 산화-환원되는 리튬의 양이 줄어드는 특징을 가지고 있다.
상기 Li||Cu 전지를 1.0mAh/cm2의 전류 밀도로 충방전하였다. 전류 밀도 계산에서 전극의 넓이는 리튬 전극의 넓이를 사용하였으며, 그 결과를 각각 도 5 내지 7에 나타내었다.
도 5로부터 알 수 있는 바와 같이, 종래의 액체 전해질을 사용한 비교예 5의 경우 방전 그래프에서 기울기가 계속해서 증가하는 것을 확인할 수 있다. 또한, 충방전 효율이 모두 낮으며, 이를 통해 리튬 덴드라이트 및 데드 리튬의 형성으로 인해 사용하지 못하는 리튬의 양이 늘어나고 있는 것을 유추할 수 있다.
또한, 도 6으로부터 알 수 있는 바와 같이, 1M의 THF 기반 전해액을 사용한 비교예 4의 경우 방전 그래프에서 기울기가 증가하나, 방전시 평탄면의 전위가 균일하게 유지되며 그 폭도 작은 것을 확인할 수 있다. 그러나 전체적으로 충방전 효율이 다소 낮으며, 특히 100번째 사이클에서는 충방전 효율이 급감한 것을 볼 수 있다.
반면, 도 7로부터 알 수 있는 바와 같이, 3.85M의 THF 기반 전해액을 사용한 실시예 1의 경우 첫 번째 충방전을 제외하면 모든 구간에서 충방전 효율이 좋으며, 비교예 5 및 6에서 나타났던 방전 그래프의 기울기가 증가하는 문제가 나타나지 않았다.
전술한 충방전 테스트를 진행하며 각 사이클에 대한 충방전 효율을 계산하여 도 8에 나타내었다. 도 8을 통해 알 수 있는 바와 같이, 비교예 2 및 5는 약 100 사이클 전후로 충방전 효율이 급감하였고, 비교예 2는 약 200 사이클 전후로 효율이 급감하였다. 반면, 실시예 1 및 3은 500 사이클 이후에도 100%에 가까운 높은 효율을 보였으며, 특히 실시예 1은 1000 사이클까지 높은 충방전 효율을 유지할 수 있었다.
전술한 Li||Cu 전지 중 실시예 1 및 비교예 6에 대한 EIS(Electrochemical Impedance Spectroscopy)를 측정하였다. 상기 측정은 1.0MHz에서 10mHz에 이르는 범위에서 수행하였으며, 10mV의 교류 진폭을 인가하였다. 상기 EIS 측정은 전지 조립 초기에 측정하였으며, 충방전 도중 시간 경과에 따라 더 측정하였다. 이에 따른 비교예 6에 대한 측정 결과를 도 12에 나타내었으며, 실시예 1에 대한 측정 결과를 도 13에 나타내었다.
도 12 및 도 13으로부터 알 수 있는 바와 같이, 모든 구간에서 비교예 6의 계면 저항이 더 크게 나타났으며, 비교예 6은 시간이 지남에 따라 계면 저항이 더 증가하고 있어 전술한 비교예 6의 문제점이 이 계면 저항의 증가로 인한 것임을 알 수 있다. 특히, 50번째 사이클에서는 전하의 커패시턴스(capacitance)를 나타내는 -Z“의 값이 1.0MHz의 고주파수에서도 -35Ω 미만으로 내려가지 않는 점으로부터, 계면이 매우 불안정하여 전하의 적체 현상이 심하며, 리튬의 산화-환원 반응을 위해 큰 에너지가 필요한 것을 알 수 있다.
반면, 실시예 1은 계속해서 계면 저항이 증가하나, 초기의 개형을 계속해서 유지하는 점으로부터 리튬의 산화-환원 반응에 장애가 될 정도로 저항이 증가하는 것은 아니며, 비교적 안정한 계면을 가지고 있는 것을 확인할 수 있다.
다음으로, 상기 리튬 금속 전극을 대칭으로 배치한 CR2032형 Li||Li 전지를 제조하였다. 상기 Li||Li 전지는 전술한 Li||Cu 전지의 구리 전극을 리튬 전극으로 대체한 것 외에는 동일하게 제작되었다. 상기 Li||Li 전지를 1mA/cm2의 전류 밀도로 1시간마다 방향을 번갈아 인가하며 전지의 지속성을 테스트하여 그 결과를 도 9에 나타내었다.
도 9를 통해 알 수 있는 바와 같이, 비교예 6은 100 사이클 이후로 과전압이 급격하게 높아지며 전지의 고장이 나타났다. 비교예 2 및 4는 비교적 안정하였으나, 약 300 사이클 전후로 과전압이 높아진 후 정상적인 산화-환원이 이루어지지 않는 고장 상태에 빠졌다.
반면, 실시예 3은 600 사이클까지 과전압이 전혀 증가하지 않았으며, 650 사이클 이후에서 과전압이 증가하여, 비교예 대비 뛰어난 안정성을 보여주었다.
특히, 실시예 1은 1000 사이클까지 과전압이 급격하게 증가하지 않아 매우 뛰어난 안정성을 가졌음을 알 수 있다.
전술한 Li||Li 전지 중 실시예 1 및 비교예 6에 대한 EIS(Electrochemical Impedance Spectroscopy)를 측정하였다. 상기 측정은 1.0MHz에서 10mHz에 이르는 범위에서 수행하였으며, 10mV의 교류 진폭을 인가하였다. 상기 EIS 측정은 전지 조립 초기에 측정하였으며, 충방전 도중 시간 경과에 따라 더 측정하였다. 이에 따른 비교예 6에 대한 측정 결과를 도 10에 나타내었으며, 실시예 1에 대한 측정 결과를 도 11에 나타내었다.
도 10 및 도 11로부터 알 수 있는 바와 같이, 모든 구간에서 비교예 6의 계면 저항이 더 크게 나타났으며, 비교예 6은 시간이 지남에 따라 계면 저항이 더 증가하고 있어 전술한 비교예 6의 문제점이 이 계면 저항의 증가로 인한 것임을 알 수 있다. 반면, 실시예 1은 초기 10시간의 충방전 동안 발생한 저항 증가 외에는 크게 변함이 없어, 안정한 계면을 가지고 있는 것을 확인할 수 있다.
C. 도금된 리튬 표면의 모폴로지 관찰
실시예 1 및 비교예 6을 전해질로 사용하여, 전술한 바와 동일한 CR2032형 Li||Cu 전지를 제조하였다. 상기 Li||Cu 전지에 0.5 mA/cm2의 전류 밀도로 1시간 동안 전원을 인가하여 구리 기판상에 리튬을 도금하였다.
다음으로, 전지를 해체하여 도금된 전극을 THF로 수차례 세척하여 리튬염의 잔여물을 제거한 다음 THF에 24시간 동안 담지하였다. 이후 진공을 인가하여 24시간동안 건조하였다.
도금된 표면을 SEM(Scanning Electron Microscope)으로 촬영하여 비교예 6으로부터 형성된 표면을 도 14에, 실시예 1로부터 형성된 표면을 도 15에 나타내었다.
도 14로부터 알 수 있는 바와 같이, 비교예 6은 리튬의 균일한 도금에 실패하여 리튬이 덴드라이트 형태로 자라난 것을 관찰할 수 있으며, 도금된 리튬이 충방전 시 직접 산화-환원되는 것이 아니기에 충방전의 방해요소로 작용할 것이라 예상할 수 있다.
반면, 도 15로부터 알 수 있는 바와 같이, 실시예 1은 리튬이 5㎛ 이상의 입자로 자라난 것을 확인할 수 있다.
또한, 도금된 표면을 XPS(X-ray Photoelectron Spectroscope)로 분석하여, 그 결과를 도 18 내지 21에 나타내었다.
도 18 및 도 20에서 관찰할 수 있는 C-C sp3 결합(285.0 eV)은 비교예 6에서 나타난 피크가 실시예 1에서 나타난 피크보다 컸으며, 이는 비교예 6의 표면에 형성된 SEI가 THF로부터 유래한 유기 성분을 더 많이 포함한다는 증거이다. SEI에 존재하는 유기 성분은 전해질에 쉽게 재용해되며, 이로 인해 SEI가 쉽게 파열되어 전해질이 다시 전극에 직접 맞닿게 됨으로써 추가적인 전해질의 환원 분해를 유발한다.
이러한 추가적인 전해질의 분해로 인해 충전 시에 전자가 충전량보다 더 많이 소모되므로, 비교예 6의 충방전 효율이 낮아지는 것이다.
또한, 비교예 6의 경우 탄산리튬(Li2CO3)의 피크가 나타났다. 탄산리튬은 카보네이트 계열 용매와 리튬 금속 간의 접촉으로 인한 환원 반응으로 쉽게 형성되나, 이렇게 형성된 SEI는 전자 전도성, 리튬이온 전도성이 떨어질 뿐만 아니라 쉽게 파열되며 리튬 금속 표면과의 접착력이 낮은 문제가 있다.
도 21을 참조하면, 비교예 6의 LiPF6로부터 유래한 LixPFy의 피크가 존재하며, LixPFy가 존재한다는 것은 PF6 -의 불완전한 분해가 일어났다는 점을 시사한다. 이는 곧 비교예 6이 리튬 금속 전지에서 SEI를 형성하기 위해 전해질을 과량으로 소모한다는 것을 의미하여, 바람직하지 않다.
도 18 및 19로부터 알 수 있는 바와 같이, 실시예 1은 THF 자유 용매가 존재하지 않음에도 THF가 반응에 참여하여 C-C를 비롯한 유기 결합 피크가 나타난 것을 확인할 수 있다. 이는 리튬이 최초로 구리 기판상에 증착될 때 인가된 과전압으로 인해 형성된 것으로 추측할 수 있다.
실시예 1은 전술한 이온 복합체의 함량과 LUMO 에너지 준위로부터, 제1종 이온 복합체 및 제2종 이온 복합체가 지배적인 환원 반응을 통해 SEI를 형성하였을 것으로 추측되었으며, 도 19에 나타난 XPS 데이터를 통해 이러한 추측을 확정할 수 있다. 도 19에 나타낸 XPS 데이터로부터 실시예 1과 비교예 6의 SEI가 갖는 원소의 원자 비를 각각 계산하여 표 4에 나타내었다.
결합 종류 원자 비(%)
실시예 1 비교예 6
O1s 31.56 25.34
C1s 32.96 41.55
F1s 8.59 10.57
Li1s 24.20 21.68
P2p 1.13 0.86
S2p 0.92 -
N1s 0.64 -
표 4를 참조하면, 실시예 1의 F1s의 원자 비는 8.59%로 비교예 6의 10.57보다 낮은 것으로 인식할 수 있다. 그러나 상기한 수치는 F와 결합하고 있는 원소를 고려하지 않은 것으로, XPS 피크를 디컨볼루션하여 보다 상세한 결합을 조사할 경우 실시예 1이 더 우수한 SEI를 형성하였음을 알 수 있다. 이와 같은 결과는 도 19 및 21에서 확인할 수 있다.
먼저, 도 19에서는 LiF의 피크가 매우 크게 나타나 음이온이 직접 환원되어 SEI를 형성한 것을 알 수 있다. 그러나 전술한 비교예 6의 사례와는 다르게, 음이온으로부터 유래한 S-F의 피크는 매우 소량 나타나, 음이온이 SEI를 형성하는 도중 대부분 완전히 분해되었으며, 이로 인해 매우 높은 LiF 함량을 지니게 되었음을 유추할 수 있다.
또한, 실시예 1의 Li1s 원자 비는 24.20%로, 일견 비교예 6의 21.68%와 그리 크지 않은 차이를 보이는 것으로 보일 수 있다. 그러나 상기 도 19 및 도 21에 더불어 도 18 및 도 20을 참조하면, 실시예 1은 LiF 이외에 리튬 결합이 존재하지 않으며, 비교예 6은 Li2CO3 및 LixPFy와 같이 성능이 좋지 않은 것으로 알려진 물질을 포함하는 것을 알 수 있다.
일반적으로 LiF는 SEI의 기계적 강도와 화학적 안정성을 높일 수 있는 가장 핵심적인 요소로 알려져 있으며, 리튬이온을 잘 확산시켜 전지의 화학적 반응 속도(Kinetics)를 높일 수 있는 것으로도 알려져 있다. 또한, LiF는 리튬 금속 전지에서도 리튬 덴드라이트를 억제하고 전기화학적 성능을 높일 수 있는 것으로 알려져 있다.
즉, 전술한 실시예 1을 적용한 Li||Cu 전지 및 Li||Li 전지의 높은 충방전 효율 및 성능은 상기한 풍부한 LiF를 포함하는 SEI를 형성할 수 있는 전해액 조성으로부터 유래했다고 할 수 있다.
D. 리튬 금속 전지의 특성 평가
앞서 실시한 특성 평가에서 나타난 THF 기반 전해질의 우수한 특징이 리튬 전이금속 산화물 양극을 포함하는 경우에도 나타나는지 확인하기 위해, LFP(LiFePO4) 전극을 포함하는 리튬 금속 전지를 제조하였다.
LFP 분말, 슈퍼 피(Super-P) 및 PVdF를 N-메틸-2-피롤리돈(N-methyl-2-pyrrolidone, NMP)에 8:1:1의 무게비로 균일하게 분산시키고, 이로부터 형성된 슬러리를 알루미늄박(Al foil)에 닥터 블레이드를 사용하여 캐스팅하여 전극을 제조하였다.
다음으로, 상기 전극을 80℃에서 12시간 동안 건조하고, 압연한 다음 15mm의 직경을 갖는 원형으로 잘라내었다. 잘라낸 전극을 80℃에서 24시간 동안 진공 건조함으로써 LFP 전극을 완성하였다.
상기 LFP 전극, 리튬 전극 및 PP 분리막을 사용하였으며, 실시예 1 및 비교예 6을 각각 전해액으로 사용하여 CR2032형 리튬 금속 전지를 제작하였다.
다음으로, CR2032형 리튬 금속 전지를 충전하며 리튬이온 전달 상수(Lithium ion transference number)를 측정하여 표 5에 나타내었다.
리튬염 종류 용매 종류 몰농도(M) 리튬이온 전달 상수
실시예 1 LiFSI THF 3.85 0.62
실시예 2 LiFSI THF 3.50 0.60
실시예 3 LiFSI THF 3.00 0.56
비교예 1 LiFSI THF 2.50 0.53
비교예 2 LiFSI THF 2.00 0.48
비교예 3 LiFSI THF 1.50 0.38
비교예 4 LiFSI THF 1.00 0.27
비교예 5 LiFSI THF 0.50 0.25
비교예 6 LiPF6 EC:DMC:EMC
(1:1:1 부피 비)		 1.00 0.42
리튬이온 전달 상수는 리튬이온에 의해 전해질로 전달되는 전류의 비율로써, 리튬이온 전달 상수가 높을수록 전극에서 발생하는 부반응이 적고, 음이온의 이동으로 인한 전류가 잘 생성되지 않는 것을 의미한다.
표 5를 참조하면, 표준 전해질로 널리 사용되는 비교예 6이 0.42의 리튬이온 전달 상수를 갖는 반면, 실시예 1 내지 3은 0.55 이상의 높은 리튬이온 전달 상수를 갖는 것을 알 수 있다.
상기 CR2032형 리튬 금속 전지를 LFP 전극의 이론 용량을 기반으로 C-rate를 계산하여, 1.0C-rate로 충방전을 수행하였으며, 그 결과를 도 16에 나타내었다.
도 16으로부터, 비교예 6을 포함하는 리튬 금속 전지는 약 180 사이클 동안 100%에 가까운 충방전 효율을 보였으나, 방전용량은 계속해서 감소하여 71.8%까지 낮아진 것을 알 수 있다. 반면, 실시예 1을 포함하는 리튬 금속 전지는 500 사이클 동안 100%에 가까운 충방전 효율을 보였으며, 방전용량도 99.7%로 유지하여, 실시예 1을 포함한 리튬 금속 전지의 전기화학적 성능이 매우 우수한 것을 알 수 있다.
또한, 상기 실시예 1을 포함하는 리튬 금속 전지를 2.0C-rate로 충전하며 1.0C-rate로 방전하여 그 결과를 도 17에 나타내었다.
도 17로부터, 실시예 1을 포함하는 리튬 금속 전지는 1000 사이클 동안 충방전 효율이 100% 가깝게 유지하며, 94.5%의 방전용량을 유지할 수 있는 것을 알 수 있어, 실시예 1을 포함하는 경우 리튬 금속 전지의 전기화학적 성능이 매우 큰 폭으로 향상되는 것을 알 수 있다.
이상과 같이 특정된 사항들과 한정된 실시예를 통해 본 발명이 설명되었으나, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

Claims (11)

  1. 리튬염 및 THF(Tetrahydrofuran)를 포함하는 리튬 금속 전지용 전해액으로,
    THF 중 상기 리튬염 및 THF의 용매화(solvation)에 참여하지 않은 THF 자유 용매의 몰 분율이 20% 미만인 것을 특징으로 하는 리튬 금속 전지용 전해액.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 리튬 금속 전지용 전해액은 상기 리튬염 및 THF의 용매화(solvation)에 의해 리튬이온, 음이온 및 용매가 응집된 이온 복합체(Ion Complexes)를 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬 금속 전지용 전해액.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 이온 복합체는 제1종 이온 복합체, 제2종 이온 복합체 및 제3종 이온 복합체를 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬 금속 전지용 전해액.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1종 이온 복합체는 음이온 1개당 리튬이온 1개를 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬 금속 전지용 전해액.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 제2종 이온 복합체는 음이온 1개당 리튬이온 2개를 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬 금속 전지용 전해액.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 제3종 이온 복합체는 음이온 1개당 리튬이온 3개를 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬 금속 전지용 전해액.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 이온 복합체 중 상기 제3종 이온 복합체의 몰분율이 5 내지 40%로 형성되는 리튬 금속 전지용 전해액.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 리튬 금속 전지용 전해액은 25℃에서 2 내지 20mS/cm의 이온전도도를 갖는 것인 리튬 금속 전지용 전해액.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 리튬 금속 전지용 전해액은 25℃에서 0.1 내지 60cP의 점도를 가지는 것인 리튬 금속 전지용 전해액.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 리튬 금속 전지용 전해액은 25℃에서 0.30 내지 0.65의 리튬이온 전달 상수(Li ion transference number)를 갖는 것인 리튬 금속 전지용 전해액.
  11. 제1항 내지 제10항에서 선택되는 어느 한 항에 따른 리튬 금속 전지용 전해액을 포함하는 리튬 금속 전지.
KR1020210103285A 2021-08-05 2021-08-05 Thf 기반 전해질 및 이를 포함하는 리튬 금속 전지 KR102662842B1 (ko)

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