KR20230072749A - 아연이온 이차전지용 수계전해질 및 그를 포함하는 아연이온 이차전지 - Google Patents
아연이온 이차전지용 수계전해질 및 그를 포함하는 아연이온 이차전지 Download PDFInfo
- Publication number
- KR20230072749A KR20230072749A KR1020210159291A KR20210159291A KR20230072749A KR 20230072749 A KR20230072749 A KR 20230072749A KR 1020210159291 A KR1020210159291 A KR 1020210159291A KR 20210159291 A KR20210159291 A KR 20210159291A KR 20230072749 A KR20230072749 A KR 20230072749A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- zinc
- ion secondary
- secondary battery
- aqueous electrolyte
- zinc ion
- Prior art date
Links
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 title claims abstract description 57
- PTFCDOFLOPIGGS-UHFFFAOYSA-N Zinc dication Chemical compound [Zn+2] PTFCDOFLOPIGGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 55
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims abstract description 36
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 35
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 35
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 claims abstract description 31
- 239000011701 zinc Substances 0.000 claims abstract description 28
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 21
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 20
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 claims abstract description 19
- ZUHZGEOKBKGPSW-UHFFFAOYSA-N tetraglyme Chemical compound COCCOCCOCCOCCOC ZUHZGEOKBKGPSW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 54
- XTHFKEDIFFGKHM-UHFFFAOYSA-N Dimethoxyethane Chemical compound COCCOC XTHFKEDIFFGKHM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- YFNKIDBQEZZDLK-UHFFFAOYSA-N triglyme Chemical compound COCCOCCOCCOC YFNKIDBQEZZDLK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- JIAARYAFYJHUJI-UHFFFAOYSA-L zinc dichloride Chemical compound [Cl-].[Cl-].[Zn+2] JIAARYAFYJHUJI-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 12
- NWONKYPBYAMBJT-UHFFFAOYSA-L zinc sulfate Chemical compound [Zn+2].[O-]S([O-])(=O)=O NWONKYPBYAMBJT-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 9
- 229960001763 zinc sulfate Drugs 0.000 claims description 9
- 229910000368 zinc sulfate Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 235000005074 zinc chloride Nutrition 0.000 claims description 6
- 239000011592 zinc chloride Substances 0.000 claims description 6
- ONDPHDOFVYQSGI-UHFFFAOYSA-N zinc nitrate Chemical compound [Zn+2].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O ONDPHDOFVYQSGI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- CITILBVTAYEWKR-UHFFFAOYSA-L zinc trifluoromethanesulfonate Chemical compound [Zn+2].[O-]S(=O)(=O)C(F)(F)F.[O-]S(=O)(=O)C(F)(F)F CITILBVTAYEWKR-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 6
- NAMDIHYPBYVYAP-UHFFFAOYSA-N 1-methoxy-2-(2-methoxyethoxy)ethane Chemical compound COCCOCCOC.COCCOCCOC NAMDIHYPBYVYAP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 claims description 5
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims description 5
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000003365 glass fiber Substances 0.000 claims description 3
- 229920001477 hydrophilic polymer Polymers 0.000 claims description 3
- 229910010272 inorganic material Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000011147 inorganic material Substances 0.000 claims description 3
- 229920000098 polyolefin Polymers 0.000 claims description 3
- 239000007774 positive electrode material Substances 0.000 claims description 3
- 239000007773 negative electrode material Substances 0.000 claims 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 abstract description 5
- -1 zinc Chemical class 0.000 abstract description 3
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 16
- 210000001787 dendrite Anatomy 0.000 description 5
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 4
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical group [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000002033 PVDF binder Substances 0.000 description 3
- 239000006183 anode active material Substances 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 3
- 229920002981 polyvinylidene fluoride Polymers 0.000 description 3
- LCGLNKUTAGEVQW-UHFFFAOYSA-N Dimethyl ether Chemical compound COC LCGLNKUTAGEVQW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- SECXISVLQFMRJM-UHFFFAOYSA-N N-Methylpyrrolidone Chemical compound CN1CCCC1=O SECXISVLQFMRJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- CFVBFMMHFBHNPZ-UHFFFAOYSA-N [Na].[V] Chemical compound [Na].[V] CFVBFMMHFBHNPZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000006182 cathode active material Substances 0.000 description 2
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 2
- SBZXBUIDTXKZTM-UHFFFAOYSA-N diglyme Chemical compound COCCOCCOC SBZXBUIDTXKZTM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000004205 dimethyl polysiloxane Substances 0.000 description 2
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 description 2
- UZZWBUYVTBPQIV-UHFFFAOYSA-N dme dimethoxyethane Chemical compound COCCOC.COCCOC UZZWBUYVTBPQIV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 description 2
- 230000001788 irregular Effects 0.000 description 2
- 239000011368 organic material Substances 0.000 description 2
- 229920000435 poly(dimethylsiloxane) Polymers 0.000 description 2
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 2
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 description 2
- LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N vanadium atom Chemical compound [V] LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 description 1
- 239000006245 Carbon black Super-P Substances 0.000 description 1
- BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L Carbonate Chemical compound [O-]C([O-])=O BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N Manganese Chemical compound [Mn] PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920003171 Poly (ethylene oxide) Polymers 0.000 description 1
- 239000002202 Polyethylene glycol Substances 0.000 description 1
- UWHCKJMYHZGTIT-UHFFFAOYSA-N Tetraethylene glycol, Natural products OCCOCCOCCOCCO UWHCKJMYHZGTIT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000006230 acetylene black Substances 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 description 1
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 description 1
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010406 cathode material Substances 0.000 description 1
- 230000002542 deteriorative effect Effects 0.000 description 1
- 238000003487 electrochemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 1
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 description 1
- DCYOBGZUOMKFPA-UHFFFAOYSA-N iron(2+);iron(3+);octadecacyanide Chemical compound [Fe+2].[Fe+2].[Fe+2].[Fe+3].[Fe+3].[Fe+3].[Fe+3].N#[C-].N#[C-].N#[C-].N#[C-].N#[C-].N#[C-].N#[C-].N#[C-].N#[C-].N#[C-].N#[C-].N#[C-].N#[C-].N#[C-].N#[C-].N#[C-].N#[C-].N#[C-] DCYOBGZUOMKFPA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003273 ketjen black Substances 0.000 description 1
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011572 manganese Substances 0.000 description 1
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000002048 multi walled nanotube Substances 0.000 description 1
- 229920003229 poly(methyl methacrylate) Polymers 0.000 description 1
- 229920002239 polyacrylonitrile Polymers 0.000 description 1
- 229920001223 polyethylene glycol Polymers 0.000 description 1
- 239000004926 polymethyl methacrylate Substances 0.000 description 1
- 229920001451 polypropylene glycol Polymers 0.000 description 1
- 229920000915 polyvinyl chloride Polymers 0.000 description 1
- 239000004800 polyvinyl chloride Substances 0.000 description 1
- 229920000131 polyvinylidene Polymers 0.000 description 1
- 229960003351 prussian blue Drugs 0.000 description 1
- 239000013225 prussian blue Substances 0.000 description 1
- HNJBEVLQSNELDL-UHFFFAOYSA-N pyrrolidin-2-one Chemical compound O=C1CCCN1 HNJBEVLQSNELDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000007086 side reaction Methods 0.000 description 1
- 229920002554 vinyl polymer Polymers 0.000 description 1
- RZLVQBNCHSJZPX-UHFFFAOYSA-L zinc sulfate heptahydrate Chemical compound O.O.O.O.O.O.O.[Zn+2].[O-]S([O-])(=O)=O RZLVQBNCHSJZPX-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/36—Accumulators not provided for in groups H01M10/05-H01M10/34
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
- H01M4/38—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of elements or alloys
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M2300/00—Electrolytes
- H01M2300/0002—Aqueous electrolytes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M2300/00—Electrolytes
- H01M2300/0002—Aqueous electrolytes
- H01M2300/0005—Acid electrolytes
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
Abstract
본 발명은 아연을 포함하는 금속염; 그라임계 용매; 및 물;을 포함하는 아연이온 이차전지용 수계 전해질에 관한 것이다. 본 발명의 아연이온 이차전지용 수계전해질 및 그를 포함하는 아연이온 이차전지는 수계전해질에 그라임계 용매를 소량 포함함으로써, 아연이온 이차전지의 충방전 성능이 우수하고, 수명특성이 안정한 효과가 있다.
Description
본 발명은 아연이온 이차전지용 수계전해질 및 그를 포함하는 아연이온 이차전지에 관한 것으로, 보다 상세하게는 그라임계 용매를 포함함으로써, 아연이온 이차전지의 충방전 성능 및 수명특성이 우수한 아연이온 이차전지용 수계전해질 및 그를 포함하는 아연이온 이차전지에 관한 것이다.
수계 아연이차전지는 리튬 대비 7배 이상 저렴하면서도 높은 이론 용량(820 mAh/g)을 갖는 아연을 사용하며 전해질 용매로 물을 사용해 발화의 위험이 없다. 현재 국내외에서 주로 고용량 양극 물질을 개발하는 것에 관한 연구가 진행 중이며 한국 전력 연구원에서는 "차세대 ESS(Energy Storage System)용 이차전지"로 선정하여 2017년부터 상용화를 위한 연구가 진행되고 있다.
그러나, 수계 아연 이차전지는 아연 금속을 음극활물질로 사용함으로써 전기화학반응에 의해 부반응으로 이차전지의 구현이 어렵고, 이차전지의 수명특성에 문제가 되고 있다.
본 발명의 목적은 상기 문제점들을 해결하기 위한 것으로, 수계전해질에 그라임계 용매를 소량 포함함으로써, 아연이온 이차전지의 충방전 성능 및 수명특성이 우수한 아연이온 이차전지용 수계전해질 및 그를 포함하는 아연이온 이차전지를 제공하는데 있다.
또한, 수계전해질에 그라임계 용매를 포함함으로써, 음극의 덴드라이트 형성을 억제할 수 있는 아연이온 이차전지용 수계전해질 및 그를 포함하는 아연이온 이차전지를 제공하는데 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 아연을 포함하는 금속염; 그라임계 용매; 및 물;을 포함하는 아연이온 이차전지용 수계 전해질이 제공된다.
또한, 상기 금속염이 황산아연(ZnSO4), 질산아연(Zn(NO3)2), 염화아연(Zn(Cl2) 및 아연트리플레이트(Zn(CF3SO3)2)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
또한, 상기 수계 전해질은 상기 금속염의 몰농도가 1 내지 5M일 수 있다.
또한, 상기 그라임계 용매가 테트라에틸렌글리콜디메틸에테르(TEGDME), 트리에틸렌글리콜디메틸에테르(Triglyme), 디에틸렌글리콜디메틸에테르(Diglyme) 및 에틸렌글리콜디메틸에테르(glyme)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
또한, 상기 수계 전해질이 상기 금속염과 상기 물의 총합 100 중량부에 대하여, 상기 그라임계 용매 0.1 내지 10 중량부;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 수계 전해질이 상기 금속염과 상기 물의 총합 100 중량부에 대하여, 상기 그라임계 용매 0.3 내지 0.7 중량부;를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 하나의 측면에 따르면, 양극; 음극; 및 아연을 포함하는 금속염, 그라임계 용매 및 물을 포함하는 수계 전해질;을 포함하는 아연이온 이차전지가 제공된다.
또한, 상기 금속염이 황산아연(ZnSO4), 질산아연(Zn(NO3)2), 염화아연(Zn(Cl2) 및 아연트리플레이트(Zn(CF3SO3)2)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
또한, 상기 수계 전해질은 상기 금속염의 몰농도가 1 내지 5M일 수 있다.
또한, 상기 그라임계 용매가 테트라에틸렌글리콜디메틸에테르(TEGDME), 트리에틸렌글리콜디메틸에테르(Triglyme), 디에틸렌글리콜디메틸에테르(Diglyme) 및 에틸렌글리콜디메틸에테르(glyme)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
또한, 상기 수계 전해질이 상기 금속염과 상기 물의 총합 100 중량부에 대하여, 상기 그라임계 용매 0.1 내지 10 중량부;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 양극이 양극활물질, 도전재 및 바인더를 포함할 수 있다.
또한, 상기 음극이 음극 활물질인 아연을 포함할 수 있다.
또한, 상기 아연이온 이차전지가 분리막을 추가로 포함할 수 있다.
또한, 상기 분리막이 필터페이퍼(filter paper), 글래스 파이버(glass fiber), 폴리올레핀(polyolefin), 친수성 고분자 및 고분자-SiO2 유무기 소재로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
본 발명의 아연이온 이차전지용 수계전해질 및 그를 포함하는 아연이온 이차전지는 수계전해질에 그라임계 용매를 소량 포함함으로써, 아연이온 이차전지의 충방전 성능이 우수하고, 수명특성이 안정한 효과가 있다.
또한, 본 발명은 수계전해질에 그라임계 용매를 포함함으로써, 음극인 아연금속의 불규칙한 수지상(덴드라이트)의 형성을 억제할 수 있는 효과가 있다.
이 도면들은 본 발명의 예시적인 실시예를 설명하는데 참조하기 위함이므로, 본 발명의 기술적 사상을 첨부한 도면에 한정해서 해석하여서는 아니 된다.
도 1은 소자실시예 1 및 소자비교예 1에 따른 아연이온 이차전지의 충방전 곡선이다.
도 2는 소자실시예 1 및 소자비교예 1에 따른 아연이온 이차전지의 사이클 특성을 나타낸 그래프이다.
도 3은 소자실시예 1 및 소자비교예 1에 따른 아연이온 이차전지의 쿨롱효율 특성을 나타낸 그래프이다.
도 1은 소자실시예 1 및 소자비교예 1에 따른 아연이온 이차전지의 충방전 곡선이다.
도 2는 소자실시예 1 및 소자비교예 1에 따른 아연이온 이차전지의 사이클 특성을 나타낸 그래프이다.
도 3은 소자실시예 1 및 소자비교예 1에 따른 아연이온 이차전지의 쿨롱효율 특성을 나타낸 그래프이다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하도록 한다.
그러나, 이하의 설명은 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
본원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 도는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 이하에서 사용될 제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
또한, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 "형성되어" 있다거나 "적층되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소의 표면 상의 전면 또는 일면에 직접 부착되어 형성되어 있거나 적층되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 더 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
이하, 본 발명의 아연이온 이차전지용 수계 전해질 및 그를 포함하는 아연이온 이차전지에 대하여 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 예시로서 제시되는 것으로, 이에 의해 본 발명이 제한되지는 않으며 본 발명은 후술할 청구범위의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
본 발명은 아연을 포함하는 금속염; 그라임계 용매; 및 물;을 포함하는 아연이온 이차전지용 수계 전해질을 제공한다.
상기 금속염이 황산아연(ZnSO4), 질산아연(Zn(NO3)2), 염화아연(ZnCl2) 및 아연트리플레이트(Zn(CF3SO3)2)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있고, 바람직하게는 황산아연(ZnSO4)을 포함할 수 있다.
상기 수계 전해질은 상기 금속염의 몰농도가 1 내지 5M일 수 있다. 상기 금속염의 몰농도가 1M 미만이면 전해질 내의 낮은 아연 이온농도로 전해질의 이온전도도가 낮아 아연이온 이차전지의 성능이 낮게 구현되어 바람직하지 않고, 5M 초과하면 금속염이 전해질 내에 충분히 용해되기 어려워 바람직하지 않다.
상기 그라임계 용매가 용매가 테트라에틸렌글리콜디메틸에테르(TEGDME), 트리에틸렌글리콜디메틸에테르(Triglyme), 디에틸렌글리콜디메틸에테르(Diglyme) 및 에틸렌글리콜디메틸에테르(glyme)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있고, 바람직하게는 테트라에틸렌글리콜디메틸에테르(TEGDME)을 포함할 수 있다.
상기 수계 전해질이 상기 금속염과 상기 물의 총합 100 중량부에 대하여, 상기 그라임계 용매 0.1 내지 10 중량부;를 포함할 수 있고, 바람직하게는 상기 금속염과 상기 물의 총합 100 중량부에 대하여, 상기 그라임계 용매 0.3 내지 0.7 중량부;를 포함할 수 있다. 상기 그라임계 용매가 0.1 중량부 미만이면 전해질 내의 그라임계 용매의 첨가에 대한 효과가 나타나지 않아 바람직하지 않고, 10 중량부 초과이면 그라임계 용매의 첨가에 의한 전지의 과전압이 증가하여 전지의 성능저하를 초래하여 바람직하지 않다.
또한 본 발명은 양극; 음극; 및 아연을 포함하는 금속염, 그라임계 용매 및 물을 포함하는 수계 전해질;을 포함하는 아연이온 이차전지를 제공한다.
상기 금속염이 황산아연(ZnSO4), 질산아연(Zn(NO3)2), 염화아연(Zn(Cl2) 및 아연트리플레이트(Zn(CF3SO3)2)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있고, 바람직하게는 황산아연(ZnSO4)을 포함할 수 있다.
상기 수계 전해질은 금속염의 몰농도가 1 내지 5M일 수 있다.
상기 그라임계 용매가 테트라에틸렌글리콜디메틸에테르(TEGDME),트리에틸렌글리콜디메틸에테르(Triglyme), 디에틸렌글리콜디메틸에테르(Diglyme) 및 에틸렌글리콜디메틸에테르(glyme)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있고, 바람직하게는 테트라에틸렌글리콜디메틸에테르(TEGDME)을 포함할 수 있다.
상기 수계 전해질이 상기 금속염과 상기 물의 총합 100 중량부에 대하여, 상기 그라임계 용매 0.1 내지 10 중량부;를 포함할 수 있고, 바람직하게는 상기 금속염과 상기 물의 총합 100 중량부에 대하여, 상기 그라임계 용매 0.3 내지 0.7 중량부;를 포함할 수 있다.
상기 양극이 양극활물질, 도전재 및 바인더를 포함할 수 있다.
상기 양극활물질이 망간계 화합물, 프러시안블루계 화합물 및 바나듐계 화합물로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있고, 바람직하게는 바나듐계 화합물을 포함할 수 있고, 더욱 바람직하게는 나트륨 바나듐데이트 (NaVO3)를 포함할 수 있다.
상기 도전재가 카본 블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 탄소 섬유, 탄소 나노튜브 및 그래핀으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
상기 바인더가 폴리에틸렌옥사이드(polyethyleneoxide), 폴리에틸렌글리콜(polyethyleneglycol), 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile), 폴리비닐클로라이드(polyvinylchloride), 폴리메틸메타크릴레이트(polymethylmethacrylate), 폴리프로필렌옥사이드(polypropyleneoxide), 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane), 폴리비닐리덴플루오라이드(polyvinylidenefluoride), 폴리비닐리덴카보네이트(polyvinylidenecarbonate) 및 폴리비닐피롤리디논(polyvinyl pyrrolidinone)으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
상기 음극이 음극 활물질인 아연을 포함할 수 있다.
상기 아연이온 이차전지가 분리막을 추가로 포함할 수 있다.
상기 분리막이 필터페이퍼(filter paper), 글래스 파이버(glass fiber), 폴리올레핀(polyolefin), 친수성 고분자 및 고분자-SiO2 유무기 소재로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
[실시예]
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 들어 설명하도록 한다. 그러나 이는 예시를 위한 것으로서 이에 의하여 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
[아연이온 이차전지용 수계전해질]
실시예 1: 3M ZnSO
4
+ 0.5% TEGDME
증류수에 아연황산 7수화물염(ZnSO4·7H2O)을 3M이 되도록 용해하고, 증류수(A)와 아연황산염(B)의 총합(A+B)에 100 대하여, 그라임계 용매인 테트라에틸렌글리콜디메틸에테르(TEGDME) 0.5wt%가 되도록 첨가하여 수계 전해질을 제조하였다.
비교예 1: 3M ZnSO
4
실시예 1에서 테트라에틸렌글리콜디메틸에테르(TEGDME) 0.5wt%가 되도록 첨가하는 대신에 테트라에틸렌글리콜디메틸에테르(TEGDME) 0.5wt%를 첨가하지 않는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 수계 전해질을 제조하였다.
[아연이온 이차전지]
소자실시예 1: 3M ZnSO
4
+ 0.5% TEGDME 포함 전지
용매인 N-메틸-2-피롤리돈(N-methyl-2-pyrrolidone)에 양극활물질로 나트륨 바나듐데이트 (NaVO3) 80 wt%, 바인더로 폴리비닐리덴 플루오라이드(polyvinylidene fluoride, PVDF) 10 wt%, 도전재로 Super-P와 MWCNT를 8:2로 혼합한 양 10 wt%를 넣고, 혼합하여 슬러리를 제조하였다. SUS foil 상에 상기 슬러리를 코팅하고, 110 ℃에서 12시간 동안 진공 건조하여 양극을 제조하고, 음극으로는 아연 포일(Zn foil) 1 cm2을 준비하였다.
상기 양극, 상기 음극, 분리막으로 필터페이퍼(100 μm filter paper) 및 실시예 1에 따라 제조된 수계 전해질(3M ZnSO4 + 0.5% TEGDME)을 사용하여 아연이온 이차전지를 제조하였다.
소자비교예 1: 3M ZnSO
4
포함 전지
실시예 1에 따라 제조된 수계 전해질(3M ZnSO4 + 0.5% TEGDME)을 사용하는 대신에 비교예 1에 따라 제조된 수계 전해질(3M ZnSO4)을 사용하는 것을 제외하고는 소자실시예 1과 동일한 방법으로 아연이온 이차전지를 제조하였다.
[시험예]
시험예 1: 아연이온 이차전지의 특성 분석
도 1은 소자실시예 1 및 소자비교예 1에 따른 아연이차전지의 충방전 곡선(1C 충전/방전)이고, 도 2는 소자실시예 1 및 소자비교예 1에 따른 아연이차전지의 사이클 특성 (1C 충전/방전)을 나타낸 그래프이다. 또한 도 3은 소자실시예 1 및 소자비교예 1에 따른 전지의 쿨롱효율 특성(1C 충전/방전)을 나타낸 그래프이다.
도 1을 참조하면, 실시예 1 및 비교예 1을 각각 포함하는 소자실시예 1 및 소자비교예 1에 따른 전지의 1C 전류에서 충전과 방전에 따른 전기화학적 특성은 전해질 내 첨가제의 유무에 관계없이 비용량이 약 240mAh/g을 나타내었다.
또한 도 2를 참조하면, 비교예 1을 포함하는 소자비교예 1에 따른 전지의 1C의 전류로 충전과 방전을 반복한 사이클 특성 결과를 보면 3M ZnSO4 전해질을 사용한 아연이온전지(소자비교예 1)의 경우, 20 사이클 후 갑자기 용량이 저하되고, 60사이클 이후에는 급격하게 셀 용량이 저하되는 형상을 나타내었다. 이는 충방전을 반복하여 진행함에 따라 음극의 아연금속에서 불규칙한 덴드라이트의 성장에 의한 셀의 손상이 일어났음을 알 수 있다. 반면 실시예 1(3M ZnSO4 + 0.5% TEGDME 전해질)을 포함하는 소자실시예 1에 따른 전지의 경우, 100 사이클 이후에 사이클이 안정되게 진행되는 것을 확인하였다.
또한 도 3을 참조하면, 비교예 1에 의한 3M ZnSO4 전해질을 사용한 아연이온전지(소자비교예 1)의 충전대비 방전을 나타내는 쿨롱효율에 대한 사이클이 진행됨에 따른 쿨롱효율 변화를 보면, 20 사이클 후 쿨롱효율이 0에 가까운 값을 보였고, 60사이클 이후에도 쿨롱효율이 0에 가까운 값을 나타내었다. 이는 앞에서 언급한 바와 같이 음극의 아연금속에서 덴드라이트 생성에 의한 전지의 쇼트현상이 발생되었다는 것을 알 수 있다. 반면 실시예 1에 의한 3M ZnSO4 + 0.5% TEGDME 전해질을 사용한 아연이온전지(소자실시예 1)에서는 사이클에 따른 쿨롱효율 변화는 거의 100% 근처에서 일어남을 알 수 있다.
따라서, 본 발명은 그라임계 용매를 포함하는 수계 전해질을 사용함으로써, 아연이온 이차전지의 사이클 특성이 안정적이고 우수한 충전 및 방전 성능을 나타냄을 알 수 있었다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
Claims (15)
- 아연을 포함하는 금속염;
그라임계 용매; 및
물;을
포함하는 아연이온 이차전지용 수계 전해질. - 제1항에 있어서,
상기 금속염이 황산아연(ZnSO4), 질산아연(Zn(NO3)2), 염산아연(ZnCl2) 및 아연트리플레이트(Zn(CF3SO3)2)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 아연이온 이차전지용 수계 전해질. - 제1항에 있어서,
상기 수계 전해질은 상기 금속염의 몰농도가 1 내지 5M인 것을 특징으로 하는 아연이온 이차전지용 수계 전해질. - 제1항에 있어서,
상기 그라임계 용매가 테트라에틸렌글리콜디메틸에테르(TEGDME), 트리에틸렌글리콜디메틸에테르(Triglyme), 디에틸렌글리콜디메틸에테르(Diglyme) 및 에틸렌글리콜디메틸에테르(glyme)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 아연이온 이차전지용 수계 전해질. - 제1항에 있어서,
상기 수계 전해질이
상기 금속염과 상기 물의 총합 100 중량부에 대하여,
상기 그라임계 용매 0.1 내지 10 중량부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 아연이온 이차전지용 수계 전해질. - 제5항에 있어서,
상기 수계 전해질이
상기 금속염과 상기 물의 총합 100 중량부에 대하여,
상기 그라임계 용매 0.3 내지 0.7 중량부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 아연이온 이차전지용 수계 전해질. - 양극;
음극; 및
아연을 포함하는 금속염, 그라임계 용매 및 물을 포함하는 수계 전해질;을
포함하는 아연이온 이차전지. - 제7항에 있어서,
상기 금속염이 황산아연(ZnSO4), 질산아연(Zn(NO3)2), 염산아연(ZnCl2) 및 아연트리플레이트(Zn(CF3SO3)2)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 아연이온 이차전지. - 제7항에 있어서,
상기 수계 전해질은 상기 금속염의 몰농도가 1 내지 5M인 것을 특징으로 하는 아연이온 이차전지. - 제7항에 있어서,
상기 그라임계 용매가 테트라에틸렌글리콜디메틸에테르(TEGDME), 트리에틸렌글리콜디메틸에테르(Triglyme), 디에틸렌글리콜디메틸에테르(Diglyme) 및 에틸렌글리콜디메틸에테르(glyme)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 아연이온 이차전지. - 제7항에 있어서,
상기 수계 전해질이
상기 금속염 및 물의 총합 100 중량부에 대하여,
상기 그라임계 용매 0.1 내지 10 중량부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 아연이온 이차전지. - 제7항에 있어서,
상기 양극이 양극활물질, 도전재 및 바인더를 포함하는 것을 특징으로 하는 아연이온 이차전지. - 제7항에 있어서,
상기 음극이 음극 활물질인 아연을 포함하는 것을 특징으로 하는 아연이온 이차전지. - 제7항에 있어서,
상기 아연이온 이차전지가 분리막을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 아연이온 이차전지. - 제14항에 있어서,
상기 분리막이 필터페이퍼(filter paper), 글래스 파이버(glass fiber), 폴리올레핀(polyolefin), 친수성 고분자 및 고분자-SiO2 유무기 소재로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 아연이온 이차전지.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020210159291A KR20230072749A (ko) | 2021-11-18 | 2021-11-18 | 아연이온 이차전지용 수계전해질 및 그를 포함하는 아연이온 이차전지 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020210159291A KR20230072749A (ko) | 2021-11-18 | 2021-11-18 | 아연이온 이차전지용 수계전해질 및 그를 포함하는 아연이온 이차전지 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20230072749A true KR20230072749A (ko) | 2023-05-25 |
Family
ID=86542132
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020210159291A KR20230072749A (ko) | 2021-11-18 | 2021-11-18 | 아연이온 이차전지용 수계전해질 및 그를 포함하는 아연이온 이차전지 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20230072749A (ko) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20200033704A (ko) | 2018-09-20 | 2020-03-30 | 세종대학교산학협력단 | 수계 전해질을 포함하는 아연 이온 이차전지 |
-
2021
- 2021-11-18 KR KR1020210159291A patent/KR20230072749A/ko not_active Application Discontinuation
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20200033704A (ko) | 2018-09-20 | 2020-03-30 | 세종대학교산학협력단 | 수계 전해질을 포함하는 아연 이온 이차전지 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP2830141B1 (en) | Lithium-sulfur secondary cell | |
| JP6004506B2 (ja) | アルカリ金属−硫黄系二次電池 | |
| CN107919491B (zh) | 一种锂金属阳极表面石墨烯基保护层及相应锂硫电池 | |
| KR100982325B1 (ko) | 리튬 이차 전지 | |
| US20050019656A1 (en) | Method for fabricating composite electrodes | |
| JP4088755B2 (ja) | 非水電解質二次電池 | |
| WO2016085191A1 (ko) | 나트륨 이차 전지 | |
| KR101542071B1 (ko) | 장수명 이차 전지용 비수성 전해액 및 이를 포함하는 이차전지 | |
| KR20180066694A (ko) | 고출력 특성을 갖는 양극복합소재 및 그를 포함하는 전고체 리튬 이차전지 | |
| JP2013196878A (ja) | 硫黄系二次電池 | |
| EP3675266B1 (en) | Battery cell in which gelled electrolyte component is included in pore of separator configuring electrode assembly | |
| KR102003295B1 (ko) | 황 전지용 전해질 및 이를 포함하는 황 전지 | |
| US11393640B2 (en) | Water based hybrid lithium ion capacitor battery having a water-in-salt electrolyte | |
| KR20200079123A (ko) | 리튬이온전지용 전해질 및 이를 포함하는 리튬이온전지 | |
| KR102003306B1 (ko) | 리튬 전극 및 이를 포함하는 리튬 이차전지 | |
| KR20230072749A (ko) | 아연이온 이차전지용 수계전해질 및 그를 포함하는 아연이온 이차전지 | |
| KR20050030441A (ko) | 리튬-설퍼 전지용 집전체 및 이를 포함하는 리튬-설퍼 전지 | |
| KR20160047237A (ko) | 리튬 이차 전지용 음극 바인더 및 이를 포함하는 음극 및 리튬 이차 전지 | |
| KR101637999B1 (ko) | 이차전지 전해액 및 이를 함유하는 이차전지 | |
| KR101638001B1 (ko) | 이차전지 전해액 및 이를 함유하는 이차전지 | |
| KR101505386B1 (ko) | 알루미늄 전극용 전해질 및 이를 포함하는 리튬 이차전지 | |
| US20240213527A1 (en) | Battery cell | |
| KR102468498B1 (ko) | 전해질 및 이를 포함하는 리튬 금속전지 | |
| KR102679568B1 (ko) | 리튬 이차전지 | |
| KR20230105406A (ko) | 리튬 이차 전지용 전해액 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| E902 | Notification of reason for refusal |