KR20240019159A

KR20240019159A - 고에너지 전고체 금속 배터리용 엘라스토머 전해질

Info

Publication number: KR20240019159A
Application number: KR1020237044691A
Authority: KR
Inventors: 승우 이; 정훈 한; 범준 제이. 김; 마이클 제이. 리
Original assignee: 조지아 테크 리서치 코포레이션; 한국과학기술원
Priority date: 2021-06-10
Filing date: 2022-06-08
Publication date: 2024-02-14
Also published as: WO2022261234A1

Abstract

a) 탄성 폴리머를 포함하는 매트릭스; b) 플라스틱 결정의 3차원적 상호 연결된 상을 형성하도록 상기 매트릭스 내에 분산된 복수의 플라스틱 결정, 그리고 여기서 폴리머 조성물은 약 20 ℃에서 적어도 약 1.1 mS/cm의 이온 전도도를 나타낸다. 또한, 이를 포함하는 전기화학 전지 및 이를 제조하고 사용하는 방법이 본 명세서에 개시된다.

Description

고에너지 전고체 금속 배터리용 엘라스토머 전해질

본 출원은 일반적으로 안정한 고체 전해질을 갖는 금속 및 금속-이온 배터리에 관한 것이다.

본 출원은 2021년 6월 10일에 출원된 미국 가출원 번호 63/209,140, 2021년 9월 9일에 출원된 미국 가출원 번호 63/242,156 및 2021년 12월 3일에 출원된 미국 가출원 번호 63/285,687의 이익을 주장하고, 그 내용 전체로서 참조로 여기에 포함된다.

리튬(Li), 나트륨(Na) 및 아연(Zn)을 포함하는 금속 애노드에 기반하는 재충전가능한 배터리는, 고에너지 밀도를 달성하는 데 큰 가능성을 보여준다.

불행하게도, 금속 애노드의 전기화학적 경계면은 금속 증착에 적합하지 않다. 금속 핵생성은 그 표면에서 불균일하고, 금속 덴트라이트(수지상 결정)의 성장 및 전해질과의 부반응으로부터 금속을 보호할 수 없는 불안정한 고체-전해질 인터페이스 (SEI)의 형성을 유도한다.

따라서 다공성 스캐폴드, 인공 SEI 층 및 고체상 전해질(SSE)을 사용하여 이러한 문제를 해결하기 위해 많은 연구 노력이 이루어졌다. 특히, 무기 또는 유기 SSE에 기반한 고체상 LMB는 가연성 유기 용매를 제거함으로써, 안전성을 크게 향상시켜 유망한 후보로 부상하였다. 현재의 롤투롤-기반 리튬 이온 배터리 제조 공정과의 호환성을 고려하여, 고체 폴리머 전해질(SPE)은, 낮은 제조 비용, 무독성 및 전극과의 부드러운 인터페이스 형성이 가능하게 하는 상대적 연성때문에 큰 관심을 끌고 있다. 다양한 폴리머 중에서, 폴리(에틸렌 옥사이드)(PEO)-기반 SPE가 집중적인 연구 주제였으나, 이러한 폴리머는 LMB의 안정적인 작동을 위한 충분한 이온 전도성과 안정성을 나타내지 않았다. 이온 전도도를 개선하기 위한 일반적인 접근 방식은, 겔 또는 하이브리드 SPE를 형성하기 위해서, 유기 및 무기 충전재와 같은 첨가제를, 폴리머 매트릭스에 혼합하는 것이다.

그러나, 이러한 겔 및 하이브리드 SPE의 이온 전도도 및/또는 기계적 특성은, 고-에너지 LMB의 실현 가능성을 위해 더욱 향상되어야 한다. 합성 고무인 엘라스토머는, 우수한 기계적 특성 때문에, 소비재 및 첨단 기술 (웨어러블 전자 제품 및 소프트 로봇공학)에 널리 사용된다. 엘라스토머는 기계적 탄성과 기능성 모두를 유지하는 동시에, 기능성 구성 요소를 분산시키기 위한 탁월한 매트릭스를 제공할 수 있다. 예를 들어, 전기 및 이온 전도도와 같은, 혼합물의 중요한 기능은, 분산된 구성 요소가 엘라스토머 매트릭스 내에서 3차원적으로 연결될 때, 잘 유지될 수 있다. 중합 유도 상분리(PIPS)는 도메인 크기와 상분리 구조의 연결성을 제어하고 공연속 나노구조를 형성하는 프로세스이다. 그러나, PIPS를 사용하는 탄성 시스템 내에서 이온-전도성 상을 발전시키려는 시도는 없었다.

따라서, 안정한 고체-폴리머 전해질 및 이를 이용한 배터리를 제공하는 새로운 접근과 이의 제조방법이 필요하다. 이들 요구 및 다른 요구들은 본 개시에 의해 적어도 부분적으로 만족된다.

본 개시는, 다음을 포함하는 폴리머 조성물에 관한 것이다: a) 탄성(elastomeric) 폴리머를 포함하는 매트릭스; b) 플라스틱 결정의 3차원적 상호 연결된 상을 형성하도록 상기 매트릭스 내에 분산된 복수의 플라스틱 결정, 그리고 여기서 상기 폴리머 조성물은 약 20?C에서 적어도 약 1.1 mS/cm의 이온 전도도를 나타냄.

본 개시는, 나아가 다음을 포함하는 혼합물을 중합하여 형성된 폴리머 조성물에 관한 것이다: a) 화학식 (I)의 하나 이상의 모노머, b) 복수의 플라스틱 결정; 및 c) 염 AB,

여기서, R1, R2 및 R3은, 각각 독립적으로, 수소, C_1-12 알킬, C_1-12 알콕시, C_1-12 헤테로알킬, -(C_0-5 알킬)(C_6-14 아릴), -(C_0-5 알킬)(C_1-13 헤테로아릴), -(C_0-5 알킬)(C_6-14 아릴옥시), -(C_0-5 알킬)(C_3-10사이클로알킬), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 헤테로사이클로알킬), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 사이클로알케닐), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 헤테로사이클로알케닐), 할라이드, 아민으로부터 선택되고; 여기서, R1 및 R2는, 각각 독립적으로, C_1-12 알킬, C_1-12 알콕시, C_1-12 헤테로알킬, -(C_0-5 알킬)(C_6-14 아릴), -(C_0-5 알킬)(C_1-13 헤테로아릴), -(C_0-5 알킬)(C_6-14 아릴옥시), -(C_0-5 알킬)(C_3-10사이클로알킬), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 헤테로사이클로알킬), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 사이클로알케닐), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 헤테로사이클로알케닐), 알데히드, 아미노, 카르보닐, 에스테르, 케톤, 에테르, 할라이드, 카르복실, 히드록시, 니트로, 술포-옥소, 설포닐, 설폰, 설폭사이드, 티올 또는 포스포닐 중 하나 이상으로 임의적으로 치환되고,

여기서 X는 C(O), O 또는 없음(null)이고,,

여기서 Y는 OR₄, R₄, R₄'OR₄", C(O)R₄, N(R₄)(R₄''') 또는 CN이고;

여기서, R₄는, 수소, C_1-20 알킬, C_2-20 알케닐, C_2-20 알키닐, C_1-20 알콕시, C_1-20 헤테로알킬, C_2-20 헤테로알케닐, C_2-20 헤테로알키닐, -(C_0-5 알킬)(C_6-14 아릴), -(C_0-5 알킬)(C_1-13 헤테로아릴), -(C_0-5 알킬)(C_6-14 아릴옥시), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 시클로알킬), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 헤테로사이클로알킬), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 사이클로알케닐), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 헤테로사이클로알케닐), 할라이드, 아민으로부터 선택되고; 여기서, R₄는 독립적으로 그리고 임의적으로, 하나 이상의 C_1-20 알킬, C_2-20 알케닐, C_2-20 알키닐, C_1-20 알콕시, C_1-20 헤테로알킬, C_2-20 헤테로알케닐, C_2-20 헤테로알키닐, -(C_0-5 알킬)(C₆₁₄ 아릴), -(C_0-5 알킬)(C_1-13 헤테로아릴), -(C_0-5 알킬)(C_6-14 아릴옥시), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 시클로알킬), -(C_0-5 알킬)(C_3-10헤테로시클로알킬), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 시클로알케닐), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 헤테로시클로알케닐), 알데히드, 아미노, 카르보닐 , 에스테르, 케톤, 에테르, 할라이드, 카르복실, 하이드록시, 니트로, 설포-옥소, 설포닐, 설폰, 설폭사이드, 티올 또는 포스포닐로 치환됨;;

여기서, R4'는, (-O-CH₂-CH₂-)n, C_1-20 알킬, C_2-20 알케닐, C_2-20 알키닐, C_1-20 알콕시, C_1-20 헤테로알킬, C_2-20 헤테로알케닐, C_2-20 헤테로알키닐이고, -(C_0-5 알킬)(C_6-14 아릴), -(C_0-5 알킬)(C_1-13 헤테로아릴), -(C_0-5 알킬)(C_6-14 아릴옥시), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 사이클로알킬), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 헤테로사이클로알킬), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 사이클로알케닐), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 헤테로사이클로알케닐), 할라이드, 아민으로부터 선택되고; 여기서 R4'는, 독립적으로 그리고 임의적으로, 하나 이상의 C_1-20 알킬, C_2-20 알케닐, C_2-20 알키닐, C_1-20 알콕시, C_1-20 헤테로알킬, C_2-20 헤테로알케닐, C_2-20 헤테로알키닐, -(C_0-5 알킬)(C_6-14 아릴), -(C_0-5 알킬)(C_1-13 헤테로아릴), -(C_0-5 알킬)(C_6-14 아릴옥시), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 시클로알킬), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 헤테로시클로알킬), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 시클로알케닐), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 헤테로시클로알케닐), 알데히드, 아미노, 카르보닐, 에스테르, 케톤, 에테르, 할라이드, 카르복실, 히드록시, 니트로, 설포-옥소, 설포닐, 설폰, 설폭사이드, 티올 또는 포스포닐로 치환됨;

여기서, R4"는, 수소, C_1-20 알킬, C_2-20 알케닐, C_2-20 알키닐, C_1-20 알콕시, C_1-20 헤테로알킬, C_2-20 헤테로알케닐, C_2-20 헤테로알키닐, -(C_0-5 알킬)(C_6-14 아릴), -(C_0-5 알킬)(C_1-13 헤테로아릴), -(C_0-5 알킬)(C_6-14 아릴옥시), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 시클로알킬), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 헤테로사이클로알킬), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 사이클로알케닐), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 헤테로사이클로알케닐), 할라이드, 아민으로부터 선택되고; 여기서, R4"는, 독립적으로 그리고 임의적으로, C_1-20 알킬, C_2-20 알케닐, C_2-20 알키닐, C_1-20 알콕시, C_1-20 헤테로알킬, C_2-20 헤테로알케닐, C_2-20 헤테로알키닐, -(C_0-5 알킬)(C_6-14 아릴), -(C_0-5 알킬)(C_1-13 헤테로아릴), -(C_0-5 알킬)(C_6-14 아릴옥시), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 시클로알킬), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 헤테로시클로알킬), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 시클로알케닐), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 헤테로시클로알케닐), 알데히드, 아미노, 카르보닐, 에스테르, 케톤, 에테르, 할라이드, 카르복실, 히드록시, 니트로, 설포-옥소, 설포닐, 설폰, 설폭사이드, 티올 또는 포스포닐로 치환됨;

또는 여기서, R4"는 P(O)(OR4''')₂이고;

여기서, R4'''는, 수소, C_1-20 알킬, C_2-20 알케닐, C_2-20 알키닐, C_1-20 알콕시, C_1-20 헤테로알킬, C_2-20 헤테로알케닐, C_2-20 헤테로알키닐, -(C_0-5 알킬)(C_6-14 아릴), -(C_0-5 알킬)(C_1-13 헤테로아릴), -(C_0-5 알킬)(C_6-14 아릴옥시), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 시클로알킬), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 헤테로사이클로알킬), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 사이클로알케닐), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 헤테로사이클로알케닐), 할라이드, 아민으로부터 선택되고; 여기서, R4" 및 R4'''는, 각각, 독립적으로 그리고 임의적으로, C_1-20 알킬, C_2-20 알케닐, C_2-20 알키닐, C_1-20 알콕시, C_1-20 헤테로알킬, C_2-20 헤테로알케닐, C_2-20 헤테로알키닐, -(C_0-5 알킬)(C_6-14 아릴), -(C_0-5 알킬)(C_1-13 헤테로아릴), -(C_0-5 알킬)(C_6-14 아릴옥시), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 사이클로알킬), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 헤테로사이클로알킬), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 사이클로알케닐), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 헤테로사이클로알케닐), 알데히드, 아미노, 카르보닐, 에스테르, 케톤, 에테르, 할라이드, 카르복실, 히드록시, 니트로, 술포-옥소, 술포닐, 술폰, 술폭시드, 티올 또는 포스포닐로 치환됨, 및 여기서, n은 1 내지 200; 여기서 A는, Li, K, Na, Ca, Mg, Zn, Al, 또는 이들의 조합으로부터 선택되고; 그리고 B는, 비스트리필이미드(TFSI^-), 비스(플루오로술포닐)이미드)(FSI^-), 트리플레이트(OTf^-), 헥사플루오로포스페이트(PF₆ ^-), 헥사플루오로아르세네이트(AsF₆ ^-), 사염화알루미늄(AICI₄ ^-), 사염화붕소(BCI₄ ^-), 사불화붕소(BF₄ ^-), 요오드화물(I^-), 염소산염(ClO₃ ^-), 브롬산염(BrO₃ ^-), 요오드산염(IO₃ ^-), 디플루오로(옥살라토) 붕산염(DFOB^-), 비스(옥살라토)붕산염(BOB^--), 디플루오로인산염(DFP) 또는 이들의 조합으로부터 선택됨.

또한, 여기에 혼합물이 가교제를 추가로 포함하는 측면이 개시된다. 추가 측면에서, 상기 가교제는 다음 중 하나 이상을 포함할 수 있다:

또 다른 측면에서, 상기 복수의 플라스틱 결정은 다음 중 하나 이상으로부터 유래되는 것이다:

또한, 여기에 개시된 폴리머 조성물 중 어떤 것을 포함하는 고체 전해질이 여기에 개시된다.

나아가, 본 개시는, 여기에 개시된 폴리머 조성물을 포함하는 고체 전해질을 포함하는 전기화학 전지에 관한 것이다.

여기에 개시된 어떤 측면에서는, 전기화학 전지는 애노드 전극; 및 캐소드 전극을 포함하고; 여기서 상기 애노드 전극 및 상기 캐소드 전극은 여기에 개시된 임의의 고체 전해질과 전기적으로 소통된다. 이러한 예시적이고 비제한적인 측면에서, 상기 금속 물질은, Li, Ca, Na, K, Mg, Zn, Al, 이들의 합금, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 또 또 다른 측면에서, 본 명세서에 개시된 전기화학 전지는 배터리를 포함한다.

추가적인 장점은 이어지는 설명에서 부분적으로 설명될 것이며, 부분적으로는 설명으로부터 명백해지거나 이하에 설명되는 측면의 실시를 통해 학습될 수 있다. 이하에 설명된 장점은, 특히 첨부된 청구범위에 지적된 화학적 조성, 방법 및 이들의 조합에 의해 실현되고 달성될 것이다. 전술한 일반적인 설명과 이하의 상세한 설명은, 단지 예시적이고 설명을 위한 것이고, 청구된 바와 같이 본 발명을 제한하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

도 1a-1e는 플라스틱 결정-내장(embedded) 엘라스토머 전해질의 디자인을 도시한다. 도 1a는 PCEE에 대한 디자인 및 구조의 개략도를 도시한다. 상기 PCEE의 구조는 3D 상호 연결된 플라스틱 결정상()이 엘라스토머 상()으로 둘러싸여 있음을 보여준다. 상기 플라스틱 결정상은 빠른 이온-전도 경로를 지지하고, 반면에 상기 엘라스토머 상은 우수한 기계적 확장성을 제공한다. 도 1b는 X-선 현미경으로 제작한 PCEE의 3차원 단층촬영 이미지를 보여준다. 도 1c는 PCEE 필름의 단면 SEM 이미지를 보여준다. 도 1d는 PCEE 필름의 단면 TEM 이미지를 보여준다. 도 1e는 도 1d의 TEM 이미지의 전자 에너지-손실 분광학 원소 매핑을 보여준다.
도 2a-2c는 전기화학 전지 내에서 인 시츄-중합된(in situ-polymerized, 현장 내 중합) PCEE의 제조공정을 도시한다. 도 2a는 인-시츄 중합을 위한 BA, SBN, LiTFSI, PEGDA, 및 AIBN으로 구성된 균질 용액(왼쪽)과 70 ℃에서 중합 후 유리 바이알 바닥에 있는 연무색 PCEE(오른쪽)의 디지털 사진 이미지를 보여준다. 도 2b는 기계적 탄성을 보여주는 PCEE의 사진 이미지를 보여준다. 도 2c는 인-시츄 중합 공정의 개략도를 보여준다. 상기 용액을 전기화학 전지로 주입하고 이후 인-시츄 중합을 위해 오븐에서 가열되었다.
도 3a-3c는 상세한 모폴로지를 보여주는 다양한 배율의 PCEE의 주사 전자 현미경(SEM) 이미지를 보여준다.
도 4는, BA100, SN100 및 내장 PCEE의 시차 주사 열량계(DSC) 측정을 보여준다. BA와 PEGDA의 중합으로 제조된 원시 엘라스토머(BA100)는 -32 ℃의 낮은 유리전이온도(Tg)를 갖는다. SN100은, 플라스틱 결정 온도(T_PC) -39 ℃부터 용융온도(T_m) 25 ℃까지의 온도 범위에서, 플라스틱 결정상(위치 순서는 있지만 배향성 무순서, positional order but orientational disorder)을 가졌다. 내장 PCEE는 BA100과 SN100 모두의 열 특성을 나타내고, 양 상의 분리 형성을 보여준다.
도 5a-5d는 BA100(도 5d), SN100(도 5c) 및 내장 PCEE(도 5a-5b)의 열중량 분석(TGA) 측정을 도시한다. SN100의 분해개시온도는, 낮은 열안정성을 보이는 ~105 ℃였다. 반대로, BA100의 열 분해는 ~316 ℃의 고온에서 발생하기 시작했다. PCEE는 순수 SN100에 비해 향상된 열 안정성을 보이고, 플라스틱 결정 SN 상을 위한 보호층으로서 엘라스토머의 중요한 역할을 보여준다.
도 6은 BA-기반 용액, BA100, SN100 및 내장 PCEE의 푸리에 변환 적외선 분광법(FT-IR) 스펙트럼을 도시한다. 내장 PCEE는 주요 구성 요소(BA, SN 및 LiTFSI)에서 발생하는 진동 피크를 보여주었다. 내장 PCEE는 주요 구성 요소(BA, SN 및 LiTFSI)로부터 발생하는 진동 피크를 보여주었다. SN과 내장 PCEE의 C=N 스트레칭 대응 진동 피크는 2246 cm^-1에서 나타났다. 중합을 통한 C=C로부터 -C-C-로의 전환 때문에 1620 cm^-1에서 BA 모노머의 C=C 스트레칭 진동 피크는 사라졌다.
도 7a-7d는 중합 유도-PCEE와 블렌드 시스템 간의 모폴로지, 이온 전도도 및 기계적 특성의 비교를 묘사한다. 도 7a는 PCEE의 모폴로지를 보여준다. PCEE의 SEM 이미지는 PIPS를 통해 넓은 영역에 걸쳐 균일하게 개발된(uniformly developed) 탄성 매트릭스 내에서 연속적으로-연결된 SN 위상(SN phases)을 보여준다. 도 7b는 LiTFSI와 탄성 폴리머(교차-결합된 폴리(부틸아크릴레이트) 및 PEGDA) 및 플라스틱 결정(SN)의 블렌드의 모폴로지를 보여준다. 블렌드는 클로로포름 내 탄성 폴리머와 SN-LiTFSI의 혼합물로부터 제조된 후 건조 과정을 거친다. PCEE 및 블렌드 시스템을 구성하기 위해 동일한 중량 비율의 BA, SN, PEGDA 및 LiTFSI가 사용된다. 블렌드의 SEM 이미지는 ㎛ 이상의 길이-규모의 거대상 분리를 보여준다. 도 7c-7d는 PCEE와 블렌드 시스템 간의 이온 전도도(도 7c)와 거칠기(도 7d)를 비교한다.
도 8a-8f는 내장 PCEE의 속성을 나타낸다. 도 8a는 이온 전도성(σ) 대 온도(T)의 측정에 기초한 내장 PCEE 및 그 구성요소(BA100 및 SN100)의 아르헤니우스 (Arrhenius) 플롯을 보여준다. 도 8b는 100 mm min^-1의 신장률에서 내장 PCEE 및 BA100의 스트레스-스트레인 곡선을 보여준다. SN100의 인장 특성은 그 취성(brittleness)때문에 측정이 불가능하였다. 도 8c는 현장외(ex-situ) PCEE와 내장 PCEE를 보여주는 사진 이미지와 구성표를 보여준다. 도 8d는 Li 금속 애노드 상의 내장 PCEE의 단면 SEM 이미지를 보여준다. 도 8e는 내장 PCEE와 Cu 호일 사이의 계면 접착력 테스트를 보여준다. 빨간색 점선은 폭 당 평균 힘을 나타낸다. 도 8f는 다양한 전해질로 구성된 준비된 대칭 Li 전지의 나이퀴스트 플롯(Nyquist plots)을 보여준다. 실선은 등가 회로 맞춤(equivalent circuit fit)에 대응된다.
도 9는 BA:SN (부피%) 조성의 함수로서 폴리머 전해질의 이온 전도도를 보여준다. 이온 전도도는, BA100(매트릭스 상)부터 SN100(코어 상)까지 SN의 10 vol%씩의 점진적 증가에서 측정되었다. 결과는 SN이 증가함에 따라 이온 전도도가 증가한다는 것을 보여주었다. 이온전도도가 5:5 지점에서는 최대화되지 않았으나, BA50SN50(5:5 지점) 이후에는 전도도의 증가가 상대적으로 완만하였다. 그러므로, 탄성 특성 및 높은 이온 전도도 (~10^-3 S cm^-1)의 기여를 모두 고려하여 BA50SN50이 최적 조성으로 선택되었다.
도 10은, BA100, SN100 및 PCEE의 X-선 회절(XRO) 스펙트럼을 보여준다.
도 11은, PCEE 난연제를 보여준다. PCEE의 가연성 테스트 사진 이미지.
도 12는 현장외 PCEE와 Cu 호일 사이의 계면 접착 테스트를 보여준다. 현장외 PCEE는 두 조각의 Cu 호일 사이에 끼워졌다. 180도 스트립핑 테스트(180-degree peeling test)에서 Cu 호일의 두 프리 암(Two free arms)을 스트레칭하였다. 상기 접착 에너지는 연장을 위해 요구되는 폭 당 힘의 안정 값에 의해 결정된다. 현장외 PCEE의 접착 에너지는 단지 2.7 J m^-2이고, 이는 내장 PCEE (21.5 J m^-2)에 비해 한 차원 낮다.
도 13은 내장 PCEE 대칭형 Li 전지의 누적 용량을 보여준다. 대칭형 Li 전지는 20 ℃에서 모든 Li 플래팅/스트리핑(plating/stripping) (사이클당 통과된 Li 비율: 0.15)에 대해 10 mAh cm^-2의 용량과 10 mA cm^-2의 높은 전류 밀도에서 수행되었다.
도 9c-14j는 대칭 Li 및 비대칭 Li||Cu 전지의 내장 PCEE를 보여준다. 도 9c는 다양한 전해질을 갖는 대칭형 Li 전지의 사이클링 성능을 보여준다. 삽입: 다양한 시간 동안 확대된 전압 프로파일. 도 14b-14d는 전지 고장(도 14b) 후의 SN100, 10 mAh cm^-2의 용량과 10 mA cm^-2의 전류 밀도에서의 100사이클 후의 현장외 PCEE(도 14c) 및 내장 PCEE(도 14d)를 갖는 Li 금속 애노드의 평면 SEM 이미지를 보여준다. 삽입: 확대된 평면도 SEM 이미지. 도 14e는, 4 mA cm^-2 및 10 mAh cm^-2의 용량과 2 mA cm^-2 및 5 mA cm^-2 각각의 전류 밀도에서의 내장 PCEE를 갖는 비대칭 Li||Cu 전지에 대한 쿨롱 효율을 보여준다. 도 14f는 대응 확대된 전압 프로파일을 보여준다. 도 14g-14i는 내장 PCEE와 조립된 원시(도 14G), Li-플래팅(도금)(도 14h) 및 Li-스트리핑(도 14i) Cu 전극의 단면 SEM 이미지를 보여준다. 도 14j는 다양한 전해질의 Li 플래팅 및 스트립핑의 개략도를 보여준다.
도 9c-15f는 내장 PCEE 대칭형 Li 전지에 대한 전기화학적 특성을 보여준다. 도 9c는 내장 PCEE로 구성된 대칭형 Li 전지의 시간-의존적 나이퀴스트 플롯을 보여준다. 도 15b는, 25, 75 및 100 사이클 후의 내장 PCEE로 구성된 대칭 Li 전지의 나이퀴스트 플롯을 보여준다. 도 15c는, 서로 다른 전류 밀도에서의 내장 PCEE로 구성된 대칭형 Li 전지의 사이클링 성능을 보여준다. 도 15d는 이전에 보고된 문헌 데이터와 비교하여,내장 PCEE에 대한 Li 도금/스트립 전압 히스테리시스를 보여준다. 도 15e는, 10 mV의 분극 전후의 대칭형 Li 전지의 나이퀴스트 플롯을 보여준다. 도 15f는, 10시간 동안의 10 mV 분극 하에서의 대칭형 Li 전지의 정상-상태 전류 측정을 보여준다. EIS는 10 mV의 진폭, 105~10° Hz 범위의 개방-회로 전압에서 측정되었다.
도 16은, 대칭형 Li 전지(cell)의 나이키스트 플롯(Nyquist plots)을 모델링하기 위한 등가 회로를 보여준다.
도 17은 XPS에 의해 내장 PCEE 및 SN100을 갖는 순환 Li 금속 애노드 상의 SEI 구성 요소의 특성을 보여준다. Li 금속 애노드의 고해상도 Li 1s, C 1s, O 1s, N 1s 및 F 1s XPS 스펙트럼은, 1 mAh cm^-2의 용량과 1 mA cm^-2의 전류 밀도에서 내장 PCEE 및 SN100을 갖는 대칭 Li 전지의 100회 사이클 후 측정되었다.
도 18a-18b는, SN100으로 구성된 비대칭 Li||Cu 전지의 사이클링 성능을 보여준다. 도 18a는, 1 mA cm^-2와 함께 0.5 mA cm^-2에서의 사이클 수의 함수로서의 쿨롱 효율을 보여준다. 도 18b는, 대응하는 Li 스트리핑 및 플래팅 프로파일을 보여준다.
도 19a-19c는 극미량 Cu (on bare Cu) 내장 PCEE의 Li 도금 및 스트립 거동을 보여준다. 도 19a는, 각각, 0.5 및 1 mA cm^-2의 전류 밀도에서의 비대칭 Li||Cu 전지의 사이클링 성능을 보여준다. 도 19b-19c는, 1 mAh cm^-2의 용량과 0.5 mA cm^-2의 전류 밀도(도 19b) 및 2 mAh cm^-2의 용량과 1 mA cm^-2의 전류 밀도(도 19c)에서의 내장 PCEE에 대한 Li 스트리핑 및 도금 프로파일을 보여준다.
도 20a-20c는 고전압 NMC-622 캐소드와 쌍을 이루는 내장 PCEE의 전기화학적 안정성을 보여준다. 도 20a는 내장 PCEE를 갖는 Li||NMC-622를 사용하여 전기화학적 부유 실험이 수행되었음을 보여준다. 상기 전지는 4.2 Vat 0.2C(1 C = 180 mA g-1)까지 충전되고 그 다음 10시간 동안 4.7 V까지 점진적으로 더 높은 전압에서 유지되었다. 도 20b는 동일한 전류 밀도에서, 2.7 내지 4.5 V의 전압 범위에서 전체 전지 (35 ㎛ 두께 Li 애노드, 25 ㎛ 두께 내장 PCEE, 고부하 NMC-622 (9.7 mg cm^-2))의 속도 성능을 보여준다. (삽입: 다양한 면적 전류 밀도에서의 용량 활용도). 도 20c는 2.7-4.5 V의 전압 범위에서 사이클 수의 함수로서의 전체 전지(초과 Li; 25 ㎛ 두께 내장 PCEE, NMC-622 (2.1 mg cm^-2))의 사이클링 성능을 보여준다. 상기 전지는 100사이클 동안 99.5 %의 높은 CE로 ~140 mAh g^-1(82 % 용량 유지)의 고용량을 유지하였고, 고전압에서 안정적인 작동을 확인하였다. 전지는 20 ℃에서 수행되었다.
도 21은, 전기화학적 산화 안정성을 예시한다. 스캔 속도 1mV S^-1에서의, BA100, SN100 및 Li||스테인레스강 전지 내장 PCEE의 선형 스위프 볼타메트리(LSV) 프로파일 (삽입: 4 내지 5.5 V 전위 범위에서 확대된 LSV 프로파일).
도 22a-22b는, 전압 유지 없이 1 C에서의 Li||LiFePO4 전지의 사이클링 성능을 보여준다. 도 22a는 사이클 수의 함수로서의 용량 및 쿨롱 효율을 보여준다. 도 22b는 대응 전압 프로파일을 보여준다. 1C = 170mA g^-1.
도 23a-23b는 고전압 NMC-83 캐소드를 갖는 전체 전지의 전기화학적 성능을 보여준다. 도 23a는 0.1 mA cm^-2에서 2.7-4.3 V의 전압 범위에서 전체 전지의 충전 및 방전 프로파일을 보여준다. 도 23b는 2.7-4.5 V의 전압 범위에서 동일한 온도 (60 내지 0 ℃)에서 충전/방전된 전체 전지의 온도-의존적 전압 프로파일을 보여준다. (삽입: 다양한 온도에서의 용량 활용도). 모든 전체 전지는 35 ㎛ 두께의 Li 애노드; 25 ㎛ 두께의 내장 PCEE; 고부하 NMC-83 (>10 mg cm^-2)으로 구성되었다.0
도 24a-24d는 탄성 전해질을 갖는 고에너지 전고체 LMB에 대한 모습을 보여준다. 도 24a는 2.7-4.3 V의 전압 범위에서 사이클 수의 함수로서의 전체 전지의 사이클링 성능을 보여준다. 상기 전지는 초기에 0.5 mA cm^-2에서 사이클링 전 3 사이클 동안 0.1 mA cm^-2의 전류 밀도에서 사이클링되었다. 도 24b는 동일한 전류 밀도에서 2.7-4.5 V의 전압 범위에서 전체 전지의 속도 성능을 보여준다. 삽입은 다양한 면적 전류 밀도에서의 용량 활용도를 보여준다. 도 24c는 주변 온도(20-30 ℃)에서 전체 전지에 대한 라곤 플롯(Ragone plot)을 보여준다. 각 참조의 비에너지 및 전력은 밝은 음영 영역 (청색 폴리머/복합 전해질, 회색, 무기 전해질) 내에 표시된다. 비에너지와 전력은 전지 케이싱과 집전체의 중량을 제외하고, 전지 (애노드, 고체 전해질, 및 캐소드)의 질량으로 정규화된다. 도 24d는 얇은 Li 금속 애노드, 얇은 내장 PCEE 및 고부하 NMC-83을 포함하는 전고체 LMB의 개략도를 보여준다. 내장 PCEE를 갖는 전체 전지는 도 25에 나열된 전형적인 전체 전지보다 더 높은 비에너지를 보여준다. 모든 전체 전지는 35 ㎛ 두께 Li 양극, 25 ㎛ 두께 내장 PCEE 및 고부하 NMC-83 (>10 mg cm²)으로 구성되었다.
도 25는, 이전에 보고된 고체상 LMB와의 배터리 성능 비교를 보여준다.
도 26a-26d는 PCEE 준비를 위한 디지털 사진 이미지를 사용한 개략적인 절차를 보여준다. PCEE는 4단계로 준비되었다. 먼저, BA(모노머), PEGDA(가교제), AIBN(열개시제), LiTFSI(염)로 구성된 BA100 용액이 준비되었다. PEGDA, AIBN, LiTFSI를 BA(액체 상태)에 녹인 후, 균일한 혼합을 위해 실온에서 1시간 동안 교반되었다. 두 번째로, SN(플라스틱 결정)과 LiTFSI(염)으로 구성된 SN100 용액이 준비되었다. SN은 실온에서 결정 상태였으며, 이어서 LiTFSI가 SN과 혼합되었다. SN의 Li 금속과의 부반응을 방지하기 위해, 5 vol% 플루오로에틸렌 카보네이트도 첨가되었다. 이어서, 균질한 용액을 제조하기 위해서, 이들 성분은 50 ℃에서 1시간 동안 교반되었다. 세 번째 단계에서, 부피비를 조절하여 BA100과 SN100 용액이 혼합(combined)되었다. BA50SN50을 위해서, BA100과 SN100 용액의 부피 비율은 1:1이었다. 마지막으로, 상기 용액을 50 ℃에서 1시간 동안 교반한 후 70 ℃에서 2시간 동안 중합하여, PCEE가 형성되었다.
도 27a-27b는, 0.2 C에서의 LiNi_0.88Co_0.09Al_0.03O₂ (NCA-88)의 정전류 충전/방전 프로파일 (도 27a) 및 2.7 내지 4.3 V의 전압 범위 (1C=190 mA g-1)에서의 0.2 C에서의 사이클 수의 함수로서의 전체 전지 (Li//내장 PCEE//NCA-88)의 사이클링 성능을 보여준다 (도 27b).
도 28은, 단일- (Li, Na 및 K), 2(di)- (Mg 및 Zn) 및 3가 양이온(Al)을 갖는 PCEE 시스템에 대한 온도 함수로서의 전도도를 보여준다.
본 명세서에 포함되고 본 명세서의 일부를 구성하는 첨부 도면은, 이하에 설명되는 여러 측면을 예시한다.

본 발명은 다음의 상세한 설명, 실시예, 도면 및 청구범위와 이들의 이전 및 이후의 설명을 참조하여 더욱 쉽게 이해될 수 있다. 그러나, 본 발명의 물품, 시스템 및/또는 방법이 개시되고 설명되기 전에, 본 발명은 달리 명시되지 않는 한, 개시된 물품, 시스템 및/또는 방법의 특정 또는 예시적인 측면, 물론 다양할 수 있고, 이에 제한되지 않는다는 것이 이해되어야 한다. 또한, 여기에 사용된 용어는 단지 특정 측면을 설명하기 위한 것이며 제한하려는 의도가 아니라는 것을 이해해야 한다.

본 발명의 다음 설명은 현재 알려진 최선의 측면에서 본 발명을 가능하게 하는 가르침으로서 제공된다. 이를 위해, 관련 기술분야의 당업자는, 본 발명의 유익한 결과를 얻으면서, 여기에 설명된 본 발명의 다양한 측면에 많은 변화가 이루어질 수 있음을 인식하고 이해할 것이다. 또한, 본 발명의 원하는 이점 중 일부는 다른 특징을 이용하지 않고 본 발명의 일부 특징을 선택함으로써 얻을 수 있다는 것도 명백할 것이다. 따라서, 관련 기술분야의 통상의 기술자는 본 발명에 대한 많은 수정 및 적용이 가능하고, 어떤 상황에서는 바람직할 수도 있으며, 본 발명의 일부임을 인식할 것이다. 따라서, 다음의 설명은 본 발명의 원리를 예시하기 위해 다시 제공되며, 이에 제한되지 않는다.

여기에 사용된 바와 같이, "선택적" 또는 "임의로"라는 용어는 이후에 설명되는 사건 또는 상황이 발생할 수 있거나 발생할 수 없으며, 상기 설명에는 상기 사건 또는 상황이 발생하는 경우와 발생하지 않는 경우가 포함된다는 것을 의미한다.

명확함을 위해 별도의 측면의 맥락에서 설명된 본 개시의 어떤 특징은 단일 측면에서 조합하여 제공될 수도 있다. 반대로, 간결함을 위해 단일 측면의 맥락에서 설명되는 본 개시의 다양한 특징은, 또한 개별적으로 또는 어떤 적합한 하위조합으로 제공될 수도 있다.

상세한 설명 및 첨부된 청구범위에 사용된 바와 같이, 단수형 "하나", "하나의" 및 "상기"는 문맥에서 달리 명시하지 않는 한 복수형을 포함한다. 따라서, 예를 들어, "모노머"라는 표현은 2개 이상의 모노머를 포함하고, "배터리"라는 기재는 2개 이상의 배터리를 포함하는 것 등과 같다.

또한, 여기서 사용된 용어는 특정 측면을 설명하기 위한 목적일 뿐 제한하려는 의도는 아니라는 점을 이해해야 한다. 명세서 및 청구항에 사용된 용어 "포함하는"은 "구성되는" 및 "본질적으로 구성되는"이라는 측면을 포함할 수 있다. 다르게 정의되지 않는 한, 여기에 사용된 모든 기술 및 과학 용어는 본 발명이 속하는 기술 분야의 숙련자에 의하여 일반적으로 이해하는 것과 동일한 의미를 갖는다. 본 명세서 및 다음 청구항에서는 여기에서 정의되는 여러 용어가 언급될 것이다.

"예를 들어" 및 "~와 같은"이라는 용어와 그 문법적 동등성에 대해, 달리 명시적으로 언급되지 않는 한, "제한 없이"라는 문구가 따르는 것으로 이해된다. 또한, 이들 문구는 단지 설명의 목적으로만 사용된 것으로 이해된다. 여기에서 사용된 용어 "예시적인"은 "~의 예"를 의미하며 바람직하거나 이상적인 측면의 표시를 전달하려는 의도는 아니라는 것이 추가로 이해된다.

"또는"이라는 용어는 "및/또는"을 의미한다. 값의 범위에 대한 언급은 여기서 달리 표시되지 않는 한 범위 내에 속하는 각각의 개별 값을 개별적으로 언급하는 약식 방법으로 사용되며, 각각의 개별 값은 여기에 개별적으로 인용된 것처럼 명세서에 포함된다. 모든 범위의 끝점은 범위 내에 포함되며 독립적으로 결합 가능하다. 여기에 기술된 모든 방법은 여기서 달리 명시되지 않거나 문맥상 명확하게 모순되지 않는 한 적합한 순서로 수행될 수 있다.

여기에서 값의 범위를 언급하는 것은 여기에 다르게 표시되지 않는 한, 언급된 각각의 개별 값을 개별적으로 언급하거나 범위 내에 속하는 약식 방법의 역할을 하도록 의도되었으며, 각각의 개별 값은 마치 개별적으로 언급된 것처럼 명세서에 포함된다. 여기에 제공된 범위는 해당 범위 내의 모든 값을 줄여서 표현한 것으로 이해된다. 예를 들어, 1~50의 범위에는 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38 , 39, 40,41, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48, 49, 또는 50 또는 10-40, 20-50, 5-35 등으로 구성된 군으로부터의 하위 범위로 구성된 그룹의 임의의 숫자, 숫자 조합이 포함되는 것으로 이해된다. 유사하게, 여기서 종말점에 의해 인용된 수치 범위는 해당 범위 내에 포함된 하위 범위를 포함한다 (예를 들어, 1 내지 5는, 1-1.5, 1.5-2, 2-2.75, 2.75-3, 3-3.90, 3.90-4, 4-4.24, 4.24-5, 2-5, 3-5, 1-4 및 2-4 를 포함함).

여기에 기재된 일반식 내의 가변 위치를 정의할 때 언급된 유기 부분(예를 들어, 용어 "할로겐")은 유기 부분에 포함되는 개별 치환기에 대한 집합적 용어이다. 그룹이나 부분 앞에 붙는 접두사 C_n-m은 각 경우 뒤에 오는 그룹이나 부분에서 가능한 탄소 원자 수를 나타낸다.

본 명세서에 사용된 용어 "이온"은, 임의의 분자, 분자의 일부, 분자 클러스터, 분자 복합체, 일부, 또는 전하(하나의 분자, 분자 클러스터, 분자 복합체 또는 부분 (예: 양성이온(zwitterions)) 내에서 양성, 음성 또는 하나의 분자 내에서 동시에 둘 다)를 포함하거나 전하를 포함하도록 만들어질 수 있는 원자를 의미한다. 분자, 분자의 일부, 분자 클러스터, 분자 복합체, 모이어티 또는 원자에서 전하를 생성하는 방법이 여기에 개시되고, 예를 들어, 양성자화, 탈양성자화, 산화, 환원, 알킬화, 아세틸화, 에스테르화, 탈에스테르화, 가수분해 등의 해당 분야에 알려진 방법에 의하여 달성될 수 있다.

용어 “음이온(anion)"은 이온의 타입이고, 용어 “이온(ion)"의 의미 내에 포함된다. "음이온"은 순 음전하를 포함하거나 순 음전하를 포함하도록 만들어질 수 있는 임의의 분자, 분자의 부분(예를 들어, 양성이온), 분자 클러스터, 분자 복합체, 모이어티 또는 원자이다. 용어 "음이온 전구체"는 화학 반응 (예를 들어 탈양성자화)을 통해 음이온으로 전환될 수 있는 분자를 구체적으로 지칭하기 위해 여기에서 사용된다.

용어 “양이온(cation)"은 이온의 타입이고, 용어 “이온(ion)"의 의미 내에 포함된다. "양이온"은 순 양전하를 포함하거나 순 양전하를 포함하도록 만들어질 수 있는 임의의 분자, 분자의 부분(예를 들어, 양성이온), 분자 클러스터, 분자 복합체, 모이어티 또는 원자이다. 용어 "양이온 전구체"는 화학 반응 (예를 들어 양성자화 또는 알킬화)을 통해 양이온으로 전환될 수 있는 분자를 구체적으로 지칭하기 위해 여기에서 사용된다.

여기서 사용된 용어 "치환된"은, 수소 원자가 제거되고 치환기로 대체되는 것을 의미한다. 유기 화합물의 허용되는 모든 치환기를 포함하는 것으로 고려된다. 여기에 사용된 "임의로 치환된"이란 문구는 비치환 또는 치환을 의미한다. 주어진 원자에서의 치환은 원자가에 의해 제한되는 것으로 이해된다. 넓은 측면에서, 허용되는 치환체는 유기 화합물의 비고리형 및 고리형, 분지형 및 비분지형, 탄소고리형 및 헤테로고리형, 방향족 및 비방향족 치환기를 포함한다. 예시적인 치환체는, 예를 들어, 이하에 기재된 것들을 포함한다. 허용되는 치환체는 적절한 유기 화합물에 대해 하나 이상일 수 있고 동일하거나 다를 수 있다. 본 개시의 목적을 위해, 질소와 같은 헤테로원자는 수소 치환체 및/또는 헤테로원자의 원자가를 만족시키는 여기에 기술된 유기 화합물의 임의의 허용되는 치환체를 가질 수 있다. 본 개시는 유기 화합물의 허용되는 치환기에 의해 어떤 방식으로 제한되도록 의도되지 않는다. 또한, 용어 "치환" 또는 "치환된"은, 그러한 치환이 치환된 원자 및 치환체의 허용 원자가에 따르고, 치환이 안정한 화합물, 예를 들어, 재배열, 고리화, 제거 등에 의해 자발적으로 변형이 일어나지 않는 화합물을 결과시킨다는 묵시적인 의미를 포함한다.

"Z¹", "Z²", "Z³" 및 "Z⁴"는 여기서 다양한 특정 치환기를 나타내는 일반 기호로 사용된다. 특정 측면에서, 다양한 특정 치환기를 나타내는 일반적인 기호는, "R¹", "R²", "R³" 또는 "R⁴"로 표시될 수 있으며, 여기서 n은 치환기의 후속 개수이다. 이들 기호는 여기에 개시된 것에 제한되지 않고, 임의의 치환기일 수 있으며, 어떤 경우에는 특정 치환기로 정의될 때, 다른 경우에는 다른 치환기로 정의될 수 있다.

여기에서 사용된 "주위 온도" 및 "실온"이라는 표현은 당업계에서 이해되며 일반적으로 온도, 예를 들어 반응 온도, 즉 반응이 수행되는 공간의 온도와 비슷한 온도, 예를 들어, 약 20 ℃부터 약 30 ℃까지를 의미한다.

두 글자나 기호 사이에 있지 않은 대시("-")는 치환기의 부착점을 나타내기 위해 사용된다. 예를 들어 -(C=O)NH₂는 케토(C=O) 그룹의 탄소를 통해 결합된다.

여기에 사용된 용어 "지방족"은 비방향족 탄화수소 그룹(기)을 의미하며 분지형 및 비분지형, 알킬, 알케닐 또는 알키닐기를 포함한다. 여기서 사용된 용어 "C_n-C_m 알킬"(또는 "C_n-m")은 단독으로 또는 다른 용어와 조합하여 사용되며, n 내지 m개의 탄소를 갖는 직쇄 또는 분지형일 수 있는 포화 탄화수소 기를 지칭한다. C_n-m 및 C_n-C_m이라는 용어는 상호교환적으로 사용될 수 있으며, 단지 특정 화합물이 n에서 m 사이의 탄소를 갖는다는 것을 보여주기 위해 사용되는 것으로 이해된다. 달리 특정하지 않는 한, C₁-C₂₄ (e.g., C₁-C₂₂, C₁-C₂₀, C₁-C₁₈, C₁-C₁₆, C₁-C₁₄, C₁-C₁₂, C₁-C₁₀, C₁-C₈, C₁-C₆, 또는 C₁-C₄) 알킬 그룹이 의도된다. 알킬 모이어티의 예는, 이에 제한되지 않지만, 메틸, 에틸, n-프로필, 이소프로필, n-부틸, teri-부틸, 이소부틸, sec-부틸과 같은 화학 그룹; 2-메틸-1-부틸, n-펜틸, 3-펜틸, n-헥실, 1,2,2-트리메틸프로필, 헵틸, 옥틸, 노닐, 데실, 도데실, 테트라데실, 헥사데실, 에이코실, 테트라코실과 같은 고급 동족체 (higher homologs), 등을 포함한다. 알킬기는 치환되거나 비치환될 수도 있다. 명세서 전반에 걸쳐, "알킬"은, 일반적으로 비치환된 알킬기 및 치환된 알킬기를 모두 지칭하는 데 사용되고; 그러나 치환된 알킬 그룹은 또한 알킬 그룹 상의 특정 치환체(들)을 식별함으로써 본원에서 구체적으로 지칭된다. 알킬 기는, 이에 제한되지 않지만, 알킬, 할로겐화 알킬, 알콕시, 알케닐, 알키닐, 아릴, 헤테로아릴, 알데히드, 아미노, 카르복실산, 에스테르, 에테르, 할로겐화물, 히드록시, 케톤, 니트로, 실릴, 설포-옥소, 설포닐, 설폰, 설폭사이드 또는 티올의 하나 이상의 기로 치환될 수 있고, 이하에 설명된 바와 같이, 치환체가 입체적으로 적합하고 화학 결합 및 변형 에너지의 규칙이 충족된다.

용어 "헤테로지방족"은, 사슬 내에 하나 이상의 헤테로원자, 예를 들어 탄소 원자 대신에 아민, 카르보닐, 카르복시, 옥소, 티오, 포스페이트, 포스포네이트, 질소, 인, 규소 또는 붕소 원자를 함유하는 지방족 모이어티를 의미한다. 특정 구체예에서, 유일한 헤테로원자는 질소이다. 특정 구체예에서, 유일한 헤테로원자는 산소이다. 특정 구체예에서, 유일한 헤테로원자는 황이다. 여기에서 "헤테로지방족"은, 이에 제한되지 않지만, 헤테로알킬, 헤테로알케닐, 헤테로알키닐, 헤테로사이클로알킬, 헤테로사이클로알케닐 및 헤테로사이클로알키닐 모이어티를 포함하는 것으로 의도된다. 특정 구체예에서, "헤테로지방족"은 1-20개의 탄소 원자를 갖는 헤테로지방족 기(환형, 비환형, 치환, 비치환, 분지형 또는 비분지형)를 나타내도록 사용된다. 특정 구체예에서, 헤테로지방족 기는 안정한 모이어티를 형성하는 방식으로 임의로 치환된다. 헤테로지방족 모이어티의 비제한적인 예는, 폴리에틸렌 글리콜, 폴리알킬렌 글리콜, 아미드, 폴리아미드, 폴리락타이드, 폴리글리콜리드, 티오에테르 및 에테르, 알킬-헤테로사이클-알킬, -O-알킬-O-알킬, 알킬-O-할로알킬 등이다.

명세서 전반에 걸쳐서, "알킬"은 일반적으로 비치환된 알킬기 및 치환된 알킬기를 모두 지칭하는 데 사용되고; 하지만 치환된 알킬 그룹은 또한 알킬 그룹 상의 특정 치환체(들)을 식별함으로써 여기에서 구체적으로 지칭된다.

예를 들어, 용어 "할로겐화 알킬"은, 구체적으로, 하나 이상의 할로겐화물, 예를 들어, 불소, 염소, 브롬 또는 요오드로 치환된 알킬기를 지칭한다. "할로알킬”은 위에서 설명한, 최대 허용 가능한 수의 할로겐 원자까지의, 1개 이상의 할로 원자로 치환된 분지형 또는 직쇄형 알킬 그룹이다. 할로알킬 기의 예는, 이에 제한되는 것은 아니지만, 플루오로메틸, 디플루오로메틸, 트리플루오로메틸, 클로로메틸, 디클로로메틸, 트리클로로메틸, 펜타플루오로에틸, 헵타플루오로프로필, 디플루오로클로로메틸, 디클로로플루오로메틸, 디플루오로에틸, 디플루오로프로필, 디클로로에틸 및 디클로로프로필을 포함한다. "퍼할로알킬"은 모든 수소 원자가 할로겐 원자로 대체된 알킬기를 의미한다. 예는, 이에 제한되지는 않지만, 트리플루오로메틸 및 펜타플루오로에틸을 포함한다.

용어 "알콕시알킬"은, 구체적으로, 아래에 기술된 바와 같이, 하나 이상의 알콕시 그룹으로 치환된 알킬 그룹을 지칭한다. 용어 "알킬아미노"는, 구체적으로, 아래에 기된 바와 같이, 하나 이상의 아미노기로 치환된 알킬 그룹을 지칭한다. 어떤 경우에는 "알킬"이 사용되고, 다른 경우에는 "알킬알코올"과 같은 특정 용어가 사용되는 경우, 용어 "알킬"이 "알킬알코올" 및 이와 유사한 특정 용어도 지칭하지 않는다는 것을 의미하지는 않는다.

여기에 사용된 "C_n-C_m 알케닐"은 하나 이상의 이중 탄소-탄소 결합을 갖고 n 내지 m개의 탄소를 갖는 알킬 기를 지칭한다. 알케닐은 직선형 또는 분지형일 수 있다. 달리 명시하지 않는 한, C₂-C₂₄ (예를 들어, C₂-C₂₂, C₂-C₂₀, C₂-C₁₈, C₂-C₁₆, C₂-C₁₄, C₂-C₁₂, C₂-C₁₀, C₂-C₈, C₂-C₆, or C₂-C₄) 알케닐 그룹이 의도된다. 알케닐 그룹은 하나 이상의 불포화 결합을 포함할 수 있다. 예들은, 에테닐, 1-프로페닐, 2-프로페닐, 1-메틸에테닐, 1-부테닐, 2-부테닐, 3-부테닐, 1-메틸-1-프로페닐, 2-메틸-1-프로페닐, 1-메틸-2-프로페닐, 2-메틸-2-프로페닐, 1-펜테닐, 2-펜테닐, 3-펜테닐, 4-펜테닐, 1-메틸-1-부테닐, 2-메틸-1-부테닐, 3-메틸-1-부테닐, 1-메틸-2-부테닐, 2-메틸-2-부테닐, 3-메틸-2-부테닐, 1-메틸-3-부테닐, 2-메틸-3-부테닐, 3-메틸-3-부테닐, 1, 1-디메틸-2-프로페닐, 1,2-디메틸-1-프로페닐, 1,2-디메틸-2-프로페닐, 1-에틸-1-프로페닐, 1-에틸-2-프로페닐, 1-헥세닐, 2- 헥세닐, 3-헥세닐, 4-헥세닐, 5-헥세닐, 1-메틸-1-펜테닐, 2-메틸-1-펜테닐, 3-메틸-1-펜테닐, 4-메틸-1-펜테닐, 1-메틸- 2-펜테닐, 2-메틸-2-펜테닐, 3-메틸-2-펜테닐, 4-메틸-2-펜테닐, 1-메틸-3-펜테닐, 2-메틸-3-펜테닐, 3-메틸-3- 펜테닐, 4-메틸-3-펜테닐, 1-메틸-4-펜테닐, 2-메틸-4-펜테닐, 3-메틸-4-펜테닐, 4-메틸-4-펜테닐, 1,1-디메틸-2- 부테닐, 1,1-디메틸-3-부테닐, 1,2-디메틸-1-부테닐, 1,2-디메틸-2-부테닐, 1,2-디메틸-3-부테닐, 1,3-디메틸-1- 부테닐, 1,3-디메틸-2-부테닐, 1,3-디메틸-3-부테닐, 2,2-디메틸-3-부테닐, 2,3-디메틸-1-부테닐, 2,3-디메틸-2- 부테닐, 2,3-디메틸-3-부테닐, 3,3-디메틸-1-부테닐, 3,3-디메틸-2-부테닐, 1-에틸-1-부테닐, 1-에틸-2-부테닐, 1- 에틸-3-부테닐, 2-에틸-1-부테닐, 2-에틸-2-부테닐, 2-에틸-3-부테닐, 1,1,2-트리메틸-2-프로페닐, 1-에틸-1-메틸- 2-프로페닐, 1-에틸-2-메틸-1-프로페닐, 및 1-에틸-2-메틸-2-프로페닐을 포함한다. 용어 "비닐"은 -CH=CH₂ 구조를 갖는 그룹을 지칭하고; 1-프로페닐은 -CH=CH-CH₃ 구조를 갖는 그룹을 의미하고, 2-프로페닐은 -CH₂-CH=CH₂ 구조를 갖는 그룹을 지칭한다. (Z¹Z²)C=C(Z³Z⁴)와 같은 비대칭 구조는 E와 Z 이성질체를 모두 포함하도록 의도된다. 이는 비대칭 알켄이 존재하는 여기의 구조식에서 추정될 수 있거나, 결합 기호 C=C로 명시적으로 표시될 수 있다. 알케닐 기의 예는, 이에 제한되지는 않지만, 에테닐, n-프로페닐, 이소프로페닐, n-부테닐, 서부테닐 등을 포함한다. 다양한 측면에서, 알케닐 모이어티는 2 내지 6, 2 내지 4, 또는 2 내지 3개의 탄소 원자를 함유한다. 알케닐 기는, 이에 제한되지는 않지만, 알킬, 할로겐화 알킬, 알콕시, 알케닐, 알키닐, 아릴, 헤테로아릴, 알데히드, 아미노, 카르복실산, 에스테르, 에테르, 할라이드, 히드록시, 케톤, 니트로, 시아노, 실릴, 설포-옥소, 설포닐, 설폰, 설폭사이드, 티올, 티올 또는 포스포닐을 포함하는 하나 이상으로 치환될 수 있다.

여기에 사용된 "C_n-C_m 알키닐"은 하나 이상의 삼중 탄소-탄소 결합을 갖고 n 내지 m개의 탄소를 갖는 알킬 기를 지칭한다. 알키닐은 삼중 결합을 포함하는 직쇄형 또는 분지형 탄화수소 모이어티일 수 있다. 달리 명시하지 않는 한, C₂-C₂₄ (예를 들어, C₂-C₂₄, C₂-C₂₀, C₂-C₁₈, C₂-C₁₆, C₂-C₁₄, C₂-C₁₂, C₂-C₁₀, C₂-C₈, C₂-C₆, or C₂-C₄) 알키닐 그룹이 의도된다. 알키닐 그룹은 하나 이상의 불포화 결합을 함유할 수 있다. 예는, 에티닐, 1-프로피닐, 2-프로피닐(또는 프로파르길), 1-부티닐, 2-부티닐, 3-부티닐, 1-메틸-2-프로피닐, 1-펜티닐, 2-부티닐과 같은 C₂-C₆-알키닐이 포함된다. 펜티닐, 3-펜티닐, 4-펜티닐, 3-메틸-1-부티닐, 1-메틸-2-부티닐, 1-메틸-3-부티닐, 2-메틸-3-부티닐, 1,1-디메틸-2- 프로피닐, 1-에틸-2-프로피닐, 1-헥시닐, 2-헥시닐, 3-헥시닐, 4-헥시닐, 5-헥시닐, 3-메틸-1-펜티닐, 4-메틸-1-펜티닐, 1-메틸- 2-펜티닐, 4-메틸-2-펜티닐, 1-메틸-3-펜티닐, 2-메틸-3-펜티닐, 1-메틸-4-펜티닐, 2-메틸-4-펜티닐, 3-메틸-4- 펜티닐, 1,1-디메틸-2-부티닐, 1,1-디메틸-3-부티닐, 1,2-디메틸-3-부티닐, 2,2-디메틸-3-부티닐, 3,3-디메틸-1- 부티닐, 1-에틸-2-부티닐, 1-에틸-3-부티닐, 2-에틸-3-부티닐 및 1-에틸-1-메틸-2-프로피닐과 같은, C₂-C₆-알키닐을 포함한다. 다양한 측면에서, 알키닐 모이어티는 2 내지 6, 2 내지 4, 또는 2 내지 3개의 탄소 원자를 함유한다. 알키닐 기는, 이에 제한되지는 않지만, 이하 기재된 바와 같이, 알킬, 할로겐화 알킬, 알콕시, 알케닐, 알키닐, 아릴, 헤테로아릴, 알데히드, 아미노, 카르복실산, 에스테르, 에테르, 할라이드, 히드록시, 케톤, 니트로, 시아노, 실릴, 설포-옥소, 설포닐, 설폰, 설폭사이드, 티올 또는 포스포닐을 포함하는 하나 이상의 그룹으로 치환된 것일 수 있다.

단독으로 또는 다른 용어와 조합하여 여기에 사용된, 용어 "C_n-C_m 알킬렌"은, 이에 제한되지는 않으나, n 내지 m개의 탄소를 갖는 2가 알킬 연결기를 지칭한다. 알킬렌 기의 예는, 에탄-1,2-디일, 프로판-1,3-디일, 프로판-1,2-디일, 부탄-1,4-디일, 부탄-1,3-디일, 부탄-1,2-디일, 2-메틸-프로판-1,3-디일 등을 포함한다. 다양한 측면에서, 알킬렌 모이어티는, 2 내지 6, 2 내지 4, 2 내지 3, 1 내지 6, 1 내지 4, 또는 1 내지 2개의 탄소 원자를 함유한다.

단독으로 또는 다른 용어와 조합하여 본원에 사용된, 용어 "C_n-C_m 알콕시"는 화학식-O-알킬기(그룹)를 지칭하며, 여기서 알킬기는 n 내지 m개의 탄소를 갖는다. 다시 말하면, 여기서 사용된, 용어 알콕시는, 단일, 말단 에테르 결합(single, terminal ether linkage)을 통해 결합된 알킬기이고; 즉, "알콕시" 기는 화학식 Z¹-O- 그룹으로 정의될 수 있고, 여기서 Z¹은 위에서 정의한 바와 같은 비치환 또는 치환 알킬이다. 달리 특정하지 않는 한, Z¹은 C₁-C₂₄ (예를 들어, C₁-C₂₂, C₁-C₂₀, C₁-C₁₈, C₁-C₁₆, C₁-C₁₄, C₁-C₁₂, C₁-C₁₀, C₁-C₈, C₁-C₆, 또는 C₁-C₄) 알킬기가 의도된다. 예들은, 메톡시, 에톡시, 프로폭시, 1-메틸-에톡시, 부톡시, 1-메틸-프로폭시, 2-메틸-프로폭시, 1,1-디메틸-에톡시, 펜톡시, 1-메틸-부틸옥시, 2-메틸-부톡시, 3-메틸-부톡시, 2,2-디-메틸-프로폭시, 1-에틸-프로폭시, 헥속시, 1,1-디메틸-프로폭시, 1,2-디메틸-프로폭시, 1-메틸-펜톡시, 2-메틸- 펜톡시, 3-메틸-펜톡시, 4-메틸-페녹시, 1,1-디메틸-부톡시, 1,2-디메틸-부톡시, 1,3-디메틸-부톡시, 2,2-디메틸-부톡시, 2,3- 디메틸-부톡시, 3,3-디메틸-부톡시, 1-에틸-부톡시, 2-에틸부톡시, 1,1,2-트리메틸-프로폭시, 1,2,2-트리메틸-프로폭시, 1-에틸-1-메틸- 프로폭시, 및 1-에틸-2-메틸-프로폭시를 포함한다. 다른 측면에서, 알콕시기의 예는, 메톡시, 에톡시, 프로폭시(예를 들어, w-프로폭시 및 이소프로폭시), teri-부톡시 등을 포함한다. 다양한 측면에서, 알킬기는 1 내지 6, 1 내지 4, 또는 1 내지 3개의 탄소 원자를 갖는다.

용어 "고리형 기"는 아릴 기 또는 비-아릴 기 (즉, 사이클로알킬, 헤테로사이클로알킬, 사이클로알케닐 및 헤테로사이클로알케닐 기), 또는 둘 다를 지칭하기 위해 여기에 사용된다. 고리형 기는 치환되거나 비치환될 수 있는 하나 이상의 고리 시스템을 가지고 있다. 고리형 기는 하나 이상의 아릴 그룹, 하나 이상의 비-아릴 그룹, 또는 하나 이상의 아릴 그룹과 하나 이상의 비-아릴 그룹을 포함할 수 있다.

여기에서 사용된 "아릴"은, 방향족 고리 시스템("C_6-14 아릴")에서 제공되는 6-14개의 고리 탄소 원자와 0개의 헤테로원자를 갖는 단환식 또는 다환식(예를 들어, 이환식 또는 삼환식) 4n+2 방향족 고리 시스템(예를 들어, 고리형 배열에서 공유되는 6, 10 또는 14개의 전자를 가짐)의 라디칼을 지칭한다. 어떤 구체예에서, 아릴기는 6개의 고리 탄소 원자 ("C₆ 아릴", 예를 들어, 페닐)를 갖는다. 어떤 구체예에서, 아릴기는 10개의 고리 탄소 원자 ("C₁₀ 아릴", 예를 들어, 1-나프틸 및 2-나프틸과 같은 나프틸)를 갖는다. 어떤 구체예에서, 아릴 기는 14개의 고리 탄소 원자 ("C14 아릴", 예를 들어 안트라실)를 갖는다. "아릴"은, 또한 위에서 정의한, 아릴 고리가 하나 이상의 시클로알킬 또는 헤테로사이클기와 융합되어 있는 고리 시스템을 포함하며, 여기서 라디칼 또는 부착 지점은 아릴 고리에 있고, 이 경우에, 탄소 원자의 수는 아릴 고리 시스템의 탄소 원자 수를 계속해서 지정한다. 하나 이상의 융합된 사이클로알킬 또는 헤테로사이클 기는 4 내지 7-원(4 to 7-membered) 포화 또는 부분 불포화 사이클로알킬 또는 헤테로사이클기일 수 있다.

"아릴알킬"은 여기에 정의된 아릴 그룹으로 치환된 여기에 정의된 알킬 그룹 또는 여기에 정의된 알킬 그룹으로 치환된 여기에 정의된 아릴 그룹을 지칭한다.

용어 "헤테로사이클(고리)"은, 질소, 황, 붕소, 실리콘 및 산소로부터 독립적으로 선택된 1, 2, 3 또는 4개의 헤테로원자가 있는 포화 및 부분 포화 헤테로원자 함유 고리 라디칼을 말한다. 헤테로사이클릭 고리는 모노사이클릭 3 내지10원 고리뿐만 아니라 5 내지 16원 바이사이클릭 고리 시스템(가교, 융합 및 스피로 융합 바이사이클릭 고리 시스템을 포함할 수 있음)을 포함할 수 있다. -O-O-, -O-S- 또는 -S-S- 부분을 포함하는 고리는 포함되지 않는다. 포화 헤테로사이클 기의 예는, 1 내지 4개의 질소 원자를 함유하는 포화 3 내지 6-원 헤테로모노사이클릭 기 [예를 들어, 피롤리디닐, 이미다졸리디닐, 피페리디닐, 피롤리닐, 피페라지닐]; 1 내지 2개의 산소 원자 및 1 내지 3개의 질소 원자를 함유하는 포화 3 내지 6-원 헤테로단환기[예를 들어, 모르폴리닐]; 1 내지 2개의 황 원자 및 1 내지 3개의 질소 원자를 함유하는 포화 3 내지 6-원 헤테로단환기[예를 들어, 티아졸리디닐]를 포함한다. 부분적으로 포화된 헤테로사이클 라디칼의 예는, 디히드로티에닐, 디히드로피라닐, 디히드로푸릴 및 디히드로티아졸릴이 포함하지만 이에 제한되지는 않는다. 부분 포화 및 포화 헤테로사이클 기의 예는, 피롤리디닐, 이미다졸리디닐, 피페리디닐, 피롤리닐, 피라졸리디닐, 피페라지닐, 모르폴리닐, 테트라히드로피라닐, 티아졸리디닐, 디히드로티에닐, 2,3-디히드로-벤조[1,4]디옥사닐, 인돌리닐, 이소인돌리닐, 디히드로벤조티에닐, 디히드로벤조푸릴, 이소크로마닐, 크로마닐, 1,2-디히드로퀴놀릴, 1,2,3,4-테트라히드로-이소퀴놀릴, 1,2,3,4-테트라히드로-퀴놀릴, 2,3,4, 4a, 9, 9a-헥사하이드로-1H-3-아자-플루오레닐, 5,6,7-트리하이드로-1,2,4-트리아졸로[3,4-a]이소퀴놀릴, 3,4-디하이드로-2H-벤조[1,4] 옥사진일, 벤조[1,4]디옥사닐, 2,3-디히드로-1H-1 l'-벤조[d]이소티아졸-6-일(2,3- dihydro-lH-l l'-benzo[d]isothiazol-6-yl), 디히드로피라닐, 디히드로푸릴 및 디히드로티아졸릴을 포함하지만, 이에 제한되지는 않는다.

"헤테로사이클"은, 또한 헤테로사이클릭 라디칼이, 아릴 또는 카보사이클 라디칼과 융합/축합(fused/condensed)되는 그룹을 포함하며, 여기서 부착 지점은 헤테로사이클 고리이다. "헤테로사이클"은, 헤테로사이클릭 라디칼이 옥소 그룹(즉 )으로 치환된 그룹도 포함한다. 예를 들어, 1 내지 5개의 질소 원자를 함유하는 부분 불포화 축합 헤테로고리 기, 예를 들어, 인돌린 또는 이소인돌린; 1 내지 2개의 산소 원자와 1 내지 3개의 질소 원자를 포함하는 부분 불포화 축합 헤테로고리 기; 1 내지 2개의 황 원자와 1 내지 3개의 질소 원자를 포함하는 부분 불포화 축합 헤테로고리 기; 및 1 내지 2개의 산소 또는 황 원자를 함유하는 포화 축합 헤테로고리 기.

용어 "헤테로고리"는 "이환식 헤테로사이클"도 포함한다. 용어 "이환식 헤테로사이클"은 헤테로사이클의 하나의 가교, 융합 또는 스피로환 부분이 있는, 여기에 정의된 헤테로사이클을 말한다. 헤테로사이클의 가교, 융합 또는 스피로사이클릭 부분은, 안정한 분자 결과인 카보사이클, 헤테로사이클 또는 아릴 기일 수 있다. 문맥상 제외되지 않는 한, 용어 "헤테로사이클"은 이환식 헤테로사이클을 포함한다. 바이사이클릭 헤테로사이클은 융합된 헤테로사이클이 옥소 그룹으로 치환된 그룹을 포함한다. 이환식 헤테로사이클의 비제한적인 예는 다음과 같다:

"헤테로사이클알킬"은, 여기에 정의된 헤테로사이클 그룹으로 치환된 여기에 정의된 알킬 그룹 또는 여기에 정의된 알킬 그룹으로 치환된 여기에 정의된 헤테로사이클 그룹을 지칭한다.

용어 "헤테로아릴"은, O, N 및 S로부터 독립적으로 선택된, 1, 2, 3 또는 4개의 헤테로원자를 함유하는 안정한 방향족 고리 시스템을 나타내며, 여기서 고리 질소 및 황 원자(들)는 임의로 산화되고, 질소 원자(들)은 선택적으로 4차화된다. 예는, 1 내지 4개의 질소 원자를 함유하는 불포화 5 내지 6원 헤테로모노시클릴 기, 예를 들어 피롤릴, 이미다졸릴, 피라졸릴, 2-피리딜, 3-피리딜, 4-피리딜, 피리미딜, 피라지닐, 피리다지닐, 트리아졸릴[예를 들어, 4H-1,2,4-트리아졸릴, H4-1,2,3-트리아졸릴, 2H-1,2,3-트리아졸릴]; 산소 원자를 함유하는 불포화 5 내지 6원 헤테로단환기, 예를 들어, 피라닐, 2-푸릴, 3-푸릴 등; 황 원자를 함유하는 불포화 5 내지 6원 헤테로단환기, 예를 들어, 2-티에닐, 3-티에닐 등; 1 내지 2개의 산소 원자 및 1 내지 3개의 질소 원자를 함유하는 불포화 5 내지 6원 헤테로단환기, 예를 들어, 옥사졸릴, 이속사졸릴, 옥사디아졸릴 [예를 들어, 1,2,4-옥사디아졸릴, 1,3,4-옥사디아졸릴, 1,2,5-옥사디아졸릴]; 1 내지 2개의 황 원자 및 1 내지 3개의 질소 원자를 함유하는 불포화 5 내지 6원 헤테로단환기, 예를 들어 티아졸릴, 티아디아졸릴 [예를 들어, 1,2,4-티아디아졸릴, 1,3,4-티아디아졸릴, 1,2, 5-티아디아졸릴] 을 포함하지만, 이에 제한되지는 않는다. 어떤 구체예에서, "헤테로아릴" 기는 8, 9 또는 10원 이환식 고리 시스템이다. 8, 9 또는 10원 이환식 헤테로아릴 기의 예는, 벤조푸라자닐, 벤조티오페닐, 벤조티아졸릴, 벤족사졸릴, 퀴나졸리닐, 퀴녹살리닐, 나프티리디닐, 퀴놀리닐, 이소퀴놀리닐, 벤조푸라닐, 인돌릴, 인다졸릴 및 벤조트리 아졸릴을 포함한다.

"헤테로아릴 알킬"은, 여기에 정의된 바와 같은 헤테로아릴 기로 치환된 여기에 정의된 바와 같은 알킬기, 또는 여기에 정의된 바와 같은 알킬기로 치환된 여기에 정의된 바와 같은 헤테로아릴기를 지칭한다.

여기에서 사용된, "카보사이틀릭", "카보사이클" 또는 "사이클로알킬"은, 모든 탄소 고리 원자 및 3 내지 14개의 고리 탄소 원자 및 비방향족 고리 시스템에서는 헤테로원자 0개를 함유하는 포화 또는 부분 불포화(즉, 방향족이 아닌) 기("C3-14 사이클로알킬")를 포함한다. 어떤 구체예에서, 사이클로알킬 기는 3 내지 10개의 고리 탄소 원자를 갖는다 ("C3-10 사이클로알킬"). 어떤 구체예에서, 사이클로알킬 기는 3 내지 9개의 고리 탄소 원자를 갖는다 ("C3-9 사이클로알킬"). 어떤 구체예에서, 사이클로알킬 기는 3 내지 8개의 고리 탄소 원자를 갖는다 ("C3-8 사이클로알킬"). 어떤 구체예에서, 사이클로알킬 기는 3 내지 7개의 고리 탄소 원자를 갖는다 ("C3-7 사이클로알킬"). 어떤 구체예에서, 사이클로알킬 기는 3 내지 6개의 고리 탄소 원자를 갖는다 ("C3-6 사이클로알킬"). 어떤 구체예에서, 사이클로알킬 기는 4 내지 6개의 고리 탄소 원자를 갖는다 ("C4-6 사이클로알킬"). 어떤 구체예에서, 사이클로알킬 기는 5 내지 6개의 고리 탄소 원자를 갖는다 ("C5-6 사이클로알킬"). 어떤 구체예에서, 사이클로알킬 기는 5 내지 10개의 고리 탄소 원자를 갖는다 ("C5-10 사이클로알킬"). 예시적인 C3-6사이클로알킬 기는, 사이클로프로필(C3), 사이클로프로페닐(C3), 사이클로부틸(C4), 사이클로부테닐(C4), 사이클로펜틸(C5), 사이클로펜테닐(C5), 사이클로헥실(C6), 사이클로헥세닐(C6), 사이클로헥사디에닐(C7) 등을, 이에 제한됨 없이 포함한다. 예시적인 C3-8 사이클로알킬 기는, 전술한 C3-6 사이클로알킬 기 뿐만 아니라, 사이클로헵틸(C7) 및 사이클로헵테닐(C7), 사이클로헵타디에닐(C7), 사이클로헵타트리에닐(C7), 사이클로옥틸(C8), 사이클로옥테닐(C8) 등을, 이에 제한됨 없이 포함한다. 예시적인 C3-10사이클로알킬 기는, 전술한 C3-8사이클로알킬 기 뿐만 아니라, 사이클로노닐(C9) 및 사이클로노네닐(C9), 사이클로데실(C10), 사이클로데세닐(C10) 등을, 이에 제한됨 없이 포함한다. 전술한 예에서 예시한 바와 같이, 어떤 구체예에서, 사이클로알킬 기는 포화될 수 있거나 하나 이상의 탄소-탄소 이중 결합을 함유할 수 있다. 용어 "사이클로알킬"은 또한, 사이클로알킬 고리가, 위에서 정의한 바와 같이, 하나의 헤테로사이클, 아릴 또는 헤테로아릴 고리와 융합되어, 부착 지점이 사이클로알킬 고리 상에 있는 고리 시스템을 포함하며, 이러한 경우 탄소의 수는, 카보사이클로 고리 시스템의 탄소 수를 계속해서 지정한다. 용어 "사이클로알킬"은, 또한, 사이클로알킬 고리가, 위에서 정의한 바와 같이, 스피로사이클릭 헤테로사이클, 아릴 또는 헤테로아릴 고리를 가지며 부착 지점이 사이클로알킬 고리 상에 있는 고리 시스템을 포함하며, 이러한 경우 탄소의 수는, 카보사이클로 고리 시스템의 탄소 수를 계속해서 지정한다. 용어 "사이클로알킬"은 또한 비방향족 고리 시스템에서 5 내지 14개의 탄소 원자 및 0개의 헤테로원자를 함유하는 이환식 또는 다환식 융합, 가교 또는 스피로 고리 시스템을 포함한다. "사이클로알킬"의 대표적인 예는, 다음을 포함하지만 이에 제한되지는 않는다:

용어 "이환식"은, 2개의 고리가 함께 융합되고 각 고리는 카르보사이클, 헤테로사이클, 아릴 및 헤테로아릴로부터 독립적으로 선택되는 고리 시스템을 지칭한다. 이환식 기의 비제한적인 예는 다음과 같다:

여기에 사용된, 용어 "아민" 또는 "아미노"는, 식 - NR¹R²로 표시되며, 여기서 R¹ 및 R²는, 각각, 본원에 기술된, 치환된 기, 예를 들어, 위에 기술된 수소, 알킬, 할로겐화 알킬, 알케닐, 알키닐, 아릴, 헤테로아릴, 사이클로알킬, 사이클로알케닐, 헤테로사이클로알킬, 또는 헤테로사이클로알케닐 기일 수 있다. "아미도"는 -C(O)NR¹R²이다.

여기서 사용된, 용어 "무수물"은, 식 Z¹C(O)OC(O)Z²로 표시되며, 여기서 Z¹ 및 Z²는, 독립적으로, 위에서 설명한, 알킬, 알케닐, 알키닐, 아릴, 헤테로아릴, 사이클로알킬, 사이클로알케닐, 헤테로사이클로알킬, 또는 헤테로사이클로알케닐 기일 수 있다.

여기에 사용된 용어 "고리형 무수물"은 하기 화학식으로 표시된다:

여기서 Z¹은 위에서 설명된, 알킬, 알케닐, 알키닐, 아릴, 헤테로아릴, 사이클로알킬, 사이클로알케닐, 헤테로사이클로알킬 또는 헤테로사이클로알케닐 기일 수 있다.

여기에 사용된 용어 "아자이드"는 식 -N=N=N으로 표시된다.

여기서 사용된, 용어 "알데히드"는, 화학식 -C(O)H로 표시된다. 본 명세서 전반에 걸쳐, "C(O)" 또는 "CO"는 C=O에 대한 약칭 표기법이며, 이는 여기서 "카르보닐"로도 지칭된다.

여기에 사용된, 용어 "카르복실산"은, 화학식 -C(O)OH로 표시된다. 여기에 사용된 "카르복실레이트" 또는 "카르복실" 기는 화학식 -C(O)O-로 표시된다.

여기서 사용된, 용어 "에스테르"는, 식 -OC(O)R¹ 또는 -C(O)OR¹로 표시되며, 여기서 R¹은, 상기 기재된, 알킬, 할로겐화 알킬, 알케닐, 알키닐, 아릴, 헤테로아릴, 사이클로알킬, 사이클로알케닐, 헤테로사이클로알킬 또는 헤테로사이클로알케닐 기일 수 있다.

여기서 사용된, 용어 "에테르"는, 화학식 R¹OR²로 표시되며, 여기서 R¹ 및 R²는, 독립적으로, 상기 기재된, 알킬, 할로겐화 알킬, 알케닐, 알키닐, 아릴, 헤테로아릴, 사이클로알킬, 사이클로알케닐, 헤테로사이클로알킬 또는 헤테로사이클로알케닐 기일 수 있다.

여기에 사용된, 용어 "에폭시" 또는 "에폭사이드"는 3원자 고리를 갖는 환형 에테르를 지칭하며, 하기 화학식으로 표시될 수 있다:

여기서 Z¹, Z², Z³ 및 Z⁴는, 독립적으로, 상기 기재된, 알킬, 알케닐, 알키닐, 아릴, 헤테로아릴, 사이클로알킬, 사이클로알케닐, 헤테로사이클로알킬 또는 헤테로사이클로알케닐 기일 수 있다.

여기에 사용된, 용어 "케톤"은, 식 R¹C(O)R²로 표시되며, 여기서 R¹ 및 R² 는, 독립적으로, 상기 기재된, 알킬, 할로겐화 알킬, 알케닐, 알키닐, 아릴, 헤테로아릴, 사이클로알킬, 사이클로알케닐, 헤테로사이클로알킬 또는 헤테로사이클로알케닐 기일 수 있다.

여기에 사용된 용어 "할로겐화물", "할로겐" 또는 "할로"는, 불소, 염소, 브롬 및 요오드를 지칭한다.

여기에 사용된 용어 "히드록실"은 화학식 -OH로 표시된다.

여기에 사용된 용어 "니트로"는 화학식 -NO₂로 표시된다.

용어 "포스포닐"은, 화학식 - P(O)(OZ¹)₂로 표시되는 포스 포-옥소 기를 지칭하기 위해 여기서 사용되며, 여기서 Z¹은, 상기 기재된, 수소, 알킬, 알케닐, 알키닐, 아릴, 헤테로아릴, 사이클로알킬, 사이클로알케닐일, 헤테로사이클로알킬, 또는 헤테로사이클로알케닐 기일 수 있다.

여기에 사용된, 용어 "실릴"은, 식 - SiZ¹Z²Z³으로 표시되며, 여기서, Z¹, Z², 및 Z³은, 독립적으로, 상기 기재된, 수소, 알킬, 알콕시, 알케닐, 알키닐, 아릴, 헤테로아릴, 사이클로알킬, 사이클로알케닐, 헤테로사이클로알킬 또는 헤테로사이클로알케닐 기일 수 있다.

용어 "설포닐" 또는 "설폰"은, 화학식 -S(O)₂Z¹로 표시되는 설포-옥소 기를 지칭하기 위해 여기서 사용되며, 여기서 Z¹은, 상기 기재된, 수소, 알킬, 알케닐, 알키닐, 아릴, 헤테로아릴, 사이클로알킬, 사이클로알케닐, 헤테로사이클로알킬, 또는 헤테로사이클로알케닐 기일 수 있다.

여기에 사용된, 용어 "황화물"은 화학식 -S-를 포함한다.

여기에 사용된 용어 "티오"는 화학식 -SH의 기를 지칭한다.

여기에 사용된, 용어 "C-C 알킬티오"는, 화학식 -S-알킬 기를 지칭하며, 여기서 알킬 기는 n 내지 m개의 탄소 원자를 갖는다. 다양한 측면에서, 알킬 기는 1 내지 6개, 1 내지 4개, 또는 1 내지 3개의 탄소 원자를 갖는다.

여기에 사용된, 용어 " C_n-C_m 알킬술포닐"은, 화학식 -S(O)-알킬 기를 나타내며, 여기서 알킬 기는 n 내지 m개의 탄소 원자를 갖는다. 다양한 측면에서, 상기 알킬 기는 1 내지 6개, 1 내지 4개, 또는 1 내지 3개의 탄소 원자를 갖는다.

여기에 사용된, 용어 "C_n-C_m 알킬술포닐"은, 화학식 -S(O)₂-알킬 기를 지칭하며, 여기서 알킬 기는 n 내지 m개의 탄소 원자를 갖는다. 다양한 측면에서, 알킬 기는 1 내지 6개, 1 내지 4개, 또는 1 내지 3개의 탄소 원자를 갖는다.

여기에 사용된, 용어 "카르바밀"은 화학식 -C(O)NH₂의 기를 지칭한다.

여기에 사용된, 용어 "카르보닐"은, 단독으로 또는 다른 용어와 조합되어, C(O)로도 표기될 수 있는 -C(=O)- 기를 지칭한다.

여기에 사용된, 용어 "카르복시"는 화학식 -C(O)OH 기를 지칭한다.

여기서 사용된, "할로겐"은 F, Cl, Br 또는 I를 지칭한다.

여기에 사용된, 용어 "술포닐아미노" 또는 "술폰아미드"는, 식 -S(O)₂NH-로 표시된다.

여기서 사용된, "R¹," "R²," "R³," "Rⁿ," 등은 ,여기서 n은 정수, 독립적으로, 위에 나열된 그룹 중 하나 이상을 가질 수 있다. 예를 들어, R¹이 직쇄 알킬 그룹인 경우, 알킬 그룹의 수소 원자 중 하나는, 임의로 하이드록실 그룹, 알콕시 그룹, 아민 그룹, 알킬 그룹, 할라이드 등으로 치환될 수 있다. 선택된 그룹에 따라, 첫 번째 그룹은 두 번째 그룹 내에 포함될 수 있거나, 대안적으로, 첫 번째 그룹은 두 번째 그룹에 펜던트(즉, 부착)될 수 있다. 예를 들어, "아미노기를 포함하는 알킬기"라는 문구로, 아미노기가 알킬기의 골격 내에 포함될 수 있다. 대안적으로, 아미노기는 알킬기의 골격에 부착될 수 있다. 선택된 그룹의 특성은 첫 번째 그룹이 두 번째 그룹에 임베디드 또는 부착되는지가 결정된다.

반대로 명시되지 않는 한, 쐐기형 또는 점선(wedges or dashed lines)으로 표시되지 않고 실선으로만 표시된 화학 결합을 갖는 화학식은, 각각의 가능한 입체이성질체 또는 입체이성질체의 혼합물(예를 들어, 각각의 거울상이성체, 각각의 부분입체이성체, 각각의 메조 화합물, 라세미 혼합물 또는 스칼레미 혼합물)을 고려한다.

여기에 사용된, "상(phase)"은, 일반적으로 이종 시스템의 명확하고 물리적으로 분리된 부분인 실질적으로 균일한 조성을 갖는 물질의 영역을 지칭한다. 용어 "상"은, 상을 구성하는 물질이 화학적으로 순수한 물질임을 의미하는 것이 아니라, 단지 상을 구성하는 물질의 화학적 및/또는 물리적 특성이 본질적으로 물질 전체에 걸쳐 본질적으로 균일하고 이러한 화학적 및/또는 물리적 특성이 물질 내 다른 상의 화학적 및/또는 물리적 특성과 크게 다르다는 것을 의미한다. 물리적 특성의 예는, 밀도, 두께, 종횡비, 비표면적, 다공성, 치수, 신축성, 모듈러스 및 이온전도도를 포함한다. 화학적 특성의 예는 화학적 조성을 포함한다.

용어 "올레핀계 불포화 기" 또는 "에틸렌계 불포화 기"는 여기에서 넓은 의미로 사용되며, 탄소-탄소 이중 결합 기(>C=C< 기)를 함유하는 어떤 기를 포괄하도록 의도된다. 예시적인 에틸렌계 불포화 기는, 이에 제한되지는 않지만, (메트)아크릴레이트, (메트)아크릴아미드, (메트)아크릴로일, 알릴, 비닐, 스티레닐, 또는 기타 >C=C< 함유 기를 포함한다.

"폴리머"는 하나 이상의 모노머가 중합되어 형성된 물질을 의미한다.

용어 "(코)폴리머"는 호모폴리머, 코폴리머 또는 이들의 혼합물을 포함한다.

용어 "(메트)아크릴..."은 "아크릴...", "메타크릴..." 또는 이들의 혼합물을 포함한다.

여기서 용어 프리폴리머는 가교(분자간 및/또는 분자내 가교)될 결합-형성 반응에 이용 가능한 반응성 기를 갖는 폴리머를 지칭하기 위해 사용된다. 이는 프리폴리머가 아직 폴리머(예를 들어, 모노머 또는 폴리머 전구체)가 아니라는 것을 의미하는 것은 아니다. 오히려, "프리폴리머"는 다중 가교성 기를 포함하고, 출발 폴리머보다 더 높은 분자량을 갖는 가교 폴리머를 얻기 위해, 경화(예를 들어, 가교)될 수 있다.

여기에 사용된, 폴리머 물질(모노머 또는 거대-모노머 물질을 포함)의 "분자량"은, 달리 구체적으로 언급되지 않거나 시험 조건이 달리 나타내지 않는 한, ¹H NMR 분광학에 의해 측정된 수-평균 분자량을 지칭한다.

본 개시의 넓은 범위를 제시하는 수치 범위 및 파라미터는 근사치임에도 불구하고, 특정 실시예에서 제시된 수치 값은 가능한 한 정확하게 보고된다. 그러나 모든 수치 값에는 본질적으로 해당 테스트 측정에서 발견된 표준 편차로부터 필연적으로 발생하는 특정 오류가 포함되어 있다. 또한, 다양한 범위의 수치 범위가 여기에 기재되어 있는 경우, 인용된 값을 포함하여 이들 값의 임의의 조합이 사용될 수 있다는 것이 고려된다. 또한, 범위는 본 명세서에서 "약" 하나의 특정 값으로부터 및/또는 "약" 또 다른 특정 값까지로 표현될 수 있다. 이러한 범위가 표현되는 경우, 또 다른 측면은 하나의 특정 값으로부터 및/또는 다른 특정 값까지를 포함한다.

유사하게, 선행사 "약"을 사용함으로써, 값이 근사치로 표현되는 경우, 특정 값이 또 다른 측면을 형성한다는 것이 이해될 것이다. 각 범위의 끝점은 다른 끝점과 관련하여 그리고 다른 끝점과 독립적으로 중요하다는 것이 추가로 이해될 것이다. 달리 명시하지 않는 한, 용어 "약"은, 용어 "약"에 의해 수식된 특정 값의 5% 이내(예를 들어, 2% 또는 1% 이내)를 의미한다.

여기에 사용된, 용어 "조성물"은 특정 성분을 특정 양으로 포함하는 제품뿐만 아니라, 특정 성분을 특정 양으로 조합하여, 직접적으로 또는 간접적으로, 생성되는 모든 제품을 포괄하도록 의도된다.

조성물 내의 특정 요소 또는 성분의 중량부에 대한 명세서 및 결론 청구범위에서의 언급은, 중량부가 표현되는 조성물 또는 물품 내에서의, 요소 또는 성분과 임의의 다른 요소 또는 성분 사이의 중량 관계를 나타낸다. 따라서, X 성분 2 중량부와 Y성분 5 중량부를 포함하는 혼합물에서, 성분 X 및 Y는 2:5의 중량비로 존재하며, 추가 성분의 함유 여부와 상관없이 이러한 비율로 존재한다.

성분의 중량%(wt.%)는, 달리 구체적으로 언급되지 않는 한, 성분이 포함된 제제 또는 조성물의 총 중량을 기준으로 한다.

어떤 구성 요소가 다른 구성 요소와 "연결" 또는 "결합(coupled)"된다고 언급된 경우, 이는 다른 구성 요소와 직접적으로 연결되거나 결합될 수도 있고, 개재되(intervening)는 구성 요소들이 존재할 수도 있음을 이해해야 할 것이다. 반대로, 어떤 구성요소가 다른 구성요소와 '직접 연결'되거나 '직접 결합'되어 있다고 할 때에는, 중간에 끼어드는 요소가 존재하지 않는 것을 의미한다. 요소 또는 층 사이의 관계를 설명하기 위해 사용되는 다른 단어도, 유사한 방식으로 해석되어야 한다(예: "사이에" 대 "바로 사이에", "인접한" 대 "직접 인접한", "위에" 대 "바로 위에"). 여기에 사용된, 용어 "및/또는"은 관련된 나열된 항목 중 하나 이상의 임의의 및 모든 조합을 포함한다.

용어 "제1", "제2" 등이, 다양한 요소, 구성요소, 영역, 층 및/또는 섹션을 설명하기 위해 여기에 사용될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 이러한 요소, 구성요소, 영역, 층 및/또는 섹션은 이러한 용어로 제한되어서는 안 된다. 이러한 용어는, 하나의 요소, 구성요소, 영역, 층 또는 섹션을, 다른 요소, 구성요소, 영역, 층 또는 섹션과 구별하는 데에만 사용된다. 따라서, 이하에서 논의되는, 제1 요소, 구성요소, 영역, 층 또는 섹션은, 예시적인 구체예의 교시로부터 벗어나지 않으면서, 제2 요소, 구성요소, 영역, 층 또는 섹션으로 지칭될 수 있다.

여기에 사용된 용어 "실질적으로"는, 이후에 설명되는 사건 또는 상황이 완전히 발생하거나 또는 이후에 설명되는 사건 또는 상황이 일반적으로, 전형적으로 또는 대략적으로 발생하는 것을 의미한다.

또한, 용어 "실질적으로"는, 어떤 측면에서, 양으로 특성화하거나 정량화하는 데 실질적으로 사용되는, 언급된 특성, 성분, 조성 또는 기타 조건의 적어도 약 80%, 적어도 약 85%, 적어도 약 90%, 적어도 약 91%, 적어도 약 92%, 적어도 약 의 93%, 적어도 약 94%, 적어도 약 95%, 적어도 약 96%, 적어도 약 97%, 적어도 약 98%, 적어도 약 99%, 또는 약 100%를 지칭할 수 있다.

다른 측면에서, 여기에 사용된, 용어 "실질적으로 없는"은, 조성물 또는 실질적으로 존재하지 않는 조성물의 성분과 관련하여 사용될 때, 약 1 중량%, 예를 들어, 조성물의 총 중량을 기준으로, 언급된 물질 약 0.5 중량% 미만, 약 0.1 중량% 미만, 약 0.05 중량% 미만, 또는 약 0.01 중량% 미만의 양을 지칭하는 것으로 의도된다.

다른 측면에서, 여기에 사용된, 용어 "실질적으로 없는"은, 결함이 실질적으로 없거나 덴트라이트(수상돌기)가 실질적으로 없는 표면과 관련하여 사용될 때, 예를 들어, 전체 표면의 약 5% 미만의 결함 또는 덴트라이트, 약 4.5% 미만의 결함 또는 덴트라이트, 약 4% 미만의 결함 또는 덴트라이트, 약 3.5% 미만의 결함 또는 덴트라이트, 약 3% 미만의 결함 또는 덴트라이트, 약 2.5% 미만의 결함 또는 덴트라이트, 약 2% 미만의 결함 또는 덴트라이트, 약 1.5% 미만의 결함 또는 덴트라이트, 약 1% 미만의 결함 또는 덴트라이트, 약 0.5% 미만의 결함 또는 덴트라이트, 약 0.1% 미만의 결함 또는 덴트라이트, 약 0.05% 미만의 결함, 또는 약 0.01% 미만의 결함 또는 덴트라이트를 갖는 표면을 지칭하도록 의도된다.

본 발명의 측면은 시스템 법정 분류와 같은 특정 법정 분류에서 설명되고 청구될 수 있지만, 이는 단지 편의를 위한 것이며 해당 분야의 통상의 기술자는 어떤 분류에서도 본 발명의 각 측면이 설명되고 청구될 수 있음을 이해할 것이다. 달리 명시적으로 언급되지 않는 한, 여기에 설명된 방법이나 측면이 해당 단계가 특정 순서로 수행되도록 요구하는 것으로 해석되는 것은 아니다. 따라서, 방법 청구항이, 청구항이나 설명에서 단계가 특정 순서로 제한되어야 함을 구체적으로 언급하지 않는 경우에는, 순서가 어떤 면으로도 추론되는 것을 의미하지 않는다. 이는 단계 배열 또는 작동 흐름과 관련된 논리 문제, 문법적 구성 또는 구두점에서 유래된 통상 의미, 명세서에서 설명된 측면의 수 또는 유형을 포함하여 해석을 위한 모든 가능한 비명시적 근거에 적용된다.

본 발명은 본 발명의 다양한 측면에 대한 다음의 상세한 설명과 여기에 포함된 실시예, 그리고 도면과 그 이전 및 후속 설명을 참조하여 더 쉽게 이해될 수 있다.

전술한 바와 같이, 어떤 측면에서, a) 탄성 폴리머를 포함하는 매트릭스; b) 플라스틱 결정의 3차원 상호연결 상을 형성하기 위해, 상기 매트릭스 내에 분산되는 복수의 플라스틱 결정이 개시되고, 여기서 폴리머 조성물은 약 20 ℃에서 약 1.1 mS/cm 이상의 이온 전도도를 나타낸다.

어떤 측면에서, 여기에 개시된 폴리머 조성물은, 약 1.5 mS/cm, 약 2.0 mS/cm, 약 2.5 mS/cm, 약 3.0 mS/cm, 약 3.5 mS/cm, 약 4.0 mS/cm, 약 4.5 mS/cm, 약 5.0 mS/cm, 약 5.5 mS/cm, 약 6.0 mS/cm, 약 6.5 mS/cm, 약 7.0 mS/cm, 약 7.5 mS/cm, 약 8.0 mS/cm, 약 8.5 mS/cm, 약 9.0 mS/cm, 및 약 9.5 mS/cm의 예시적인 값을 포함하는 약 1.0 mS/cm 내지 약 10 mS/cm의 이온 전도도를 나타낼 수 있다. 추가의 측면에서, 여기에 개시된 폴리머 조성물은, 약 1 mS/cm 초과, 약 1.1 mS/cm 초과, 약 1.2 mS/cm 초과, 약 1.3 mS/cm 초과, 약 1.4 mS/cm 초과, 약 1.5 mS/cm 초과, 약 1.6 mS/cm 초과, 약 1.6 mS/cm 초과 약 1.7 mS/cm 초과, 약 1.8 mS/cm 초과, 약 1.9 mS/cm 초과, 약 2.0 mS/cm 초과, 약 2.1 mS/cm 초과, 약 2.2 mS/cm 초과, 약 2.3 mS/cm 초과, 약 2.4 mS/cm 초과, 약 2.5 mS/cm 초과, 약 2.6 mS/cm 초과, 약 2.7 mS/cm 초과, 약 2.8 mS/cm 초과, 약 2.9 mS/cm 초과 cm, 약 3.0 mS/cm 초과, 약 3.1 mS/cm 초과, 약 3.2 mS/cm 초과, 약 3.3 mS/cm 초과, 약 3.4 mS/cm 초과, 약 3.5 mS/cm 초과, 약 3.6 mS/cm 초과, 약 3.7 mS/cm 초과, 약 3.8 mS/cm 초과, 약 3.9 mS/cm 초과, 또는 심지어 약 4.0 mS/cm 초과의 이온 전도도를 나타낼 수 있다. 추가의 측면에서, 여기에 개시된 폴리머의 이온 전도도는 약 5.0 mS/cm보다 클 수도 있다.

또 다른 측면에서, 상기 탄성 폴리머는 화학식 (I)을 포함하는 적어도 하나의 모노머로부터 유래된 것일 수 있다:

여기서, R1, R2 및 R3은, 각각 독립적으로, 수소, C_1-12 알킬, C_1-12 알콕시, C_1-12 헤테로알킬, -(C_0-5 알킬)(C_6-14 아릴), -(C_0-5 알킬)(C_1-13 헤테로아릴), -(C_0-5 알킬)(C_6-14 아릴옥시), -(C_0-5 알킬)(C_3-10사이클로알킬), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 헤테로사이클로알킬), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 사이클로알케닐), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 헤테로사이클로알케닐), 할라이드, 아민으로부터 선택되고; 여기서, R1 및 R2는, 각각 독립적으로, C_1-12 알킬, C_1-12 알콕시, C_1-12 헤테로알킬, -(C_0-5 알킬)(C_6-14 아릴), -(C_0-5 알킬)(C_1-13 헤테로아릴), -(C_0-5 알킬)(C_6-14 아릴옥시), -(C_0-5 알킬)(C_3-10사이클로알킬), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 헤테로사이클로알킬), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 사이클로알케닐), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 헤테로사이클로알케닐), 알데히드, 아미노, 카르보닐, 에스테르, 케톤, 에테르, 할라이드, 카르복실, 히드록시, 니트로, 술포-옥소, 설포닐, 설폰, 설폭사이드, 티올 또는 포스포닐 중 하나 이상으로 임의적으로 치환되고, 여기서 X는 C(O), O 또는 없음(null)이고, 여기서 Y는 OR₄, R₄, R₄'OR₄", C(O)R₄, N(R₄)(R₄''') 또는 CN이고; 여기서, R₄는, 수소, C_1-20 알킬, C_2-20 알케닐, C_2-20 알키닐, C_1-20 알콕시, C_1-20 헤테로알킬, C_2-20 헤테로알케닐, C_2-20 헤테로알키닐, -(C_0-5 알킬)(C_6-14 아릴), -(C_0-5 알킬)(C_1-13 헤테로아릴), -(C_0-5 알킬)(C_6-14 아릴옥시), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 시클로알킬), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 헤테로사이클로알킬), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 사이클로알케닐), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 헤테로사이클로알케닐), 할라이드, 아민으로부터 선택되고; 여기서, R₄는 독립적으로 그리고 임의적으로, 하나 이상의 C_1-20 알킬, C_2-20 알케닐, C_2-20 알키닐, C_1-20 알콕시, C_1-20 헤테로알킬, C_2-20 헤테로알케닐, C_2-20 헤테로알키닐, -(C_0-5 알킬)(C₆₁₄ 아릴), -(C_0-5 알킬)(C_1-13 헤테로아릴), -(C_0-5 알킬)(C_6-14 아릴옥시), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 시클로알킬), -(C_0-5 알킬)(C_3-10헤테로시클로알킬), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 시클로알케닐), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 헤테로시클로알케닐), 알데히드, 아미노, 카르보닐, 에스테르, 케톤, 에테르, 할라이드, 카르복실, 하이드록시, 니트로, 설포-옥소, 설포닐, 설폰, 설폭사이드, 티올 또는 포스포닐로 치환되고;

여기서, R4'는, (-O-CH₂-CH₂-)n, C_1-20 알킬, C_2-20 알케닐, C_2-20 알키닐, C_1-20 알콕시, C_1-20 헤테로알킬, C_2-20 헤테로알케닐, C_2-20 헤테로알키닐이고, -(C_0-5 알킬)(C_6-14 아릴), -(C_0-5 알킬)(C_1-13 헤테로아릴), -(C_0-5 알킬)(C_6-14 아릴옥시), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 사이클로알킬), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 헤테로사이클로알킬), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 사이클로알케닐), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 헤테로사이클로알케닐), 할라이드, 아민으로부터 선택되고; 여기서 R4'는, 독립적으로 그리고 임의적으로, 하나 이상의 C_1-20 알킬, C_2-20 알케닐, C_2-20 알키닐, C_1-20 알콕시, C_1-20 헤테로알킬, C_2-20 헤테로알케닐, C_2-20 헤테로알키닐, -(C_0-5 알킬)(C_6-14 아릴), -(C_0-5 알킬)(C_1-13 헤테로아릴), -(C_0-5 알킬)(C_6-14 아릴옥시), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 시클로알킬), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 헤테로시클로알킬), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 시클로알케닐), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 헤테로시클로알케닐), 알데히드, 아미노, 카르보닐, 에스테르, 케톤, 에테르, 할라이드, 카르복실, 히드록시, 니트로, 설포-옥소, 설포닐, 설폰, 설폭사이드, 티올 또는 포스포닐로 치환되고;

여기서, R4"는, 수소, C_1-20 알킬, C_2-20 알케닐, C_2-20 알키닐, C_1-20 알콕시, C_1-20 헤테로알킬, C_2-20 헤테로알케닐, C_2-20 헤테로알키닐, -(C_0-5 알킬)(C_6-14 아릴), -(C_0-5 알킬)(C_1-13 헤테로아릴), -(C_0-5 알킬)(C_6-14 아릴옥시), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 시클로알킬), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 헤테로사이클로알킬), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 사이클로알케닐), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 헤테로사이클로알케닐), 할라이드, 아민으로부터 선택되고; 여기서, R4"는, 독립적으로 그리고 임의적으로, C_1-20 알킬, C_2-20 알케닐, C_2-20 알키닐, C_1-20 알콕시, C_1-20 헤테로알킬, C_2-20 헤테로알케닐, C_2-20 헤테로알키닐, -(C_0-5 알킬)(C_6-14 아릴), -(C_0-5 알킬)(C_1-13 헤테로아릴), -(C_0-5 알킬)(C_6-14 아릴옥시), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 시클로알킬), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 헤테로시클로알킬), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 시클로알케닐), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 헤테로시클로알케닐), 알데히드, 아미노, 카르보닐, 에스테르, 케톤, 에테르, 할라이드, 카르복실, 히드록시, 니트로, 설포-옥소, 설포닐, 설폰, 설폭사이드, 티올 또는 포스포닐로 치환되고, 또는 여기서, R4"는 P(O)(OR4''')₂이고;

여기서, R4'''는, 수소, C_1-20 알킬, C_2-20 알케닐, C_2-20 알키닐, C_1-20 알콕시, C_1-20 헤테로알킬, C_2-20 헤테로알케닐, C_2-20 헤테로알키닐, -(C_0-5 알킬)(C_6-14 아릴), -(C_0-5 알킬)(C_1-13 헤테로아릴), -(C_0-5 알킬)(C_6-14 아릴옥시), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 시클로알킬), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 헤테로사이클로알킬), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 사이클로알케닐), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 헤테로사이클로알케닐), 할라이드, 아민으로부터 선택되고; 여기서, R4" 및 R4'''는, 각각, 독립적으로 그리고 임의적으로, C_1-20 알킬, C_2-20 알케닐, C_2-20 알키닐, C_1-20 알콕시, C_1-20 헤테로알킬, C_2-20 헤테로알케닐, C_2-20 헤테로알키닐, -(C_0-5 알킬)(C_6-14 아릴), -(C_0-5 알킬)(C_1-13 헤테로아릴), -(C_0-5 알킬)(C_6-14 아릴옥시), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 사이클로알킬), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 헤테로사이클로알킬), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 사이클로알케닐), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 헤테로사이클로알케닐), 알데히드, 아미노, 카르보닐, 에스테르, 케톤, 에테르, 할라이드, 카르복실, 히드록시, 니트로, 술포-옥소, 술포닐, 술폰, 술폭시드, 티올 또는 포스포닐로 치환되고, 여기서, n은 1 내지 200이다.

또 다른 측면에서, n은, 2, 5, 10, 15, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 110, 120, 130, 140, 150, 160, 170, 180, 및 190의 예시적인 값을 포함하여, 1 내지 200 사이일 수 있다. 상기 개시된 임의의 2개의 값 사이의 임의의 값도 개시되는 것으로 이해된다.

추가의 측면에서, R_1,R₂, 및 R₃은, 각각, 독립적으로, 수소, C_1-5알킬, C_1-5 알콕시, C_1-5 헤테로알킬, C_6-14 아릴, C_1-13 헤테로아릴, C_6-14 아릴옥시, C_3-10 사이클로알킬, C_3-10 헤테로사이클로알킬, C_3-10 사이클로알케닐, C_3-10 헤테로사이클로알케닐, 할라이드 또는 아민으로부터 선택된다. 추가의 측면에서, R_1,R₂, 및 R₃은, 각각, 수소이다. 추가의 측면에서는, R_1,R₂, 및 R₃ 중 적어도 하나는 수소이다. 또 다른 추가의 측면에서는, R_1,R₂, 및 R₃ 중 적어도 하나는 할로겐화물이다. 추가 측면에서, R_1,R₂, 및 R₃ 중 적어도 하나는 아민이다. 또 다른 추가의 측면에서, R_1,R₂, 및 R₃ 중 임의의 것, 전혀, 또는 적어도 하나는, 상기 개시된 작용기 중 어떤 것에 의해 치환될 수 있다.

추가의 측면에서, X가 C(O)일 때, Y는 OR₄, R₄'OR₄'', 또는 N(R₄)(R₄''')로부터 선택될 수 있다. 또 다른 측면에서, X가 O일 때, Y는 C(O)R₄일 수 있다. 또 다른 측면에서, X가 없음(null)인 경우, Y는 CN일 수 있다. R₄, R₄', R₄'', 및 R₄''' 는 상기 개시된 임의의 작용기로부터 독립적으로 선택될 수 있는 것으로 이해된다.

또 다른 예시적이고 비제한적인 측면에서, 화학식 (I)의 모노머는 다음 중 하나 이상으로부터 선택될 수 있다:

또 다른 측면에서, 상기 모노머 (I)은 다음 중 하나 이상으로부터 선택된다:

.

추가의 측면에서, 상기 모노머 (I)은 다음 중 하나 이상으로부터 선택된다:

추가의 측면에서는, 상기 모노머 (I)은 다음을 포함한다:

추가의 측면에서, 상기 폴리머 조성물은 복수의 플라스틱 결정을 포함한다. 플라스틱 결정이라는 용어는 일정 방향(orientational) 및 구조적 자유도를 보유하고 약하게 상호작용하는 분자로 구성된 결정을 지칭하는 것으로 이해된다. 플라스틱 결정은 부드러운 물질로 고려될 수 있다. 어떤 이론에 얽매이지 않고, 상기 플라스틱 결정은 강한 장거리 질서(long-range order)를 나타내는 것으로 이해된다.

특정 측면에서, 원하는 용도에 적합한 당업계에 공지된 어떤 플라스틱 결정이 사용될 수 있다. 추가 측면에서, 상기 플라스틱 결정은,

으로부터 선택될 수 있다.

추가의 측면에서, 여기에 개시된 폴리머 조성물은 금속염을 포함할 수 있다. 원하는 용도에 적합한 임의의 금속염이 사용될 수 있음이 이해된다. 예를 들어, 어떤 측면에서, 상기 금속염은 알칼리 금속염이다. 그러나, 다른 측면에서, 상기 금속염은 알칼리토금속염이다. 그러나, 추가 측면에서, 상기 금속염은 전이후 금속염을 포함할 수 있다. 그러나, 추가 측면에서, 상기 금속염은 전이금속염을 포함할 수 있다. 추가 측면에서, 상기 금속염은 상기 개시된 금속염 중 임의의 것의 임의의 조합을 포함할 수 있다.

추가의 측면에서, 상기 폴리머 조성물은 금속 염을 포함할 수 있고, 여기서 금속 염의 양이온은 Li, K, Na, Ca, Mg, Zn, Al, 또는 이들의 조합 중 하나 이상을 포함한다.

추가의 측면에서, 여기에 개시된 금속 염의 음이온은, 원하는 적용에 적합한 임의의 이온을 포함할 수 있다. 예를 들어, 음이온은 할로겐화물일 수 있다. 이러한 측면에서, 할라이드는, I^-, Cl^-, Br^-, 또는 F^-를 포함할 수 있다. 추가의 측면에서, 금속 염의 음이온은, 비스트리필이미드(TFSI^-), 비스(플루오로술포닐)이미드)(FSI^-), 트리플레이트(OTf^-), 헥사플루오로포스페이트(PF₆ ^-), 헥사플루오로아르세네이트(AsF₆ ^-), 사염화알루미늄(AlCl₄ ^-), 사염화붕소(BCl₄ ^-), 사불화붕소(BF₄ ^-), 요오드화물(I^-), 염소산염(ClO₃ ^-), 브롬산염(BrO₃ ^-), 요오드산염(IO₃ ^-), 디플루오로(옥살라토)붕산염(DFOB^-) , 비스(옥살라토)보레이트(BOB^-), 디플루오로포스페이트(DFP), 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.

추가의 측면에서, 상기 금속 염은, 상기 폴리머 약 0.01 중량%, 약 0.05 중량%, 약 0.1 중량%, 약 0.5 중량%, 약 1 중량%, 약 5 중량%, 약 10 중량%, 약 15 중량%, 약 20 중량%, 약 25 중량%, 약 30 중량%, 약 35 중량%, 약 40 중량%, 약 45 중량%, 약 50 중량%, 약 55 중량%, 약 60 중량%, 약 65 중량%, 및 약 66.9 중량%의 예시적인 값을 포함하여, 0 중량% 내지 약 70 중량%의 양으로 존재할 수 있다.

추가의 측면에서, 여기에 개시된 폴리머 조성물은 가교결합된다. 상기 가교결합은 공유결합, 이온결합, 또는 둘 다일 수 있는 것으로 이해된다. 또 다른 추가의 측면에서, 상기 가교는 이하에서 더 자세히 논의되는 당업계에 공지된 임의의 방법에 의해 달성될 수 있다. 어떤 측면에서, 여기에 개시된 폴리머의 가교는, 중합 공정 동안 가교제를 첨가함으로써 달성될 수 있다. 또 다른 측면에서, 가교는 조사에 의해 달성될 수 있다. 이러한 측면에서, 조사는, IR, UV 또는 e-빔 중합을 포함할 수 있다. 추가의 측면에서, 상기 가교는 가교제를 첨가하고 형성된 폴리머를 조사함으로써 달성될 수 있다. 또 다른 측면에서, 가교는 열 개시에 의해 달성될 수 있다.

추가의 측면에서, 여기에 개시된 폴리머 조성물은 엘라스토머 특성을 나타낸다. 예를 들어, 제한 없이, 상기 폴리머 조성물은, 약 175%, 약 200%, 약 225%, 약 250%, 약 275%, 약 300%, 약 325%, 약 350%, 약 375%, 약 400%, 약 425%, 약 450% 및 약 475%의 예시적인 값을 포함하는, 약 150% 내지 약 500%의 인장 강도를 가질 수 있다.

추가의 측면에서, 여기에 기술된 폴리머 조성물은 난연성을 나타낼 수 있다.

추가의 측면에서, 상기 폴리머 조성물은, 약 -25 ℃, 약 -20 ℃, 약 -15 ℃, 약 -10 ℃, 약 -5 ℃, 약 0 ℃, 약 5 ℃, 약 10 ℃, 약 15 ℃, 약 20 ℃, 약 25 ℃, 약 30 ℃, 약 35 ℃, 약 40 ℃, 약 45 ℃, 약 50 ℃, 약 55 ℃, 약 60 ℃, 약 65 ℃, 약 70 ℃, 약 75 ℃, 약 80 ℃, 약 85 ℃, 약 90 ℃, 약 95 ℃를 예시적인 값으로 포함하는, 약 -30 ℃ 내지 약 100 ℃의 온도 범위에서 안정하다. 여기에 개시된 용어 "안정한"은, 개시된 온도 범위에서 폴리머 조성물이 그 특성을 유지함을 나타내는 것으로 이해된다. 예를 들어, 개시된 전기적 및 기계적 특성이 저하되거나 변화되지 않는다. 용어 "안정한"은, 개시된 범위의 전기적 특성 또는 기계적 특성으로 인해, 폴리머 조성물이 어떠한 제한이나 성능의 실질적인 변화 없이 의도된 목적을 위해서 사용될 수 있음을 의미하는 것으로 이해된다.

추가의 측면에서, 여기에 개시된 폴리머 조성물은, 상기 개시된 임의의 금속염의 양이온의 이온 전달 수치가, 약 0.4 초과, 또는 약 0.45 초과, 또는 약 0.5 초과, 또는 약 0.6 초과, 또는 약 0.7 초과, 또는 약 0.8 초과인 것을 나타낸다. 예를 들어, 양이온의 이온 전달 수는, 약 0.42, 약 0.45, 약 0.47, 약 0.5, 약 0.52, 약 0.55, 약 0.57, 약 0.6, 약 0.62, 약 0.65, 약 0.67, 약 0.7, 약 0.72, 약 0.75, 및 약 0.77의 예시적인 값을 포함하여, 약 0.4 내지 약 0.8 사이일 수 있다. 특정 이온 전달 수치는 특정 양이온에 따라 달라질 것으로 이해된다. 예를 들어, 이에 제한 없이, 여기에 개시된 폴리머 조성물은, 약 0.71, 약 0.72, 약 0.73, 및 약 0.74의 예시적인 수치를 포함하여, 약 0.7 내지 약 0.75의 Li-이온 이동수를 나타낸다.

추가의 측면에서, 여기에 개시된 폴리머 조성물은, 고체 전해질, 이온 전도체, 엑츄에이터, 센서, 커패시터, 또는 이들의 조합으로 사용될 수 있다. 추가의 측면에서, 여기에 개시된 폴리머 조성물은, 태양 전지, 슈퍼커패시터, 연료 전지, Li-S 배터리, Na-S 배터리, Li-공기 배터리, Na-공기 배터리, Zn-공기 배터리, 또는 여기에 개시된 임의의 배터리에 사용될 수 있다.

또한, 본 명세서에 a) 화학식 (I)의 하나 이상의 모노머, b) 복수의 플라스틱 결정; 및 c) 염 AB를 포함하는 혼합물을 중합하여 형성된 폴리머 조성물이 개시되고,

여기서 X는 C(O), O 또는 없음(null)이고,

여기서, R₄는, 수소, C_1-20 알킬, C_2-20 알케닐, C_2-20 알키닐, C_1-20 알콕시, C_1-20 헤테로알킬, C_2-20 헤테로알케닐, C_2-20 헤테로알키닐, -(C_0-5 알킬)(C_6-14 아릴), -(C_0-5 알킬)(C_1-13 헤테로아릴), -(C_0-5 알킬)(C_6-14 아릴옥시), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 시클로알킬), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 헤테로사이클로알킬), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 사이클로알케닐), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 헤테로사이클로알케닐), 할라이드, 아민으로부터 선택되고; 여기서, R₄는 독립적으로 그리고 임의적으로, 하나 이상의 C_1-20 알킬, C_2-20 알케닐, C_2-20 알키닐, C_1-20 알콕시, C_1-20 헤테로알킬, C_2-20 헤테로알케닐, C_2-20 헤테로알키닐, -(C_0-5 알킬)(C₆₁₄ 아릴), -(C_0-5 알킬)(C_1-13 헤테로아릴), -(C_0-5 알킬)(C_6-14 아릴옥시), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 시클로알킬), -(C_0-5 알킬)(C_3-10헤테로시클로알킬), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 시클로알케닐), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 헤테로시클로알케닐), 알데히드, 아미노, 카르보닐 , 에스테르, 케톤, 에테르, 할라이드, 카르복실, 하이드록시, 니트로, 설포-옥소, 설포닐, 설폰, 설폭사이드, 티올 또는 포스포닐로 치환되고;

여기서, R4"는, 수소, C_1-20 알킬, C_2-20 알케닐, C_2-20 알키닐, C_1-20 알콕시, C_1-20 헤테로알킬, C_2-20 헤테로알케닐, C_2-20 헤테로알키닐, -(C_0-5 알킬)(C_6-14 아릴), -(C_0-5 알킬)(C_1-13 헤테로아릴), -(C_0-5 알킬)(C_6-14 아릴옥시), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 시클로알킬), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 헤테로사이클로알킬), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 사이클로알케닐), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 헤테로사이클로알케닐), 할라이드, 아민으로부터 선택되고; 여기서, R4"는, 독립적으로 그리고 임의적으로, C_1-20 알킬, C_2-20 알케닐, C_2-20 알키닐, C_1-20 알콕시, C_1-20 헤테로알킬, C_2-20 헤테로알케닐, C_2-20 헤테로알키닐, -(C_0-5 알킬)(C_6-14 아릴), -(C_0-5 알킬)(C_1-13 헤테로아릴), -(C_0-5 알킬)(C_6-14 아릴옥시), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 시클로알킬), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 헤테로시클로알킬), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 시클로알케닐), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 헤테로시클로알케닐), 알데히드, 아미노, 카르보닐, 에스테르, 케톤, 에테르, 할라이드, 카르복실, 히드록시, 니트로, 설포-옥소, 설포닐, 설폰, 설폭사이드, 티올 또는 포스포닐로 치환되고;

또는 여기서, R4"는 P(O)(OR4''')₂이고;

여기서, R4'''는, 수소, C_1-20 알킬, C_2-20 알케닐, C_2-20 알키닐, C_1-20 알콕시, C_1-20 헤테로알킬, C_2-20 헤테로알케닐, C_2-20 헤테로알키닐, -(C_0-5 알킬)(C_6-14 아릴), -(C_0-5 알킬)(C_1-13 헤테로아릴), -(C_0-5 알킬)(C_6-14 아릴옥시), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 시클로알킬), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 헤테로사이클로알킬), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 사이클로알케닐), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 헤테로사이클로알케닐), 할라이드, 아민으로부터 선택되고; 여기서, R4" 및 R4'''는, 각각, 독립적으로 그리고 임의적으로, C_1-20 알킬, C_2-20 알케닐, C_2-20 알키닐, C_1-20 알콕시, C_1-20 헤테로알킬, C_2-20 헤테로알케닐, C_2-20 헤테로알키닐, -(C_0-5 알킬)(C_6-14 아릴), -(C_0-5 알킬)(C_1-13 헤테로아릴), -(C_0-5 알킬)(C_6-14 아릴옥시), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 사이클로알킬), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 헤테로사이클로알킬), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 사이클로알케닐), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 헤테로사이클로알케닐), 알데히드, 아미노, 카르보닐, 에스테르, 케톤, 에테르, 할라이드, 카르복실, 히드록시, 니트로, 술포-옥소, 술포닐, 술폰, 술폭시드, 티올 또는 포스포닐로 치환되고,

여기서, n은 1 내지 200이고;

여기서 A는, Li, K, Na, Ca, Mg, Zn, Al, 또는 이들의 조합으로부터 선택되고; 그리고 B는, 비스트리필이미드(TFSI^-), 비스(플루오로술포닐)이미드)(FSI^-), 트리플레이트(OTf^-), 헥사플루오로포스페이트(PF₆ ^-), 헥사플루오로아르세네이트(AsF₆ ^-), 사염화알루미늄(AICI₄ ^-), 사염화붕소(BCI₄ ^-), 사불화붕소(BF₄ ^-), 요오드화물(I^-), 염소산염(ClO₃ ^-), 브롬산염(BrO₃ ^-), 요오드산염(IO₃ ^-), 디플루오로(옥살라토) 붕산염(DFOB^-), 비스(옥살라토)붕산염(BOB^--), 디플루오로인산염(DFP) 또는 이들의 조합으로부터 선택된다.

또 다른 측면에서, n은, 2, 5, 10, 15, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 110, 120, 130, 140, 150, 160, 170, 180, 및 190의 예시적인 값을 포함하여, 1 내지 200 사이일 수 있다. 상기 개시된 어떤 2개의 값 사이의 어떤 값도 개시되는 것으로 이해된다.

추가의 측면에서, X가 C(O)인 경우, Y는 OR₄, R₄'OR₄'', 또는 N(R₄)(R₄''')로부터 선택될 수 있다. 또 다른 측면에서는, X가 O일 때, Y는 C(O)R₄일 수 있다. 또 다른 측면에서, X가 없음(null)인 경우, Y는 CN일 수 있다. R₄, R₄', R₄'', 및 R₄'''는 상기 개시된 임의의 작용기로부터 독립적으로 선택될 수 있는 것으로 이해된다.

추가의 측면에서, 개시된 혼합물의 중합으로부터 형성된 폴리머 조성물은, 또한 약 1.5 mS/cm, 약 2.0 mS/cm, 약 2.5 mS/cm, 약 3.0 mS/cm, 약 3.5 mS/cm, 약 4.0 mS/cm, 약 4.5 mS/cm, 약 5.0 mS/cm, 약 5.5 mS/cm, 약 6.0 mS/cm, 약 6.5 mS/cm, 약 7.0 mS/cm, 약 7.5 mS/cm, 약 8.0 mS/cm, 약 8.5 mS/cm, 약 9.0 mS/cm, 및 약 9.5 mS/cm의 예시적인 값을 포함하는 약 1.0 mS/cm 내지 약 10 mS/cm의 이온 전도도를 나타낼 수 있다. 추가의 측면에서, 여기에 개시된 폴리머 조성물은, 약 1 mS/cm 초과, 약 1.1 mS/cm 초과, 약 1.2 mS/cm 초과, 약 1.3 mS/cm 초과, 약 1.4 mS/cm 초과, 약 1.5 mS/cm 초과, 약 1.6 mS/cm 초과, 약 1.6 mS/cm 초과 약 1.7mS/cm 초과, 약 1.8mS/cm 초과, 약 1.9mS/cm 초과, 약 2.0mS/cm 초과, 약 2.1mS/cm 초과, 약 2.2mS/cm 초과, 약 2.3mS/cm 초과 mS/cm, 약 2.4 mS/cm 초과, 약 2.5 mS/cm 초과, 약 2.6 mS/cm 초과, 약 2.7 mS/cm 초과, 약 2.8 mS/cm 초과, 약 2.9 mS/cm 초과 cm, 약 3.0 mS/cm 초과, 약 3.1 mS/cm 초과, 약 3.2 mS/cm 초과, 약 3.3 mS/cm 초과, 약 3.4 mS/cm 초과, 약 3.5 mS/cm 초과, 약 3.6 mS/cm 초과, 약 3.7 mS/cm 초과, 약 3.8 mS/cm 초과, 약 3.9 mS/cm 초과, 또는 심지어 약 4.0 mS/cm 초과의 이온 전도도를 나타낼 수 있다. 추가의 측면에서, 여기에 개시된 폴리머의 이온 전도도는 약 5.0 mS/cm보다 클 수도 있다.

또 다른 측면에서는, 상기 혼합물은 가교제를 추가로 포함할 수 있다. 이러한 측면에서, 상기 가교제는 다음 중 하나 이상을 포함할 수 있고,

2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 및 29의 예시적인 값을 포함한다.

그러나, 폴리머 조성물은 또한 중합성 혼합물을 조사함으로써 가교결합될 수 있는 것으로 이해된다. 알려진 임의의 방사선 시간을 사용하여 가교된 폴리머를 형성하는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 제한 없이, 폴리머 조성물은, UV, IR 또는 e-빔 방사선으로 가교결합될 수 있다.

상기 복수의 플라스틱 결정 중 위에 개시된 임의의 것이 사용될 수 있다. 예를 들어, 제한 없이, 이에 제한됨 없이, 상기 복수의 플라스틱 결정은, 다음 중 하나 이상으로부터 유래된다:

또 다른 예시적이고 비제한적인 측면에서, 상기 화학식 (1)의 모노머는 다음 중 하나 이상으로부터 선택될 수 있다:

.

추가의 측면에서는, 상기 모노머 (I)은 다음을 포함한다:

.

폴리머 조성물을 중합하는 단계는, 당업계에 공지된 임의의 방법에 의해 수행될 수 있는 것으로 이해된다. 예를 들어, 상기 중합은, 자유 라디칼 중합, 이온 중합, 또는 배위 중합일 수 있다. 어떤 측면에서, 여기에 개시된 폴리머 조성물을 형성하기 위해 사용되는 혼합물은 개시제를 추가로 포함할 수 있다. 이러한 측면에서, 개시제는 중합 개시제이다. 또 다른 측면에서, 개시제는, 열 개시제, 광개시제, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.

어떤 측면에서, 개시제는 열 개시제이다. 원하는 폴리머 조성물을 생성한다면 당업계에 공지된 임의의 열 개시제가 활용될 수 있다. 이러한 예시적이고 비제한적인 측면에서, 열 개시제는 아조비스이소부티로니트릴, 벤조일 퍼옥사이드, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 이들 열 개시제 중 어떤 것이 폴리머 조성물을 형성하기 위해 사용되는 경우, 상기 중합은 열중합이다.

그러나 다른 측면에서 개시제는 광개시제이다. 원하는 폴리머 조성물을 만들어 낸다면 당업계에 공지된 임의의 광개시제가 활용될 수 있다. 이러한 예시적이고 비제한적인 측면에서, 광개시제는, 비스(2,4,6-트리메틸벤조일)-페닐포스핀 옥사이드(Irgacure 819), 2-히드록실-2-메틸-1-페닐-1-프로판온, 메틸 벤조일포르메이트, 하이드록시사이클로헥실 페닐 케톤(Igracure 184) 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 이들 광개시제 중 어떤 것이 상기 폴리머 조성물을 형성하기 위해 사용되는 경우, 상기 중합은 광중합이다.

어떤 예시적이고 제한되지 않는 측면에서, 폴리머 조성물은, 부틸 아크릴레이트(BA), 폴리(에틸렌 글리콜) 디아크릴레이트(PEGDA), 숙시노니트릴(SN) 및 LiTFSI를 포함하는 균질 용액을 중합함으로써 합성될 수 있다.

또 다른 측면에서, 상기 혼합물은, 약 60:40; 50:50, 및 약 40:60의 예시적인 값을 포함하여 약 70:30에서부터 약 30:70까지의, 하기 화학식 I의 하나 이상의 모노머와 복수의 플라스틱 결정의 비율을 포함할 수 있다.

또 다른 추가의 측면에서, 염 AB는, 혼합물 중, 폴리머 조성 약 0.01 중량%, 약 0.05 중량%, 약 0.1 중량%, 약 0.5 중량%, 약 1 중량%, 약 5 중량%, 약 10 중량%, 약 15 중량%, 약 20 중량%, 약 25 중량%, 약 30 중량%, 약 35 중량%, 약 40 중량%, 약 45 중량%, 약 50 중량%, 약 55 중량%, 약 60 중량%, 약 65 중량%, 및 약 66.9 중량%의 예시적인 값을 포함하여, 0 중량% 내지 약 70 중량%의 양으로 존재할 수 있다. 추가의 측면에서, 상기 염 AB는, 예를 들어 분말로서 첨가될 수 있다. 이러한 측면에서, 상기 염은 실질적으로 건조하고 실질적 물-프리이다.

추가의 측면에서, 상기 혼합물은 실질적 물-프리이다.

추가의 측면에서, 상기 혼합물은 또한 다양한 첨가제를 포함할 수 있다. 어떤 측면에서, 상기 첨가제는, 바람직하지 않은 조성물을 형성할 수 있는 부반응으로부터 중합 반응을 보호하는 작용기를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제한 없이, 상기 혼합물은 플루오로에틸렌 카보네이트(FEC), 질산리튬(LiNO₃), 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 여기에 나열된 화합물은 단지 예시일 뿐이며, 원하는 적용을 달성할 수 있는 임의의 다른 화합물이 활용될 수 있음이 이해된다. 상기 혼합물에 존재하는 모든 화합물은 실질적으로 물-프리인 것으로 이해된다.

추가 측면에서, 혼합물은 중합 전에 균질하다.

추가의 측면에서, 폴리머 조성물 내에 분산된 복수의 플라스틱 결정은, 플라스틱 결정의 3차원 상호연결된 상을 형성할 수 있다.

추가의 측면에서, 여기에 개시된 폴리머 조성물은 엘라스토머릭(탄성) 특성을 나타낸다. 예를 들어, 제한 없이, 폴리머 조성물은, 약 175%, 약 200%, 약 225%, 약 250%, 약 275%, 약 300%, 약 325%, 약 350%, 약 375%, 약 400%, 약 425%, 약 450% 및 약 475%의 예시적인 값을 포함하여, 약 150% 내지 약 500%의 인장 강도를 가질 수 있다.

추가의 측면에서, 폴리머 조성물은, 약 -25 ℃, 약 -20 ℃, 약 -15 ℃, 약 -10 ℃, 약 -5 ℃, 약 0 ℃, 약 5 ℃, 약 10 ℃, 약 15 ℃, 약 20 ℃, 약 25 ℃, 약 30 ℃, 약 35 ℃, 약 40 ℃, 약 45 ℃, 약 50 ℃, 약 55 ℃, 약 60 ℃, 약 65 ℃, 약 70 ℃, 약 75 ℃, 약 80 ℃, 약 85 ℃, 약 90 ℃, 약 95 ℃의 예시적인 값을 포함하여, 약 -30 ℃ 내지 약 100 ℃의 온도 범위에서 안정하다. 여기에 개시된 용어 "안정한"은, 폴리머 조성물이 개시된 온도 범위에서 그 특성을 유지함을 나타내는 것으로 이해된다. 예를 들어, 개시된 전기적 및 기계적 특성이 저하되거나 변화되지 않는다. 용어 "안정한"은, 개시된 범위의 전기적 특성 또는 기계적 특성으로 인해 폴리머 조성물이, 어떠한 제한이나 성능의 실질적인 변화 없이, 의도된 목적으로 사용될 수 있음을 의미하는 것으로 이해된다.

추가의 측면에서, 여기에 개시된 폴리머 조성물은, 상기 개시된 임의의 금속염의 양이온의 이온 전달 수치가, 약 0.4 초과, 또는 약 0.45 초과, 또는 약 0.5 초과, 또는 약 0.6 초과, 또는 약 0.7 초과, 또는 약 0.8 초과인 것을 나타낸다. 예를 들어, 양이온의 이온 전달 수는, 약 0.42, 약 0.45, 약 0.47, 약 0.5, 약 0.52, 약 0.55, 약 0.57, 약 0.6, 약 0.62, 약 0.65, 약 0.67, 약 0.7, 약 0.72, 약 0.75, 및 약 0.77의 예시적인 값을 포함하여, 약 0.4 내지 약 0.8 사이일 수 있다. 특정 이온 전달 수치는 특정 양이온에 따라 달라질 것으로 이해된다. 예를 들어, 제한 없이, 여기에 개시된 폴리머 조성물은, 약 0.71, 약 0.72, 약 0.73, 및 약 0.74의 예시적인 수치를 포함하여, 약 0.7 내지 약 0.75의 Li-이온 이동수를 나타낸다.

전기화학 전지

여기에 전기화학 전지도 개시된다. 이러한 측면에서, 상기 전기화학 전지는, 여기에 개시된 폴리머 조성물 중 임의의 것을 포함하는 고체 전해질, 애노드 전극; 및 캐소드 전극;을 포함할 수 있고, 여기서 애노드 전극 및 캐소드 전극은 고체 전해질과 전기적으로 소통된다.

어떤 측면에서, 애노드 전극은 금속 물질을 포함할 수 있다. 상기 금속 물질은, 금속 또는 개시된 금속의 양이온을 포함하는 물질일 수 있는 것으로 이해된다. 어떤 측면에서, 상기 금속 물질은, Li, Ca, Na, K, Mg, Zn, Al의 금속, 이들의 합금, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 그러나, 다른 측면에서, 애노드는 여기에 개시된 임의의 금속 물질을 삽입할 수 있는 물질을 포함할 수 있다. 또 다른 측면에서, 애노드 물질은, Li, Ca, Na, K, Mg, Zn, Al, 이들의 합금, 또는 이들의 조합의 이온을 포함할 수 있다. 특정 측면에서, 애노드는 Li-기반 물질이다. 또 다른 측면에서, 양극은 Li 금속이다. 추가의 측면에서, 애노드는 K-기반 물질이다. 또 다른 측면에서, 양극은 K 금속이다. 추가의 측면에서, 애노드는 Na-기반 물질이다. 또 다른 측면에서, 양극은 Na 금속이다. 추가의 측면에서, 애노드는 Zn-기반 물질이다. 또 다른 측면에서, 양극은 Zn 금속이다. 추가의 측면에서, 애노드는 Ca-기반 물질이다. 또 다른 측면에서, 양극은 Ca 금속이다. 추가의 측면에서, 애노드는 Mg-기반 물질이다. 또 다른 측면에서, 애노드는 Mg 금속이다. 추가의 측면에서, 애노드는 Al-기반 물질이다. 또 다른 측면에서, 양극은 Al 금속이다. 추가의 측면에서, 애노드는 상기 개시된 임의의 금속 물질의 합금이다.

추가의 측면에서, 상기 애노드 물질은 상기 개시된 금속 물질 중 임의의 것을 수용하고 삽입하도록 구성된 호스트 물질도 포함할 수 있다. 이러한 호스트 물질은 당업계에 공지된 임의의 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 호스트 물질은 구리 또는 흑연-기반 물질을 포함할 수 있다. 특정한 예시적인 측면에서, 호스트 물질은 구리를 포함한다. 이러한 예시적인 측면에서, 이는, 호일, 폼, 그리드, 와이어, 필라멘트 또는 이들의 임의의 조합으로 제시될 수 있다. 또 다른 예시적인 측면에서, 호스트 물질은 탄소-기반 물질을 포함한다. 탄소-기반 물질은, 경질 탄소, 카본 블랙, 그래핀, 환원된 산화 그래핀, 산화 그래핀, 흑연, 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 추가의 측면에서, 추가 호스트 물질은, 실리콘 또는 흑연/실리콘 복합 재료를 포함할 수 있다.

추가의 측면에서, 캐소드 전극은, 금속 캐소드 또는 복합 캐소드일 수 있다. 원하는 목적에 유효할 수 있는 당해 분야에 공지된 임의의 캐소드 물질이 활용될 수 있는 것으로 이해된다. 어떤 측면에서, 캐소드는, 금속 캐소드 또는 복합 캐소드일 수 있다.

또 다른 측면에서, 캐소드 물질은, 구리, 탄소, 흑연, 나트륨, 칼륨, 리튬, 마그네슘, 칼슘, 알루미늄, 층상 산화물, 바나듐-기반 캐소드, 황-기반 캐소드, 망간-기반 캐소드, 암염 캐소드, 무질서 암염 캐소드, 리튬 풍부 캐소드, 고전압 세라믹, 저전압 세라믹, NMC(니켈-망간-코발트 산화물) 캐소드, NCA(니켈-코발트-알루미늄 산화물) 캐소드, LCO(리튬 코발트 산화물) 캐소드, 리튬-니켈 -코발트-알루미늄 산화물 물질(LNCAO), 리튬-니켈-망간-코발트 산화물(LNMCO), LFP(리튬 철 인산염) 캐소드, 불화물-기반 캐소드, 유황 셀레늄 캐소드, 유황 셀레늄 텔루륨 캐소드, 스피넬, 감람석 또는 기타 이들의 조합을 포함할 수 있다.

상기 금속 캐소드가, 상기 금속 애노드와 유사한 경우, 이러한 전기화학 전지는 대칭형 전기화학 전지일 수 있다. 예를 들어, 제한 없이, 대칭 전지는, 각각, Li 또는 K 애노드 물질 및 Li 또는 K 캐소드 물질 등을 포함할 수 있다.

추가의 측면에서, 상기 캐소드 전극은, Na₃V₂(PO₄)₃ (NVP), LNMCO, Na₃V₂(PO₄)₂F₃ (NVPF), KMnFe(CN)₆, MnO₂, V₂O₅, 흑연, LiFePO₄, LiCoO₂, LiMnO₂, 이들의 유도체 또는 이들의 조합을 포함한다.

추가의 측면에서, 상기 캐소드 물질은, Li 금속, LiNi_1-x-y-Mn_xCo_yO_2, 또는 LiNi_1-a-bCo_aAl_bO₂를 포함하고, 여기서 1≥x≥0, 1≥y≥0, 1≥a≥0, 및 1≥b≥0 이다. 그러한 예시적인 측면에서, x는, 0.01, 0.02, 0.03, 0.04, 0.05, 0.06, 0.07, 0.08, 0.09, 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5, 0.6, 0.7, 0.8, 0.9 및 1.0의 예시적인 값을 포함하여, 0과 1 중 임의의 값을 가질 수 있다. 추가의 측면에서, y는, 0.01, 0.02, 0.03, 0.04, 0.05, 0.06, 0.07, 0.08, 0.09, 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5, 0.6, 0.7, 0.8, 0.9 및 1.0의 예시적인 값을 포함하여, 0과 1 사이의 임의의 값을 가질 수 있다. 추가의 측면에서, a는, 0.01, 0.02, 0.03, 0.04, 0.05, 0.06, 0.07, 0.08, 0.09, 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5, 0.6, 0.7, 0.8, 0.9 및 1.0의 예시적인 값을 포함하여, 0과 1 사이의 임의의 값을 가질 수 있다. 추가의 측면에서, b는, 0.01, 0.02, 0.03, 0.04, 0.05, 0.06, 0.07, 0.08, 0.09, 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5, 0.6, 0.7, 0.8, 0.9 및 1.0의 예시적인 값을 포함하여, 0과 1 사이의 임의의 값을 가질 수 있다.

추가의 예시적이고 비제한적인 측면에서, 상기 캐소드 물질은, LiCoO₂,LiNi_0.9Mn_0.05Co_0.05O₂, LiNi_0.6Mn_0.2Co_0.2O₂, LiNi_0.83Mn_0.06Co_0.11O₂, 또는 LiNi_0.88Co_0.09Al_0.03O₂ , LiNi_0.8Co_0.15Al_0.05O₂, LiNi_1/3Mn_1/3Co_1/3O_2,LiNi_0.4Mn_0.3Co_0.3O₂, LiNi_0.5Mn_0.3Co_0.2O₂, LiNi_0.6Mn_0.2Co_0.2O₂, 또는 LiNi_0.8Mn_0.1Co_0.1O₂ 복합 캐소드를 포함할 수 있다.

또 다른 추가의 측면에서, 상기 캐소드 물질은 또한 첨가제를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제한 없이, 상기 첨가제는 폴리(에틸렌 옥사이드), 셀룰로오스, 카르복시메틸셀룰로오스(CMC), 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 스티렌-부타디엔 고무(SBR), 또는 폴리비닐리덴 플루오라이드 결합제(PVDF)를 포함할 수 있다.

추가의 측면에서, 본 개시의 전기화학 전지는, 약 500주기, 약 600주기, 약 700주기, 약 800주기, 약 900주기, 약 1,000주기, 약 1,250주기, 약 1,500주기, 약 1,750주기, 약 2,000주기, 약 5,000주기 또는 약 10,000주기 동안, 약 0.25 mA cm^-2, 약 0.5 mA cm^-2, 약 0.75 mA cm^-2, 약 1 mA cm^-2, 약 0.1 mA cm^-2 내지 약 10 mA cm^-2, 약 1.5 mAcm^-2, 약 2 mAcm^-2, 약 2.5 mAcm^-2, 약 3 mAcm^-2, 약 3.5 mAcm^-2, 약 4 mAcm^-2, 약 4.5 mAcm^-2, 약 5 mA cm^-2, 약 5.5 mA cm^-2, 약 6 mA cm-2, 약 6.5 mA cm^-2, 약 7 mA cm^-2, 약 7.5 mA cm^-2, 약 8 mA cm^-2, 약 8.5 mA cm^-2, 약 9 mA cm^-2, 약 9.5 mA cm^-2의 예시적인 값을 포함하여 약 0.1 mA cm^-2 내지 약 10 mA cm^-2의 전류 밀도에서, 약 90% 초과, 약 91% 초과, 약 92% 초과, 약 93% 초과, 약 94% 초과, 약 95% 초과, 약 96% 초과, 약 97% 초과, 약 98% 초과, 약 99% 초과, 약 99.1% 초과, 약 99.2% 초과, 약 99.3% 초과, 약 99.4% 초과, 약 99.5% 초과, 약 99.6% 초과, 약 99.7% 초과, 약 99.8% 초과, 또는 약 99.9% 초과의 순환 쿨롱 효율을 나타낼 수 있다.

또 다른 측면에서, 상기 전지는, 약 -25 ℃, 약 -20 ℃, 약 -15 ℃, 약 -10 ℃, 약 -5 ℃, 약 0 ℃, 약 5 ℃, 약 10 ℃, 약 15 ℃, 약 20 ℃, 약 25 ℃, 약 30 ℃, 약 35 ℃, 약 40 ℃, 약 45 ℃, 약 50 ℃, 약 55 ℃, 약 60 ℃, 약 65 ℃, 약 70 ℃, 약 75 ℃, 약 80 ℃, 약 85 ℃, 약 90 ℃, 약 95 ℃의 예시적인 값을 포함하여, 약 -30 ℃ 내지 약 100 ℃의 온도 범위에서, 약 200회, 약 300회, 약 400회, 약 500회, 약 600회, 약 700회, 약 800회, 약 900회, 또는 약 1,000회 도금/스트립핑(박리) 사이클 동안 실질적으로 안정하다.

또 다른 측면에서, 여기에 개시된 전기화학 전지는, 약 150 내지 약 500 W/kg 의 비에너지에서 500 사이클 후에 상기 애노드, 캐소드 및 고체 전해질의 킬로그램당 약 350 내지 약 520 와트-시의 비에너지를 제공하도록 구성된다. 이러한 측면에서, 전지의 비에너지는, 약 200, 약 250, 약 300, 약 350, 약 400, 및 약 450 W/kg의 예시적인 값을 포함하여, 약 150 내지 약 500 W/kg의 특정 에너지에서 약 500회 사이클 후, 애노드, 캐소드 및 고체 전해질 1 kg당, 약 400, 약 425, 약 450, 약 475, 약 500, 약 520, 약 550 및 약 575 와트-시의 예시적인 값을 포함하여, 약 350 내지 약 600와트-시일 수 있다.

또 다른 측면에서, 상기 전기화학 전지는, 약 0.25 mA cm^-2, 약 0.5 mA cm^-2, 약 0.75 mA cm^-2, 약 1 mA cm^-2, 약 0.1 mA cm^-2 내지 약 10 mA cm^-2, 약 1.5 mAcm^-2, 약 2 mAcm^-2, 약 2.5 mAcm^-2, 약 3 mAcm^-2, 약 3.5 mAcm^-2, 약 4 mAcm^-2, 약 4.5 mAcm^-2, 약 5 mA cm^-2, 약 5.5 mA cm^-2, 약 6 mA cm-2, 약 6.5 mA cm^-2, 약 7 mA cm^-2, 약 7.5 mA cm^-2, 약 8 mA cm^-2, 약 8.5 mA cm^-2, 약 9 mA cm^-2, 약 9.5 mA cm^-2의 예시적인 값을 포함하여 약 0.1 mA cm^-2 내지 약 10 mA cm^-2의 전류 밀도에서, 적어도 약 500시간, 적어도 약 600시간, 적어도 약 700시간, 적어도 약 800시간, 적어도 약 900시간, 적어도 약 1,000시간, 적어도 약 1,250시간, 적어도 약 1,500시간, 적어도 약 1,750시간, 적어도 약 2,000시간, 적어도 약 5,000시간, 적어도 약 10,000 시간 동안 실질적으로 안정적인 도금 및 스트립핑(박리) 사이클을 나타낸다.

또 다른 측면에서, 상기 전지는, 약 0.25 mA cm^-2, 약 0.5 mA cm^-2, 약 0.75 mA cm^-2, 약 1 mA cm^-2, 약 0.1 mA cm^-2 내지 약 10 mA cm^-2, 약 1.5 mAcm^-2, 약 2 mAcm^-2, 약 2.5 mAcm^-2, 약 3 mAcm^-2, 약 3.5 mAcm^-2, 약 4 mAcm^-2, 약 4.5 mAcm^-2, 약 5 mA cm^-2, 약 5.5 mA cm^-2, 약 6 mA cm-2, 약 6.5 mA cm^-2, 약 7 mA cm^-2, 약 7.5 mA cm^-2, 약 8 mA cm^-2, 약 8.5 mA cm^-2, 약 9 mA cm^-2, 약 9.5 mA cm^-2의 예시적인 값을 포함하여 약 0.1 mA cm^-2 내지 약 10 mA cm^-2의 전류 밀도에서, 최대 약 500시간, 최대 약 600시간, 최대 약 700시간, 최대 약 800시간, 최대 약 900시간, 최대 약 1,000시간, 최대 약 1,100시간, 최대 약 1,200시간, 최대 약 1,300시간, 최대 약 1,400시간, 최대 약 1,500시간까지 동안 실질적으로 안정적인 도금 및 스트립핑 사이클을 나타낸다.

또 다른 측면에서, 상기 전기화학 전지는, 약 100 mAh/g 이하, 약 110 mAh/g 이하, 약 120 mAh/g 이하, 약 130 mAh/g 이하, 약 130 mAh/g 이하, 약 140 mAh/g, 최대 약 150 mAh/g, 최대 약 160 mAh/g, 최대 약 170 mAh/g, 최대 약 180 mAh/g, 최대 약 190 mAh/g 및 최대 약 200 mAh/g까지의 가역 용량을 나타낼 수 있다.

또 다른 측면에서, 상기 고체 전해질 조성물은, 약 -25 ℃, 약 -20 ℃, 약 -15 ℃, 약 -10 ℃, 약 -5 ℃, 약 0 ℃, 약 5 ℃, 약 10 ℃, 약 15 ℃, 약 20 ℃, 약 25 ℃, 약 30 ℃, 약 35 ℃, 약 40 ℃, 약 45 ℃, 약 50 ℃, 약 55 ℃, 약 60 ℃, 약 65 ℃, 약 70 ℃, 약 75 ℃, 약 80 ℃, 약 85 ℃, 약 90 ℃, 약 95 ℃를 예시적인 값으로 포함하는, 약 -30 ℃ 내지 약 100 ℃의 온도 범위에서, 약 200회, 약 300회, 약 400회, 약 500회, 약 600회, 약 700회, 약 800회, 약 900회, 또는 약 1,000회의 도금/스트립핑 사이클 동안 어떠한 실질적인 변화도 겪지 않는다.

또 다른 측면에서, 상기 고체 전해질은, 약 15 nm, 약 20 nm, 약 50 nm, 약 100 nm, 약 250 nm, 약 500 nm, 약 750 nm, 약 1 ㎛, 약 5 ㎛, 약 10 ㎛, 약 25 ㎛, 약 50 ㎛, 약 75 ㎛, 약 100 ㎛, 약 250 ㎛, 약 500 ㎛, 약 750 ㎛ 및 약 990 ㎛의 예시적인 값을 포함하여 약 10 nm 내지 약 1 mm의 두께를 가질 수 있다.

또 다른 측면에서, 여기에 개시된 전기화학 전지는, 적어도 약 50 사이클, 적어도 약 80 사이클, 적어도 약 100 사이클, 적어도 약 200 사이클, 적어도 약 300 사이클, 적어도 약 400 사이클, 적어도 약 500 사이클, 적어도 약 600 사이클, 적어도 약 700 사이클, 적어도 약 800 사이클, 적어도 약 900 사이클, 또는 적어도 약 1000 사이클 동안, 약 80% 초과, 약 81% 초과, 약 82% 초과, 약 83% 초과, 약 84% 초과, 약 80% 초과 85% 이상, 약 86% 이상, 약 87% 이상, 약 88% 이상, 약 89% 이상, 약 90% 이상, 약 91% 이상, 약 92% 이상, 약 93% 이상 , 약 94% 초과, 약 95% 초과, 약 96% 초과, 약 97% 초과, 약 98% 초과, 또는 약 99% 초과의 큰 용량 유지율을 나타낸다.

또 다른 측면에서, 상기 전지는, 적어도 약 50 사이클, 적어도 약 80 사이클, 적어도 약 100 사이클, 적어도 약 200 사이클, 적어도 약 300 사이클, 적어도 약 400 사이클, 적어도 약 500 사이클, 적어도 약 600 사이클, 적어도 약 700 사이클, 적어도 약 800 사이클, 적어도 약 900 사이클, 또는 적어도 약 1000사이클 동안, 약 99.9% 이상, 약 99% 이상, 약 98 이상, 또는 약 97 이상, 또는 약 96 이상, 또는 약 95% 이상, 약 94 이상, 또는 약 93 이상, 또는 약 92 이상, 또는 약 91 이상, 또는 약 90% 이상, 약 89 이상, 또는 약 88 이상, 또는 약 87 이상, 또는 약 86 이상, 또는 약 85% 이상, 약 84 이상, 또는 약 83 이상, 또는 약 82 이상, 또는 약 81 이상, 또는 약 80% 이상, 약 79 이상, 또는 약 78 이상, 또는 약 77 이상, 또는 약 76 이상, 또는 약 75% 이상, 또는 약 74 이상, 또는 약 73 이상, 또는 약 72 이상, 또는 약 71 이상, 또는 약 70% 이상의 실질적인 방전 용량 유지율을 나타낼 수 있다.

추가의 측면에서, 상기 고체 전해질은, 인 시츄로 형성될 수 있다. 이러한 측면에서, 상술한 상기 혼합물은, 전지 구성 중에 상기 전기화학 전지로 삽입될 수 있고, 상기 중합 공정은 전지 내부에서 달성될 수 있다. 이러한 예시적이고 비제한적인 측면에서, 중합은 열에 의해 활성화될 수 있다.

또 다른 측면에서, 상기 고체 전해질은, 별도로 형성될 수 있고, 전지 구성 중에 별도의 성분으로서 추가될 수 있다.

또 다른 측면에서, 여기에 개시된 전기화학 전지는, 도금 사이클 동안 애노드 물질이 실질적으로 덴드라이트가 없도록(dendrite free) 작동한다.

또 다른 측면에서, 여기에 개시된 전기화학 전지는 배터리이다. 추가의 측면에서, 상기 배터리는 2차 전지이다.

예를 들어, 본 개시의 전기화학 전지는, 휴대폰, 시계 또는 랩탑 컴퓨터와 같은 휴대용 및/또는 웨어러블 전자 장치의 배터리를 포함하는 휴대용 배터리; 데스크탑이나 메인프레임 컴퓨터와 같은 고정식 전자 장치; 전동 드릴과 같은 전동 공구; 보트, 잠수함, 버스, 기차, 트럭, 자동차, 오토바이, 모페드(moped), 전동 자전거, 비행기, 드론, 기타 비행 차량 또는 이들의 장난감 버전과 같은 전기 또는 하이브리드 육상, 수상 또는 공중 기반 차량; 다른 장난감; 풍력, 태양광, 파도, 수력, 원자력 에너지로부터의 전력 저장 및/또는 그리드 저장과 같은 에너지 저장용, 또는 가정, 사업장 또는 병원과 같은 소규모 사용을 위한 고정식 전력 저장소를 포함한다.

또한, 본 개시에 따른 배터리는, 적어도 약 10개, 적어도 약 100개, 적어도 약 500개, 10개 내지 10,000개, 100개 내지 10,000개, 1,000개 내지 10,000개, 10 내지 1000개, 100 내지 1,000개, 또는 500 내지 1,000개의 본 개시의 전기화학 전지를 포함하는 다중 셀 배터리일 수 있다. 다중 셀 배터리의 셀은 병렬 또는 직렬로 배열될 수 있다.

방법

여기에 개시된 폴리머 조성물의 제조방법이, 여기에 추가로 개시된다. 어떤 측면에서, 상기 방법은, i) 상기 개시된 바와 같은 화학식 (I)의 하나 이상의 모노머, ii) 상기 개시된 복수의 플라스틱 결정 중 임의의 것; iii) 상기 개시된 염 AB 중 임의의 것을 포함하는 혼합물을 형성하는 a) 단계, 및 상술한 폴리머 조성물을 형성하기 위하여 상기 혼합물을 중합하는 단계를 포함한다.

추가의 측면에서, 상기 혼합물은, 또한 가교제를 포함할 수 있다. 상기 개시된 크로스-라이너 중 임의의 것이 사용될 수 있다. 추가의 측면에서, 상기 혼합물은, 개시제를 추가로 포함할 수 있다. 위에 개시된 개시제 중 임의의 것이 사용될 수 있다.

어떤 예시적이고 비제한적인 측면에서, 폴리머 조성물은, 부틸 아크릴레이트(BA), 폴리(에틸렌 글리콜) 디아크릴레이트(PEGDA), 숙시노니트릴(SN) 및 LiTFSI를 포함하는 균질한 용액을 중합함으로써 합성될 수 있다.

추가의 측면에서, 개시된 방법은, 상기 폴리머 조성물을 생성하고, 여기서 복수의 플라스틱 결정이 폴리머 조성물 내에 분산되어 플라스틱 결정의 3차원 상호연결된 상을 형성하고, 상기 폴리머 조성물은 약 20 ℃에서 적어도 약 1.1 mS/cm의 이온 전도도를 나타낸다.

추가의 측면에서, 상기 방법은 상기 개시된 임의의 폴리머 조성물을 생성한다.

또한, 여기에, a) 애노드 물질을 제공하는 단계; b) 캐소드 물질을 제공하는 단계, 및 c) 개시된 방법에 의해 형성된 고체 전해질을 제공하는 단계를 포함하는 전기화학 전지를 제조하는 방법이 개시된다.

또 다른 측면에서, a) 애노드 물질을 제공하는 단계; b) 캐소드 물질을 제공하는 단계; 및 c) 여기에 개시된 임의의 화합물의 혼합물을 제공하고, 상기 개시된 고체 전해질을 형성하기 위해서 전기화학 전지 작동 중에 혼합물을 인-시츄로 중합하는 단계를 포함하는 전기화학 전지 제조방법이 또한 개시된다.

비제한적인 설명으로서, 본 개시의 특정 측면의 예가 하기에 제공된다.

실시예

다음 실시예는, 여기에 청구된, 화합물, 조성물, 물품, 장치 및/또는 방법이 어떻게 제조되고 평가되고 의도되는지에 대한 완전한 공개 및 설명을 당업자에게 제공하기 위해 제시되는 것이고, 순전히 예시적인 것이고 개시 내용을 제한하려는 의도가 아니다. 수치(예: 양, 온도 등)에 대한 정확성을 보장하기 위한 노력에도, 일부 오류와 편차는 감안되어야 한다. 달리 명시하지 않는 한, 함량은 중량부이고, 온도는 섭씨 또는 주변 온도이고, 압력은 대기압 또는 그 부근이다.

어떤 이론에도 얽매이지 않고, 이온 전도성 물질이 PIPS를 통해 기계적으로 견고한 엘라스토머 매트릭스 내에서 3차원(3D) 상호 연결된 상을 형성할 수 있다면, 우수한 이온 및 기계적 특성이 실현될 수 있다는 가설이 세워졌다. 본 개시에서는, 고-에너지 LMB를 위한 SPE의 다른 클래스가 보고된다. 이 물질은 이온-전도성 플라스틱 결정의 3D 상호 연결된 상을 갖는 인 시츄-형성 엘라스토머에 기초한다. 플라스틱-결정-내장 이라스토머 전해질 (PCEE)의 공-연속적 구조(co-continuous structures)는, 셀(전지) 내의 폴리머와 플라스틱 결정 사이의 PIPS에 의해 발전된다. PCEE는, 우수한 기계적 특성 및 0.75의 높은 리튬-이온 전달 수(t+)와 함께 높은 이온 전도도 (20 ℃에서 1.1 mS cm¹)를 모두 나타낸다. 또한, 그 기계적 탄성으로 인해, 상기 전지 내에서 인 시츄 형성된 PCEE(이하 '내장 PCEE')는 빠른 충방전 사이클 동안 Li의 실질적인 부피 변화를 효과적으로 수용한다. 내장 PCEE를 사용하여, 4.5V의 고전압에서 LiNi_0.83Mn_0.06Co_0.11O₂(NMC-83) 캐소드를 갖는 SPE-기반 고체 LMB의 안정적인 작동이 입증되었다. 이 탄성 전해질 시스템은 고성능 및 안정적 고체 LMB를 달성하기 위한 유망한 전략을 제시한다.

실시예 1

전해질 준비

PCEE 제작을 위해, 전해질 준비와 전지(셀) 조립은 O₂와 물(H₂O)의 농도가 0.1ppm 이하인 아르곤 가스가 채워진 글러브 박스에서 구현되었다. 부틸아크릴레이트(BA)-기반 용액은, BA 액체 (Sigma-Aldrich) 중, 1 mol% 폴리(에틸렌 글리콜) 디아크릴레이트(PEGDA) (Sigma-Aldrich), 0.5 mol% AIBN (Sigma-Aldrich) 및 1M LiTFSI 분말 (99%; 중 Sigma-Aldrich)을 용해하여 준비되었다. BA-기반 엘라스토머 (BA100)와 PCEE를 비교하기 위해, BA-기반 용액이 70 ℃에서 2시간 동안 중합되었다. 석시노니트릴(SN)-기반 용액(SN100)은, 50 ℃에서의 SN과 Li 금속의 부반응을 방지하기 위해서, SN (Sigma-Aldrich)과 1M LiTFSI 분말 및 5 vol% 플루오로에틸렌 카보네이트 첨가제 (Sigma-Aldrich)를 혼합하여 제조되었다. 준비된 각각의 액체 용액을, 50 ℃에서 부피비 1:1로 균질하게 혼합하여 빌트인 PCEE를 제작하였다 (도 26a-26d). 준비된 용액을 셀 (예: 2032형 코인 셀)에 주입한 후, 조립된 셀을 70 ℃에서 2 시간 동안 가열하여 내장 PCEE를 생성하였다 (도 2a-2c). 자립형 현장-외 PCEE를 준비하기 위해서, 수제 금형을 사용하였다.

PCEE는 또한 광중합 공정을 통해 제조될 수 있다. 열 개시제 (예: 아조비스이소부티로니트릴)를 광개시제 (예: 광개시제 비스(2,4,6-트리메틸벤조일)-페닐포스핀 옥사이드(Irgacure 819), 2-하이드록실-2-메틸-1-페닐-1-프로파논, 및 메틸 벤조일포르메이트)로 교체하여, PCEE의 중합 시간을 2 시간에서 5 내지 20 분으로 줄일 수 있다.

물질특성화

푸리에 변환 적외선 분광학 스펙트럼은, 감쇠된 총 반사율 설정에서 Bruker ALPHA-P 분광계를 사용하여 측정되었다. 열중량 분석 테스트 (TA Instruments Q500)는 질소 대기 하에서 10 ℃ min^-1의 가열 속도로 실온에서 700 ℃까지 측정되었다. 시차 주사 열량계 곡선은 TA Instruments Q200을 사용하여 질소 대기 하에서 10 ℃ min^-1의 가열 및 냉각 속도로 얻어졌다. 내장 PCEE의 형태는, SEM (Hitachi SU-5000)과 TEM (Talos F200X)으로 관찰하였다. 단면 TEM 샘플은, 다이아몬드 나이프 (RMC PowerTomeX)를 사용하여 미세절단하여 준비되었다. 전자 에너지 손실 분광법 원소 매핑은, 고각 환형 암시야 이미징을 갖춘 TEM을 사용하여 수행되었다. 3D 단층촬영 이미지는 X선 현미경 (Zeiss Xradia 520 versa)으로 구성되었다. 기계적 인장 응력 및 계면 접착 강도 측정은, 만능 시험기 (Lloyd Instruments LR5K)를 사용하여 수행되었다. 접착 에너지는 이전에 보고된 방법을 사용하여 계산되었다. X선 광전자 분광법 (XPS; Thermal Scientific K-alpha XPS 기기)을 사용하여 PCEE 및 SN100이 내장된 대칭형 Li 셀에서 100회 사이클 후 Li 금속 애노드에 형성된 SEI의 조성을 조사했다 (도 17). 사이클 운전된 셀은 아르곤으로 채워진 글러브 박스에서 분해되었다. 그런 다음 사이클 운전된 Li 금속 애노드를, 진공 이송 용기를 사용하여 XPS로 이송하여 주변 산소 및 습기와의 오염이나 부반응을 방지했다. 비교를 위해, 내장 PCEE의 SEI 구성 요소에서, Li의 원자 비율이 약 30 %에 도달할 때까지, 사이클 운전된 Li 금속 애노드의 상단 표면을, 아르곤 이온 스퍼터링을 사용하여 에칭하였다. 고해상도 XPS Li 1s, C 1s, O 1s, N 1s 및 F 1s 스펙트럼은, XPSPEAKS 4.1을 사용하여 디콘볼루션되었다 (deconvoluted).

전극준비

NMC-622, NMC-83 및 LFP 캐소드는, 슬러리 캐스팅 기술을 사용하여 제조되었다. 슬러리를 만들기 위해, 활물질, 전도성 첨가제인 Super P 카본, 몰비 20:1을 갖는 SN-LiTFSI, 폴리비닐리덴 플루오라이드를, N-메틸-2-피롤리돈에, 중량비 7:1:1:1로 용해하였고, 그 다음에 알루미늄 호일 집전체 위에 코팅하였다. 캐소드를 55 ℃ 진공 오븐에서 24시간 동안 건조시켰다. LFP 캐소드의 활성 로딩 밀도는 1.5 mg cm^-2였다. NMC-622 캐소드의 활성 로딩 밀도는, 2.1 mg cm^-2 및 9.8 mg cm^-2였다. NMC-83 캐소드의 활성 로딩 밀도는 10.3 내지 10.6 mg cm^-2 범위였다.

전기화학적 측정

모든 셀의 전기화학적 성능은, 아르곤으로 채워진 글러브박스 (M. Braun, O₂ 및 H₂O <0.1 ppm)에서 Li 호일을 애노드로 사용하여 조립된 2032-형 코인 셀을 사용하여 테스트되었다. 선형-스위프 전압전류법은, Li||스테인레스강 (SS) 비대칭 셀을 사용하여 1mV s^-1의 스캔 속도에서 Li/Li⁺에 대해 1.5 V에서 6 V까지 수행되었다. PCEE의 EIS (Bio-Logic VMP3)는, 개방전압에서 10 mV 피크 전압을 사용하여 100 Hz부터 105 Hz까지 수행되었다. 전해질의 이온 전도도는, 원하는 온도에서 환경 챔버 (MC-812R, Espec)에서 SS||전해질||SS 대칭 셀을 갖는 EIS를 사용하여 측정되었다. 본 연구에서는 현재의 롤-투-롤-기반 Li-이온 배터리 제조와의 호환성을 고려하여, 풀셀용 PCEE 액상 전구체의 단락을 방지하기 위해 분리막으로 폴리프로필렌이나 유리섬유가 적용되었다. 35 ㎛ 두께의 Li||25 ㎛-내장 PCEE||고부하 NMC-83 셀의 사이클링 테스트는, 전압 유지 없이 0.5 mA cm^-2의 전류 밀도에서 사이클링하기 전, 전류 밀도 0.1 mA cm²에서 세 번의 초기화 주기로 2.7 내지 4.3 V의 전압 범위에서 수행되었다. 35 ㎛ 두께의 Li||25 ㎛-두께 내장 PCEE||고부하 NMC-83 셀의 정전류 충방전 테스트는, 0.1 내지 3 mA cm^-2의 동일한 전류 밀도에서 2.7 내지 4.5 V의 전압 범위에서 수행되었다 (Arbin 배터리 테스터). 온도 의존 테스트를 위해, 35 ㎛ 두께의 Li||25 ㎛-내장 PCEE||고부하 NMC-83 셀을, 동일한 전류 밀도 (0.1 mA cm^-2) 및 온도 (0 ℃ 내지 60 ℃)에서 환경 챔버에서 충전 및 방전하였다. 모든 비용량과 면적량은, 각각 전극 내 활물질의 무게와 전극의 면적을 이용하여 정규화하였다.

실시예 2

탄성 전해질 설계

내장 PCEE는, 조립된 전기화학 전지에서, 70 ℃에서 주로 부틸 아크릴레이트(BA), 숙시노니트릴(SN) 및 리튬 비스(트리플루오로메탄술포닐)이미드(LiTFSI)로 구성된 균질 용액을 중합하여 합성되었다 (도 1a, 도 2a, 2c). 대표적인 플라스틱 결정인 SN은, Li 염과 복합체를 형성할 때 이온 전도도가 높아 이온 전도성 물질로 선택되었다. 중합을 위해 아조비스이소부티로니트릴 (AIBN; 0.5 mol%)과 폴리(에틸렌 글리콜) 디아크릴레이트 (PEGDA; 1 mol%)를, 각각, 열개시제와 가교제로 사용하였다. 이 중합 과정에서, BA/PEGDA는, PEGDA에 의해 화학적으로 가교된 인 시츄-형성 폴리머를 생성하여, 결국 엘라스토머 네트워크를 생성하는 반면, 상기 SN-LiTFSI 상은 나노 규모 도메인으로 분할된다.

합성된 PCEE는, 엘라스토머 매트릭스로 인해 높은 기계적 탄성을 나타내었다 (도 2b). 3-차원 단층촬영 및 주사전자현미경(SEM) 이미지는, PCEE가 벌레 모양의 폴리머 덕트가 3-차원적으로 연결된 상호 연결된 네트워크 구조를 가지고 있음을 보여주었다 (도 1b, 1c, 도 3). 상세하게는, 상기 SN 상은, 가교된 폴리머 상에 의해 잘 둘러싸여 있었고, 상기 SN 상과 엘라스토머 매트릭스 사이의 계면은, 투과 전자 현미경(TEM)에 의해 밝혀진 바와 같이, 매끄럽게 연결되었다 (도 1d). 전자 에너지-손실 분광법 원소 매핑 이미지는, 상기 SN 상의 질소(N)가 BA-기반 엘라스토머 매트릭스의 산소(O) 내에 매립되어 있음을 확인하였다 (도 1e). 어떤 이론에 얽매이기를 바라지 않고, 이 독특한 구조는, 중합된 BA/PEGDA의 분자량 증가와 상기 SN과 나타난 폴리머 사이의 엔탈피 상호 작용에 의해 구동되는, PIPS 동안의 나노규모 상 분리에 기인한다. 중요하게는, 생성된 SN 상의 조대화가 엘라스토머 매트릭스에 의해 효과적으로 억제되어 BA 기반 엘라스토머 내에서 효과적인 이온 전도 경로로서, 3D 상호 연결된 SN 상이 형성될 수 있다. 또한, 시차 주사 열량계, 열중량 분석 및 푸리에 변환 적외선 분광법은, PCEE가 플라스틱 결정과 고무상 폴리머 상의 특성을 모두 나타내는 것을 보여준다 (도 4 내지 6).

PCEE의 독특한 구조는, 통상적인 블렌드의 구조와 완전히 다르다는 점에 유의해야 한다 (도 7a-7d). PIPS를 포함하지 않는 BA-기반 폴리머 (BA100)와 SN의 간단한 혼합은 거시적으로 분리된 형태를 보여주었다. 혼합의 이온 전도도 및 인장 거칠기는, PCEE에 비해, 실질적으로 각각 32배 및 47배 열등하다 (도 7c, 7d). PCEE에서 상기 SN 상의 상호 연결된 특성은, 온도에 따른 이온 전도도 측정을 통해 추가로 연구되었다. BA100의 낮은 이온 전도도 (20 ℃에서 약 10^-6 mS cm^-1)에도 불구하고, PCEE는 20 ℃에서 1.1 mS cm^-1의 높은 이온 전도도를 나타냈으며, 이는 SN-LiTFSI보다 약간 낮은 것이다. 복합체 (SN100; 20 ℃에서 4.1 mS cm^-1; 도 8a, 도 9). 내장된 PCEE의 활성화 에너지 (Ea)는 0.13 eV로 추정되었으며, 이는 SN100 (0.11eV)과 비슷하지만 BA100 (0.69eV)보다는 훨씬 작은 것이다.

PCEE에서 상기 SN 전도상의 부피 분율을 고려하면, 연속 전도상의 비틀림은 매우 낮은 것으로 결정되었다 (1.9). 이 결과는, 연결성이 높은 연속 SN 도메인의 이온 전도성 경로가 PCEE의 엘라스토머 매트릭스 내에서 성공적으로 개발되었음을 제안한다. 또한, X선 회절 결과, 엘라스토머 상 내 SN 상의 결정성이 잘 유지되어, PCEE의 높은 이온 전도도에 기여하는 것으로 나타났다 (도 10). PCEE의 우수한 기계적 탄성은, 인장 시험을 통해 입증되었다. PCEE는, SN100이 극심한 취성(brittleness)으로 인해, 측정할 수 없음을 보여주었다 (도 7b). 전반적으로, 상기 결과는, PCEE에 내장된 SN 네트워크가 엘라스토머 매트릭스의 기계적 견고성을 손상시키지 않았음을 나타낸다.

또한, PCEE는 우수한 난연성을 나타내었다 (도 11). Li 금속 상에 형성된 내장 PCEE의 사진을 ex-situ (현장 외) 합성 PCEE (이하, '현장 외 PCEE')의 사진과 비교하였다 (도 7c). 내장 PCEE는 전극과 완벽하게 접촉하여, 현장 외 PCEE보다 더 안정적인 인터페이스를 형성했다. 단면 SEM 이미지는, 내장 PCEE가 Li 금속 애노드에 매끄럽게 접착되었음을 보여준다 (도 7d). 여기서 초기에 거친 전극을 적신 용액은 표면(8)을 따라 현장 중합된다. 계면 접착력 테스트 결과, 내장된 PCEE가 전극과 강한 접착력을 보여 현장 외 PCEE (2.7 Jm^-2)보다 접착 에너지가 21.5 Jm^-2로 더 높은 것으로 나타났다 (도 7e, 도 12). 일반적으로 5 Jm^-2 이상의 접착 에너지는 셀 제조 및 작동 (30) 중 기계적 응력을 견딜 수 있는 안정적인 인터페이스를 생성하는 데 중요한 요구 사항으로 간주된다. 또한, EIS (Electrochemical Impedance Spectroscopy) 측정 결과 내장 PCEE의 전체 저항은, 122 Ωcm^-2로 현장 외 PCEE (304 Ωcm^-2)보다 낮은 것으로 나타났다 (도 7F).

Li 가역성 조사

내장 PCEE는, 뛰어난 기계적 및 전기화학적 특성을 보여주었기 때문에, 이를 고체 전해질로 사용하기로 결정되었다. 개시된 PCEE를 사용하여 대칭형 Li 셀에서 Li 도금 및 스트립핑 테스트가 수행되었다 (도 9c). 10 mA cm^-2의 높은 전류 밀도에서 SN100을 사용한 전지는 몇 주기 동안만 지속되었다. 대조적으로, PCEE 내장 셀은, 1,500 시간 이상 동안 낮은 분극화와 함께 우수한 사이클링 성능을 보여, 누적 용량이 7.5 Ah cm^-2에 달했다 (도 13). 특히 내장 PCEE의 경우, 10 mA cm^-2에서 13 mV의 매우 낮은 분극이 관찰되었으며, 이는 현장 외 PCEE (63 내지 111 mV)보다 상당히 낮은 것이다. 이러한 낮은 분극화는, 리튬 금속에 내장된 PCEE의 컨포멀 코팅에 기인한 것일 수 있으며, 이는 계면 저항을 실질적으로 감소시키고, 균일한 리튬 이온 플럭스를 생성할 수 있다. 수지상 및 데드(dead) Li 축적에서, 흔히 관찰되는 전압 프로파일 가장자리의 '아치' 모양은, 1,500시간 동안 Li 금속을 반복적으로 도금 및 스트립핑한 후에도 나타나지 않았음을 알 수 있다 (도 9c 삽입). 이러한 결과는, 전류 밀도, 누적 용량 및 사이클당 면적 용량을 기반으로 하는 ARPA-E (Advanced Research Projects Agency-Energy) IONICS (New Ion-Conducting Solids)의 통합 및 최적화 목표를 훨씬 초과한다. Li 금속과 PCEE의 호환성은, Li-PCEE (고체-고체) 계면에서 30일 동안 안정적인 계면 저항 (175 Ωm^-2)을 기반으로 추가로 지지되었다 (도 15a). 또한, 사이클이 증가함에 따라, 내장 PCEE의 전체적인 저항이 크게 감소하였다 (도 15b). 이러한 결과는, 인 시츄-중합 PCEE가 고체-고체 인터페이스에서 계면 저항을 효과적으로 감소시켜, 매우 안정적인 Li 도금 및 스트립핑 사이클을 가능하게 함을 보여준다. 다양한 전해질을 사용하는 Li 금속 애노드의 형태를 10 mA cm^-2에서 100회 사이클 후에 비교하였다. SN100의 경우, Li 금속은 단 몇 번의 사이클 후에 이끼 낀 데드 Li를 포함하는 다공성 구조를 나타냈으며 (도 14b), 이는 Li 셀의 갑작스러운 고장을 설명해준다 (도 9c). 대조적으로, 외부 PCEE 및 내장 PCEE 모두를 갖는 Li 애노드는, 100 사이클 (200시간) 후에 수지상 Li (dendritic Li) 없이 조밀하고 균일한 Li 구조를 보여주었다 (도 14C, 14D). 그러나 부착된 PCEE 필름을 제거한 후, PCEE가 내장된 Li 금속은 현장 외 PCEE에 비해 훨씬 매끄러운 표면을 보여주었으며 (도 14d), 균열이 있는 주름진 표면을 보였다 (도 14c). PCEE가 내장된 Li 전지의 안정성은 20 mA cm^-2및 20 mAh cm^-2의 더 높은 전류 조건 하에서 추가로 조사되었다 (도 15c). 초기 사이클 (<50시간)에서, 전압 변동 후, Li 전지(셀)는 500시간 동안 25 내지 29 mV의 안정적인 분극을 나타내었다. 다양한 전류 밀도에서 PCEE 내장 Li 셀의 전압 히스테리시스는 이전에 보고된 폴리머-기반 전해질의 전압 히스테리시스보다 현저히 낮았다 (도 15d). 다음으로 Bruce-Vincent 방법을 이용하여 내장 PCEE의 t+ 값을 구하였다 (도 15e, 15f, 도 16).

특히, 내장 PCEE는, 0.75로 높은 t+ 값을 나타내었는데, 이는 통상적 유기 액체 전해질 (t+ ≒ 0.4)과 PEO 기반 폴리머 전해질 (t+ < 0.5)의 t+ 값보다 상당히 높은 값이다. 고속 Li 도금 및 스트립핑 사이클에서의 탁월한 안정성과 높은 t+ 값은, LMB의 고속 충전을 가능하게 하는 데 중요하다. 또한, 내장 PCEE에서는 무기-유기 하이브리드 SEI 층이 발견되어, 계면 안정성에 유리한 반면, SN100에서 파생된 SEI 층은, 주로 유기 화합물로 구성되어 있다 (도 17). 내장 PCEE는, 또한 비대칭 Li||Cu 셀에서 탁월한 안정성과 순환성을 보여주었다 (도 14e). 1 mAh cm^-2를 갖는 0.5 mA cm^-2에서, SN100을 갖는 Li||Cu 전지의 쿨롱 효율(CE)은 35 사이클 후에 변동하고 희미해졌다 (도 18).

이와 대조적으로, PCEE가 내장된 셀은, 500 사이클 후에 8 mV 미만의 작은 분극으로 100.0 %의 CE를 보여주었다 (도 19). PCEE를 갖춘 Li||Cu 셀은, 430 및 200 사이클 동안, 각각, 4 mA cm^-2 및 10 mAh cm^-2의 용량으로 2 mA cm^-2 및 5 mA cm^-2의 더 높은 전류 밀도에서, 100.0 % CE를 유지하였다 (도 14e, 14f). 사이클링 거동을 더 잘 이해하기 위해, Li 도금 및 스트립핑 공정 동안 PCEE가 내장된 Li||Cu 셀의 형태학적 변화를 조사하였다. 단면 SEM 이미지는, 전기도금 전에 PCEE가 구리(Cu) 호일 위에 컨포멀하게 코팅되었음을 보여주었다 (도 14g). 1 mAh cm^-2로 0.5 mA cm^-2에서 1차 Li 도금 후, Cu 호일 상에 조밀하고 균일하게 증착된 Li가 관찰되었다 (도 14h). 이어지는 Li 스트리핑 이후, Cu 호일 상에 증착된 Li는 완전히 사라졌다 (도 14i). 이러한 결과는, 높은 탄성과 강한 접착력을 가진 PCEE가 Li 도금 동안 큰 부피 변화를 성공적으로 수용했음을 나타내는 것이다 (도 14j). 또한 내장된 PCEE의 탄력성(resilience) 덕분에 스트리핑 과정 후에도 시스템이 변형되지 않고 원래 상태로 돌아갈 수 있었다. 따라서 PCEE를 사용한 셀의 매우 안정적인 사이클링 프로세스는 우수한 기계적 및 계면 특성에서 비롯된다.

고에너지 리튬 배터리 시연

고체 LMB 어플리케이션을 위해, LiFePO₄ (LFP), LiNi_0.6Mn_0.2Co_0.2O₂ (NMC-622) 및 NMC-83 캐소드를 포함한 다양한 캐소드가 내장된 PCEE를 조사하였다. 배터리 성능 테스트에 앞서, 실현 가능한 전기화학적 윈도우를 엄격하게 정의하기 위해, PCEE의 전기화학적 부동 실험을 수행하였다 (도 19a). 측정된 누설 전류는 4.6 V까지 20 ㎂ 미만이었는데, 이는 4.75 V에서 산화파 (oxidation wave)를 나타내는 선형 스위프 전압전류법 결과와 일치한다 (도 21). 따라서, PCEE의 탁월한 산화 안정성은 4.5 V의 고전압에서 NMC-622 캐소드로 안정적인 작동(속도 성능 및 사이클링)을 가능하게 한다 (도 20b, 20c). 고전압 음극이 있는 SPE의 사용은 4.3 V의 전압으로 제한되었다. 따라서 이 연구는 주변 환경 온도에서 4.5 V의 고전압에서 SPE 기반 전고체 LMB의 안정적인 작동을 보여준다. 또한, LFP 캐소드를 갖춘 전체 셀은 20 ℃에서 1,000 사이클에 걸쳐 상당한 용량 감소(사이클당 0.005%) 없이 1 C에서 93 mAh g^-1의 방전 용량을 유지하였다 (도 22). 고에너지 LMB를 향하여, 제한된 Li 금속 애노드 소스, 고부하 캐소드 및 얇은 고체 전해질을 갖춘 전체 셀에 대한 강한 수요가 있다.

우리는 3.4의 낮은 음/양 용량(N/P) 비율 (35 ㎛ 두께의 Li 애노드, 25 ㎛ 두께의 내장 PCEE, 고부하 NMC-83 (>10 mg cm^-2))로 전체 전지의 전기화학적 테스트를 추가로 수행하였다. 전체 전지은 0.1 mA cm^-2의 초기화 사이클 동안 2.1 mAh cm^-2의 고용량을 전달하였다 (도 23a). 그 후, 전지는 30 ℃에서 100회 사이클 후 0.5 mA cm^-2에서 99.4%의 CE로 1.1 mAh cm^-2 (88% 용량 유지)의 용량을 유지하였다 (도 24a). 또한, 0.1 mA cm^-2부터 3 mA cm^-2까지의 다양한 전류 밀도에서 전지의 레이트 성능(rate capability)을 평가하였다 (도 24B). 전지는 1 mA cm^-2의 높은 속도에서 1.3 mAh cm^-2의 용량을 나타냈고 (0.1 mA cm^-2에서 용량의 60%), 우수한 속도 성능을 입증하였다 (도 24B의 삽입). 60 ℃에서 0 ℃까지의 전지의 온도 의존적 전압 프로파일 (도 23b)을 추가로 조사하였다. 전체 전지는 60 ℃에서 40 ℃까지 무시할 수 있는 정도의 용량 감소 (99%)를 나타내었고, 20 ℃에서 용량의 92%, 0 ℃에서 57%를 유지하였다 (도 23b의 삽입).

뛰어난 속도와 저온 성능은 PCEE의 매우 높은 이온 전도도와 t+에 기인한다. 주변 온도에서 전고체 LMB의 비에너지 및 출력은, Ragone-타입 플롯을 사용하여 애노드, 캐소드 및 고체 전해질의 중량을 기준으로 계산되었다 (도 24c, 도 25). NMC-83 캐소드를 사용한 전체 전지는, 410 Wh kg^-1 (791 Wh kg_NMC-83 ^-1)을 초과하는 높은 비에너지를 나타내었으며 주변 온도에서 184 Wkg^-1에서 235 Wh kg^-1의 높은 비에너지를 유지하였다. 얇은 PCEE를 갖는 전체 전지의 이러한 성능은, 주변 온도에서 테스트된 세라믹, 폴리머 또는 복합 전해질을 사용하는 이전에 보고된 전지 중 어느 것보다 훨씬 높다 (도 23c, 23D).

또한, 도 27a-27b에 도시된 바와 같이, PCC가 LiNi_xCo_yAl_zO₂(NCA) 캐소드로 사용될 수 있음을 확인하였다.

실시예 3

Li-이온에 더하여, PCEE는, Na, K, Mg, Zn 및 Al을 포함하는, 다양한 금속 양이온에 대해 높은 이온 전도성을 갖는다(도 28). 따라서 PCEE는 다양한 금속 배터리에 사용될 수 있다.

어떠한 이론에도 얽매이지 않고, 캐소드 구조를 변경하거나 셀(전지)을 여러 번 적층함으로써 셀의 비에너지가 더욱 증가할 수 있다는 가설이 세워졌다. 요약하면, 3D 상호 연결된 플라스틱 결정상을 포함하는 엘라스토머 전해질의 인 시츄 형성을 기반으로 하는 SPE 클래스가 보고된다. 이 클래스는, 높은 이온 전도도, 우수한 기계적 특성, 전기화학적 안정성, 낮은 계면 저항 및 높은 리튬 이온 전달 수를 포함하여 엘라스토머와 플라스틱 결정의 장점을 성공적으로 결합할 수 있는 것으로 나타났다. 내장된 PCEE는 26 mV 미만의 저전압 히스테리시스와 100.0% CE를 갖춘 대칭 Li 및 비대칭 Li||Cu 셀에서 뛰어난 사이클링 성능을 가능하게 하였다. 마지막으로, 제한된 Li 소스와 고부하 NMC 캐소드 (N/P 비율 < 3.4)의 제한된 조건에서 주변 온도에서 높은 비에너지와 출력을 갖는 PCEE 기반 고체 LMB의 안정적인 작동이 입증되었다. 어떠한 이론에도 얽매이지 않고, 여기에 개시된 탄성 전해질 시스템은, 금속-금속을 포함하는 다양한 포스트-금속 (예를 들어, 나트륨, 칼륨, 아연, 마그네슘 및 알루미늄) 배터리의 작동에 널리 적용될 수 있다고 가정된다. 우수한 기계적 특성과 높은 이온 전도성으로 인해 공기 및 금속-황 배터리에 사용된다.

첨부된 청구범위의 장치, 시스템 및 방법은, 청구범위의 몇 가지 측면을 예시하는 것으로 의도된 것이고, 본 명세서에 설명된, 특정 장치, 시스템 및 방법에 의해 범위가 제한되지 않는다. 기능적으로 동등한 모든 장치, 시스템 및 방법은 청구 범위에 속하도록 의도되었다. 여기에 보여지고 설명된 것 외에, 장치, 시스템 및 방법의 다양한 변형은, 첨부된 청구범위의 범위 내에 속하도록 의도된다. 또한, 여기에 개시된 특정 대표적인 장치, 시스템 및 방법 단계만이 구체적으로 설명되어 있지만, 장치, 시스템 및 방법 단계의 다른 조합도,구체적으로 언급되지 않더라도, 첨부된 청구범위의 범위 내에 속하도록 의도된다. 따라서, 단계, 요소, 구성요소 또는 구성요소의 조합은, 여기에서 명시적으로 언급되거나 그 이하로 언급될 수 있지만, 명시적으로 언급되지 않더라도 단계, 요소, 구성 요소 및 구성 요소의 다른 조합이 포함된다.

본 발명의 여러 실시예가 전술한 명세서에 개시되어 있지만, 당업자는 전술한 설명 및 관련 도면에 제시된 교시의 이점을 가지면서, 본 발명에 속하는 본 발명의 많은 변형 및 다른 실시예가 떠오를 것으로 이해된다. 따라서, 본 발명은 위에 개시된 특정 실시예에 제한되지 않으며, 많은 수정 및 다른 실시예가, 첨부된 청구범위의 범위 내에 포함되도록 의도된다는 것이 이해된다. 더욱이, 본 명세서 및 다음의 청구범위에서 특정 용어가 사용되더라도, 이는 일반적이고 설명적인 의미로만 사용되며 설명된 발명 또는 이후의 청구범위를 제한하려는 목적으로 사용되는 것이 아니다.

다르게 정의되지 않는 한, 여기에 사용된 모든 기술 및 과학 용어는, 개시된 발명이 속하는 기술 분야의 숙련자가 일반적으로 이해하는 것과 동일한 의미를 갖는다. 여기에 인용된 간행물과 이들이 인용한 자료는 참고에 구체적으로 포함되어 있다.

청구범위가, 각각, "무엇을 위한 수단" 또는 “무엇을 위한 단계”라는 문구를 사용하여 특정 청구범위에 명시적으로 언급되지 않는 한, means-plus- 또는 step-plus-function 제한을 포함하려는 의도가 아니고 포함하는 것으로 해석되어서는 안된다.

기술된 공정 및 조성물을 고려하여, 본 발명의 보다 구체적으로 기술된 특정 측면을 이하에 기술한다. 그러나 이러한 특별히 언급된 측면은, 여기에 설명된 상이하거나 보다 일반적인 교시를 포함하는, 임의의 다른 청구범위에 대해 제한적인 효과를 갖는 것으로 해석되어서는 안 되며, "특정" 측면이, 거기에 문자 그대로 사용되는 언어의 고유 의미 및 공식 이외의 어떤 방식으로든 제한되는 것으로 해석되어서는 안된다.

측면

기술된 전극, 배터리, 방법 및 그 변형을 고려하여, 본 발명의 보다 구체적으로 기술된 특정 측면을 이하에 기술한다. 그러나 이러한 특별히 언급된 측면은, 여기에 설명된 상이하거나 보다 일반적인 교시를 포함하는, 임의의 다른 청구범위에 대해 제한적인 효과를 갖는 것으로 해석되어서는 안 되며, "특정" 측면이, 거기에 문자 그대로 사용되는 언어의 고유 의미 및 공식 이외의 어떤 방식으로든 제한되는 것으로 해석되어서는 안된다.

측면 1: a) 탄성 폴리머를 포함하는 매트릭스; b) 플라스틱 결정의 3차원적 상호 연결된 상을 형성하도록 상기 매트릭스 내에 분산된 복수의 플라스틱 결정, 그리고 여기서 상기 폴리머 조성물은 약 20 ℃에서 적어도 약 1.1 mS/cm의 이온 전도도를 나타내는, 폴리머 조성물.

측면 2: 측면 1의 상기 폴리머 조성물, 여기서 탄성 폴리머는 다음을 포함하는 적어도 하나의 모노머로부터 유래된다:

여기서, R1, R2 및 R3은, 각각 독립적으로, 수소, C_1-12 알킬, C_1-12 알콕시, C_1-12 헤테로알킬, -(C_0-5 알킬)(C_6-14 아릴), -(C_0-5 알킬)(C_1-13 헤테로아릴), -(C_0-5 알킬)(C_6-14 아릴옥시), -(C_0-5 알킬)(C_3-10사이클로알킬), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 헤테로사이클로알킬), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 사이클로알케닐), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 헤테로사이클로알케닐), 할라이드, 아민으로부터 선택되고; 여기서, R1 및 R2는, 각각 독립적으로, C_1-12 알킬, C_1-12 알콕시, C_1-12 헤테로알킬, -(C_0-5 알킬)(C_6-14 아릴), -(C_0-5 알킬)(C_1-13 헤테로아릴), -(C_0-5 알킬)(C_6-14 아릴옥시), -(C_0-5 알킬)(C_3-10사이클로알킬), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 헤테로사이클로알킬), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 사이클로알케닐), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 헤테로사이클로알케닐), 알데히드, 아미노, 카르보닐, 에스테르, 케톤, 에테르, 할라이드, 카르복실, 히드록시, 니트로, 술포-옥소, 설포닐, 설폰, 설폭사이드, 티올 또는 포스포닐 중 하나 이상으로 임의적으로 치환되고, 여기서 X는 C(O), O 또는 없음(null)이고, 여기서 Y는 OR₄, R₄, R₄'OR₄", C(O)R₄, N(R₄)(R₄''') 또는 CN이고;

여기서, R₄는, 수소, C_1-20 알킬, C_2-20 알케닐, C_2-20 알키닐, C_1-20 알콕시, C_1-20 헤테로알킬, C_2-20 헤테로알케닐, C_2-20 헤테로알키닐, -(C_0-5 알킬)(C_6-14 아릴), -(C_0-5 알킬)(C_1-13 헤테로아릴), -(C_0-5 알킬)(C_6-14 아릴옥시), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 시클로알킬), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 헤테로사이클로알킬), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 사이클로알케닐), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 헤테로사이클로알케닐), 할라이드, 아민으로부터 선택되고; 여기서, R₄는 독립적으로 그리고 임의적으로, 하나 이상의 C_1-20 알킬, C_2-20 알케닐, C_2-20 알키닐, C_1-20 알콕시, C_1-20 헤테로알킬, C_2-20 헤테로알케닐, C_2-20 헤테로알키닐, -(C_0-5 알킬)(C₆₁₄ 아릴), -(C_0-5 알킬)(C_1-13 헤테로아릴), -(C_0-5 알킬)(C_6-14 아릴옥시), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 시클로알킬), -(C_0-5 알킬)(C_3-10헤테로시클로알킬), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 시클로알케닐), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 헤테로시클로알케닐), 알데히드, 아미노, 카르보닐 , 에스테르, 케톤, 에테르, 할라이드, 카르복실, 하이드록시, 니트로, 설포-옥소, 설포닐, 설폰, 설폭사이드, 티올 또는 포스포닐로 치환됨;

여기서, R4'''는, 수소, C_1-20 알킬, C_2-20 알케닐, C_2-20 알키닐, C_1-20 알콕시, C_1-20 헤테로알킬, C_2-20 헤테로알케닐, C_2-20 헤테로알키닐, -(C_0-5 알킬)(C_6-14 아릴), -(C_0-5 알킬)(C_1-13 헤테로아릴), -(C_0-5 알킬)(C_6-14 아릴옥시), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 시클로알킬), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 헤테로사이클로알킬), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 사이클로알케닐), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 헤테로사이클로알케닐), 할라이드, 아민으로부터 선택되고; 여기서, R4" 및 R4'''는, 각각, 독립적으로 그리고 임의적으로, C_1-20 알킬, C_2-20 알케닐, C_2-20 알키닐, C_1-20 알콕시, C_1-20 헤테로알킬, C_2-20 헤테로알케닐, C_2-20 헤테로알키닐, -(C_0-5 알킬)(C_6-14 아릴), -(C_0-5 알킬)(C_1-13 헤테로아릴), -(C_0-5 알킬)(C_6-14 아릴옥시), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 사이클로알킬), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 헤테로사이클로알킬), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 사이클로알케닐), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 헤테로사이클로알케닐), 알데히드, 아미노, 카르보닐, 에스테르, 케톤, 에테르, 할라이드, 카르복실, 히드록시, 니트로, 술포-옥소, 술포닐, 술폰, 술폭시드, 티올 또는 포스포닐로 치환되고, 여기서, n은 1 내지 200임.

측면 3: X는 C(O)이고, Y는 OR₄, R₄'OR₄", 또는 N(R₄)(R₄''')인 것인, 측면 2의 폴리머 조성물.

측면 4: X는 O이고, Y는 C(O)R₄인 것인, 측면 2의 폴리머 조성물.

측면 5: X는 없음이고, Y는 CN인 것인, 측면 2의 폴리머 조성물.

측면 6: (I)은 다음 중 하나 이상으로부터 선택되는 것인, 측면 2 내지 5 중 어느 하나의 폴리머 조성물:

측면 7: (I)은 다음 중 하나 이상으로부터 선택되는 것인, 측면 2 내지 6 중 어느 하나의 폴리머 조성물:

측면 8: (I)은 다음 중 하나 이상으로부터 선택되는 것인, 측면 2 내지 7 중 어느 하나의 폴리머 조성물:

측면 9: (I)은 다음 중 하나 이상으로부터 선택되는 것인, 측면 2 내지 8 중 어느 하나의 폴리머 조성물:

측면 10: (I)은 다음 중 하나 이상으로부터 선택되는 것인, 측면 2 내지 9 중 어느 하나의 폴리머 조성물:

측면 11: (I)은 다음을 포함하는 것인, 측면 2 내지 10 중 어느 하나의 폴리머 조성물:

.

측면 12: 측면 1 내지 11 중 어느 하나의 폴리머 조성물, 여기서 상기 복수의 플라스틱 결정은, 다음 중 하나 이상으로부터 유래된다:

측면 13: 금속 염을 추가로 포함하고, 금속 염의 양이온은, Li, K, Na, Ca, Mg, Zn, Al, 또는 이들의 조합 중 하나 이상을 포함하는 것인, 측면 1 내지 12 중 어느 하나의 폴리머 조성물.

측면 14: 금속염의 음이온은, 비스트리필이미드(TFSI^-), 비스(플루오로술포닐)이미드)(FSI^-), 트리플레이트(OTf^-), 헥사플루오로포스페이트(PF₆ ^-), 헥사플루오로아르세네이트(AsF₆ ^-), 사염화알루미늄(AICI₄ ^-), 사염화붕소(BCI₄ ^-), 사불화붕소(BF₄ ^-), 요오드화물(I^-), 염소산염(ClO₃ ^-), 브롬산염(BrO₃ ^-), 요오드산염(IO₃ ^-), 디플루오로(옥살라토) 붕산염(DFOB^-), 비스(옥살라토)붕산염(BOB^--), 디플루오로인산염(DFP) 또는 이들의 조합을 포함하는 것인, 측면 13의 폴리머 조성물.

측면 15: 상기 폴리머 조성물은 가교결합된 것인, 측면 1 내지 14 중 어느 하나의 폴리머 조성물.

측면 16: 상기 폴리머 조성물은 약 150 % 내지 약 500 %의 인장 변형율(tensile strain)을 갖는 것인, 측면 1 내지 15 중 어느 하나의 폴리머 조성물.

측면 17: 상기 폴리머 조성물은 난연성인 것인, 측면 1 내지 16 중 어느 하나의 폴리머 조성물.

측면 18: 상기 폴리머 조성물은, 약 -30 ℃ 내지 약 100 ℃의 온도 범위에서 안정한 것인, 측면 1 내지 17 중 어느 하나의 폴리머 조성물.

측면 19: 양이온의 이온 수송수(ion transference number)가 약 0.4보다 큰 것인, 측면 13 내지 18 중 어느 하나의 폴리머 조성물.

측면 20: 측면 1 내지 19 중 어느 하나의 폴리머 조성물을 포함하는 고체 전해질.

측면 21: 측면 20의 고체 전해질을 포함하는 배터리.

측면 22: a) 화학식 (I)의 하나 이상의 모노머, b) 복수의 플라스틱 결정; 및 c) 염 AB를 포함하는 혼합물을 중합하여 형성된 폴리머 조성물,

여기서 X는 C(O), O 또는 없음(null)이고,

여기서, R4''는, 수소, C_1-20 알킬, C_2-20 알케닐, C_2-20 알키닐, C_1-20 알콕시, C_1-20 헤테로알킬, C_2-20 헤테로알케닐, C_2-20 헤테로알키닐, -(C_0-5 알킬)(C_6-14 아릴), -(C_0-5 알킬)(C_1-13 헤테로아릴), -(C_0-5 알킬)(C_6-14 아릴옥시), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 시클로알킬), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 헤테로사이클로알킬), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 사이클로알케닐), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 헤테로사이클로알케닐), 할라이드, 아민으로부터 선택되고; 여기서, R4"는, 독립적으로 그리고 임의적으로, C_1-20 알킬, C_2-20 알케닐, C_2-20 알키닐, C_1-20 알콕시, C_1-20 헤테로알킬, C_2-20 헤테로알케닐, C_2-20 헤테로알키닐, -(C_0-5 알킬)(C_6-14 아릴), -(C_0-5 알킬)(C_1-13 헤테로아릴), -(C_0-5 알킬)(C_6-14 아릴옥시), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 시클로알킬), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 헤테로시클로알킬), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 시클로알케닐), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 헤테로시클로알케닐), 알데히드, 아미노, 카르보닐, 에스테르, 케톤, 에테르, 할라이드, 카르복실, 히드록시, 니트로, 설포-옥소, 설포닐, 설폰, 설폭사이드, 티올 또는 포스포닐로 치환되고;

또는 여기서, R4''는 P(O)(OR4''')₂이고;

여기서, n은 1 내지 200이고;

여기서 A는, Li, K, Na, Ca, Mg, Zn, Al, 또는 이들의 조합으로부터 선택되고; 그리고

B는, 비스트리필이미드(TFSI^-), 비스(플루오로술포닐)이미드)(FSI^-), 트리플레이트(OTf^-), 헥사플루오로포스페이트(PF₆ ^-), 헥사플루오로아르세네이트(AsF₆ ^-), 사염화알루미늄(AICI₄ ^-), 사염화붕소(BCI₄ ^-), 사불화붕소(BF₄ ^-), 요오드화물(I^-), 염소산염(ClO₃ ^-), 브롬산염(BrO₃ ^-), 요오드산염(IO₃ ^-), 디플루오로(옥살라토) 붕산염(DFOB^-), 비스(옥살라토)붕산염(BOB^--), 디플루오로인산염(DFP) 또는 이들의 조합으로부터 선택된다.

측면 23: 측면 22의 폴리머 조성물, 여기서 상기 혼합물은 가교제를 더 포함한다.

측면 24: 측면 23의 폴리머 조성물, 여기서 상기 가교제는 다음 중 하나 이상을 포함하고,

측면 25: 측면 22-24중 어느 하나의 폴리머 조성물, 여기서 상기 복수의 플라스틱 결정은, 다음 중 하나 이상으로부터 유래된다:

측면 26: X는 C(O)이고, Y는 OR₄, R₄'OR₄", 또는 N(R₄)(R₄''')인 것인, 측면 22 내지 25 중 어느 하나의 폴리머 조성물.

측면 27: X는 O이고, Y는 C(O)R₄인 것인, 측면 22 내지 25 중 어느 하나의 폴리머 조성물.

측면 28: X는 없음이고, Y는 CN인 것인, 측면 22 내지 25 중 어느 하나의 폴리머 조성물.

측면 29: (I)은 다음 중 하나 이상으로부터 선택되는 것인, 측면 22내지 28 중 하나의 폴리머 조성물:

측면 30: (I)은 다음 중 하나 이상으로부터 선택되는 것인, 측면 22 내지 29 중 어느 하나의 폴리머 조성물:

측면 31: (I)은 다음 중 하나 이상으로부터 선택되는 것인, 측면 22 내지 30 중 어느 하나의 폴리머 조성물:

측면 32: (I)은 다음 중 하나 이상으로부터 선택되는 것인, 측면 22 내지 31 중 어느 하나의 폴리머 조성물:

측면 33: (I)은 다음 중 하나 이상으로부터 선택되는 것인, 측면 22 내지 32 중 어느 하나의 폴리머 조성물:

측면 34: (I)은 다음을 포함하는 것인, 측면 22 내지 23 중 어느 하나의 폴리머 조성물:

.

측면 35: 상기 혼합물은 개시제를 더 포함하는 것인, 측면 22 내지 24 중 어느 하나의 폴리머 조성물.

측면 36: 상기 개시제는, 열 개시제, 광 개시제, 또는 이들의 조합을 포함하는 것인, 측면 35의 폴리머 조성물.

측면 37: 상기 개시제는, 아조비스이소부티로니트릴, 벤조일 퍼옥사이드, 또는 이들의 조합을 포함하는 것인, 측면 36의 폴리머 조성물.

측면 38: 상기 중합은 열중합인 것인, 측면 35의 폴리머 조성물.

측면 39: 상기 개시제는, 비스(2,4,6-트리메틸벤조일)-페닐포스핀 옥사이드 (이르가큐어(Irgacure) 819), 2-히드록실-2-메틸-1-페닐-1-프로판온, 메틸 벤조일포르메이트, 하이드록시사이클로헥실 페닐 케톤(이르가큐어(Igracure) 184) 또는 이들의 조합을 포함하는 것인, 측면 38의 폴리머 조성물.

측면 40: 상기 중합은, 광중합인 것인, 측면 39의 폴리머 조성물.

측면 41: 상기 폴리머 조성물은, 부틸 아크릴레이트(BA), 폴리(에틸렌 글리콜) 디아크릴레이트(PEGDA), 숙시노니트릴(SN) 및 LiTFSI를 포함하는 균질 용액의 중합에 의하여 합성되는 것인, 측면 23 내지 40 중 어느 하나의 폴리머 조성물.

측면 42: 상기 복수의 플라스틱 결정은, 플라스틱 결정의 3차원 상호연결 상을 형성하기 위해 상기 폴리머 조성물 내에 분산되고, 여기서 상기 폴리머 조성물은, 약 20 ℃에서 적어도 약 1.1 mS/cm의 이온 전도도를 나타내는 것인, 측면 22 내지 41 중 어느 하나의 폴리머 조성물.

측면 43: 상기 폴리머 조성물은, 약 150% 내지 약 500%의 인장 변형율을 갖는 것인, 측면 22 내지 41 중 어느 하나의 폴리머 조성물.

측면 44: 상기 폴리머 조성물은 난연성인 것인, 측면 22 내지 43 중 어느 하나의 폴리머 조성물.

측면 45: 상기 폴리머 조성물은, 약 -30 ℃ 내지 약 100 ℃의 온도 범위에서 안정적인 것인, 측면 22 내지 44 중 어느 하나의 폴리머 조성물.

측면 46: 상기 A의 이온 수송수(ion transference number)는 약 0.4보다 큰 것인, 측면 22 내지 45 중 어느 하나의 폴리머 조성물.

측면 47: 측면 1 내지 46 중 어느 하나의 폴리머 조성물을 포함하는 고체 전해질.

측면 48: 측면 47의 고체 전해질을 포함하는 배터리.

측면 49: 측면 20 내지 47의 고체 전해질을 포함하는 전기화학 전지.

측면 50: 애노드 전극; 및 캐소드 전극을 포함하고, 여기서 상기 애노드 전극 및 상기 캐소드 전극은 상기 고체 전해질과 전기적으로 소통되는 것인, 측면 49의 전기화학 전지.

측면 51: 상기 애노드는 금속 물질을 포함하는 것인, 측면 50의 전기화학 전지.

측면 52: 상기 금속 물질은, Li, Ca, Na, K, Mg, Zn, Al, 이들의 합금, 또는 이들의 조합을 포함하는 것인, 측면 51의 전기화학 전지.

측면 53: 상기 캐소드 전극은, 금속 캐소드 또는 복합 캐소드인 것인, 측면 50 내지 52 중 어느 하나의 전기화학 전지.

측면 54: 상기 캐소드는, 구리, 탄소, 흑연, 나트륨, 칼륨, 리튬, 마그네슘, 칼슘, 알루미늄, 층상 산화물, 바나듐-기반 캐소드, 황-기반 캐소드, 망간-기반 캐소드, 암염 캐소드, 무질서 암염 캐소드, 리튬 풍부 캐소드, 고전압 세라믹, 저전압 세라믹, NMC(니켈-망간-코발트 산화물) 캐소드, NCA(니켈-코발트-알루미늄 산화물) 캐소드, LCO(리튬 코발트 산화물) 캐소드, 리튬-니켈 -코발트-알루미늄 산화물 물질(LNCAO), 리튬-니켈-망간-코발트 산화물(LNMCO), LFP(리튬 철 인산염) 캐소드, 불화물-기반 캐소드, 유황 셀레늄 캐소드, 유황 셀레늄 텔루륨 캐소드, 스피넬, 감람석 또는 기타 이들의 조합을 포함하는 것인, 측면 53의 전기화학 전지.

측면 55: 상기 캐소드 전극은, Na₃V₂(PO₄)₃ (NVP), LNMCO, Na₃V₂(PO₄)₂F₃ (NVPF), KMnFe(CN)₆, MnO₂, V₂O₅, 흑연, LiFePO₄, LiCoO₂, LiMnO₂, 이들의 유도체 또는 이들의 조합을 포함하는 것인, 측면 54의 전기화학 전지.

측면 56: 상기 애노드 물질은, Li을 포함하는 것인, 측면 50 내지 55 중 어느 하나의 전기화학 전지.

측면 57: 상기 Li는 금속인 것인, 측면 56의 전기화학 전지.

측면 58: 상기 캐소드 물질은, Li 금속, LiNi_1-x-y-Mn_xCo_yO_2, 또는 LiNi_1-a-bCo_aAl_bO₂를 포함하고, 여기서 1≥x≥0, 1 ≥y≥0, 1≥a≥0, and 1≥b≥0인 것인, 측면 54 내지 57 중 어느 하나의 전기화학 전지.

측면 59: 상기 캐소드 물질은, LiCoO₂,LiNi_0.9Mn_0.05Co_0.05O₂, LiNi_0.6Mn_0.2Co_0.2O₂, LiNi_0.83Mn_0.06Co_0.11O₂, 또는 LiNi_0.88Co_0.09Al_0.03O₂ , LiNi_0.8Co_0.15Al_0.05O₂, LiNi_1/3Mn_1/3Co_1/3O_2,LiNi_0.4Mn_0.3Co_0.3O₂, LiNi_0.5Mn_0.3Co_0.2O₂, LiNi_0.6Mn_0.2Co_0.2O₂, 또는 LiNi_0.8Mn_0.1Co_0.1O₂ 복합 캐소드를 포함하는 것인, 측면 58의 전기화학 전지.

측면 60: 상기 전지는, 약 0.1 mA cm^-2내지 약 10 mA cm^-2의 전류 밀도에서, 약 1,000 사이클 동안 약 99.5%보다 큰 순환 쿨롱 효율(cyclic Coulombic efficiency)을 나타내는 것인, 측면 48 내지 58 중 어느 하나의 전기화학 전지.

측면 61: 상기 전지는, 약 150 내지 약 500 W/kg의 비에너지에서, 약 500회 사이클 후에, 애노드, 캐소드 및 고체 전해질의 킬로그램당 약 350 내지 약 520 와트시의 비에너지를 제공하도록 구성된 것인, 측면 58 내지 59 중 어느 하나의 전기화학 전지.

측면 62: 상기 전지는, 약 0.1 mA cm^-2부터 약 10 mA cm^-2까지의 전류 밀도에서, 적어도 약 500시간 동안 실질적으로 안정적인 도금 및 스트립핑 사이클을 나타내는 것인, 측면 50 내지 61 중 어느 하나의 전기화학 전지.

측면 63: 상기 전지는, 약 0.1 mA cm^-2부터 약 10 mA cm^-2까지의 전류 밀도에서, 약 1500시간 동안까지 실질적으로 안정적인 도금 및 스트립핑 사이클을 나타내는 것인, 측면 50 내지 62 중 어느 하나의 전기화학 전지.

측면 65: 상기 고체 전해질은 인시츄로 형성된 것인, 측면 49 내지 64 중 어느 하나의 전기화학 전지.

측면 66: 상기 애노드는 실질적으로 덴트라이트 프리인 것인, 측면 49 내지 65 중 어느 하나의 전기화학 전지.

측면 67: 측면 49 내지 66 중 어느 하나의 전기화학 전지를 포함하는 배터리.

측면 68: 상기 배터리는 이차전지인 것인, 측면 67의 배터리.

측면 69: 측면 1 내지 19 또는 22 내지 46중 어느 하나의 폴리머 조성물의 제조방법.

측면 70: 다음을 포함하는 상기 폴리머 조성물의 제조방법: a) 다음을 포함하는 혼합물을 형성하는 단계

i) 하나 이상의 화학식 (I)의 모노머, ii) 복수의 플라스틱 결정; iii) 염 AB, 및 b) 상기 폴리머 조성물을 형성하기 위해, 상기 혼합물을 중합하는 단계; 여기서

여기서 X는 C(O), O 또는 없음이고,

또는 여기서, R4"는 P(O)(OR4''')₂이고;

여기서, R4'''는, 수소, C_1-20 알킬, C_2-20 알케닐, C_2-20 알키닐, C_1-20 알콕시, C_1-20 헤테로알킬, C_2-20 헤테로알케닐, C_2-20 헤테로알키닐, -(C_0-5 알킬)(C_6-14 아릴), -(C_0-5 알킬)(C_1-13 헤테로아릴), -(C_0-5 알킬)(C_6-14 아릴옥시), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 시클로알킬), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 헤테로사이클로알킬), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 사이클로알케닐), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 헤테로사이클로알케닐), 할라이드, 아민으로부터 선택되고; 여기서, R4" 및 R4'''는, 각각, 독립적으로 그리고 임의적으로, C_1-20 알킬, C_2-20 알케닐, C_2-20 알키닐, C_1-20 알콕시, C_1-20 헤테로알킬, C_2-20 헤테로알케닐, C_2-20 헤테로알키닐, -(C_0-5 알킬)(C_6-14 아릴), -(C_0-5 알킬)(C_1-13 헤테로아릴), -(C_0-5 알킬)(C_6-14 아릴옥시), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 사이클로알킬), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 헤테로사이클로알킬), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 사이클로알케닐), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 헤테로사이클로알케닐), 알데히드, 아미노, 카르보닐, 에스테르, 케톤, 에테르, 할라이드, 카르복실, 히드록시, 니트로, 술포-옥소, 술포닐, 술폰, 술폭시드, 티올 또는 포스포닐로 치환됨,

여기서, n은 1 내지 200; 여기서 A는, Li, K, Na, Ca, Mg, Zn, Al, 또는 이들의 조합으로부터 선택되고; 그리고

B는, 비스트리필이미드(TFSI^-), 비스(플루오로술포닐)이미드)(FSI^-), 트리플레이트(OTf^-), 헥사플루오로포스페이트(PF₆ ^-), 헥사플루오로아르세네이트(AsF₆ ^-), 사염화알루미늄(AICI₄ ^-), 사염화붕소(BCI₄ ^-), 사불화붕소(BF₄ ^-), 요오드화물(I^-), 염소산염(ClO₃ ^-), 브롬산염(BrO₃ ^-), 요오드산염(IO₃ ^-), 디플루오로(옥살라토) 붕산염(DFOB^-), 비스(옥살라토)붕산염(BOB^--), 디플루오로인산염(DFP) 또는 이들의 조합으로부터 선택됨.

측면 71: 측면 70의 방법, 여기서 상기 혼합물은 가교제를 더 포함한다.

측면 72: 측면 71의 방법, 여기서 상기 가교제는 다음 중 하나 이상을 포함한다:

측면 73: 측면 70-72 중 어느 하나의 방법, 여기서 상기 복수의 플라스틱 결정은, 다음 중 하나 이상으로부터 유래된다:

측면 74: 측면 70-73 중 어느 하나의 방법, 여기서 (I)은 다음 중 하나 이상으로부터 선택된다:

측면 75: 측면 70-74 중 어느 하나의 방법, 여기서 (I)은 다음 중 하나 이상으로부터 선택된다:

측면 76: 측면 70-75 중 어느 하나의 방법, 여기서 (I)은 다음 중 하나 이상으로부터 선택된다:

측면 77: 측면 70-76 중 어느 하나의 방법, 여기서 (I)은 다음 중 하나 이상으로부터 선택된다:

측면 78: 측면 70-77 중 어느 하나의 방법, 여기서 (I)은 다음 중 하나 이상으로부터 선택된다:

측면 79: 측면 70-78 중 어느 하나의 방법, 여기서 (I)은 다음을 포함한다:

측면 80: 측면 70-79 중 어느 하나의 방법, 여기서 상기 혼합물은 개시제를 더 포함한다.

측면 81: 측면 80의 방법, 여기서 상기 개시제는, 열 개시제, 광 개시제, 또는 이들의 조합을 포함한다.

측면 82: 측면 81의 방법, 여기서 상기 개시제는, 아조비스이소부티로니트릴, 벤조일 퍼옥사이드, 또는 이들의 조합을 포함한다.

측면 83: 측면 82의 방법, 여기서 상기 중합은 열중합이다.

측면 84: 측면 81의 방법, 여기서 상기 개시제는, 비스(2,4,6-트리메틸벤조일)-페닐포스핀 옥사이드 (이르가큐어(Irgacure) 819), 2-히드록실-2-메틸-1-페닐-1-프로판온, 메틸 벤조일포르메이트, 하이드록시사이클로헥실 페닐 케톤(이르가큐어(Igracure) 184) 또는 이들의 조합을 포함한다.

측면 85: 측면 84의 방법, 여기서 상기 중합은, 광중합이다.

측면 86: 측면 71-85 중 어느 하나의 방법, 상기 폴리머 조성물은, 부틸 아크릴레이트(BA), 폴리(에틸렌 글리콜) 디아크릴레이트(PEGDA), 숙시노니트릴(SN) 및 LiTFSI를 포함하는 균질 용액의 중합에 의하여 합성된다.

측면 87: 측면 70-86 중 어느 하나의 방법, 여기서 상기 복수의 플라스틱 결정은, 플라스틱 결정의 3차원 상호연결 상을 형성하기 위해 상기 폴리머 조성물 내에 분산되고, 여기서 상기 폴리머 조성물은, 약 20 ℃에서 적어도 약 1.1 mS/cm의 이온 전도도를 나타내다.

측면 88: 측면 70-87 중 어느 하나의 방법, 상기 폴리머 조성물은, 약 150% 내지 약 500%의 인장 변형율을 갖는다.

측면 89: 측면 70-88 중 어느 하나의 방법, 상기 폴리머 조성물은, 난연성이다.

측면 90: 측면 70-89 중 어느 하나의 방법, 상기 폴리머 조성물은, 약 -30 ℃ 내지 약 100 ℃의 온도 범위에서 안정적이다.

측면 91: 측면 70-89 중 어느 하나의 방법, 상기 A의 이온 수송수(ion transference number)는 약 0.4보다 크다.

측면 92: a) 애노드 물질을 제공하는 단계; b) 캐소드 물질을 제공하는 단계; 및 c) 측면 70-91의 방법에 의하여 형성된 고체 전해질을 제공하는 단계를 포함하는 전기화학 전지의 제조방법.

측면 93: a) 애노드 물질을 제공하는 단계; b) 캐소드 물질을 제공하는 단계; c) 제70항 내지 제92항 중 어느 한 항의 혼합물을 제공하고, 측면 19 또는 46 중 어느 하나의 고체 전해질을 형성하기 위해, 상기 전기화학적 전지 작동 중에 상기 혼합물을 인-시츄(in-situ) 중합하는 단계;를 포함하는 전기화학 전지의 제조방법.

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Claims

다음을 포함하는 폴리머 조성물:
a) 탄성 폴리머를 포함하는 매트릭스;
b) 플라스틱 결정의 3차원적 상호 연결된 상을 형성하도록 상기 매트릭스 내에 분산된 복수의 플라스틱 결정, 그리고
여기서 상기 폴리머 조성물은 약 20°C에서 적어도 약 1.1 mS/cm의 이온 전도도를 나타냄.
제1항에 있어서,
상기 탄성 폴리머는 다음을 포함하는 적어도 하나의 모노머로부터 유래된(derived from) 것인, 폴리머 조성물:
,
여기서, R1, R2 및 R3은, 각각 독립적으로, 수소, C_1-12 알킬, C_1-12 알콕시, C_1-12 헤테로알킬, -(C_0-5 알킬)(C_6-14 아릴), -(C_0-5 알킬)(C_1-13 헤테로아릴), -(C_0-5 알킬)(C_6-14 아릴옥시), -(C_0-5 알킬)(C_3-10사이클로알킬), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 헤테로사이클로알킬), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 사이클로알케닐), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 헤테로사이클로알케닐), 할라이드, 아민으로부터 선택되고; 여기서, R1 및 R2는, 각각 독립적으로, C_1-12 알킬, C_1-12 알콕시, C_1-12 헤테로알킬, -(C_0-5 알킬)(C_6-14 아릴), -(C_0-5 알킬)(C_1-13 헤테로아릴), -(C_0-5 알킬)(C_6-14 아릴옥시), -(C_0-5 알킬)(C_3-10사이클로알킬), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 헤테로사이클로알킬), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 사이클로알케닐), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 헤테로사이클로알케닐), 알데히드, 아미노, 카르보닐, 에스테르, 케톤, 에테르, 할라이드, 카르복실, 히드록시, 니트로, 술포-옥소, 설포닐, 설폰, 설폭사이드, 티올 또는 포스포닐 중 하나 이상으로 임의적으로 치환되고,
여기서 X는 C(O), O 또는 없음(null)이고,
여기서 Y는 OR₄, R₄, R₄'OR₄", C(O)R₄, N(R₄)(R₄''') 또는 CN이고;
여기서, R₄는, 수소, C_1-20 알킬, C_2-20 알케닐, C_2-20 알키닐, C_1-20 알콕시, C_1-20 헤테로알킬, C_2-20 헤테로알케닐, C_2-20 헤테로알키닐, -(C_0-5 알킬)(C_6-14 아릴), -(C_0-5 알킬)(C_1-13 헤테로아릴), -(C_0-5 알킬)(C_6-14 아릴옥시), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 시클로알킬), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 헤테로사이클로알킬), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 사이클로알케닐), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 헤테로사이클로알케닐), 할라이드, 아민으로부터 선택되고; 여기서, R₄는 독립적으로 그리고 임의적으로, 하나 이상의 C_1-20 알킬, C_2-20 알케닐, C_2-20 알키닐, C_1-20 알콕시, C_1-20 헤테로알킬, C_2-20 헤테로알케닐, C_2-20 헤테로알키닐, -(C_0-5 알킬)(C₆₁₄ 아릴), -(C_0-5 알킬)(C_1-13 헤테로아릴), -(C_0-5 알킬)(C_6-14 아릴옥시), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 시클로알킬), -(C_0-5 알킬)(C_3-10헤테로시클로알킬), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 시클로알케닐), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 헤테로시클로알케닐), 알데히드, 아미노, 카르보닐 , 에스테르, 케톤, 에테르, 할라이드, 카르복실, 하이드록시, 니트로, 설포-옥소, 설포닐, 설폰, 설폭사이드, 티올 또는 포스포닐로 치환됨;
여기서, R4'는, (-O-CH₂-CH₂-)n, C_1-20 알킬, C_2-20 알케닐, C_2-20 알키닐, C_1-20 알콕시, C_1-20 헤테로알킬, C_2-20 헤테로알케닐, C_2-20 헤테로알키닐이고, -(C_0-5 알킬)(C_6-14 아릴), -(C_0-5 알킬)(C_1-13 헤테로아릴), -(C_0-5 알킬)(C_6-14 아릴옥시), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 사이클로알킬), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 헤테로사이클로알킬), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 사이클로알케닐), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 헤테로사이클로알케닐), 할라이드, 아민으로부터 선택되고; 여기서 R4'는, 독립적으로 그리고 임의적으로, 하나 이상의 C_1-20 알킬, C_2-20 알케닐, C_2-20 알키닐, C_1-20 알콕시, C_1-20 헤테로알킬, C_2-20 헤테로알케닐, C_2-20 헤테로알키닐, -(C_0-5 알킬)(C_6-14 아릴), -(C_0-5 알킬)(C_1-13 헤테로아릴), -(C_0-5 알킬)(C_6-14 아릴옥시), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 시클로알킬), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 헤테로시클로알킬), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 시클로알케닐), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 헤테로시클로알케닐), 알데히드, 아미노, 카르보닐, 에스테르, 케톤, 에테르, 할라이드, 카르복실, 히드록시, 니트로, 설포-옥소, 설포닐, 설폰, 설폭사이드, 티올 또는 포스포닐로 치환됨;
여기서, R4"는, 수소, C_1-20 알킬, C_2-20 알케닐, C_2-20 알키닐, C_1-20 알콕시, C_1-20 헤테로알킬, C_2-20 헤테로알케닐, C_2-20 헤테로알키닐, -(C_0-5 알킬)(C_6-14 아릴), -(C_0-5 알킬)(C_1-13 헤테로아릴), -(C_0-5 알킬)(C_6-14 아릴옥시), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 시클로알킬), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 헤테로사이클로알킬), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 사이클로알케닐), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 헤테로사이클로알케닐), 할라이드, 아민으로부터 선택되고; 여기서, R4"는, 독립적으로 그리고 임의적으로, C_1-20 알킬, C_2-20 알케닐, C_2-20 알키닐, C_1-20 알콕시, C_1-20 헤테로알킬, C_2-20 헤테로알케닐, C_2-20 헤테로알키닐, -(C_0-5 알킬)(C_6-14 아릴), -(C_0-5 알킬)(C_1-13 헤테로아릴), -(C_0-5 알킬)(C_6-14 아릴옥시), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 시클로알킬), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 헤테로시클로알킬), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 시클로알케닐), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 헤테로시클로알케닐), 알데히드, 아미노, 카르보닐, 에스테르, 케톤, 에테르, 할라이드, 카르복실, 히드록시, 니트로, 설포-옥소, 설포닐, 설폰, 설폭사이드, 티올 또는 포스포닐로 치환됨;
또는 여기서, R4"는 P(O)(OR4''')₂이고;
여기서, R4'''는, 수소, C_1-20 알킬, C_2-20 알케닐, C_2-20 알키닐, C_1-20 알콕시, C_1-20 헤테로알킬, C_2-20 헤테로알케닐, C_2-20 헤테로알키닐, -(C_0-5 알킬)(C_6-14 아릴), -(C_0-5 알킬)(C_1-13 헤테로아릴), -(C_0-5 알킬)(C_6-14 아릴옥시), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 시클로알킬), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 헤테로사이클로알킬), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 사이클로알케닐), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 헤테로사이클로알케닐), 할라이드, 아민으로부터 선택되고; 여기서, R4" 및 R4'''는, 각각, 독립적으로 그리고 임의적으로, C_1-20 알킬, C_2-20 알케닐, C_2-20 알키닐, C_1-20 알콕시, C_1-20 헤테로알킬, C_2-20 헤테로알케닐, C_2-20 헤테로알키닐, -(C_0-5 알킬)(C_6-14 아릴), -(C_0-5 알킬)(C_1-13 헤테로아릴), -(C_0-5 알킬)(C_6-14 아릴옥시), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 사이클로알킬), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 헤테로사이클로알킬), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 사이클로알케닐), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 헤테로사이클로알케닐), 알데히드, 아미노, 카르보닐, 에스테르, 케톤, 에테르, 할라이드, 카르복실, 히드록시, 니트로, 술포-옥소, 술포닐, 술폰, 술폭시드, 티올 또는 포스포닐로 치환됨, 및
여기서, n은 1 내지 200.
제2항에 있어서,
여기서 X는 C(O)이고, Y는 OR₄, R₄'OR₄", 또는 N(R₄)(R₄''')인 것인,
폴리머 조성물.
제2항에 있어서,
여기서 X는 O이고, Y는 C(O)R₄인 것인,
폴리머 조성물.
제2항에 있어서,
여기서 X는 없음이고, Y는 CN인 것인,
폴리머 조성물.
제2항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
여기서 (I)은 다음 중 하나 이상으로부터 선택되는 것인, 폴리머 조성물:
제2항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
여기서 (I)은 다음 중 하나 이상으로부터 선택되는 것인, 폴리머 조성물:
.
제2항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
여기서 (I)은 다음 중 하나 이상으로부터 선택되는 것인, 폴리머 조성물:
제2항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
여기서 (I)은 다음 중 하나 이상으로부터 선택되는 것인, 폴리머 조성물:
제2항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
여기서 (I)은 다음 중 하나 이상으로부터 선택되는 것인, 폴리머 조성물:
제2항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
여기서 (I)은 다음을 포함하는 것인, 폴리머 조성물:
.
제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
여기서 상기 복수의 플라스틱 결정은 다음 중 하나 이상으로부터 유래되는 것인, 폴리머 조성물:
제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
금속 염을 추가로 포함하고, 금속 염의 양이온은, Li, K, Na, Ca, Mg, Zn, Al, 또는 이들의 조합 중 하나 이상을 포함하는 것인, 폴리머 조성물.
제13항에 있어서,
여기서 금속염의 음이온은, 비스트리필이미드(TFSI^-), 비스(플루오로술포닐)이미드)(FSI^-), 트리플레이트(OTf^-), 헥사플루오로포스페이트(PF₆ ^-), 헥사플루오로아르세네이트(AsF₆ ^-), 사염화알루미늄(AICI₄ ^-), 사염화붕소(BCI₄ ^-), 사불화붕소(BF₄ ^-), 요오드화물(I^-), 염소산염(ClO₃ ^-), 브롬산염(BrO₃ ^-), 요오드산염(IO₃ ^-), 디플루오로(옥살라토) 붕산염(DFOB^-), 비스(옥살라토)붕산염(BOB^--), 디플루오로인산염(DFP) 또는 이들의 조합을 포함하는 것인, 폴리머 조성물.
제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
여기서 상기 폴리머 조성물은 가교결합된 것인, 폴리머 조성물.
제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
여기서 상기 폴리머 조성물은, 약 150 % 내지 약 500 %의 인장 변형율(tensile strain)을 갖는 것인, 폴리머 조성물.
제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
여기서 상기 폴리머 조성물은 난연성인 것인, 폴리머 조성물.
제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
여기서 상기 폴리머 조성물은, 약 -30 ℃ 내지 약 100 ℃의 온도 범위에서 안정한 것인, 폴리머 조성물.
제13항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,
양이온의 이온 수송수(ion transference number)가 약 0.4보다 큰 것인, 폴리머 조성물.
다음을 포함하는 혼합물을 중합하여 형성된 폴리머 조성물:
a) 화학식 (I)의 하나 이상의 모노머,
b) 복수의 플라스틱 결정; 및
c) 염 AB, 여기서

여기서, R1, R2 및 R3은, 각각 독립적으로, 수소, C_1-12 알킬, C_1-12 알콕시, C_1-12 헤테로알킬, -(C_0-5 알킬)(C_6-14 아릴), -(C_0-5 알킬)(C_1-13 헤테로아릴), -(C_0-5 알킬)(C_6-14 아릴옥시), -(C_0-5 알킬)(C_3-10사이클로알킬), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 헤테로사이클로알킬), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 사이클로알케닐), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 헤테로사이클로알케닐), 할라이드, 아민으로부터 선택되고;
여기서, R1 및 R2는, 각각 독립적으로, C_1-12 알킬, C_1-12 알콕시, C_1-12 헤테로알킬, -(C_0-5 알킬)(C_6-14 아릴), -(C_0-5 알킬)(C_1-13 헤테로아릴), -(C_0-5 알킬)(C_6-14 아릴옥시), -(C_0-5 알킬)(C_3-10사이클로알킬), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 헤테로사이클로알킬), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 사이클로알케닐), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 헤테로사이클로알케닐), 알데히드, 아미노, 카르보닐, 에스테르, 케톤, 에테르, 할라이드, 카르복실, 히드록시, 니트로, 술포-옥소, 설포닐, 설폰, 설폭사이드, 티올 또는 포스포닐 중 하나 이상으로 임의적으로 치환되고,
여기서 X는 C(O), O 또는 없음이고,
여기서 Y는 OR₄, R₄, R₄'OR₄", C(O)R₄, N(R₄)(R₄''') 또는 CN이고;
여기서, R₄는, 수소, C_1-20 알킬, C_2-20 알케닐, C_2-20 알키닐, C_1-20 알콕시, C_1-20 헤테로알킬, C_2-20 헤테로알케닐, C_2-20 헤테로알키닐, -(C_0-5 알킬)(C_6-14 아릴), -(C_0-5 알킬)(C_1-13 헤테로아릴), -(C_0-5 알킬)(C_6-14 아릴옥시), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 시클로알킬), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 헤테로사이클로알킬), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 사이클로알케닐), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 헤테로사이클로알케닐), 할라이드, 아민으로부터 선택되고; 여기서, R₄는 독립적으로 그리고 임의적으로, 하나 이상의 C_1-20 알킬, C_2-20 알케닐, C_2-20 알키닐, C_1-20 알콕시, C_1-20 헤테로알킬, C_2-20 헤테로알케닐, C_2-20 헤테로알키닐, -(C_0-5 알킬)(C₆₁₄ 아릴), -(C_0-5 알킬)(C_1-13 헤테로아릴), -(C_0-5 알킬)(C_6-14 아릴옥시), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 시클로알킬), -(C_0-5 알킬)(C_3-10헤테로시클로알킬), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 시클로알케닐), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 헤테로시클로알케닐), 알데히드, 아미노, 카르보닐 , 에스테르, 케톤, 에테르, 할라이드, 카르복실, 하이드록시, 니트로, 설포-옥소, 설포닐, 설폰, 설폭사이드, 티올 또는 포스포닐로 치환됨;
여기서, R4'는, (-O-CH₂-CH₂-)n, C_1-20 알킬, C_2-20 알케닐, C_2-20 알키닐, C_1-20 알콕시, C_1-20 헤테로알킬, C_2-20 헤테로알케닐, C_2-20 헤테로알키닐이고, -(C_0-5 알킬)(C_6-14 아릴), -(C_0-5 알킬)(C_1-13 헤테로아릴), -(C_0-5 알킬)(C_6-14 아릴옥시), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 사이클로알킬), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 헤테로사이클로알킬), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 사이클로알케닐), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 헤테로사이클로알케닐), 할라이드, 아민으로부터 선택되고; 여기서 R4'는, 독립적으로 그리고 임의적으로, 하나 이상의 C_1-20 알킬, C_2-20 알케닐, C_2-20 알키닐, C_1-20 알콕시, C_1-20 헤테로알킬, C_2-20 헤테로알케닐, C_2-20 헤테로알키닐, -(C_0-5 알킬)(C_6-14 아릴), -(C_0-5 알킬)(C_1-13 헤테로아릴), -(C_0-5 알킬)(C_6-14 아릴옥시), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 시클로알킬), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 헤테로시클로알킬), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 시클로알케닐), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 헤테로시클로알케닐), 알데히드, 아미노, 카르보닐, 에스테르, 케톤, 에테르, 할라이드, 카르복실, 히드록시, 니트로, 설포-옥소, 설포닐, 설폰, 설폭사이드, 티올 또는 포스포닐로 치환됨;
여기서, R4"는, 수소, C_1-20 알킬, C_2-20 알케닐, C_2-20 알키닐, C_1-20 알콕시, C_1-20 헤테로알킬, C_2-20 헤테로알케닐, C_2-20 헤테로알키닐, -(C_0-5 알킬)(C_6-14 아릴), -(C_0-5 알킬)(C_1-13 헤테로아릴), -(C_0-5 알킬)(C_6-14 아릴옥시), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 시클로알킬), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 헤테로사이클로알킬), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 사이클로알케닐), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 헤테로사이클로알케닐), 할라이드, 아민으로부터 선택되고; 여기서, R4"는, 독립적으로 그리고 임의적으로, C_1-20 알킬, C_2-20 알케닐, C_2-20 알키닐, C_1-20 알콕시, C_1-20 헤테로알킬, C_2-20 헤테로알케닐, C_2-20 헤테로알키닐, -(C_0-5 알킬)(C_6-14 아릴), -(C_0-5 알킬)(C_1-13 헤테로아릴), -(C_0-5 알킬)(C_6-14 아릴옥시), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 시클로알킬), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 헤테로시클로알킬), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 시클로알케닐), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 헤테로시클로알케닐), 알데히드, 아미노, 카르보닐, 에스테르, 케톤, 에테르, 할라이드, 카르복실, 히드록시, 니트로, 설포-옥소, 설포닐, 설폰, 설폭사이드, 티올 또는 포스포닐로 치환됨;
또는 여기서, R4"는 P(O)(OR4''')₂이고;
여기서, R4'''는, 수소, C_1-20 알킬, C_2-20 알케닐, C_2-20 알키닐, C_1-20 알콕시, C_1-20 헤테로알킬, C_2-20 헤테로알케닐, C_2-20 헤테로알키닐, -(C_0-5 알킬)(C_6-14 아릴), -(C_0-5 알킬)(C_1-13 헤테로아릴), -(C_0-5 알킬)(C_6-14 아릴옥시), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 시클로알킬), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 헤테로사이클로알킬), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 사이클로알케닐), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 헤테로사이클로알케닐), 할라이드, 아민으로부터 선택되고; 여기서, R4" 및 R4'''는, 각각, 독립적으로 그리고 임의적으로, C_1-20 알킬, C_2-20 알케닐, C_2-20 알키닐, C_1-20 알콕시, C_1-20 헤테로알킬, C_2-20 헤테로알케닐, C_2-20 헤테로알키닐, -(C_0-5 알킬)(C_6-14 아릴), -(C_0-5 알킬)(C_1-13 헤테로아릴), -(C_0-5 알킬)(C_6-14 아릴옥시), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 사이클로알킬), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 헤테로사이클로알킬), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 사이클로알케닐), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 헤테로사이클로알케닐), 알데히드, 아미노, 카르보닐, 에스테르, 케톤, 에테르, 할라이드, 카르복실, 히드록시, 니트로, 술포-옥소, 술포닐, 술폰, 술폭시드, 티올 또는 포스포닐로 치환됨,
여기서, n은 1 내지 200;
여기서 A는, Li, K, Na, Ca, Mg, Zn, Al, 또는 이들의 조합으로부터 선택되고; 그리고 B는, 비스트리필이미드(TFSI^-), 비스(플루오로술포닐)이미드)(FSI^-), 트리플레이트(OTf^-), 헥사플루오로포스페이트(PF₆ ^-), 헥사플루오로아르세네이트(AsF₆ ^-), 사염화알루미늄(AICI₄ ^-), 사염화붕소(BCI₄ ^-), 사불화붕소(BF₄ ^-), 요오드화물(I^-), 염소산염(ClO₃ ^-), 브롬산염(BrO₃ ^-), 요오드산염(IO₃ ^-), 디플루오로(옥살라토) 붕산염(DFOB^-), 비스(옥살라토)붕산염(BOB^--), 디플루오로인산염(DFP) 또는 이들의 조합으로부터 선택됨.
제20항에 있어서,
여기서 상기 혼합물은 가교제를 더 포함하는 것인, 폴리머 조성물.
제21항에 있어서,
여기서 상기 가교제는 다음 중 하나 이상을 포함하는 것인, 폴리머 조성물:
제20항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서,
여기서 상기 복수의 플라스틱 결정은, 다음 중 하나 이상으로부터 유래되는 것인, 폴리머 조성물:
제20항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서,
여기서 X는 C(O)이고, Y는 OR₄, R₄, R₄'OR₄", 또는 N(R₄)(R₄''')인 것인, 폴리머 조성물.
제20항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서,
여기서 X는 O이고, Y는 C(O)R₄인 것인, 폴리머 조성물.
제20항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서,
여기서 X는 없음이고, Y는 CN인 것인, 폴리머 조성물.
제20항 내지 제26항 중 어느 한 항에 있어서,
여기서 (I)은 다음 중 하나 이상으로부터 선택되는 것인, 폴리머 조성물:
제20항 내지 제27항 중 어느 한 항에 있어서,
여기서 (I)은 다음 중 하나 이상으로부터 선택되는 것인, 폴리머 조성물:
.
제20항 내지 제28항 중 어느 한 항에 있어서,
여기서 (I)은 다음 중 하나 이상으로부터 선택되는 것인, 폴리머 조성물:
제20항 내지 제29항 중 어느 한 항에 있어서,
여기서 (I)은 다음 중 하나 이상으로부터 선택되는 것인, 폴리머 조성물:
제20항 내지 제30항 중 어느 한 항에 있어서,
여기서 (I)은 다음 중 하나 이상으로부터 선택되는 것인, 폴리머 조성물:
제20항 내지 제31항 중 어느 한 항에 있어서,
여기서 (I)은 다음을 포함하는 것인, 폴리머 조성물:
.
제20항 내지 제32항 중 어느 한 항에 있어서,
여기서 상기 혼합물은 개시제를 더 포함하는 것인, 폴리머 조성물.
제33항에 있어서,
여기서 상기 개시제는, 열 개시제, 광 개시제, 또는 이들의 조합을 포함하는 것인, 폴리머 조성물.
제34항에 있어서,
여기서 상기 개시제는, 아조비스이소부티로니트릴, 벤조일 퍼옥사이드, 또는 이들의 조합을 포함하는 것인, 폴리머 조성물.
제33항에 있어서,
여기서 상기 중합은 열중합인 것인, 폴리머 조성물.
제36항에 있어서,
여기서 상기 개시제는, 비스(2,4,6-트리메틸벤조일)-페닐포스핀 옥사이드 (이르가큐어(Irgacure) 819), 2-히드록실-2-메틸-1-페닐-1-프로판온, 메틸 벤조일포르메이트, 하이드록시사이클로헥실 페닐 케톤(이르가큐어(Igracure) 184) 또는 이들의 조합을 포함하는 것인, 폴리머 조성물.
제37항에 있어서,
여기서 상기 중합은, 광중합인 것인, 폴리머 조성물.
제21항 내지 제38항 중 어느 한 항에 있어서,
여기서 상기 폴리머 조성물은, 부틸 아크릴레이트(BA), 폴리(에틸렌 글리콜) 디아크릴레이트(PEGDA), 숙시노니트릴(SN) 및 LiTFSI를 포함하는 균질 용액의 중합에 의하여 합성된 것인, 폴리머 조성물.
제20항 내지 제39항 중 어느 한 항에 있어서,
여기서 상기 복수의 플라스틱 결정은, 플라스틱 결정의 3차원 상호연결 상을 형성하기 위해 상기 폴리머 조성물 내에 분산되고, 여기서 상기 폴리머 조성물은, 약 20 ℃에서 적어도 약 1.1 mS/cm의 이온 전도도를 나타내는 것인, 폴리머 조성물.
제20항 내지 제40항 중 어느 한 항에 있어서,
여기서 상기 폴리머 조성물은, 약 150% 내지 약 500%의 인장 변형율을 갖는 것인, 폴리머 조성물.
제20항 내지 제41항 중 어느 한 항에 있어서,
여기서 상기 폴리머 조성물은, 난연성인 것인, 폴리머 조성물.
제20항 내지 제42항 중 어느 한 항에 있어서,
여기서 상기 폴리머 조성물은, 약 -30 ℃ 내지 약 100 ℃의 온도 범위에서 안정한 것인, 폴리머 조성물.
제20항 내지 제43항 중 어느 한 항에 있어서,
여기서 상기 A의 이온 수송수(ion transference number)가 약 0.4보다 큰 것인, 폴리머 조성물.
제1항 내지 제44항 중 어느 한 항의 상기 폴리머 조성물을 포함하는 전기화학 전지.
제45항에 있어서,
다음을 더 포함하는 전기화학 전지:
a) 애노드 전극; 및
b) 캐소드 전극;
여기서 상기 애노드 전극 및 상기 캐소드 전극은, 고체 전해질과 전기적으로 소통됨(in electrical communication).
제46항에 있어서,
여기서 상기 애노드 전극은, 금속 물질을 포함하는 것인, 전기화학 전지.
제47항에 있어서,
여기서 상기 금속 물질은, Li, Ca, Na, K, Mg, Zn, Al, 이들의 합금, 또는 이들의 조합을 포함하는 것인, 전기화학 전지.
제46항 내지 제48항 중 어느 한 항에 있어서,
여기서 상기 캐소드 전극은, 상기 캐소드가 금속 캐소드 또는 복합 캐소드인 것인, 전기화학 전지.
제49항에 있어서,
여기서 상기 캐소드는, 구리, 탄소, 흑연, 나트륨, 칼륨, 리튬, 마그네슘, 칼슘, 알루미늄, 층상 산화물, 바나듐-기반 캐소드, 황-기반 캐소드, 망간-기반 캐소드, 암염 캐소드, 불규칙 암염 캐소드, 리튬-리치 캐소드, 고전압 세라믹, 저전압 세라믹, NMC(니켈-망간-코발트 산화물) 캐소드, NCA(니켈-코발탈루미늄 산화물) 캐소드, LCO(리튬 코발트 산화물) 캐소드, 리튬-니켈-코발탈루미늄 산화물 물질(LNCAO), 리튬-니켈-망간-산화코발트(LNMCO), LFP(리튬철인산염) 캐소드, 불소-기반 캐소드, 황 셀레늄 캐소드, 황 셀레늄 텔루륨 캐소드, 스피넬, 올리빈, 또는 이들의 임의의 조합을 포함하는 것인, 전기화학 전지.
제50항에 있어서,
여기서 상기 캐소드 전극은, Na₃V₂(PO₄)₃ (NVP), LNMCO, Na₃V₂(PO₄)₂F₃ (NVPF), KMnFe(CN)₆, MnO₂, V₂O₅, 흑연, LiFePO₄, LiCoO₂, LiMnO₂, 이들의 유도체 또는 이들의 조합을 포함하는 것인, 전기화학 전지.
제46항 내지 제51항 중 어느 한 항에 있어서,
여기서 상기 애노드 물질은, Li를 포함하는 것인, 전기화학 전지.
제52항에 있어서,
여기서 Li은 금속인 것인, 전기화학 전지.
제50항 내지 제53항 중 어느 한 항에 있어서,
여기서 상기 캐소드 물질은, Li 금속, LiNi_1-x-yMn_xCo_yO₂, 또는 LiNi_1-a-bCo_aAl_bO₂를 포함하고, 여기서 1x≥0, 1≥y≥0, 1≥a≥0 및 1b≥0인 것인, 전기화학 전지.
제54항에 있어서,
여기서 상기 캐소드 물질은, LiCoO₂, LiNi_0.9Mn_0.05Co_0.05O₂, LiNi_0.6Mn_0.2Co_0.2O₂, LiNi_0.83Mn_0.06Co_0.11O₂, 또는 LiNi_0.88Co_0.09Al_0.03O₂, LiNi_0.8Co_0.15Al_0.05O₂, LiNi_1/3Mn_1/3Co_1/3O₂, LiNi_0.4Mn_0.3Co_0.3O₂, LiNi_0.5Mn_0.3Co_0.2O₂, LiNi_0.6Mn_0.2Co_0.2O₂ 또는 LiNi_0.8Mn_0.1 Co_0.1O₂ 복합 캐소드를 포함하는 것인, 전기화학 전지.
제45항 내지 제55항 중 어느 한 항에 있어서,
여기서 상기 전지는, 약 0.1 mA cm^-2내지 약 10 mA cm^-2의 전류 밀도에서, 약 1,000 사이클 동안 약 99.5%보다 큰 순환 쿨롱 효율(cyclic Coulombic efficiency)을 나타내는 것인, 전기화학 전지.
제54항 내지 제56항 중 어느 한 항에 있어서,
여기서 상기 전지는, 약 150 내지 약 500 W/kg의 비에너지에서, 약 500회 사이클 후에, 애노드, 캐소드 및 고체 전해질의 킬로그램당 약 350 내지 약 520 와트시의 비에너지를 제공하도록 구성된 것인, 전기화학 전지.
제46항 내지 제57항 중 어느 한 항에 있어서,
여기서 상기 전지는, 약 0.1 mA cm^-2부터 약 10 mA cm^-2까지의 전류 밀도에서, 적어도 약 500시간 동안 실질적으로 안정적인 도금 및 스트립핑 사이클을 나타내는 것인, 전기화학 전지.
제46항 내지 제58항 중 어느 한 항에 있어서,
여기서 상기 전지는, 약 0.1 mA cm^-2부터 약 10 mA cm^-2까지의 전류 밀도에서, 약 1500시간 동안까지 실질적으로 안정적인 도금 및 스트립핑 사이클을 나타내는 것인, 전기화학 전지.
제46항 내지 제59항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 전지는, 여기서 최대 약 200 mAh/g의 가역 용량을 나타내는 것인, 전기화학 전지.
제45항 내지 제60항 중 어느 한 항에 있어서,
여기서 상기 폴리머 위치가 인-시츄 형성된 고체 전해질인 것인, 전기화학 전지.
제46항 내지 제61항 중 어느 한 항에 있어서,
여기서 상기 애노드는, 도금 사이클 동안 실질적으로 덴트라이트 프리 (dendrite free)인 것인, 전기화학 전지.
다음을 포함하는 폴리머 조성물의 제조방법:
a) 다음을 포함하는 혼합물을 형성하는 단계
i. 하나 이상의 화학식 (I)의 모노머,
ii. 복수의 플라스틱 결정;
iii. 염 AB, 및
b) 상기 폴리머 조성물을 형성하기 위해, 상기 혼합물을 중합하는 단계; 여기서

여기서, R1, R2 및 R3은, 각각 독립적으로, 수소, C_1-12 알킬, C_1-12 알콕시, C_1-12 헤테로알킬, -(C_0-5 알킬)(C_6-14 아릴), -(C_0-5 알킬)(C_1-13 헤테로아릴), -(C_0-5 알킬)(C_6-14 아릴옥시), -(C_0-5 알킬)(C_3-10사이클로알킬), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 헤테로사이클로알킬), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 사이클로알케닐), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 헤테로사이클로알케닐), 할라이드, 아민으로부터 선택되고; 여기서, R1 및 R2는, 각각 독립적으로, C_1-12 알킬, C_1-12 알콕시, C_1-12 헤테로알킬, -(C_0-5 알킬)(C_6-14 아릴), -(C_0-5 알킬)(C_1-13 헤테로아릴), -(C_0-5 알킬)(C_6-14 아릴옥시), -(C_0-5 알킬)(C_3-10사이클로알킬), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 헤테로사이클로알킬), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 사이클로알케닐), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 헤테로사이클로알케닐), 알데히드, 아미노, 카르보닐, 에스테르, 케톤, 에테르, 할라이드, 카르복실, 히드록시, 니트로, 술포-옥소, 설포닐, 설폰, 설폭사이드, 티올 또는 포스포닐 중 하나 이상으로 임의적으로 치환되고,
여기서 X는 C(O), O 또는 없음이고,
여기서 Y는 OR₄, R₄, R₄'OR₄", C(O)R₄, N(R₄)(R₄''') 또는 CN이고;
여기서, R₄는, 수소, C_1-20 알킬, C_2-20 알케닐, C_2-20 알키닐, C_1-20 알콕시, C_1-20 헤테로알킬, C_2-20 헤테로알케닐, C_2-20 헤테로알키닐, -(C_0-5 알킬)(C_6-14 아릴), -(C_0-5 알킬)(C_1-13 헤테로아릴), -(C_0-5 알킬)(C_6-14 아릴옥시), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 시클로알킬), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 헤테로사이클로알킬), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 사이클로알케닐), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 헤테로사이클로알케닐), 할라이드, 아민으로부터 선택되고; 여기서, R₄는 독립적으로 그리고 임의적으로, 하나 이상의 C_1-20 알킬, C_2-20 알케닐, C_2-20 알키닐, C_1-20 알콕시, C_1-20 헤테로알킬, C_2-20 헤테로알케닐, C_2-20 헤테로알키닐, -(C_0-5 알킬)(C₆₁₄ 아릴), -(C_0-5 알킬)(C_1-13 헤테로아릴), -(C_0-5 알킬)(C_6-14 아릴옥시), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 시클로알킬), -(C_0-5 알킬)(C_3-10헤테로시클로알킬), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 시클로알케닐), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 헤테로시클로알케닐), 알데히드, 아미노, 카르보닐 , 에스테르, 케톤, 에테르, 할라이드, 카르복실, 하이드록시, 니트로, 설포-옥소, 설포닐, 설폰, 설폭사이드, 티올 또는 포스포닐로 치환됨;
여기서, R4'는, (-O-CH₂-CH₂-)n, C_1-20 알킬, C_2-20 알케닐, C_2-20 알키닐, C_1-20 알콕시, C_1-20 헤테로알킬, C_2-20 헤테로알케닐, C_2-20 헤테로알키닐이고, -(C_0-5 알킬)(C_6-14 아릴), -(C_0-5 알킬)(C_1-13 헤테로아릴), -(C_0-5 알킬)(C_6-14 아릴옥시), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 사이클로알킬), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 헤테로사이클로알킬), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 사이클로알케닐), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 헤테로사이클로알케닐), 할라이드, 아민으로부터 선택되고; 여기서 R4'는, 독립적으로 그리고 임의적으로, 하나 이상의 C_1-20 알킬, C_2-20 알케닐, C_2-20 알키닐, C_1-20 알콕시, C_1-20 헤테로알킬, C_2-20 헤테로알케닐, C_2-20 헤테로알키닐, -(C_0-5 알킬)(C_6-14 아릴), -(C_0-5 알킬)(C_1-13 헤테로아릴), -(C_0-5 알킬)(C_6-14 아릴옥시), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 시클로알킬), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 헤테로시클로알킬), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 시클로알케닐), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 헤테로시클로알케닐), 알데히드, 아미노, 카르보닐, 에스테르, 케톤, 에테르, 할라이드, 카르복실, 히드록시, 니트로, 설포-옥소, 설포닐, 설폰, 설폭사이드, 티올 또는 포스포닐로 치환됨;
여기서, R4"는, 수소, C_1-20 알킬, C_2-20 알케닐, C_2-20 알키닐, C_1-20 알콕시, C_1-20 헤테로알킬, C_2-20 헤테로알케닐, C_2-20 헤테로알키닐, -(C_0-5 알킬)(C_6-14 아릴), -(C_0-5 알킬)(C_1-13 헤테로아릴), -(C_0-5 알킬)(C_6-14 아릴옥시), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 시클로알킬), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 헤테로사이클로알킬), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 사이클로알케닐), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 헤테로사이클로알케닐), 할라이드, 아민으로부터 선택되고; 여기서, R4"는, 독립적으로 그리고 임의적으로, C_1-20 알킬, C_2-20 알케닐, C_2-20 알키닐, C_1-20 알콕시, C_1-20 헤테로알킬, C_2-20 헤테로알케닐, C_2-20 헤테로알키닐, -(C_0-5 알킬)(C_6-14 아릴), -(C_0-5 알킬)(C_1-13 헤테로아릴), -(C_0-5 알킬)(C_6-14 아릴옥시), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 시클로알킬), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 헤테로시클로알킬), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 시클로알케닐), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 헤테로시클로알케닐), 알데히드, 아미노, 카르보닐, 에스테르, 케톤, 에테르, 할라이드, 카르복실, 히드록시, 니트로, 설포-옥소, 설포닐, 설폰, 설폭사이드, 티올 또는 포스포닐로 치환됨;
또는 여기서, R4"는 P(O)(OR4''')₂이고;
여기서, R4'''는, 수소, C_1-20 알킬, C_2-20 알케닐, C_2-20 알키닐, C_1-20 알콕시, C_1-20 헤테로알킬, C_2-20 헤테로알케닐, C_2-20 헤테로알키닐, -(C_0-5 알킬)(C_6-14 아릴), -(C_0-5 알킬)(C_1-13 헤테로아릴), -(C_0-5 알킬)(C_6-14 아릴옥시), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 시클로알킬), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 헤테로사이클로알킬), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 사이클로알케닐), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 헤테로사이클로알케닐), 할라이드, 아민으로부터 선택되고; 여기서, R4" 및 R4'''는, 각각, 독립적으로 그리고 임의적으로, C_1-20 알킬, C_2-20 알케닐, C_2-20 알키닐, C_1-20 알콕시, C_1-20 헤테로알킬, C_2-20 헤테로알케닐, C_2-20 헤테로알키닐, -(C_0-5 알킬)(C_6-14 아릴), -(C_0-5 알킬)(C_1-13 헤테로아릴), -(C_0-5 알킬)(C_6-14 아릴옥시), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 사이클로알킬), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 헤테로사이클로알킬), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 사이클로알케닐), -(C_0-5 알킬)(C_3-10 헤테로사이클로알케닐), 알데히드, 아미노, 카르보닐, 에스테르, 케톤, 에테르, 할라이드, 카르복실, 히드록시, 니트로, 술포-옥소, 술포닐, 술폰, 술폭시드, 티올 또는 포스포닐로 치환됨,
여기서, n은 1 내지 200;
여기서 A는, Li, K, Na, Ca, Mg, Zn, Al, 또는 이들의 조합으로부터 선택되고; 그리고 B는, 비스트리필이미드(TFSI^-), 비스(플루오로술포닐)이미드)(FSI^-), 트리플레이트(OTf^-), 헥사플루오로포스페이트(PF₆ ^-), 헥사플루오로아르세네이트(AsF₆ ^-), 사염화알루미늄(AICI₄ ^-), 사염화붕소(BCI₄ ^-), 사불화붕소(BF₄ ^-), 요오드화물(I^-), 염소산염(ClO₃ ^-), 브롬산염(BrO₃ ^-), 요오드산염(IO₃ ^-), 디플루오로(옥살라토) 붕산염(DFOB^-), 비스(옥살라토)붕산염(BOB^--), 디플루오로인산염(DFP) 또는 이들의 조합으로부터 선택됨.
제63항에 있어서,
여기서 상기 혼합물은 가교제를 더 포함하는 것인, 방법.
제64항에 있어서,
여기서 상기 가교제는 다음 중 하나 이상을 포함하는 것인, 방법:
제63항 내지 제65항 중 어느 한 항에 있어서,
여기서 상기 복수의 플라스틱 결정은, 다음 중 하나 이상으로부터 유래되는 것인, 방법:
제63항 내지 제66항 중 어느 한 항에 있어서,
여기서 (I)은 다음 중 하나 이상으로부터 선택되는 것인, 방법:
제63항 내지 제67항 중 어느 한 항에 있어서,
여기서 (I)은 다음 중 하나 이상으로부터 선택되는 것인, 방법:
제63항 내지 제68항 중 어느 한 항에 있어서,
여기서 (I)은 다음 중 하나 이상으로부터 선택되는 것인, 방법:
제63항 내지 제69항 중 어느 한 항에 있어서,
여기서 (I)은 다음 중 하나 이상으로부터 선택되는 것인, 방법:
제63항 내지 제70항 중 어느 한 항에 있어서,
여기서 (I)은 다음 중 하나 이상으로부터 선택되는 것인, 방법:
제63항 내지 제71항 중 어느 한 항에 있어서,
여기서 (I)은 다음을 포함하는 것인, 방법:
.
제63항 내지 제72항 중 어느 한 항에 있어서,
여기서 상기 혼합물은 개시제를 더 포함하는 것인, 방법.
제73항에 있어서,
여기서 상기 개시제는, 열 개시제, 광 개시제, 또는 이들의 조합을 포함하는 것인, 방법.
제74항에 있어서,
여기서 상기 개시제는, 아조비스이소부티로니트릴, 벤조일 퍼옥사이드, 또는 이들의 조합을 포함하는 것인, 방법.
제75항에 있어서,
여기서 상기 중합은 열중합인 것인, 방법.
제76항에 있어서,
여기서 상기 개시제는, 비스(2,4,6-트리메틸벤조일)-페닐포스핀 옥사이드 (이르가큐어(Irgacure) 819), 2-히드록실-2-메틸-1-페닐-1-프로판온, 메틸 벤조일포르메이트, 하이드록시사이클로헥실 페닐 케톤(이르가큐어(Igracure) 184) 또는 이들의 조합을 포함하는 것인, 방법.
제77항에 있어서,
여기서 상기 중합은, 광중합인 것인, 방법.
제66항 내지 제78항 중 어느 한 항에 있어서,
여기서 상기 폴리머 조성물은, 부틸 아크릴레이트(BA), 폴리(에틸렌 글리콜) 디아크릴레이트(PEGDA), 숙시노니트릴(SN) 및 LiTFSI를 포함하는 균질 용액의 중합에 의하여 합성된 것인, 방법.
제63항 내지 제79항 중 어느 한 항에 있어서,
여기서 상기 복수의 플라스틱 결정은, 플라스틱 결정의 3차원 상호연결 상을 형성하기 위해 상기 폴리머 조성물 내에 분산되고, 여기서 상기 폴리머 조성물은, 약 20 ℃에서 적어도 약 1.1 mS/cm의 이온 전도도를 나타내는 것인, 방법.
제63항 내지 제80항 중 어느 한 항에 있어서,
여기서 상기 폴리머 조성물은, 약 150% 내지 약 500%의 인장 변형율을 갖는 것인, 방법.
제63항 내지 제81항 중 어느 한 항에 있어서,
여기서 상기 폴리머 조성물은, 난연성인 것인, 방법.
제63항 내지 제82항 중 어느 한 항에 있어서,
여기서 상기 폴리머 조성물은, 약 -30 ℃ 내지 약 100 ℃의 온도 범위에서 안정한 것인, 방법.
제63항 내지 제83항 중 어느 한 항에 있어서,
여기서 상기 A의 이온 수송수(ion transference number)가 약 0.4보다 큰 것인, 방법.
다음을 포함하는 전기화학 전지의 제조방법:
a) 애노드 물질을 제공하는 단계;
b) 캐소드 물질을 제공하는 단계; 및
c) 제63항 내지 제84항 중 어느 한 항의 방법에 의해 형성된 고체 전해질을 제공하는 단계.
다음을 포함하는 전기화학 전지의 제조방법:
a) 애노드 물질을 제공하는 단계;
b) 캐소드 물질을 제공하는 단계;
c) 제63항 내지 제84항 중 어느 한 항의 혼합물을 제공하는 단계, 및
d) 제1항 내지 제44항 중 어느 한 항의 폴리머 조성물을 포함하는 고체 전해질을 형성하기 위해, 상기 전기화학적 전지 작동 중에 상기 혼합물을 인-시츄 중합하는 단계.