KR20240086226A - Solid electrolyte composition, solid electrolyte formed from the composition and lithium secondary battery including the same electrolyte - Google Patents

Solid electrolyte composition, solid electrolyte formed from the composition and lithium secondary battery including the same electrolyte Download PDF

Info

Publication number
KR20240086226A
KR20240086226A KR1020220171562A KR20220171562A KR20240086226A KR 20240086226 A KR20240086226 A KR 20240086226A KR 1020220171562 A KR1020220171562 A KR 1020220171562A KR 20220171562 A KR20220171562 A KR 20220171562A KR 20240086226 A KR20240086226 A KR 20240086226A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
solid electrolyte
group
formula
weight
electrolyte composition
Prior art date
Application number
KR1020220171562A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
문정열
최한솔
김신
고종태
Original Assignee
코오롱인더스트리 주식회사
Filing date
Publication date
Application filed by 코오롱인더스트리 주식회사 filed Critical 코오롱인더스트리 주식회사
Publication of KR20240086226A publication Critical patent/KR20240086226A/en

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/056Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes
    • H01M10/0564Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes the electrolyte being constituted of organic materials only
    • H01M10/0565Polymeric materials, e.g. gel-type or solid-type
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052Li-accumulators

Abstract

본 발명은 하기 화학식 1로 표시되는 티오우레탄 화합물; 리튬염; 및 티올기를 2개 이상 포함하는 가교제;를 포함하는 고체 전해질 조성물을 제공할 수 있다.
[화학식 1]

상기 화학식 1에서 X는 치환 또는 비치환된 C1-C12의 알킬렌기 및 치환 또는 비치환된 C3-C16의 시클로알킬렌기 중 하나이고, A는 치환 또는 비치환된 C1-C12의 알킬렌기, 치환 또는 비치환된 C3-C16의 시클로알킬렌기 및 치환 또는 비치환된 C6-C16의 아릴렌기 중 하나이며, n은 10 내지 1000의 범위 내의 자연수이다.
The present invention relates to a thiourethane compound represented by the following formula (1); lithium salt; and a cross-linking agent containing two or more thiol groups. A solid electrolyte composition containing a can be provided.
[Formula 1]

In Formula 1 , It is one of an alkylene group, a substituted or unsubstituted C 3 -C 16 cycloalkylene group, and a substituted or unsubstituted C 6 -C 16 arylene group, and n is a natural number in the range of 10 to 1000.

Description

고체 전해질 조성물, 이로부터 형성된 고체 전해질 및 이를 포함하는 리튬 이차전지{SOLID ELECTROLYTE COMPOSITION, SOLID ELECTROLYTE FORMED FROM THE COMPOSITION AND LITHIUM SECONDARY BATTERY INCLUDING THE SAME ELECTROLYTE}Solid electrolyte composition, solid electrolyte formed therefrom, and lithium secondary battery comprising the same

본 발명은 고체 전해질 조성물, 이로부터 형성된 고체 전해질 및 이를 포함하는 리튬 이차전지에 관한 것으로서, 구체적으로는 저온에서 결정화가 억제되어 이차전지의 저온 출력특성이 개선되고 전기화학적 안정성이 향상된 것을 특징으로 하는 고체 전해질 및 이를 구성하는 조성물 및 이를 포함하는 리튬 이차전지에 관한 것이다.The present invention relates to a solid electrolyte composition, a solid electrolyte formed therefrom, and a lithium secondary battery containing the same, and specifically, the low-temperature output characteristics of the secondary battery are improved and electrochemical stability is improved by suppressing crystallization at low temperatures. It relates to a solid electrolyte, a composition comprising the same, and a lithium secondary battery containing the same.

리튬 이온 전지의 에너지 밀도를 높이기 위해서 여러가지 방안들이 강구되고 있고 그중 하나가 음극에 리튬 금속을 사용하는 것이다. 그러나 리튬 금속 음극을 사용한 리튬 이온 전지는 충/방전시 발생되는 리튬 덴드라이트(dendrite) 현상으로 인해서 전지의 성능이 현저하게 저하되는 문제가 있다. 또한 기존의 리튬 이온 전지는 인화성의 액체 전해질을 사용함으로써 전지의 안정성 낮은 문제가 있어 왔다. 이를 개선하기 위해 이온전도도가 높고 전기화학적으로 안정도가 높은 고체전해질을 사용한 전고체 전지(solid-state battery)의 개발 연구가 활발하게 진행되고 있다.Various methods are being explored to increase the energy density of lithium-ion batteries, and one of them is the use of lithium metal in the cathode. However, lithium ion batteries using lithium metal negative electrodes have a problem in which battery performance is significantly reduced due to the lithium dendrite phenomenon that occurs during charging/discharging. In addition, existing lithium-ion batteries have a problem with low battery stability due to the use of flammable liquid electrolytes. To improve this, research is being actively conducted on the development of solid-state batteries using solid electrolytes with high ionic conductivity and high electrochemical stability.

일반적으로 전고체 전지에서는 고체전해질 형성용 이온전도성 고분자로 에틸렌 옥사이드(ethylene oxide)를 기본 단위로 하는 호모폴리머(homopolymer) 또는 코폴리머(copolymer)의 선형 고분자 또는 가교 고분자가 주로 이용되나 이러한 고분자는 결정화가 되기 쉬워 저온에서의 이온전도도가 낮아 전고체 전지의 출력특성과 전기화학적인 특성을 저하시키는 문제가 있다.In general, in all-solid-state batteries, linear polymers or cross-linked polymers of homopolymer or copolymer with ethylene oxide as the basic unit are mainly used as ion conductive polymers for forming solid electrolytes, but these polymers are not crystallized. There is a problem that the output characteristics and electrochemical characteristics of the all-solid-state battery are reduced due to low ionic conductivity at low temperatures.

따라서, 저온에서의 출력 특성이 개선되면서도 이온전도도가 우수한 고체 전해질의 개발이 요구되고 있는 실정이다.Therefore, there is a need for the development of a solid electrolyte with improved output characteristics at low temperatures and excellent ionic conductivity.

발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 리튬 이온의 이동도가 개선되고, 저온에서의 결정화가 억제되어 이온 전도도가 우수하고, 전기 화학적으로 안정성이 우수한 고체 전해질 조성물과 이로부터 형성된 고체 전해질을 제공하는 것이다.The invention was made to solve the above-mentioned problems. The object of the present invention is to provide a solid electrolyte composition with improved lithium ion mobility, suppressed crystallization at low temperatures, excellent ionic conductivity, and excellent electrochemical stability. The aim is to provide a solid electrolyte formed therefrom.

본 발명의 과제는 상술한 고체 전해질을 도입하여 저온에서의 출력 특성이 우수하면서도 전기 화학적으로 안정성, 안전성이 우수한 리튬 이차 전지를 제공하는 것이다.The object of the present invention is to provide a lithium secondary battery with excellent output characteristics at low temperatures and excellent electrochemical stability and safety by introducing the above-described solid electrolyte.

상술한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 하기 화학식 1로 표시되는 티오우레탄 화합물; 리튬염; 및 티올기를 2개 이상 포함하는 가교제;를 포함하는 고체 전해질 조성물을 제공할 수 있다.In order to solve the above-described problems, the present invention provides a thiourethane compound represented by the following formula (1); lithium salt; and a cross-linking agent containing two or more thiol groups. A solid electrolyte composition containing a can be provided.

[화학식 1][Formula 1]

상기 화학식 1에서 X는 치환 또는 비치환된 C1-C12의 알킬렌기 및 치환 또는 비치환된 C3-C16의 시클로알킬렌기 중 하나이고, A는 치환 또는 비치환된 C1-C12의 알킬렌기, 치환 또는 비치환된 C3-C16의 시클로알킬렌기 및 치환 또는 비치환된 C6-C16의 아릴렌기 중 하나이며, n은 10 내지 1000의 범위 내의 자연수이다. In Formula 1 , It is one of an alkylene group, a substituted or unsubstituted C 3 -C 16 cycloalkylene group, and a substituted or unsubstituted C 6 -C 16 arylene group, and n is a natural number in the range of 10 to 1000.

본 발명의 일 예시에서, 상기 X는 , , 로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상일 수 있다.In one example of the present invention, the , , and It may be one or more selected from the group consisting of.

또한, 상기 A는 , , , , 로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상일 수 있다.In addition, A is , , , , and It may be one or more selected from the group consisting of.

본 발명의 일 실시형태에서, 상기 가교제는 , , , , , 로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the crosslinking agent is , , , , , and It may include one or more selected from the group consisting of.

또한, 상기 가교제는 티오우레탄 화합물의 함량을 기준으로 1 중량% 내지 30 중량%의 범위 내로 포함될 수 있다.Additionally, the cross-linking agent may be included in the range of 1% to 30% by weight based on the content of the thiourethane compound.

한편, 상기 리튬염은 전체 조성물을 기준으로 10 중량% 내지 70 중량%의 범위 내로 포함될 수 있다.Meanwhile, the lithium salt may be included in the range of 10% by weight to 70% by weight based on the total composition.

본 발명의 일 실시예에서, 본 발명에 따른 고체 전해질 조성물은 가소제를 추가로 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the solid electrolyte composition according to the present invention may further include a plasticizer.

본 발명의 일 실시형태에서, 본 발명에 따른 고체 전해질 조성물은 하기 화학식 2로 표시되는 티오우레탄 화합물을 추가로 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the solid electrolyte composition according to the present invention may further include a thiourethane compound represented by the following formula (2).

[화학식 2][Formula 2]

상기 화학식 2에서 X'은 치환 또는 비치환된 C1-C12의 알킬렌기 및 치환 또는 비치환된 C3-C16의 시클로알킬렌기 중 하나이고, A'는 치환 또는 비치환된 C1-C12의 알킬렌기, 치환 또는 비치환된 C3-C16의 시클로알킬렌기 및 치환 또는 비치환된 C6-C16의 아릴렌기 중 하나이며, m은 10 내지 1000의 범위 내의 자연수이다. In Formula 2 , It is one of a C 12 alkylene group, a substituted or unsubstituted C 3 -C 16 cycloalkylene group, and a substituted or unsubstituted C 6 -C 16 arylene group, and m is a natural number in the range of 10 to 1000.

이 때, 상기 화학식 2의 X'이 화학식 1의 X와 상이하거나, 상기 화학식 2의 A'이 화학식 1의 A와 상이하거나, 또는 상기 화학식 2의 X'이 화학식 1의 X와 상이하고 동시에 상기 화학식 2의 A'이 화학식 1의 A와 상이한 것일 수 있다.At this time, X' of Formula 2 is different from X of Formula 1, A' of Formula 2 is different from A of Formula 1, or X' of Formula 2 is different from A' in Formula 2 may be different from A in Formula 1.

본 발명의 일 예시에서, 상기 X'은 , , 로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상일 수 있다.In one example of the present invention, X' is , , and It may be one or more selected from the group consisting of.

또한, 상기 A'은 , , , , 로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상일 수 있다.In addition, the A' is , , , , and It may be one or more selected from the group consisting of.

한편, 본 발명의 일 실시예에서, 상기 화학식 2로 표시되는 화합물은 전체 조성물에 대하여 1 중량% 이상 내지 50 중량% 이하의 범위 내로 포함될 수 있다.Meanwhile, in one embodiment of the present invention, the compound represented by Formula 2 may be included in an amount of 1% by weight or more and 50% by weight or less based on the total composition.

본 발명의 다른 실시형태에서, 본 발명은 전술한 고체 전해질 조성물로부터 유래한 단위를 포함하는 고체 전해질을 제공할 수 있다. 상기 고체 전해질은 하기 화학식 1로 표시되는 티오우레탄 화합물; 리튬염; 및 티올기를 2개 이상 포함하는 가교제;로부터 유래한 단위를 포함할 수 있다.In another embodiment of the present invention, the present invention can provide a solid electrolyte comprising units derived from the above-described solid electrolyte composition. The solid electrolyte is a thiourethane compound represented by the following formula (1); lithium salt; and a crosslinking agent containing two or more thiol groups.

[화학식 1][Formula 1]

상기 화학식 1에서 X는 치환 또는 비치환된 C1-C12의 알킬렌기 및 치환 또는 비치환된 C3-C16의 시클로알킬렌기 중 하나이고, A는 치환 또는 비치환된 C1-C12의 알킬렌기, 치환 또는 비치환된 C3-C16의 시클로알킬렌기 및 치환 또는 비치환된 C6-C16의 아릴렌기 중 하나이며, n은 10 내지 1000의 범위 내의 자연수이다. In Formula 1 , It is one of an alkylene group, a substituted or unsubstituted C 3 -C 16 cycloalkylene group, and a substituted or unsubstituted C 6 -C 16 arylene group, and n is a natural number in the range of 10 to 1000.

또한, 본 발명에 따른 고체 전해질은 상기 티오우레탄 화합물 및 상기 티올기를 2개 이상 포함하는 가교제의 가교 결합을 포함할 수 있다.Additionally, the solid electrolyte according to the present invention may include a crosslinking of the thiourethane compound and a crosslinking agent containing two or more thiol groups.

이 때, 상기 가교 결합은 동적 가교 결합일 수 있다.At this time, the cross-linking may be dynamic cross-linking.

본 발명의 일 실시형태에서, 상기 X는 , , 로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상이고, 상기 A는 , , , , 로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상일 수 있다.In one embodiment of the present invention, , , and At least one selected from the group consisting of, wherein A is , , , , and It may be one or more selected from the group consisting of.

본 발명의 일 예시에서, 상기 가교제는 , , , , , 로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있다.In one example of the present invention, the crosslinking agent is , , , , , and It may include one or more selected from the group consisting of.

본 발명의 일 실시형태에서, 본 발명은 상기 고체 전해질, 양극 및 음극을 포함하는 리튬 이차전지를 제공할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the present invention can provide a lithium secondary battery including the solid electrolyte, an anode, and a cathode.

본 발명에 따른 고체 고분자 전해질은 결정화가 억제되어 리튬 이온의 이동도가 개선되고, 이온 전도도가 향상되며, 전기 화학적으로 안정성이 우수하여 리튬 이차 전지의 안정성 및 출력 향상에 기여할 수 있다.The solid polymer electrolyte according to the present invention suppresses crystallization, improves the mobility of lithium ions, improves ion conductivity, and has excellent electrochemical stability, which can contribute to improving the stability and output of lithium secondary batteries.

본 발명에 따른 리튬 이차 전지는 저온에서의 출력 특성이 우수하면서도 전기 화학적으로 안정성, 안전성이 우수하여 전기 자동차 등에 사용되기 적합한 특성을 갖는다.The lithium secondary battery according to the present invention has excellent output characteristics at low temperatures and excellent electrochemical stability and safety, making it suitable for use in electric vehicles.

본 발명에 대하여 보다 상세하게 설명하기에 앞서, 본 명세서에서 사용된 용어의 의미를 정의한다.Before describing the present invention in more detail, the meaning of terms used in this specification will be defined.

본 명세서에서, 별도로 설명되어 있지 않다면, 치환기가 “치환 또는 비치환”되어 있다는 것은 상기 치환기가 후술할 작용기에 의하여 치환된 경우와 치환되지 않은 경우를 모두 포함한다는 의미이다.In this specification, unless otherwise stated, the fact that a substituent is “substituted or unsubstituted” means that the substituent includes both cases where the substituent is substituted by a functional group to be described later and cases where the substituent is not substituted.

여기서 치환된 경우의 관능기는, 예컨대 알킬(alkyl), 아실(acyl), 시클로알킬(cycloalkyl)(디시클로알킬(dicycloalkyl) 및 트리시클로알킬(tricycloalkyl)을 포함), 할로알킬(haloalkyl), 아릴(aryl), 헤테로아릴(heteroaryl), 헤테로알리시클릭(heteroalicyclic), 히드록시(hydroxy), 알콕시(alkoxy), 아지드(azid), 아민(amine), 케톤(ketone), 에테르(ether), 아미드(amide), 에스테르(ester), 트리아졸(triazole), 이소시아네이트(isocyanate), 아릴알킬옥시(arylalkyloxy), 아릴옥시(aryloxy), 메르캅토(mercapto), 알킬티오(alkylthio), 아릴티오(arylthio), 시아노(cyano), 할로겐(halogen), 카르보닐(carbonyl), 티오카르보닐(thiocarbonyl), O-카르바밀(O-carbamyl), N-카르바밀(N-carbamyl), O-티오카르바밀(O-thiocarbamyl), N-티오카르바밀(N-thiocarbamyl), C-아미도(C-amido), N-아미도(N-amido), S-술폰아미도(S-sulfonamido), N-술폰아미도(N-sulfonamido), C-카르복시(C-carboxy), O-카르복시(O-carboxy), 이소시아네이트(isocyanate), 티오시아네이트(thiocyanate), 이소티오시아네이토(isothiocyanate), 니트로(nitro), 실릴(silyl), 트리할로메탄술포닐(trihalomethane sulfonyl), 피롤리디논(pyrrolidinone), 피롤리딘(pyrrolidine), 피페리딘(piperidine), 피페라진(piperazine), 몰포린(morpholine), 알데히드(aldehyde), 인(phosphorus), 황(sulfur), 포스페이트(phosphate), 포스파이트(phosphite), 술페이트(sulfate), 디술파이드(disulfide), 옥시(oxy); 및 히드로카르빌모노-(hydrocarbylmono-) 및 디-(hydrocarbyldi-)치환 아미노 그룹을 포함하는 아미노, 및 이들의 유도체들로부터 선택된 것일 수 있으나, 이들에 한정됨이 없이 당업계에서 통용되는 다양한 관능기를 포함한다. 또한 치환되었다는 의미는 상기 치환기의 적어도 하나의 탄소에 상기의 관능기가 결합되어 있다는 것을 의미한다.Here, the functional group in case of substitution is, for example, alkyl, acyl, cycloalkyl (including dicycloalkyl and tricycloalkyl), haloalkyl, aryl ( aryl), heteroaryl, heteroalicyclic, hydroxy, alkoxy, azide, amine, ketone, ether, amide (amide), ester, triazole, isocyanate, arylalkyloxy, aryloxy, mercapto, alkylthio, arylthio , cyano, halogen, carbonyl, thiocarbonyl, O-carbamyl, N-carbamyl, O-thiocarbamyl (O-thiocarbamyl), N-thiocarbamyl, C-amido (C-amido), N-amido (N-amido), S-sulfonamido (S-sulfonamido), N- Sulfonamido (N-sulfonamido), C-carboxy (C-carboxy), O-carboxy (O-carboxy), isocyanate, thiocyanate, isothiocyanate, nitro ( nitro, silyl, trihalomethane sulfonyl, pyrrolidinone, pyrrolidine, piperidine, piperazine, morpholine ), aldehyde, phosphorus, sulfur, phosphate, phosphite, sulfate, disulfide, oxy; and aminos containing hydrocarbylmono- and di-(hydrocarbyldi-) substituted amino groups, and derivatives thereof, but are not limited thereto and include various functional groups commonly used in the art. do. Also, substituted means that the functional group is bonded to at least one carbon of the substituent.

본 명세서에서, "알킬기(alkyl group)"는 1가 지방족 탄화수소 그룹을 의미한다. 상기 알킬기는 선형(unbranched)과 분지형(branched)을 포함한다. 알킬기는 예컨대 메틸기(methyl), 에틸기(ethyl), 프로필기(propyl), 이소프로필기(isopropyl), n-부틸기(n-butyl), n-펜틸기(n-pentyl) 및 n-헥실기(n-hexyl)로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상일 수 있으나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.As used herein, “alkyl group” refers to a monovalent aliphatic hydrocarbon group. The alkyl groups include linear (unbranched) and branched (branched). Alkyl groups include, for example, methyl, ethyl, propyl, isopropyl, n-butyl, n-pentyl, and n-hexyl. It may be one or more selected from the group consisting of (n-hexyl), but is not necessarily limited thereto.

본 명세서에서, "시클로알킬기(cycloalkyl group)"는 1가의 지방족 고리형 탄화수소 그룹을 의미한다. 상기 시클로알킬기는 예컨대 시클로부틸기(cyclobutyl), 시클로펜틸기(cyclopentyl), 시클로헥실기(cyclohexyl), 시클로헵틸기(cycloheptyl), 시클로옥틸기(cyclooctyl), 시클로노닐기(cyclononyl) 및 시클로데실기(cyclodecyl)로 이루어진 군에서 선택된 것이다. 그러나, 반드시 이에만 한정되는 것은 아니다.As used herein, “cycloalkyl group” refers to a monovalent aliphatic cyclic hydrocarbon group. The cycloalkyl group is, for example, cyclobutyl, cyclopentyl, cyclohexyl, cycloheptyl, cyclooctyl, cyclononyl, and cyclodecyl. It is selected from the group consisting of (cyclodecyl). However, it is not necessarily limited to this.

또한, 본 명세서에서, "알킬렌기(alkylene group)"는 2가의 지방족 탄화수소 그룹을 의미한다. 상기 알킬렌기는 예컨대 메틸렌(methylene), 에틸렌(ethylene), 프로필렌(propylene), 부틸렌(butylene), 펜틸렌(pentylene) 및 헥실렌기(hexylene) 중에서 선택된 하나를 나타낸다. 그러나, 반드시 이에만 한정되는 것은 아니다.Additionally, in this specification, “alkylene group” refers to a divalent aliphatic hydrocarbon group. The alkylene group represents, for example, one selected from methylene, ethylene, propylene, butylene, pentylene, and hexylene. However, it is not necessarily limited to this.

본 명세서에서, "시클로알킬렌기(cycloalkylene group)"는 2가의 지방족 고리형 탄화수소 그룹을 의미한다. 2가의 결합팔의 위치 관계를 불문한다. 예를 들어, 1,2-시클로알킬렌기, 1,3-시클로알킬렌기, 1,4-시클로알킬렌기 및 1,5-시클로알킬렌기 등으로 이루어진 군에서 선택된 것일 수 있다. 상기 시클로알킬렌기는 예컨대 1,2-시클로부틸렌기(1,2-cyclobutylene), 1,3-시클로부틸렌기(1,3-cyclobutylene), 1,2-시클로펜틸렌기(1,2-cyclopentylene), 1,3-시클로펜틸렌기(1,3-cyclopentylene), 1,2-시클로헥실렌기(1,2-cyclohexylene), 1,3-시클로헥실렌기(1,3-cyclohexylene), 1,4-시클로헥실렌기(1,4-cyclohexylene), 1,2-시클로헵틸렌기(1,2-cycloheptylene), 1,3-시클로헵틸렌기(1,3-cycloheptylene), 1,4-시클로헵틸렌기(1,4-cyclohelptylene), 1,2-시클로옥틸렌기(1,2-cyclooctylene), 1,3-시클로옥틸렌기(1,3-cyclooctylene), 1,4-시클로옥틸렌기(1,4-cyclooctylene), 및 1,5-시클로옥틸렌기(1,5-cyclooctylene) 중에서 선택된 하나일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.As used herein, “cycloalkylene group” refers to a divalent aliphatic cyclic hydrocarbon group. The positional relationship of the bivalent bond arm is not mattered. For example, it may be selected from the group consisting of 1,2-cycloalkylene group, 1,3-cycloalkylene group, 1,4-cycloalkylene group, and 1,5-cycloalkylene group. The cycloalkylene group is, for example, 1,2-cyclobutylene, 1,3-cyclobutylene, and 1,2-cyclopentylene. , 1,3-cyclopentylene, 1,2-cyclohexylene, 1,3-cyclohexylene, 1, 4-cyclohexylene, 1,2-cycloheptylene, 1,3-cycloheptylene, 1,4-cycloheptyl Len group (1,4-cyclohelptylene), 1,2-cyclooctylene group (1,2-cyclooctylene), 1,3-cyclooctylene group (1,3-cyclooctylene), 1,4-cyclooctylene group (1,4 -cyclooctylene), and 1,5-cyclooctylene (1,5-cyclooctylene), but is not limited thereto.

본 명세서에서, "헤테로알킬기(heteroalkyl group)"는 알킬기의 탄소 사슬에서 하나 이상의 탄소 원자가 헤테로원자(hetero atom)로 치환된 것을 의미한다.As used herein, “heteroalkyl group” means that one or more carbon atoms in the carbon chain of the alkyl group are replaced with a hetero atom.

본 명세서에서, "헤테로알킬렌기(heteroalkylene group)"는 알킬렌기의 탄소 사슬에서 하나 이상의 탄소 원자가 헤테로원자로 치환된 것을 의미한다. 또한, Ca~Cb 헤테로알킬렌기는 헤테로알킬렌기 중에서 탄소 원자 수가 a개 내지 b개인 헤테로알킬렌기를 의미한다.As used herein, “heteroalkylene group” means that one or more carbon atoms in the carbon chain of an alkylene group are substituted with a heteroatom. Also, of C a ~ C b A heteroalkylene group refers to a heteroalkylene group having a to b carbon atoms among heteroalkylene groups.

본 명세서에서, "시클로헤테로알킬렌기(cycloheteroalkylene group)"는 시클로알킬기의 탄소 사슬에서 하나 이상의 탄소 원자가 헤테로원자(hetero atom)로 치환된 것을 의미한다.As used herein, “cycloheteroalkylene group” means that one or more carbon atoms in the carbon chain of a cycloalkyl group are replaced with a hetero atom.

본 명세서에서, "헤테로원자"는 탄소 및 수소 이외의 원자를 의미한다.As used herein, “heteroatom” means an atom other than carbon and hydrogen.

본 명세서에서, "아릴기(aryl group)"는 1가의 공유 파이(π) 전자계를 가지고 있는 방향족(aromatic) 치환기로서, 1환계(monocyclic) 또는 2환 이상의 다환계(polycyclic)를 포함하고, 고리의 모든 원소가 탄소로 이루어진 것을 의미한다. 아릴기는 치환 및 비치환된 것을 모두 포함한다. 아릴기의 예에는 , , , , , 가 있으나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.In this specification, an "aryl group" is an aromatic substituent having a univalent shared π electron system, and includes a monocyclic or polycyclic group of two or more rings, and a ring This means that all elements are made of carbon. Aryl groups include both substituted and unsubstituted groups. Examples of aryl groups include , , , , , and However, it is not necessarily limited to this.

본 명세서에서, “아릴렌기(arylene group)”는 2가의 방향족 치환기로서, 상기 아릴기에서 하나의 결합팔을 더 갖는 형태를 나타낸다.In this specification, “arylene group” refers to a divalent aromatic substituent that has one additional bonding arm in the aryl group.

본 명세서에서 "헤테로아릴기(heteroaryl group)는 1가의 공유 파이 전자계를 갖고 있는 방향족 치환기로서, 고리를 이루는 원자 중 적어도 하나가 헤테로원자인 것을 의미한다. 헤테로아릴기의 예로 , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , 등을 들 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In this specification, “heteroaryl group” refers to an aromatic substituent having a univalent shared pi electron system, and at least one of the atoms forming the ring is a heteroatom. Examples of heteroaryl groups include: , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , and Examples include, but are not limited to, these.

여기서 Rm은 H, C1-20의 알킬기 또는 C3~C14의 헤테로아릴기이다.Here, R m is H, a C 1-20 alkyl group, or a C 3 to C 14 heteroaryl group.

또한, 본 명세서에서, “헤테로아릴렌기(heteroarylene group)”는 2가의 공유 파이 전자계를 갖는 방향족 치환기로서, 상기 헤테로아릴기에서 하나의 결합팔을 더 갖는 형태를 나타낸다.Additionally, in this specification, a “heteroarylene group” refers to an aromatic substituent having a divalent shared pi electronic system, and represents a form in which the heteroarylene group has one more bonding arm.

본 명세서에서, "할로알킬기"는 알킬기에서 하나 이상의 수소가 할로겐(F, Cl, Br, I) 원자로 치환된 것을 특별히 의미한다. 또한, Ca~Cb의 할로알킬기는 탄소 수가 a개 내지 b개인 할로알킬기를 의미한다. "할로알킬렌기"는 알킬렌기에서 하나 이상의 수소가 할로겐 원자로 치환된 것을 의미한다.As used herein, “haloalkyl group” specifically refers to an alkyl group in which one or more hydrogens are replaced with halogen (F, Cl, Br, I) atoms. Additionally, the haloalkyl group of C a to C b refers to a haloalkyl group having a to b carbon atoms. “Haloalkylene group” means an alkylene group in which one or more hydrogens have been replaced with a halogen atom.

또한, 본 명세서에서, "할로알킬렌기"는 알킬렌기에서 하나 이상의 수소가 할로겐 원자로 치환된 것을 특별히 의미한다. 또한, Ca~Cb의 할로알킬렌기는 탄소 수가 a개 내지 b개인 할로알킬렌기를 의미한다.Additionally, in this specification, “haloalkylene group” specifically means an alkylene group in which one or more hydrogens are replaced with a halogen atom. Additionally, the haloalkylene group of C a to C b refers to a haloalkylene group having a to b carbon atoms.

또한, 본 명세서에서, "아미드기"는 -C(O)NH- 결합을 의미하며, 상기 아미드 결합에서 질소에 결합된 수소는 치환된 것 또는 비치환된 것일 수 있다.Additionally, in this specification, “amide group” refers to a -C(O)NH- bond, and the hydrogen bonded to nitrogen in the amide bond may be substituted or unsubstituted.

또한, 본 명세서에서, 치환기가 "존재하지 않는다"는 것은, 해당 치환기가 없이 양쪽의 원자가 직접 결합되어 있는 형태를 의미하는 것이다. 예를 들어, CH3-A-CH3 형태의 분자에서 치환기 A가 존재하지 않는 경우 상기 분자의 화학식은 CH3-CH3이다.In addition, in this specification, “no substituent exists” means a form in which both atoms are directly bonded without the corresponding substituent. For example, when substituent A is not present in a molecule of the form CH 3 -A-CH 3 , the chemical formula of the molecule is CH 3 -CH 3 .

이하, 구체적인 실시형태를 참조하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다. 이는 본 명세서에 기재된 기술을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 실시예의 다양한 변경 (modifications), 균등물 (equivalents), 및/또는 대체물 (alternatives)을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 도면의 설명과 관련하여, 유사한 구성요소에 대해서는 유사한 참조부호가 사용될 수 있다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to specific embodiments. This is not intended to limit the technology described herein to specific embodiments, but should be understood to include various modifications, equivalents, and/or alternatives to the embodiments of the present invention. In connection with the description of the drawings, similar reference numbers may be used for similar components.

그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하고, 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었으며, 동일한 사상의 범위 내의 기능이 동일한 구성요소는 동일한 참조부호를 사용하여 설명할 수 있다.In order to clearly explain the present invention in the drawings, parts that are not relevant to the description are omitted, and the thickness is enlarged to clearly express various layers and regions, and components with the same function within the scope of the same idea are referred to by the same reference. It can be explained using symbols.

본 명세서에서, "가진다", "가질 수 있다", "포함한다", 또는 "포함할 수 있다" 등의 표현은 해당 특징 (예: 수치, 기능, 동작, 또는 부품 등의 구성요소)의 존재를 가리키며, 추가적인 특징의 존재를 배제하지 않는다.In this specification, expressions such as “have,” “may have,” “includes,” or “may include” refer to the presence of the corresponding feature (e.g., a numerical value, function, operation, or component such as a part). , and does not rule out the existence of additional features.

본 명세서에서, "A 또는 B", "A 또는/및 B 중 적어도 하나", 또는 "A 또는/및 B 중 하나 또는 그 이상" 등의 표현은 함께 나열된 항목들의 모든 가능한 조합을 포함할 수 있다. 예를 들면, "A 또는 B", "A 및 B 중 적어도 하나", 또는 "A 또는 B 중 적어도 하나"는, (1) 적어도 하나의 A를 포함, (2) 적어도 하나의 B를 포함, 또는 (3) 적어도 하나의 A 및 적어도 하나의 B 모두를 포함하는 경우를 모두 지칭할 수 있다.As used herein, expressions such as “A or B,” “at least one of A or/and B,” or “one or more of A or/and B” may include all possible combinations of the items listed together. . For example, “A or B”, “at least one of A and B”, or “at least one of A or B” (1) includes at least one A, (2) includes at least one B, or (3) it may refer to all cases including both at least one A and at least one B.

이하, 본 발명의 구성 및 효과에 대하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, the configuration and effects of the present invention will be described in detail.

1. 고체 전해질 조성물1. Solid electrolyte composition

본 발명자들은 종래의 전고체 전지용 고체 전해질에 있어서, 이온전도성 고분자가 저온에서 결정화가 발생하여 저온에서의 이온 전도도가 현저히 감소하는 등 이차 전지의 출력이 나빠지는 문제점을 해결하기 위해 본 발명을 개발하기에 이르렀다.The present inventors developed the present invention to solve the problem of poor output of secondary batteries, such as a significant decrease in ionic conductivity at low temperatures due to crystallization of ion-conducting polymers at low temperatures in conventional solid electrolytes for all-solid-state batteries. reached.

본 발명의 일 실시형태에서, 본 발명에 따른 고체 전해질 조성물은 하기 화학식 1로 표시되는 티오우레탄 화합물; 리튬염; 및 티올기를 2개 이상 포함하는 가교제;를 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the solid electrolyte composition according to the present invention includes a thiourethane compound represented by the following formula (1); lithium salt; and a crosslinking agent containing two or more thiol groups.

[화학식 1][Formula 1]

상기 화학식 1에서 X는 치환 또는 비치환된 C1-C12의 알킬렌기 및 치환 또는 비치환된 C3-C16의 시클로알킬렌기 중 하나이고, A는 치환 또는 비치환된 C1-C12의 알킬렌기, 치환 또는 비치환된 C3-C16의 시클로알킬렌기 및 치환 또는 비치환된 C6-C16의 아릴렌기 중 하나이며, n은 10 내지 1000의 범위 내의 자연수이다. In Formula 1 , It is one of an alkylene group, a substituted or unsubstituted C 3 -C 16 cycloalkylene group, and a substituted or unsubstituted C 6 -C 16 arylene group, and n is a natural number in the range of 10 to 1000.

1) 티오우레탄 화합물1) Thiourethane compound

본 발명에 따른 고체 전해질은 상기 화학식 1로 표시되는 티오우레탄 화합물을 포함할 수 있다. 상기 티오우레탄 화합물은 하나의 반복 단위 내에 두개 이상의 티오우레탄 결합을 포함하며, 후술하는 가교제와 가교 결합을 형성할 수 있다. 상기 하나의 반복 단위 내에 포함되는 티오우레탄 결합의 상한은 특별히 제한되는 것은 아니나, 예를 들어 8개 이하일 수 있다. 구체적으로 상기 티오우레탄 화합물과 가교제는 이중결합 및 티올기를 통한 티올-엔(thiol-ene) 반응을 통해 결합할 수 있으며, 수소 결합 및/또는 이온 클러스터에 의한 이온간력(ionic interaction)에 의해 교차 결합되어 네트워크 구조를 형성할 수 있다.The solid electrolyte according to the present invention may include a thiourethane compound represented by Formula 1 above. The thiourethane compound contains two or more thiourethane bonds within one repeating unit, and can form crosslinks with a crosslinking agent described later. The upper limit of thiourethane bonds contained in one repeating unit is not particularly limited, but may be, for example, 8 or less. Specifically, the thiourethane compound and the cross-linking agent can be bonded through a thiol-ene reaction through a double bond and a thiol group, and cross-linked by hydrogen bonding and/or ionic interaction through ion clusters. can form a network structure.

본 발명의 일 예시에서, 상기 티오우레탄 화합물의 X는 , , 로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상일 수 있다.In one example of the present invention, X of the thiourethane compound is , , and It may be one or more selected from the group consisting of.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 화학식 1의 A는 , , , , 로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상일 수 있다.In addition, according to one embodiment of the present invention, A of Formula 1 is , , , , and It may be one or more selected from the group consisting of.

상기 티오우레탄 화합물은 가교 결합을 통해 고체 전해질의 골격을 이루는 것으로 전체 전해질 조성물 대비 20 중량% 이상 및/또는 85 중량% 이하의 범위 내로 포함될 수 있다. 상기 티오우레탄 화합물의 함량이 20 중량% 미만인 경우 고정된 형상의 전해질을 제작하기 어려울 수 있으며, 85 중량%를 초과하는 경우 리튬염 등의 함량이 너무 낮아져 이온전도도가 저하될 수 있다.The thiourethane compound forms the skeleton of the solid electrolyte through crosslinking and may be included in an amount of 20% by weight or more and/or 85% by weight or less based on the total electrolyte composition. If the content of the thiourethane compound is less than 20% by weight, it may be difficult to manufacture an electrolyte of a fixed shape, and if it exceeds 85% by weight, the content of lithium salt, etc. may be too low and ionic conductivity may decrease.

또한, 티오우레탄 화합물의 중량평균분자량은 1,000g/mol 이상 및/또는 1,000,000g/mol이하 일 수 있다. 만일, 상기 티오우레탄 화합물의 중량평균분자량이 1,000g/mol 미만인 경우, 고체 전해질로서의 기계적 물성이 감소하여 전해질의 전기화학적 안정성이 저하되는 문제가 있을 수 있으며, 반대로 1,000,000g/mol을 초과하는 경우 전해질의 이온전도도가 감소하고 저온에서의 결정화도가 증가하여 전지의 출력이 감소하게 되는 문제가 있을 수 있다.Additionally, the weight average molecular weight of the thiourethane compound may be 1,000 g/mol or more and/or 1,000,000 g/mol or less. If the weight average molecular weight of the thiourethane compound is less than 1,000 g/mol, the mechanical properties as a solid electrolyte may decrease and the electrochemical stability of the electrolyte may decrease. Conversely, if it exceeds 1,000,000 g/mol, the electrochemical stability of the electrolyte may decrease. There may be a problem in that the ionic conductivity decreases and the crystallinity increases at low temperatures, resulting in a decrease in battery output.

본 발명의 일 실시형태에서, 본 발명에 따른 고체 전해질 조성물은 하기 화학식 2로 표시되는 티오우레탄 화합물을 추가로 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the solid electrolyte composition according to the present invention may further include a thiourethane compound represented by the following formula (2).

[화학식 2][Formula 2]

상기 화학식 2에서 X'은 치환 또는 비치환된 C1-C12의 알킬렌기 및 치환 또는 비치환된 C3-C16의 시클로알킬렌기 중 하나이고, A'는 치환 또는 비치환된 C1-C12의 알킬렌기, 치환 또는 비치환된 C3-C16의 시클로알킬렌기 및 치환 또는 비치환된 C6-C16의 아릴렌기 중 하나이며, m은 10 내지 1000의 범위 내의 자연수이다. In Formula 2 , It is one of a C 12 alkylene group, a substituted or unsubstituted C 3 -C 16 cycloalkylene group, and a substituted or unsubstituted C 6 -C 16 arylene group, and m is a natural number in the range of 10 to 1000.

이 때, 상기 X'와 화학식 1의 X 및 상기 A'와 화학식 1의 A 중 적어도 하나 이상은 서로 상이할 수 있다. 즉 상기 X'와 화학식 1의 X가 서로 상이하거나, 상기 A'와 화학식 1의 A가 서로 상이하거나 또는 X'와 화학식 1의 X가 서로 상이하고 동시에 상기 A'와 화학식 1의 A가 서로 상이할 수 있다.At this time, at least one of X' and X of Formula 1 and A' and A of Formula 1 may be different from each other. That is, X' and X in Formula 1 are different from each other, A' and A in Formula 1 are different from each other, or X' and can do.

본 발명의 일 예시에서, 상기 화학식 2로 표시되는 티오우레탄 화합물의 X'은 , , 로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상일 수 있다.In one example of the present invention, X' of the thiourethane compound represented by Formula 2 is , , and It may be one or more selected from the group consisting of.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 화학식 2의 A'은 , , , , 로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상일 수 있다.In addition, according to one embodiment of the present invention, A' in Formula 2 is , , , , and It may be one or more selected from the group consisting of.

본 발명에 따른 고체 전해질 조성물이 상기 화학식 2로 표시되는 티오우레탄 화합물을 추가로 포함하는 경우, 상기 화학식 2로 표시되는 티오우레탄 화합물은 전체 조성물을 기준으로 1 중량% 이상 및/또는 50 중량% 이하의 범위 내로 포함될 수 있다. 본 발명에 따른 고체 전해질 조성물이 상기 화학식 2로 표시되는 화합물을 포함하는 경우, 화학식 1로 표시되는 티오우레탄 화합물 및 화학식 2로 표시되는 티오우레탄 화합물의 합계 함량은 전체 고체 전해질 조성물 대비 20 중량% 이상 및/또는 85 중량% 이하의 범위 내로 포함될 수 있고, 이와 동시에 상기 화학식 2로 표시되는 티오우레탄 화합물의 함량은 전체 조성물에 대하여 1 중량% 이상 및/또는 50 중량% 이하의 범위 내를 만족할 수 있다.When the solid electrolyte composition according to the present invention further includes a thiourethane compound represented by Formula 2, the thiourethane compound represented by Formula 2 is present in an amount of 1% by weight or more and/or 50% by weight or less based on the total composition. may be included within the scope of. When the solid electrolyte composition according to the present invention includes the compound represented by Formula 2, the total content of the thiourethane compound represented by Formula 1 and the thiourethane compound represented by Formula 2 is 20% by weight or more relative to the total solid electrolyte composition. and/or may be included within the range of 85% by weight or less, and at the same time, the content of the thiourethane compound represented by Formula 2 may be within the range of 1% by weight or more and/or 50% by weight or less based on the total composition. .

2) 가교제2) Cross-linking agent

본 발명에 따른 고체 전해질 조성물은 티올기를 2개 이상 포함하는 가교제를 포함할 수 있다. 상기 가교제는 복수의 티올기를 통해 전술한 티오우레탄 화합물과 결합하여 그물형 구조를 형성할 수 있다.The solid electrolyte composition according to the present invention may include a crosslinking agent containing two or more thiol groups. The cross-linking agent may form a network-like structure by combining with the above-described thiourethane compound through a plurality of thiol groups.

본 발명의 일 예시에서, 본 발명에 따른 고체 전해질 조성물의 가교제는 , , , , , 로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있다.In one example of the present invention, the crosslinking agent of the solid electrolyte composition according to the present invention is , , , , , and It may include one or more selected from the group consisting of.

상기 가교제는 2 이상의 티올기를 포함하는 것과 동시에, 방향족 고리, 헤테로시클로알킬렌기 및/또는 이중결합을 포함할 수 있다. 이를 통해 상기 가교제는 전술한 티오우레탄 화합물과 동적 가교(Dynamic Crosslinking) 결합을 형성할 수 있으며, 본 발명에 따른 고체 전해질 조성물로 제조된 고체 전해질은 비트리머(Vitrimer)의 성질을 가질 수 있다.The crosslinking agent may contain two or more thiol groups, as well as an aromatic ring, a heterocycloalkylene group, and/or a double bond. Through this, the crosslinking agent can form a dynamic crosslinking bond with the thiourethane compound described above, and the solid electrolyte prepared from the solid electrolyte composition according to the present invention can have the properties of a vitrimer.

하나의 예시에서, 본 발명에 따른 고체 전해질 조성물의 가교제는, 티오우레탄 화합물의 함량 대비 1 중량% 이상 및/또는 30 중량%이하의 범위 내로 포함될 수 있다. 상기 가교제의 함량은 티오우레탄 화합물의 함량을 기준으로 1 중량% 이상, 3 중량% 이상 또는 5 중량% 이상일 수 있으며, 30 중량% 이하, 25 중량% 이하, 23 중량% 이하 또는 20 중량% 이하일 수 있다. 상기 가교제의 함량이 부족할 경우 티오우레탄의 강한 수소결합력에 의해 고분자의 결정성이 높아져서 고분자의 Segmental motion이 저하되어 이온전도도가 낮아지는 문제가 발생할 수 있으며, 가교제의 함량이 상기 범위를 넘어서는 경우 Bulky한 가교제의 구조적인 문제로 폴리티오우레탄의 기계적인 특성을 저하시킬 수 있다. In one example, the crosslinking agent of the solid electrolyte composition according to the present invention may be included in an amount of 1% by weight or more and/or 30% by weight or less relative to the content of the thiourethane compound. The content of the cross-linking agent may be 1% by weight, 3% by weight, or 5% by weight, and 30% by weight or less, 25% by weight, 23% by weight, or 20% by weight or less, based on the content of the thiourethane compound. there is. If the content of the cross-linking agent is insufficient, the crystallinity of the polymer may increase due to the strong hydrogen bonding force of thiourethane, which may cause a problem of lowered ionic conductivity due to a decrease in segmental motion of the polymer. If the content of the cross-linking agent exceeds the above range, bulky Structural problems with the crosslinking agent may deteriorate the mechanical properties of polythiourethane.

3) 리튬염3) Lithium salt

상기 리튬염은 리튬 이차 전지 내의 전해질 염으로서 사용될 수 있다. 상기 리튬염은 이온을 전달하기 위한 매개체로 기능할 수 있으며, 리튬 양이온(Li+)을 포함하고, F-, Cl-, Br-, I-, NO3 -, N(CN)2 -, ClO4 -, BF4 -, AlO4 -, AlCl4 -, PF6 -, SbF6 -, AsF6 -, BF2C2O4 -, BC4O8 -, (CF3)2PF4 -, (CF3)3PF3 -, (CF3)4PF2 -, (CF3)5PF-, (CF3)6P-, CF3SO3 -, C4F9SO3 -, CF3CF2SO3 -, (CF3SO2)2N-, (FSO2)2N-, CF3CF2(CF3)2CO-, (CF3SO2)2CH-, (SF5)3C-, (CF3SO2)3C-, CF3(CF2)7SO3 -, CF3CO2 -, CH3CO2 -, SCN- 및 (CF3CF2SO2)2N-로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 음이온을 포함하는 것일 수 있으나, 반드시 이것에만 한정되는 것은 아니다.The lithium salt can be used as an electrolyte salt in a lithium secondary battery. The lithium salt can function as a medium for transferring ions and includes lithium cations (Li + ), F - , Cl - , Br - , I - , NO 3 - , N(CN) 2 - , ClO 4 - , BF 4 - , AlO 4 - , AlCl 4 - , PF 6 - , SbF 6 - , AsF 6 - , BF 2 C 2 O 4 - , BC 4 O 8 - , (CF 3 ) 2 PF 4 - , (CF 3 ) 3 PF 3 - , (CF 3 ) 4 PF 2 - , (CF 3 ) 5 PF - , (CF 3 ) 6 P - , CF 3 SO 3 - , C 4 F 9 SO 3 - , CF 3 CF 2 SO 3 - , (CF 3 SO 2 ) 2 N - , (FSO 2 ) 2 N - , CF 3 CF 2 (CF 3 ) 2 CO - , (CF 3 SO 2 ) 2 CH - , (SF 5 ) 3 C - , (CF 3 SO 2 ) 3 C - , CF 3 (CF 2 ) 7 SO 3 - , CF 3 CO 2 - , CH 3 CO 2 - , SCN - and (CF 3 CF 2 SO 2 ) 2 N - It may contain one or more anions selected from the group consisting of, but is not necessarily limited to this.

상기 리튬염은 통상적으로 사용 가능한 범위 내에서 적절히 변경할 수 있으나, 최적의 전극 표면의 부식 방지용 피막 형성 효과를 얻기 위하여, 고체 고분자 전해질 조성물 내에 10 중량% 이상 및/또는 70 중량% 이하중량%의 함량으로 포함될 수 있다.The lithium salt can be appropriately changed within the range commonly used, but in order to obtain the optimal effect of forming an anti-corrosion film on the electrode surface, the content of the lithium salt is 10% by weight or more and/or 70% by weight or less in the solid polymer electrolyte composition. may be included.

본 발명의 고체 고분자 전해질 조성물은 상기 범위의 함량으로 리튬염을 포함함으로써, 고체 고분자 전해질 조성물 중에 존재하는 리튬 양이온의 증가로 인해 높은 리튬 양이온(Li+)의 이온 전달 특성(즉, 양이온 수송률(transference number))을 확보할 수 있고, 리튬 이온의 확산 저항 감소 효과를 달성하여 사이클 용량 특성 향상 효과를 구현할 수 있다. 이 때, 리튬염의 함량이 10 중량% 미만인 경우 상대적으로 낮은 리튬 이온의 함량으로 인하여 리튬 이온의 충분한 이온 전도도를 확보하기 어렵다. 또한, 만약, 리튬염의 농도가 70 중량%를 초과하는 경우, 리튬염이 고분자 매트릭스 내에 용매화되지 않고 이온쌍(ion-pair)을 이루는 리튬염이 다량 존재하게 되어 효과상의 큰 증가는 없으며 경제적으로 불리하므로 상기 함량 범위 내에서 목적에 맞게 적절히 조절하는 것이 바람직하다.The solid polymer electrolyte composition of the present invention includes a lithium salt in the content within the above range, resulting in high lithium cation (Li + ) ion transport characteristics (i.e., cation transport rate ( transference number)) can be secured, and the effect of reducing the diffusion resistance of lithium ions can be achieved to improve cycle capacity characteristics. At this time, when the lithium salt content is less than 10% by weight, it is difficult to secure sufficient ionic conductivity of lithium ions due to the relatively low lithium ion content. In addition, if the concentration of the lithium salt exceeds 70% by weight, the lithium salt is not solvated in the polymer matrix and a large amount of lithium salt forming an ion-pair exists, so there is no significant increase in effectiveness and it is economical. Since it is disadvantageous, it is desirable to appropriately adjust it to suit the purpose within the above content range.

4) 가소제4) Plasticizer

본 발명에 따른 고체 고분자 전해질 조성물은 그 외에도 가소제를 더 포함할 수 있다.The solid polymer electrolyte composition according to the present invention may further include a plasticizer.

가소제는 고체 고분자 전해질을 형성하는 고분자 사슬 간의 결정성을 낮추어서 저온에서의 리튬이온의 전달을 용이하게 하고, 고체 고분자 전해질의 가공성을 개선하고 기계적 강도를 제어하기 용이하도록 하는 역할을 한다.Plasticizers serve to facilitate the transfer of lithium ions at low temperatures by lowering the crystallinity between polymer chains forming a solid polymer electrolyte, improve the processability of the solid polymer electrolyte, and make it easier to control mechanical strength.

상기 가소제는 바람직하게는 숙시노니트릴(succinonitrile), 글루타로니트릴(glutaronitrile), 폴리에틸렌글리콜 디메틸에테르(polyethylene glycol dimethylether), 테트라에틸렌 글리콜(tetraethylene glycol), 에틸렌 카보네이트(ethylene carbonate), 프로필렌 카보네이트(propylene carbonate), 테트라에틸렌The plasticizer is preferably succinonitrile, glutaronitrile, polyethylene glycol dimethylether, tetraethylene glycol, ethylene carbonate, and propylene carbonate. ), tetraethylene

글리콜 디메틸에테르(tetraethylene glycol dimethylether, 테트라글라임), 디메틸 프탈레이트(dimethyl phthalate), 디에틸프탈레이트(diethyl phthalate), 디부틸프탈레이트(dibutyl phthalate), 디옥틸프탈레이트(dioctyl phthalate), 사이클릭 포스페이트(cyclic phosphate), 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 비스(트리플루오로메탄술포닐)이미드[1-ethyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide], 1-부틸-3-메틸이미다졸륨 비스(트리플루오르메탄술포닐)이미드[1-butyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide], N-메틸-N-프로필피페리디늄 비스(트리플루오로메탄술포닐)이미드[N-methyl-N-propylpiperidinium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide], 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 트리플루오로메탄 술포네이트(1-ethyl-3-methylimidazolium trifluoromethanesulfonate), N-부틸-N-에틸피롤리디늄 비스(트리플루오로메탄술포닐)이미드[N-butyl-Nethylpyrrolidinium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide] 중에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있으나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.Glycol dimethyl ether (tetraethylene glycol dimethylether, tetraglyme), dimethyl phthalate, diethyl phthalate, dibutyl phthalate, dioctyl phthalate, cyclic phosphate ), 1-ethyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide [1-ethyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide], 1-butyl-3-methylimidazolium bis( Trifluoromethanesulfonyl)imide [1-butyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide], N-methyl-N-propylpiperidinium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide [N-methyl-N -propylpiperidinium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide], 1-ethyl-3-methylimidazolium trifluoromethanesulfonate, N-butyl-N-ethylpyrrolidinium bis(trifluoride) It may include one or more selected from lomethanesulfonyl)imide [N-butyl-Nethylpyrrolidinium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide], but is not necessarily limited thereto.

가소제의 함량은 전체 고체 고분자 전해질 조성물 중에서 10~80 중량%일 수 있다. 만일 가소제의 함량이 10 중량% 미만일 경우 고체 고분자 전해질의 저온에서의 결정성이 높아져서 이온 전도도가 낮아지게 되는 문제가 있을 수 있고, 80 중량%를 초과하는 경우, 고체 고분자 전해질의 기계적 특성이 저하되는 문제가 있을 수 있다.The content of the plasticizer may be 10 to 80% by weight of the total solid polymer electrolyte composition. If the content of the plasticizer is less than 10% by weight, the crystallinity of the solid polymer electrolyte may increase at low temperatures, which may cause a problem of lowering ionic conductivity. If it exceeds 80% by weight, the mechanical properties of the solid polymer electrolyte may deteriorate. There may be a problem.

상기 가소제의 함량은 바람직하게는 15~75 중량%, 더욱 바람직하게는 20~70중량%일 수 있다.The content of the plasticizer may be preferably 15 to 75% by weight, more preferably 20 to 70% by weight.

5) 용매5) Solvent

본 발명의 바람직한 일실시예에 있어서, 상기 고체 고분자 전해질 조성물은 점도를 조절할 필요가 있거나 사용하는 단량체간의 용해성을 향상시키기 위해 유기용매를 더 포함할 수 있다. 사용할 수 있는 유기용매는 테트라하이드로퓨란(THF), 2-메틸 테트라하이드로퓨란, 디메틸포름아미드(DMF), 아세토니트릴(Acetonitrile), N-메틸-2-피롤리돈 (NMP), 디메틸술폭시드(DMSO), 디메틸아세트아미드(DMAc), 디클로로메탄 (Dichloromethane), 아세톤(Acetone), 이소프로필알콜(Isopropyl alcohol), 메틸에틸케톤(MEK) 등이 있으며, 반드시 이에 국한된 것은 아니며, 이들 중 1종이상을 선택하여 사용할 수 있다.In a preferred embodiment of the present invention, the solid polymer electrolyte composition may further include an organic solvent to adjust viscosity or to improve solubility between monomers used. Organic solvents that can be used include tetrahydrofuran (THF), 2-methyl tetrahydrofuran, dimethylformamide (DMF), acetonitrile, N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), and dimethyl sulfoxide ( DMSO), dimethylacetamide (DMAc), dichloromethane, acetone, isopropyl alcohol, methyl ethyl ketone (MEK), etc., but are not necessarily limited to these, and include one or more of these. You can select and use.

2. 고체 전해질2. Solid electrolyte

또한, 본 발명은 상기 고체 전해질 조성물이 경화되어 형성된 고체 전해질을 제공한다.Additionally, the present invention provides a solid electrolyte formed by curing the solid electrolyte composition.

본 발명에서의 경화 방법은 용매건조와 함께 Dynamic bonding exchange에 의해서 가교가 일어나면서 고분자 고체 전해질 막을 형성 시킬 수 있다. 구체적으로, 상기 고체 전해질 조성물을 필름 또는 전극의 표면에 코팅하고, 상기 고체 전해질 조성물을 열처리를 통해 경화하는 단계를 거쳐 고체 전해질을 제조할 수 있다.The curing method in the present invention can form a polymer solid electrolyte membrane through crosslinking through dynamic bonding exchange along with solvent drying. Specifically, a solid electrolyte can be manufactured by coating the solid electrolyte composition on the surface of a film or electrode and curing the solid electrolyte composition through heat treatment.

상기 코팅 방법은 슬롯 다이, 그라비아 코팅, 스핀 코팅, 스프레이 코팅, 롤 코팅, 캐스팅, 스크린 인쇄 또는 잉크젯 인쇄 등 공지된 코팅 방법을 이용할 수 있다.The coating method may use known coating methods such as slot die, gravure coating, spin coating, spray coating, roll coating, casting, screen printing, or inkjet printing.

이러한 방법에 의하여 제조되는 본 발명에 따른 고체 전해질은 낮은 온도에서도 높은 이온전도도를 나타낼 수 있다.The solid electrolyte according to the present invention prepared by this method can exhibit high ionic conductivity even at low temperatures.

4. 리튬 이차 전지4. Lithium secondary battery

또한, 본 발명은 양극; 음극; 및 본 발명에 따른 고체 전해질을 포함하는 리튬 이차 전지를 제공한다.In addition, the present invention is an anode; cathode; and a lithium secondary battery comprising the solid electrolyte according to the present invention.

상기 리튬 이차 전지는 당 기술 분야에 알려진 통상적인 방법에 따라 제조할 수 있다. 예를 들어, 양극 상에 상기 고체 전해질 조성물을 도포한 후 상기 조성물을 경화하고 음극을 적층하여 제조할 수 있다.The lithium secondary battery can be manufactured according to conventional methods known in the art. For example, it can be manufactured by applying the solid electrolyte composition on the positive electrode, curing the composition, and stacking the negative electrode.

1) 양극1) anode

양극 집전체는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 또는 알루미늄이나 스테인리스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면 처리한 것 등이 사용될 수 있다.The positive electrode current collector is not particularly limited as long as it is conductive without causing chemical changes in the battery. For example, stainless steel, aluminum, nickel, titanium, calcined carbon, or carbon on the surface of aluminum or stainless steel, Surface treatment with nickel, titanium, silver, etc. can be used.

상기 양극 활물질은 리튬의 가역적인 인터칼레이션 및 디인터칼레이션이 가능한 화합물로서, 구체적으로는 코발트, 망간, 니켈 또는 알루미늄과 같은 1종 이상의 금속과 리튬을 포함하는 리튬 복합금속 산화물을 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 리튬 복합금속 산화물은 리튬-망간계 산화물(예를 들면, LiMnO2, LiMn2O4 등), 리튬-코발트계 산화물(예를 들면, LiCoO2 등), 리튬-니켈계 산화물(예를 들면, LiNiO2 등), 리튬-니켈-망간계 산화물(예를 들면, LiNi1-YMnYO2(여기에서, 0<Y<1), LiMn2-zNizO4(여기에서, 0<Z<2) 등), 리튬-니켈-코발트계 산화물(예를 들면, LiNi1-Y1CoY1O2(여기에서, 0<Y1<1) 등), 리튬-망간-코발트계 산화물(예를 들면, LiCo1-Y2MnY2O2(여기에서, 0<Y2<1), LiMn2-z1Coz1O4(여기에서, 0<Z1<2) 등), 리튬-니켈-망간-코발트계 산화물(예를 들면, Li(NipCoqMnr1)O2(여기에서, 0<p<1, 0<q<1, 0<r1<1, p+q+r1=1) 또는 Li(Nip1Coq1Mnr2)O4(여기에서, 0<p1<2, 0<q1<2, 0<r2<2, p1+q1+r2=2) 등), 또는 리튬-니켈-코발트-전이금속(M) 산화물(예를 들면, Li(Nip2Coq2Mnr3MS2)O2(여기에서, M은 Al, Fe, V, Cr, Ti, Ta, Mg 및 Mo로 이루어지는 군으로부터 선택되고, p2, q2, r3 및 s2는 각각 독립적인 원소들의 원자분율로서, 0<p2<1, 0<q2<1, 0<r3<1, 0<s2<1, p2+q2+r3+s2=1이다)) 등을 들 수 있으며, 이들 중 어느 하나 또는 둘 이상의 화합물이 포함될 수 있다.The positive electrode active material is a compound capable of reversible intercalation and deintercalation of lithium, and may specifically include a lithium composite metal oxide containing lithium and one or more metals such as cobalt, manganese, nickel, or aluminum. there is. More specifically, the lithium composite metal oxide is lithium-manganese-based oxide (for example, LiMnO 2 , LiMn 2 O 4 , etc.), lithium-cobalt-based oxide (for example, LiCoO 2 , etc.), lithium-nickel-based oxide. (for example, LiNiO 2 etc.), lithium-nickel-manganese oxide (for example, LiNi 1-Y Mn Y O 2 (where 0<Y<1), LiMn 2-z Ni z O 4 ( Here, 0<Z<2), etc.), lithium-nickel-cobalt-based oxide (for example, LiNi 1-Y 1Co Y1 O 2 (here, 0<Y1<1), etc.), lithium-manganese-cobalt oxides (for example, LiCo 1-Y 2Mn Y2 O 2 (where 0<Y2<1), LiMn 2-z1 Co z1 O 4 (where 0<Z1<2), etc.), lithium-nickel -Manganese-cobalt based oxide (for example, Li(Ni p Co q Mn r1 )O 2 (where 0<p<1, 0<q<1, 0<r1<1, p+q+r1= 1) or Li(Ni p1 Co q1 Mn r2 )O 4 (where 0<p1<2, 0<q1<2, 0<r2<2, p1+q1+r2=2), etc.), or lithium- Nickel-cobalt-transition metal (M) oxides (e.g. Li(Ni p2 Co q2 Mn r3 MS 2 )O 2 (where M is Al, Fe, V, Cr, Ti, Ta, Mg and Mo) selected from the group consisting of, p2, q2, r3 and s2 are each independent atomic fraction of elements, 0 <p2 <1, 0 <q2 <1, 0 <r3 <1, 0 <s2 <1, p2+q2 +r3+s2=1)), etc., and any one or two or more of these compounds may be included.

이 중에서도 전지의 용량 특성 및 안정성을 높일 수 있다는 점에서 상기 리튬 복합금속 산화물은 LiCoO2, LiMnO2, LiNiO2, 리튬 니켈망간코발트 산화물(예를 들면 Li(Ni1/3Mn1/3Co1/3)O2, Li(Ni0.6Mn0.2Co0.2)O2, Li(Ni0.5Mn0.3Co0.2)O2, Li(Ni0.7Mn0.15Co0.15)O2 및 Li(Ni0.8Mn0.1Co0.1)O2 등), 또는 리튬 니켈코발트알루미늄 산화물(예를 들면, Li(Ni0.8Co0.15Al0.05)O2 등)일 수 있다.Among these, in that the capacity characteristics and stability of the battery can be improved, the lithium composite metal oxide is LiCoO 2 , LiMnO 2 , LiNiO 2 , lithium nickel manganese cobalt oxide (for example, Li(Ni 1/3 Mn 1/3 Co 1 /3 )O 2 , Li(Ni 0.6 Mn 0.2 Co 0.2 )O 2 , Li(Ni 0.5 Mn 0.3 Co 0.2 )O 2 , Li(Ni 0.7 Mn 0.15 Co 0.15 )O 2 and Li(Ni 0.8 Mn 0.1 Co 0.1 )O 2 , etc.), or lithium nickel cobalt aluminum oxide (for example, Li(Ni 0.8 Co 0.15 Al 0.05 )O 2 , etc.).

상기 양극 활물질은 양극 슬러리 중 고형분의 전체 중량을 기준으로 80 중량% 내지 99 중량%로 포함될 수 있다.The positive electrode active material may be included in an amount of 80% to 99% by weight based on the total weight of solids in the positive electrode slurry.

상기 바인더는 활물질과 도전재 등의 결합과 집전체에 대한 결합에 조력하는 성분으로서, 통상적으로 양극 슬러리 중 고형분의 전체 중량을 기준으로 1 내지 30 중량%로 첨가된다. 이러한 바인더의 예로는, 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF), 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로우즈(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로우즈, 재생 셀룰로우즈, 폴리비닐피롤리돈, 테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌-디엔 테르 모노머(EPDM), 술폰화 EPDM, 스티렌-부타디엔 고무, 불소 고무, 다양한 공중합체 등을 들 수 있다.The binder is a component that assists in the bonding of the active material and the conductive material and the bonding to the current collector, and is usually added in an amount of 1 to 30% by weight based on the total weight of solids in the positive electrode slurry. Examples of such binders include polyvinylidene fluoride (PVDF), polyvinyl alcohol, carboxymethylcellulose (CMC), starch, hydroxypropylcellulose, regenerated cellulose, polyvinylpyrrolidone, and tetrafluoride. Roethylene, polyethylene, polypropylene, ethylene-propylene-diene termonomer (EPDM), sulfonated EPDM, styrene-butadiene rubber, fluorine rubber, and various copolymers.

상기 도전재는 통상적으로 양극 슬러리 중 고형분의 전체 중량을 기준으로 1 내지 30 중량%로 첨가된다.The conductive material is typically added in an amount of 1 to 30% by weight based on the total weight of solids in the positive electrode slurry.

이러한 도전재는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 카본블랙, 아세틸렌 블랙(또는 덴카 블랙), 케첸 블랙, 채널 블랙, 퍼니스 블랙, 램프 블랙, 또는 서멀 블랙 등의 탄소 분말; 결정구조가 매우 발달된 천연 흑연, 인조흑연, 또는 그라파이트 등의 흑연 분말; 탄소 섬유나 금속 섬유 등의 도전성 섬유; 불화 카본, 알루미늄, 니켈 분말 등의 금속 분말; 산화아연, 티탄산 칼륨 등의 도전성 위스커; 산화티탄 등의 도전성 금속 산화물; 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 소재 등이 사용될 수 있다.These conductive materials are not particularly limited as long as they are conductive without causing chemical changes in the battery. For example, carbon black, acetylene black (or Denka black), Ketjen black, channel black, furnace black, lamp black, or carbon powder such as thermal black; Graphite powder such as natural graphite, artificial graphite, or graphite with a highly developed crystal structure; Conductive fibers such as carbon fiber and metal fiber; Metal powders such as carbon fluoride, aluminum, and nickel powder; Conductive whiskers such as zinc oxide and potassium titanate; Conductive metal oxides such as titanium oxide; Conductive materials such as polyphenylene derivatives may be used.

상기 양극 슬러리는 용매를 포함할 수 있다. 상기 용매는 NMP(N-methyl-2-pyrrolidone) 등의 유기용매를 포함할 수 있으며, 상기 양극 활물질 및 선택적으로 바인더 및 도전재 등을 포함할 때 바람직한 점도가 되는 양으로 사용될 수 있다. 예를 들면, 양극 활물질, 및 선택적으로 바인더 및 도전재를 포함하는 슬러리 중의 고형분 농도가 50 중량% 내지 95 중량%, 바람직하게 70중량% 내지 90 중량%가 되도록 포함될 수 있다.The positive electrode slurry may include a solvent. The solvent may include an organic solvent such as NMP (N-methyl-2-pyrrolidone), and may be used in an amount that provides a desirable viscosity when including the positive electrode active material and optionally a binder and a conductive material. For example, the solid content concentration in the slurry containing the positive electrode active material and, optionally, the binder and the conductive material may be 50% by weight to 95% by weight, preferably 70% by weight to 90% by weight.

2) 음극2) cathode

또한, 상기 음극은 음극 집전체 상에 음극 합제층을 형성하여 제조할 수 있다. 상기 음극 합제층은 음극 집전체 상에 음극활물질, 바인더, 도전재 및 용매 등을 포함하는 음극 슬러리를 코팅한 후, 건조 및 압연하여 형성할 수 있다.Additionally, the negative electrode can be manufactured by forming a negative electrode mixture layer on the negative electrode current collector. The negative electrode mixture layer can be formed by coating a negative electrode slurry containing a negative electrode active material, a binder, a conductive material, and a solvent on a negative electrode current collector, followed by drying and rolling.

상기 음극 집전체는 일반적으로 3 내지 500㎛의 두께를 가진다. 이러한 음극 집전체는, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 높은 도전성을 가지는 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 구리, 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 구리나 스테인리스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면 처리한 것, 알루미늄-카드뮴 합금 등이 사용될 수 있다. 또한, 양극 집전체와 마찬가지로, 표면에 미세한 요철을 형성하여 음극 활물질의 결합력을 강화시킬 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태로 사용될 수 있다.The negative electrode current collector generally has a thickness of 3 to 500 μm. This negative electrode current collector is not particularly limited as long as it has high conductivity without causing chemical changes in the battery, and for example, copper, stainless steel, aluminum, nickel, titanium, calcined carbon, copper or stainless steel. Surface treatment with carbon, nickel, titanium, silver, etc., aluminum-cadmium alloy, etc. can be used. In addition, like the positive electrode current collector, the bonding power of the negative electrode active material can be strengthened by forming fine irregularities on the surface, and can be used in various forms such as films, sheets, foils, nets, porous materials, foams, and non-woven materials.

또한, 상기 음극활물질은 리튬 금속, 리튬 이온을 가역적으로 인터칼레이션/디인터칼레이션할 수 있는 탄소 물질, 금속 또는 이들 금속과 리튬의 합금, 금속 복합 산화물, 리튬을 도프 및 탈도프할 수 있는 물질, 및 전이 금속 산화물로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다.In addition, the negative electrode active material is lithium metal, a carbon material capable of reversibly intercalating/deintercalating lithium ions, a metal or an alloy of these metals and lithium, a metal complex oxide, and a material capable of doping and dedoping lithium. It may include at least one selected from the group consisting of a material and a transition metal oxide.

상기 리튬 이온을 가역적으로 인터칼레이션/디인터칼레이션할 수 있는 탄소 물질로는, 리튬 이온 이차전지에서 일반적으로 사용되는 탄소계 음극 활물질이라면 특별히 제한 없이 사용할 수 있으며, 그 대표적인 예로는 결정질 탄소, 비정질 탄소 또는 이들을 함께 사용할 수 있다. 상기 결정질 탄소의 예로는 무정형, 판상, 인편상(flake), 구형 또는 섬유형의 천연 흑연 또는 인조 흑연과 같은 흑연을 들 수 있고, 상기 비정질 탄소의 예로는 소프트 카본(soft carbon: 저온 소성 탄소) 또는 하드 카본(hard carbon), 메조페이스 피치 탄화물, 소성된 코크스 등을 들 수 있다.As the carbon material capable of reversibly intercalating/deintercalating lithium ions, any carbon-based anode active material commonly used in lithium ion secondary batteries can be used without particular restrictions, and representative examples include crystalline carbon, Amorphous carbon or a combination thereof can be used. Examples of the crystalline carbon include graphite such as amorphous, plate-shaped, flake-shaped, spherical or fibrous natural graphite or artificial graphite, and examples of the amorphous carbon include soft carbon (low-temperature calcined carbon). Alternatively, hard carbon, mesophase pitch carbide, calcined coke, etc. may be mentioned.

상기 금속 복합 산화물로는 PbO, PbO2, Pb2O3, Pb3O4, Sb2O3, Sb2O4, Sb2O5, GeO, GeO2, Bi2O3, Bi2O4, Bi2O5, LixFe2O3(0≤x≤1), LixWO2(0≤x≤1), 및 SnxMe1-xMe'yOz (Me: Mn, Fe, Pb, Ge; Me': Al, B, P, Si, 주기율표의 1족, 2족, 3족 원소, 할로겐; 0<x≤1; 1≤y≤3; 1≤z≤8) 로 이루어진 군에서 선택되는 것이 사용될 수 있다.The metal complex oxides include PbO, PbO 2 , Pb 2 O 3 , Pb 3 O 4 , Sb 2 O 3 , Sb 2 O 4 , Sb 2 O 5 , GeO, GeO 2 , Bi 2 O 3 , Bi 2 O 4 , Bi 2 O 5 , Li x Fe 2 O 3 (0≤x≤1), Li x WO 2 (0≤x≤1), and Sn x Me 1-x Me' y O z (Me: Mn, Fe , Pb, Ge': Al, B, P, Si, group 1, 2, and 3 elements of the periodic table, 0<x≤1; 1≤z≤8) Any selected from the group may be used.

상기 리튬을 도프 및 탈도프할 수 있는 물질로는 Si, SiOx(0<x≤2), Si-Y 합금(상기 Y는 알칼리 금속, 알칼리토금속, 13족 원소, 14족 원소, 전이금속, 희토류 원소 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 원소이며, Si은 아님), Sn, SnO2, Sn-Y(상기 Y는 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 13족 원소, 14족 원소, 전이 금속, 희토류 원소 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 원소이며, Sn은 아님) 등을 들 수 있고, 또한 이들 중 적어도 하나와 SiO2를 혼합하여 사용할 수도 있다. 상기 원소 Y로는 Mg, Ca, Sr, Ba, Ra, Sc, Y, Ti, Zr, Hf, Rf, V, Nb, Ta, Db, Cr, Mo, W, Sg, Tc, Re, Bh, Fe, Pb, Ru, Os, Hs, Rh, Ir, Pd, Pt, Cu, Ag, Au, Zn, Cd, B, Al, Ga, Sn, In, Ge, P, As, Sb, Bi, S, Se, Te, Po, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.Materials capable of doping and dedoping lithium include Si, SiO It is an element selected from the group consisting of rare earth elements and combinations thereof, but not Si), Sn, SnO 2 , Sn-Y (where Y is an alkali metal, an alkaline earth metal, a Group 13 element, a Group 14 element, a transition metal, and a rare earth elements selected from the group consisting of elements and combinations thereof, but not Sn), and the like, and at least one of these may be mixed with SiO 2 . The element Y includes Mg, Ca, Sr, Ba, Ra, Sc, Y, Ti, Zr, Hf, Rf, V, Nb, Ta, Db, Cr, Mo, W, Sg, Tc, Re, Bh, Fe, Pb, Ru, Os, Hs, Rh, Ir, Pd, Pt, Cu, Ag, Au, Zn, Cd, B, Al, Ga, Sn, In, Ge, P, As, Sb, Bi, S, Se, It may be selected from the group consisting of Te, Po, and combinations thereof.

상기 전이 금속 산화물로는 리튬 함유 티타늄 복합 산화물(LTO), 바나듐 산화물, 리튬 바나듐 산화물 등을 들 수 있다.Examples of the transition metal oxide include lithium-containing titanium complex oxide (LTO), vanadium oxide, and lithium vanadium oxide.

상기 음극 활물질은 음극 슬러리 중 고형분의 전체 중량을 기준으로 80 중량% 내지 99중량%로 포함될 수 있다.The negative electrode active material may be included in an amount of 80% to 99% by weight based on the total weight of solids in the negative electrode slurry.

상기 바인더는 도전재, 활물질 및 집전체 간의 결합에 조력하는 성분으로서, 통상적으로 음극 슬러리 중 고형분의 전체 중량을 기준으로 1 내지 30중량%로 첨가된다. 이러한 바인더의 예로는, 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF), 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로우즈(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로우즈, 재생 셀룰로우즈, 폴리비닐피롤리돈, 테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌-디엔 폴리머(EPDM), 술폰화-EPDM, 스티렌-부타디엔 고무, 불소 고무, 이들의 다양한 공중합체 등을 들 수 있다.The binder is a component that assists in bonding between the conductive material, the active material, and the current collector, and is usually added in an amount of 1 to 30% by weight based on the total weight of solids in the negative electrode slurry. Examples of such binders include polyvinylidene fluoride (PVDF), polyvinyl alcohol, carboxymethylcellulose (CMC), starch, hydroxypropylcellulose, regenerated cellulose, polyvinylpyrrolidone, and tetrafluoride. Roethylene, polyethylene, polypropylene, ethylene-propylene-diene polymer (EPDM), sulfonated-EPDM, styrene-butadiene rubber, fluorine rubber, and various copolymers thereof.

상기 도전재는 음극 활물질의 도전성을 더욱 향상시키기 위한 성분으로서, 음극 슬러리 중 고형분의 전체 중량을 기준으로 1 내지 20 중량%로 첨가될 수 있다. 이러한 도전재는 양극 제조 시 사용된 도전재와 동일하거나, 상이한 것을 사용할 수 있으며, 예를 들어, 카본블랙, 아세틸렌 블랙(또는 덴카 블랙), 케첸 블랙, 채널 블랙, 퍼니스 블랙, 램프 블랙, 또는 서멀 블랙 등의 탄소 분말; 결정구조가 매우 발달된 천연 흑연, 인조흑연, 또는 그라파이트 등의 흑연 분말; 탄소 섬유나 금속 섬유 등의 도전성 섬유; 불화 카본, 알루미늄, 니켈 분말 등의 금속 분말; 산화아연, 티탄산 칼륨 등의 도전성 위스커; 산화티탄 등의 도전성 금속 산화물; 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 소재 등이 사용될 수 있다.The conductive material is a component to further improve the conductivity of the negative electrode active material, and may be added in an amount of 1 to 20% by weight based on the total weight of solids in the negative electrode slurry. These conductive materials may be the same as or different from the conductive materials used in manufacturing the anode, for example, carbon black, acetylene black (or Denka black), Ketjen black, channel black, furnace black, lamp black, or thermal black. carbon powder, etc.; Graphite powder such as natural graphite, artificial graphite, or graphite with a highly developed crystal structure; Conductive fibers such as carbon fiber and metal fiber; Metal powders such as carbon fluoride, aluminum, and nickel powder; Conductive whiskers such as zinc oxide and potassium titanate; Conductive metal oxides such as titanium oxide; Conductive materials such as polyphenylene derivatives may be used.

음극 활물질 슬러리에는 용매를 더 포함할 수 있다. 상기 용매는 물 또는 NMP, 알코올 등의 유기용매를 포함할 수 있으며, 상기 음극 활물질 및 선택적으로 바인더 및 도전재 등을 포함할 때 바람직한 점도가 되는 양으로 사용될 수 있다. 예를 들면, 음극 활물질, 및 선택적으로 바인더 및 도전재를 포함하는 슬러리 중의 고형분 농도가 50 중량% 내지 95 중량%, 바람직하게 70 중량% 내지 90 중량%가 되도록 포함될 수 있다.The negative electrode active material slurry may further include a solvent. The solvent may include water or an organic solvent such as NMP or alcohol, and may be used in an amount that provides a desirable viscosity when including the negative electrode active material and optionally a binder and a conductive material. For example, the solid content concentration in the slurry containing the negative electrode active material and optionally the binder and the conductive material may be 50% by weight to 95% by weight, preferably 70% by weight to 90% by weight.

상기와 같은 양극 음극 및 본 발명에 따른 고체 전해질을 포함하는 리튬 이차 전지는 고체 고분자 전해질의 전기화학적 안정성은 유지하면서도 저온에서 전해질의 결정화가 일어나는 것이 억제되어 저온에서도 전지의 출력이 크게 저하되지 않으며 우수한 리튬 이온 이동도, 우수한 이온 전도도를 견지할 수 있는 장점이 있다.A lithium secondary battery comprising the positive and negative electrodes described above and the solid electrolyte according to the present invention maintains the electrochemical stability of the solid polymer electrolyte, but crystallization of the electrolyte is suppressed at low temperatures, so the output of the battery does not significantly decrease even at low temperatures, and has excellent It has the advantage of maintaining lithium ion mobility and excellent ion conductivity.

이하에서는, 구체적인 실시예를 들어, 본 발명을 더욱 상세히 설명하도록 한다. 그러나, 본 발명의 권리범위가 실시예의 범위로 한정되는 것을 의미하는 것은 아니며, 실시예는 단지 본 발명의 구체적인 적용예로서 이해를 돕기 위한 것일 뿐이며, 통상의 기술자는 본 발명의 청구범위에 기재된 범위에서 구성을 변경, 삭제, 또는 부가하여 동일한 기술적 사상을 구현할 수 있음을 이해하여야 할 것이다.Below, the present invention will be described in more detail through specific examples. However, it does not mean that the scope of the present invention is limited to the scope of the examples, and the examples are merely specific application examples of the present invention to aid understanding, and those skilled in the art will be able to understand the scope of the present invention. It should be understood that the same technical idea can be implemented by changing, deleting, or adding configuration.

합성예 1. 폴리티오우레탄(PTU1)의 합성Synthesis Example 1. Synthesis of polythiourethane (PTU1)

2,2'-Thiodiethanethiol을 10g을 100 mL의 DMSO(Dimethyl sulfoxide)에 용해시킨 용액을 제조하였다. 상기 용액을 70 ℃로 유지하면서, dibutyltin dilaurate 5 drop을 투입하고 1.03 당량의 hexamethylene diisocyanate를 천천히 적하시키면서 교반하여 반응을 진행하였다.A solution was prepared by dissolving 10 g of 2,2'-Thiodiethanethiol in 100 mL of DMSO (Dimethyl sulfoxide). While maintaining the solution at 70°C, 5 drops of dibutyltin dilaurate were added, and 1.03 equivalents of hexamethylene diisocyanate was slowly added dropwise while stirring to proceed with the reaction.

hexamethylene diisocyanate를 모두 투입한 이후 4시간동안 교반하면서 반응을 지속하여 폴리티오우레탄을 수득하였다. 수득된 폴리티오우레탄의 중량 분자량은 23,000g/mol 이었다. After adding all of the hexamethylene diisocyanate, the reaction was continued with stirring for 4 hours to obtain polythiourethane. The molecular weight of the obtained polythiourethane was 23,000 g/mol.

합성예 2. Polythiourethane(PTU2)의 합성Synthesis Example 2. Synthesis of Polythiourethane (PTU2)

상기 합성예 1에서 2,2'-Thiodiethanethiol대신에 2,2'-(Ethylenedioxy)diethanethiol을 쓰는 것을 제외하고 합성예 1과 같은 방법으로 합성하여 폴리티오우레탄(PTU2)를 수득하였다. 이때 수득된 폴리티오우레탄의 중량평균분자량은 18,000g/mole 이었다.Polythiourethane (PTU2) was obtained by synthesis in the same manner as in Synthesis Example 1, except that 2,2'-(Ethylenedioxy)diethanethiol was used instead of 2,2'-Thiodiethanethiol in Synthesis Example 1. The weight average molecular weight of the polythiourethane obtained at this time was 18,000 g/mole.

합성예 3. 폴리티오우레탄(PTU3)의 합성Synthesis Example 3. Synthesis of polythiourethane (PTU3)

상기 합성예 1에서 2,2'-Thiodiethanethiol대신에 1,3,4-Thiadiazole-2,5-dithiol를 쓰는 것을 제외하고 합성예 1과 같은 방법으로 합성하여 폴리티오우레탄(PTU3)를 수득하였다. 이때 수득된 폴리티오우레탄의 중량평균 분자량은 35,000g/mole 이었다.Polythiourethane (PTU3) was obtained by synthesizing in the same manner as in Synthesis Example 1, except that 1,3,4-Thiadiazole-2,5-dithiol was used instead of 2,2'-Thiodiethanethiol in Synthesis Example 1. The weight average molecular weight of the polythiourethane obtained at this time was 35,000 g/mole.

합성예 4. 폴리티오우레탄(PTU4)의 합성Synthesis Example 4. Synthesis of polythiourethane (PTU4)

상기 합성예 1에서 diisocyanate를 hexamethylene diisocyanate 대신 isophorone diisocyante를 사용하는 것을 제외하고 합성예 1과 같은 방법으로 폴리티오우레탄을 수득하였다. 이때 수득된 폴리티오우레탄의 중량평균분자량은 20,000g/mole 이었다.Polythiourethane was obtained in the same manner as in Synthesis Example 1, except that isophorone diisocyante was used as diisocyanate instead of hexamethylene diisocyanate. The weight average molecular weight of the polythiourethane obtained at this time was 20,000 g/mole.

합성예 5. 폴리티오우레탄(PTU5)의 합성Synthesis Example 5. Synthesis of polythiourethane (PTU5)

상기 합성예 2에서 hexamethylene diisocyanate 대신에 methylene diphenyl diisocyanate를 사용하는 것을 제외하고 합성예 2와 같은 방법으로 폴리티오우레탄을 수득하였다. 이때 수득된 폴리티오우레탄의 중량평균분자량은 25,000g/mole 이었다.Polythiourethane was obtained in the same manner as in Synthesis Example 2, except that methylene diphenyl diisocyanate was used instead of hexamethylene diisocyanate. The weight average molecular weight of the polythiourethane obtained at this time was 25,000 g/mole.

실시예 1: 고체 전해질 제조 및 코인셀 제작Example 1: Solid electrolyte production and coin cell production

합성예 1에서 제조된 티오우레탄 화합물의 중량을 기준으로 3 중량%의 Pentaerythritol tetrakis(3-mercaptopropionate)를 상기 티오우레탄 화합물과 균일하게 혼합되도록 교반하였다. 이후 리튬염으로 LiTFSI을 각각 폴리티오우레탄/LiTFSI = 50/50의 중량비가 되도록 혼합하고, 용매 DMSO에 고형분이 10%가 되도록 조절하여 고체전해질 조성물을 제조하였다.Based on the weight of the thiourethane compound prepared in Synthesis Example 1, 3% by weight of Pentaerythritol tetrakis (3-mercaptopropionate) was stirred to be uniformly mixed with the thiourethane compound. Afterwards, LiTFSI was mixed with lithium salt at a weight ratio of polythiourethane/LiTFSI = 50/50, and the solid content in the solvent DMSO was adjusted to 10% to prepare a solid electrolyte composition.

제조된 고체 전해질 조성물을 Polystyrene 기재위에 도포하고, 온도 80℃에서 1시간 건조후 진공오븐에서 50℃에서 1시간 건조하여 100㎛ 두께의 고체 전해질 필름을 제조하였다. 이를 Polystyrene 기재에서 박리하고, 2장의 SUS(Steel Use Stainless) 판 사이에 적층한 후 2032 코인셀을 제작하였다. 제작된 코인 셀로 실험예 1, 2와 같이 이온전도도와 전기화학 안정성을 측정하였다.The prepared solid electrolyte composition was applied on a polystyrene substrate, dried at 80°C for 1 hour, and then dried in a vacuum oven at 50°C for 1 hour to prepare a 100㎛ thick solid electrolyte film. This was peeled from the polystyrene substrate and laminated between two SUS (Steel Use Stainless) plates to produce a 2032 coin cell. Ion conductivity and electrochemical stability were measured using the manufactured coin cell as in Experimental Examples 1 and 2.

실시예 2: 고체 전해질 제조 및 코인셀 제작Example 2: Solid electrolyte production and coin cell production

합성예 2에서 제조된 티오우레탄 화합물의 중량을 기준으로 5 중량%의 Trimethylolpropane tris(3-mercaptopropionate)를 티오우레탄 화합물과 균일하게 혼합되도록 교반하였다. 이후 리튬염으로 LiTFSI을 각각 폴리티오우레탄/LiTFSI = 70/30의 중량비가 되도록 혼합하고, 용매 DMSO에 고형분이 10%가 되도록 조절하여 고체전해질 조성물을 제조하였다.Based on the weight of the thiourethane compound prepared in Synthesis Example 2, 5% by weight of Trimethylolpropane tris(3-mercaptopropionate) was stirred to be uniformly mixed with the thiourethane compound. Afterwards, LiTFSI was mixed with lithium salt at a weight ratio of polythiourethane/LiTFSI = 70/30, and the solid content in the solvent DMSO was adjusted to 10% to prepare a solid electrolyte composition.

이후의 고체전해질 필름과 코인셀 제조는 실시예 1과 동일한 방법으로 제작하여 실험예 1, 2와 같이 이온전도도와 전기화학 안정성을 측정하였다.The subsequent solid electrolyte film and coin cell were manufactured in the same manner as in Example 1, and ionic conductivity and electrochemical stability were measured as in Experimental Examples 1 and 2.

실시예 3: 고체 전해질 제조 및 코인셀 제작Example 3: Solid electrolyte production and coin cell production

합성예 3에서 제조된 티오우레탄 화합물의 중량을 기준으로 5 중량%의 Trimethylolpropane tris(3-mercaptopropionate)를 티오우레탄 화합물과 균일하게 혼합되도록 교반하였다. 이후 리튬염으로 LiTFSI을 각각 폴리티오우레탄/LiTFSI = 40/60의 중량비가 되도록 혼합하고, 용매 DMSO에 고형분이 10%가 되도록 조절하여 고체전해질 조성물을 제조하였다. Based on the weight of the thiourethane compound prepared in Synthesis Example 3, 5% by weight of Trimethylolpropane tris(3-mercaptopropionate) was stirred to uniformly mix with the thiourethane compound. Afterwards, LiTFSI was mixed with lithium salt at a weight ratio of polythiourethane/LiTFSI = 40/60, and the solid content in the solvent DMSO was adjusted to 10% to prepare a solid electrolyte composition.

이후의 고체전해질 필름과 코인셀 제조는 실시예 1과 동일한 방법으로 제작하여 실험예 1, 2와 같이 이온전도도와 전기화학 안정성을 측정하였다.The subsequent solid electrolyte film and coin cell were manufactured in the same manner as in Example 1, and ionic conductivity and electrochemical stability were measured as in Experimental Examples 1 and 2.

실시예 4: 고체 전해질 제조 및 코인셀 제작Example 4: Solid electrolyte production and coin cell production

합성예 4에서 제조된 티오우레탄 화합물의 중량을 기준으로 5 중량%의 Trimethylolpropane tris(3-mercaptopropionate)를 티오우레탄 화합물과 균일하게 혼합되도록 교반하였다. 이후 리튬염으로 LiTFSI을 각각 폴리티오우레탄/LiTFSI = 40/60의 중량비가 되도록 혼합하고, 용매 DMSO에 고형분이 10%가 되도록 조절하여 고체전해질 조성물을 제조하였다. Based on the weight of the thiourethane compound prepared in Synthesis Example 4, 5% by weight of Trimethylolpropane tris(3-mercaptopropionate) was stirred so that it was uniformly mixed with the thiourethane compound. Afterwards, LiTFSI was mixed with lithium salt at a weight ratio of polythiourethane/LiTFSI = 40/60, and the solid content in the solvent DMSO was adjusted to 10% to prepare a solid electrolyte composition.

이후의 고체전해질 필름과 코인셀 제조는 실시예 1과 동일한 방법으로 제작하여 실험예 1, 2와 같이 이온전도도와 전기화학 안정성을 측정하였다.The subsequent solid electrolyte film and coin cell were manufactured in the same manner as in Example 1, and ionic conductivity and electrochemical stability were measured as in Experimental Examples 1 and 2.

실시예 5: 고체 전해질 제조 및 코인셀 제작Example 5: Solid electrolyte production and coin cell production

합성예 5에서 제조된 티오우레탄 화합물의 중량을 기준으로 5 중량%의 Trimethylolpropane tris(3-mercaptopropionate)를 티오우레탄 화합물과 균일하게 혼합되도록 교반하였다. 이후 리튬염으로 LiTFSI을 각각 폴리티오우레탄/LiTFSI = 50/50의 중량비가 되도록 혼합하고, 용매 DMSO에 고형분이 10%가 되도록 조절하여 고체전해질 조성물을 제조하였다. Based on the weight of the thiourethane compound prepared in Synthesis Example 5, 5% by weight of Trimethylolpropane tris(3-mercaptopropionate) was stirred to uniformly mix with the thiourethane compound. Afterwards, LiTFSI was mixed with lithium salt at a weight ratio of polythiourethane/LiTFSI = 50/50, and the solid content in the solvent DMSO was adjusted to 10% to prepare a solid electrolyte composition.

이후의 고체전해질 필름과 코인셀 제조는 실시예 1과 동일한 방법으로 제작하여 실험예 1, 2와 같이 이온전도도와 전기화학 안정성을 측정하였다.The subsequent solid electrolyte film and coin cell were manufactured in the same manner as in Example 1, and ionic conductivity and electrochemical stability were measured as in Experimental Examples 1 and 2.

실시예 6: 고체 전해질 제조 및 코인셀 제작Example 6: Solid electrolyte production and coin cell production

합성예 2 에서 합성된 티오우레탄 화합물의 중량을 기준으로 5 중량%의 Trimethylolpropane tris(3-mercaptopropionate)를 상기 티오우레탄 화합물과 균일하게 혼합되도록 교반하였다. 이후 리튬염으로 LiTFSI을 사용하고, 가소제로서 Succinonitrile을 각각 폴리티오우레탄/LiTFSI/Succinonitrile = 40/30/30의 중량비가 되도록 혼합하고, 용매 DMSO에 고형분이 10%가 되도록 조절하여 고체전해질 조성물을 제조하였다. Based on the weight of the thiourethane compound synthesized in Synthesis Example 2, 5% by weight of Trimethylolpropane tris(3-mercaptopropionate) was stirred to uniformly mix with the thiourethane compound. Afterwards, LiTFSI was used as a lithium salt and Succinonitrile as a plasticizer was mixed to a weight ratio of polythiourethane/LiTFSI/Succinonitrile = 40/30/30, and the solid content in the solvent DMSO was adjusted to 10% to prepare a solid electrolyte composition. did.

이후의 고체전해질 필름과 코인셀 제조는 실시예 1과 동일한 방법으로 제작하여 실험예 1, 2와 같이 이온전도도와 전기화학 안정성을 측정하였다.The subsequent solid electrolyte film and coin cell were manufactured in the same manner as in Example 1, and ionic conductivity and electrochemical stability were measured as in Experimental Examples 1 and 2.

실시예 7: 고체 전해질 제조 및 코인셀 제작Example 7: Solid electrolyte production and coin cell production

합성예 2, 합성예 3에서 합성된 티오우레탄을 각각 동일 중량비로 혼합되도록 교반하였다. 혼합된 티오우레탄의 전체 중량에 대하여 5 중량%의 Trimethylolpropane tris(3-mercaptopropionate)를 투입하고 이를 혼합되도록 교반하였다. 이후 리튬염으로 LiTFSI을 각각 폴리티오우레탄/LiTFSI = 70/30의 중량비가 되도록 혼합하고, 용매 DMSO에 고형분이 10%가 되도록 조절하여 고체전해질 조성물을 제조하였다. The thiourethane synthesized in Synthesis Example 2 and Synthesis Example 3 were stirred so that they were mixed at the same weight ratio. 5% by weight of Trimethylolpropane tris(3-mercaptopropionate) was added based on the total weight of the mixed thiourethane and stirred to mix. Afterwards, LiTFSI was mixed with lithium salt at a weight ratio of polythiourethane/LiTFSI = 70/30, and the solid content in the solvent DMSO was adjusted to 10% to prepare a solid electrolyte composition.

이후의 고체전해질 필름과 코인셀 제조는 실시예 1과 동일한 방법으로 제작하여 실험예 1, 2와 같이 이온전도도와 전기화학 안정성을 측정하였다.The subsequent solid electrolyte film and coin cell were manufactured in the same manner as in Example 1, and ionic conductivity and electrochemical stability were measured as in Experimental Examples 1 and 2.

비교예 1: 리튬 이차전지의 제조Comparative Example 1: Manufacturing of lithium secondary battery

2 관능기를 가지는 단량체 Poly(ethylene glycol) diacrylate(PEGDA, Mw: 700), 가교제로 Trimethylolpropane ethoxylate triacrylate(ETPTA), 리튬염으로 LiTFSI, 가소제로 Succinonitrile(SN)을 사용하고, 이들을 PEGDA/ETPTA/LiTFSi/SN = 50/10/30/10의 중량비로 혼합한 것을 제외하고는, 실시예 1과 같은 방법으로 코인 셀을 제작하였다.The monomer Poly(ethylene glycol) diacrylate (PEGDA, Mw: 700) with two functional groups, Trimethylolpropane ethoxylate triacrylate (ETPTA) as a crosslinker, LiTFSI as a lithium salt, and Succinonitrile (SN) as a plasticizer are used, and these are used as PEGDA/ETPTA/LiTFSi/ A coin cell was manufactured in the same manner as Example 1, except that it was mixed at a weight ratio of SN = 50/10/30/10.

비교예 2 : 리튬 이차전지 제조Comparative Example 2: Manufacturing of lithium secondary battery

이온전도성 고분자로 폴리에틸렌옥사이드(polyethylene oxide, PEO, Mw: 10,000)와 리튬염으로 LiTFSI, 가소제로 Succinonitrile(SN)를 사용하고 각각의 함량을 PEO/LiTFSI/SN = 20/30/50의 중량비로 혼합하여 용제 THF에 용해 및 혼합하여 이를 유리판에 캐스팅하였다. 이를 온도 50℃하에서 용제를 휘발시켜 고체 전해질막을 제조하였다. 이를 실시예 1과 같은 방법으로 하여 이온전도도 측정용 코인 셀과 전기화학적 안정성 측정용 코인 셀을 제작하였다.Polyethylene oxide (PEO, Mw: 10,000) is used as an ion conductive polymer, LiTFSI is used as a lithium salt, and Succinonitrile (SN) is used as a plasticizer, and the respective contents are mixed at a weight ratio of PEO/LiTFSI/SN = 20/30/50. It was dissolved and mixed in the solvent THF and casted on a glass plate. A solid electrolyte membrane was prepared by volatilizing the solvent at a temperature of 50°C. A coin cell for measuring ionic conductivity and a coin cell for measuring electrochemical stability were manufactured in the same manner as in Example 1.

실험예 1: 이온전도도 측정Experimental Example 1: Measurement of ion conductivity

고체 전해질의 이온전도도는 임피던스를 측정한 뒤 하기 수학식 1을 이용하여 구할 수 있다. 실시예 및 비교예에 따라 제조된 이온전도도 측정용 코인 셀을 기판에 접촉시킨 후 샘플의 양면의 전극을 통하여 교류전압을 인가하였다. 이때, 인가되는 조건으로 측정 주파수 1.0 MHz~0.1Hz의 진폭 범위로 설정하고, BioLogic社의 VMP3를 이용하여 임피던스를 측정하였다. 측정된 임피던스 궤적의 반원이나 직선이 실수측과 만나는 교점으로부터 벌크 전해질의 저항을 구하고 샘플의 넓이와 두께로부터 고체 전해질 막의 이온전도도를 계산하였다.The ionic conductivity of the solid electrolyte can be obtained by measuring the impedance and using Equation 1 below. The coin cell for measuring ionic conductivity manufactured according to Examples and Comparative Examples was brought into contact with the substrate, and then an alternating current voltage was applied through electrodes on both sides of the sample. At this time, the measurement frequency was set to an amplitude range of 1.0 MHz to 0.1 Hz as the applied condition, and the impedance was measured using VMP3 from BioLogic. The resistance of the bulk electrolyte was calculated from the intersection where the semicircle or straight line of the measured impedance trace meets the real side, and the ionic conductivity of the solid electrolyte membrane was calculated from the area and thickness of the sample.

[수학식 1][Equation 1]

. .

σ: 이온전도도(S/㎝)σ: Ion conductivity (S/cm)

R: 임피던스 궤적과 실수축과의 교점R: Intersection between the impedance trace and the real axis

A: 고체 고분자 전해질막의 넓이A: Area of solid polymer electrolyte membrane

t: 고체 고분자 전해질막의 두께t: Thickness of solid polymer electrolyte membrane

실험예 2: 전기화학적 안정성 측정Experimental Example 2: Electrochemical stability measurement

전기화학적 안정성 측정은 SUS를 측정전극으로 하고 리튬 금속을 대전극으로 하여 이들 전극 사이에 제조된 전해질 막을 삽입하여 코인셀을 제조하고, 5mV/s의 스캔율로 하여 6V까지 선형주사 전압전류법 (Linear Sweep Voltammetry, LSV)을 통하여 전기화학적 측정을 하였다.To measure electrochemical stability, a coin cell was manufactured by using SUS as the measuring electrode and lithium metal as the counter electrode, inserting the manufactured electrolyte membrane between these electrodes, and linear scanning voltammetry up to 6V at a scan rate of 5mV/s ( Electrochemical measurements were made through Linear Sweep Voltammetry (LSV).

상기 실시예와 비교예의 이온전도도와 전기화학적 안정성을 표 1 및 표 2에 정리하였다.The ionic conductivity and electrochemical stability of the examples and comparative examples are summarized in Tables 1 and 2.

혼합비(중량%)Mixing ratio (% by weight) 이온전도도
(mS/㎝)
Ion conductivity
(mS/cm)
전기화학적
안정성 (v)
electrochemical
stability (v)
폴리티오우레탄polythiourethane 리튬염
(함량)
lithium salt
(content)

가소제

plasticizer
종류type 함량content 실시예 1Example 1 PTU1PTU1 50wt%50wt% 50wt%50wt% -- 0.30.3 4.54.5 실시예 2Example 2 PTU2PTU2 70wt%70wt% 30wt%30wt% -- 0.40.4 4.64.6 실시예 3Example 3 PTU3PTU3 40wt%40wt% 60wt%60wt% -- 0.10.1 4.64.6 실시예 4Example 4 PTU4PTU4 40wt%40wt% 60wt%60wt% -- 0.30.3 4.74.7 실시예 5Example 5 PTU5PTU5 50wt%50wt% 50wt%50wt% -- 0.40.4 4.64.6 실시예 6Example 6 PTU2PTU2 40wt%40wt% 30wt%30wt% 30wt%30wt% 0.60.6 4.34.3 실시예 7Example 7 PTU2/PTU3PTU2/PTU3 70wt%70wt% 30wt%30wt% 0.40.4 4.54.5

혼합비(중량%)Mixing ratio (% by weight) 이온전도도
(mS/㎝)
Ion conductivity
(mS/cm)
전기화학적
안정성 (v)
electrochemical
stability (v)
이온전도성 물질Ion conductive material 가교제crosslinking agent 리튬염lithium salt 가소제plasticizer 비교예 1Comparative Example 1 PEGDA 50 wt%PEGDA 50 wt% ETPTA 10wt%ETPTA 10wt% LiTFSI 30wt%LiTFSI 30wt% SN 10wt%SN 10wt% 0.040.04 4.24.2 비교예 2Comparative Example 2 PEO 20wt%PEO 20wt% -- LiTFSI 30wt%LiTFSI 30wt% SN 50wtTSN 50wtT 0.020.02 4.24.2

[표 1]에서 나타난 바와 같이 폴리티오우레탄 기반의 고체전해질의 경우 1 X 10-4 S/㎝이상의 이온전도도를 나타나는 것을 알 수 있다. 티오우레탄기의 수소결합력으로 인해 리튬염의 음이온과 강한 결합을 함으로써 리튬이온이 Free ion 상태로 존재하기 용이하여 높은 이온전도도를 보이는 것으로 판단된다. 또한 가교구조체를 형성시켜 보다 높은 전기화학적 안정성을 가지는 것으로 알 수 있다.As shown in [Table 1], it can be seen that the polythiourethane-based solid electrolyte exhibits an ionic conductivity of 1 x 10 -4 S/cm or more. Due to the hydrogen bonding power of the thiourethane group, it is believed to have a strong bond with the anion of the lithium salt, making it easy for lithium ions to exist in a free ion state, showing high ionic conductivity. In addition, it can be seen that it has higher electrochemical stability by forming a cross-linked structure.

반면, [표 2]의 비교예 1 및 2의 경우는 ethylene oxide기의 강한 결정성으로 인해 segmental motion이 방해를 받고 리튬염이 해리가 용이한 화학적 특성기가 없는 구조로서 리튬이온의 이동이 용이하지 않아 낮은 이온전도도를 보이는 것으로 판단된다.On the other hand, in the case of Comparative Examples 1 and 2 in [Table 2], segmental motion is hindered due to the strong crystallinity of the ethylene oxide group, and the lithium salt has a structure without a chemical characteristic group that facilitates dissociation, making it difficult for lithium ions to move. Therefore, it is judged to have low ionic conductivity.

상기 결과를 고려하면, 본 발명에 따른 티오우레탄 화합물과 가교제를 포함하는 고체 전해질 조성물로 형성한 고체 전해질은 종래 사용되던 PEO 중합체를 사용한 비교예에 비해 매우 우수한 이온 전도도를 가지는 것을 확인할 수 있다. 전기화학적 안정성 또한 종래의 고체 전해질 보다 높게 나타나는 것을 확인할 수 있다.Considering the above results, it can be confirmed that the solid electrolyte formed from the solid electrolyte composition containing a thiourethane compound and a cross-linking agent according to the present invention has very excellent ionic conductivity compared to the comparative example using a conventionally used PEO polymer. It can be seen that electrochemical stability is also higher than that of conventional solid electrolytes.

이상에서 본 발명의 실시 형태에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니며, 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 한다. 따라서, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이며, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다고 할 것이다.Although the embodiments of the present invention have been described in detail above, the present invention is not limited by the above-described embodiments and the attached drawings, but is intended to be limited by the appended claims. Accordingly, various forms of substitution, modification, and change may be made by those skilled in the art without departing from the technical spirit of the present invention as set forth in the claims, and this also falls within the scope of the present invention. something to do.

Claims (15)

하기 화학식 1로 표시되는 티오우레탄 화합물;
리튬염; 및
티올기를 2개 이상 포함하는 가교제;를 포함하는 고체 전해질 조성물:
[화학식 1]

상기 화학식 1에서 X는 치환 또는 비치환된 C1-C12의 알킬렌기 및 치환 또는 비치환된 C3-C16의 시클로알킬렌기 중 하나이고, A는 치환 또는 비치환된 C1-C12의 알킬렌기, 치환 또는 비치환된 C3-C16의 시클로알킬렌기 및 치환 또는 비치환된 C6-C16의 아릴렌기 중 하나이며, n은 10 내지 1000 범위 내의 자연수이다.
A thiourethane compound represented by the following formula (1);
lithium salt; and
A solid electrolyte composition comprising a crosslinking agent containing two or more thiol groups:
[Formula 1]

In Formula 1 , It is one of an alkylene group, a substituted or unsubstituted C 3 -C 16 cycloalkylene group, and a substituted or unsubstituted C 6 -C 16 arylene group, and n is a natural number in the range of 10 to 1000.
제1항에 있어서,
상기 X는 , , 로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상인 고체 전해질 조성물.
According to paragraph 1,
The X above is , , and At least one solid electrolyte composition selected from the group consisting of.
제1항에 있어서,
상기 A는 , , , , 로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상인 고체 전해질 조성물.
According to paragraph 1,
The above A is , , , , and At least one solid electrolyte composition selected from the group consisting of.
제1항에 있어서,
상기 가교제는 , , , , , 로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 고체 전해질 조성물.
According to paragraph 1,
The cross-linking agent is , , , , , and A solid electrolyte composition comprising at least one selected from the group consisting of.
제1항에 있어서,
상기 가교제는 티오 우레탄 화합물의 함량을 기준으로 1 중량% 내지 30 중량%의 범위 내로 포함되는 고체 전해질 조성물.
According to paragraph 1,
The solid electrolyte composition wherein the crosslinking agent is contained in the range of 1% to 30% by weight based on the content of the thiourethane compound.
제1항에 있어서,
상기 리튬염은 전체 조성물을 기준으로 10 중량% 내지 70 중량%의 범위 내로 포함되는 고체 전해질 조성물.
According to paragraph 1,
A solid electrolyte composition wherein the lithium salt is contained within the range of 10% by weight to 70% by weight based on the total composition.
제1항에 있어서,
가소제를 추가로 포함하는 고체 전해질 조성물.
According to paragraph 1,
A solid electrolyte composition further comprising a plasticizer.
제1항에 있어서,
하기 화학식 2로 표시되는 티오우레탄 화합물을 추가로 포함하고,
하기 화학식 2의 X'이 화학식 1의 X와 상이하거나, 하기 화학식 2의 A'이 화학식 1의 A와 상이하거나, 또는 하기 화학식 2의 X'이 화학식 1의 X와 상이하고 동시에 하기 화학식 2의 A'이 화학식 1의 A와 상이한 것인 고체 전해질 조성물:
[화학식 2]

상기 화학식 2에서 X'은 치환 또는 비치환된 C1-C12의 알킬렌기 및 치환 또는 비치환된 C3-C16의 시클로알킬렌기 중 하나이고, A'는 치환 또는 비치환된 C1-C12의 알킬렌기, 치환 또는 비치환된 C3-C16의 시클로알킬렌기 및 치환 또는 비치환된 C6-C16의 아릴렌기 중 하나이며 m은 10 내지 1000의 범위 내의 자연수이다.
According to paragraph 1,
It further includes a thiourethane compound represented by the following formula (2),
X' in Formula 2 below is different from X in Formula 1, A' in Formula 2 below is different from A in Formula 1, or X' in Formula 2 below is different from A solid electrolyte composition wherein A' is different from A of Formula 1:
[Formula 2]

In Formula 2 , It is one of a C 12 alkylene group, a substituted or unsubstituted C 3 -C 16 cycloalkylene group, and a substituted or unsubstituted C 6 -C 16 arylene group, and m is a natural number in the range of 10 to 1000.
제8항에 있어서,
상기 X'은 , , 로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상인 고체 전해질 조성물.
According to clause 8,
The X' is , , and At least one solid electrolyte composition selected from the group consisting of.
제8항에 있어서,
상기 A'은 , , , , 로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상인 고체 전해질 조성물.
According to clause 8,
The A' is , , , , and At least one solid electrolyte composition selected from the group consisting of.
제8항에 있어서,
상기 화학식 2로 표시되는 화합물은 전체 조성물에 대하여 1 중량% 이상 내지 50 중량% 이하의 범위 내로 포함되는 고체 전해질 조성물.
According to clause 8,
A solid electrolyte composition containing the compound represented by Formula 2 in an amount of 1% by weight or more and 50% by weight or less based on the total composition.
제1항의 고체 전해질 조성물로부터 유래한 단위를 포함하는 고체 전해질.
A solid electrolyte comprising a unit derived from the solid electrolyte composition of claim 1.
제12항에 있어서,
상기 제1항의 고체 전해질 조성물로부터 유래한 단위는 티오우레탄 화합물 및 티올기를 2개 이상 포함하는 가교제의 가교 결합을 포함하는 고체 전해질.
According to clause 12,
The unit derived from the solid electrolyte composition of claim 1 is a solid electrolyte comprising a crosslinking of a thiourethane compound and a crosslinking agent containing two or more thiol groups.
제13항에 있어서,
상기 가교 결합은 동적 가교 결합인 고체 전해질.
According to clause 13,
The solid electrolyte wherein the crosslinking is dynamic crosslinking.
제12항 내지 제14항 중 어느 한 항에 따른 고체 전해질, 양극 및 음극을 포함하는 리튬 이차전지.
A lithium secondary battery comprising a solid electrolyte, a positive electrode, and a negative electrode according to any one of claims 12 to 14.
KR1020220171562A 2022-12-09 Solid electrolyte composition, solid electrolyte formed from the composition and lithium secondary battery including the same electrolyte KR20240086226A (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20240086226A true KR20240086226A (en) 2024-06-18

Family

ID=

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101202863B1 (en) Negative electrode for battery and lithium ion battery using the same
EP1849206B1 (en) Lithium secondary battery of electrolyte containing ammonium compounds
CN110574209B (en) Polymer electrolyte for secondary battery and lithium secondary battery including the same
KR20160134563A (en) Lithium metal battery
EP3712999B1 (en) Electrolyte for lithium secondary battery and lithium secondary battery including same
EP3200260A1 (en) Polymer electrolyte for lithium secondary battery and lithium secondary battery comprising the same
CN111403809A (en) Additive for lithium secondary battery, electrolyte and lithium secondary battery comprising same
KR101312265B1 (en) Cathod slurry composition, cathode prepared from the slurry, and lithium battery comprising the cathode
KR20230006876A (en) Advanced solid electrolyte membrane and batteries made therefrom
KR20160040871A (en) Electrode Having Alternatively-arranged Electrode Material Part and Irreversible Part and Secondary Battery Comprising the Same
JP6827568B2 (en) Polymer electrolyte for secondary batteries and lithium secondary batteries containing them
KR20220009899A (en) Composition for solid polymer electrolyte, solid polymer electrolyte formed therefrom and lithium secondary battery comprising the same electrolyte
KR102597591B1 (en) Polymer solid electrolyte with excellent high voltage stability and its manufacturing method
KR20180048349A (en) Polymer electrolyte for secondary battery and secondary battery comprising the same
CN112823443B (en) Composition for polymer electrolyte and lithium secondary battery including polymer electrolyte prepared from the same
KR20240086226A (en) Solid electrolyte composition, solid electrolyte formed from the composition and lithium secondary battery including the same electrolyte
KR102665811B1 (en) Composition for solid polymer electrolyte, solid polymer electrolyte formed therefrom and lithium secondary battery comprising the same electrolyte
KR20170120897A (en) Organic electrolytic solution and Lithium battery comprising organic electrolyte solution
KR20220099918A (en) Solid polymer electrolyte composition, solid electrolyte formed from the same composition and lithium secondary battery including the same electrolyte
KR20230102523A (en) Ion-conductive pi-conjugated polymer, solid polymer electrolyte composition, solid polymer electrolyte formed from the composition and lithium secondary battery including the same electrolyte
KR20220080710A (en) Compound for solid polymer electrolyte, composition including the same, solid polymer electrolyte formed therefrom and lithium secondary battery comprising the same electrolyte
KR20220092379A (en) Monomer compound for solid polymer electrolyte, electrolyte composition including the same compound, solid polymer electrolyte formed from the same composition, and lithium secondary battery compsiring the same electrolyte
KR20240047917A (en) Solid electrolyte composition, solid electrolyte formed from the composition and lithium secondary battery including the same electrolyte
KR20220150215A (en) Ion-conductive material, solid polymer electrolyte composition including polymer compound formed therefrom, and solid polymer electrolyte formed from the same composition
KR20200076230A (en) Electrolyte for lithium secondary battery and lithium secondary battery comprising the same