KR101502926B1 - Polymer electrolyte for lithium secondary battery, and lithium secondary battery comprising same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 리튬 이차 전지용 고분자 전해질, 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지에 관한 것으로서, 상기 전해질은 이온성 액체, 고분자 형성 화합물, 리튬염, 및 비수성 유기 전해액을 포함한다.The present invention relates to a polymer electrolyte for a lithium secondary battery, and a lithium secondary battery comprising the same, wherein the electrolyte comprises an ionic liquid, a polymer forming compound, a lithium salt, and a non-aqueous organic electrolyte solution.
상기 리튬 이차 전지용 고분자 전해질은 이온성 액체를 함유하기 때문에 고온 안전성이 크게 향상되었으며, 이온성 액체 및 고분자 형성 화합물의 조성을 최적화하여 보액성, 및 안전성이 우수한 리튬 이차 전지용 고분자 전해질을 제공한다.The polymer electrolyte for a lithium secondary battery has an improved ionic liquid and thus has a high safety at a high temperature. The composition of the ionic liquid and the polymer forming compound is optimized to provide a polymer electrolyte for a lithium secondary battery excellent in liquid retention and safety.
리튬이차전지, 전해질, 이온성액체, 고분자형성화합물, 리튬염, 비수성유기전해액 Lithium secondary batteries, electrolytes, ionic liquids, polymer forming compounds, lithium salts, non-aqueous organic electrolytes
Description
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 이차 전지의 절개 사시도.1 is an exploded perspective view of a lithium secondary battery according to an embodiment of the present invention;
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>Description of the Related Art
100 : 리튬 이차 전지 113 : 음극100: lithium secondary battery 113: cathode
112 : 양극 114 : 세퍼레이터112: anode 114: separator
110 : 전극군 120 : 케이스110: electrode group 120: case
140 : 캡 조립체140: cap assembly
[산업상 이용 분야][Industrial Applications]
본 발명은 리튬 이차 전지용 고분자 전해질, 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 우수한 안전성과 이온 전도도를 동시에 확보하고 있는 리튬 이차 전지용 고분자 전해질, 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지에 관한 것이다.The present invention relates to a polymer electrolyte for a lithium secondary battery and a lithium secondary battery comprising the same, and more particularly, to a polymer electrolyte for a lithium secondary battery securing excellent safety and ionic conductivity at the same time, and a lithium secondary battery comprising the polymer electrolyte .
[종래 기술]BACKGROUND ART [0002]
최근 첨단 전자산업의 발달로 전자장비의 소량화 및 경량화가 가능하게 됨에 따라 휴대용 전자 기기의 사용이 증대되고 있다. 이러한 휴대용 전자 기기의 전원으로 높은 에너지 밀도를 가진 전지의 필요성이 증대되어 리튬 이차 전지의 연구가 활발하게 진행되고 있다. 리튬 이차 전지의 양극 활물질로는 리튬-전이금속 산화물이 사용되고 음극 활물질로는 탄소(결정질 또는 비정질) 또는 탄소 복합체가 사용되고 있다. Recently, with the development of advanced electronic industry, it has become possible to reduce the size and weight of electronic equipment, and the use of portable electronic devices is increasing. The need for a battery having a high energy density as a power source for such portable electronic devices has been increased, and research on lithium secondary batteries has been actively conducted. Lithium-transition metal oxides are used as the cathode active material of the lithium secondary battery, and carbon (crystalline or amorphous) or carbon composite material is used as the anode active material.
액체 전해질을 이용한 리튬 이차 전지는 전해질을 구성하는 유기 전해질로서 저온 성능을 강화시키기 위해 비점이 낮은 유기 전해질을 사용하고 있는데, 이 경우 저비점 유기 전해질에 의하여 고온의 방치 조건에서 각형 전지나 파우치가 부푸는 스웰링 현상이 발생한다. 이로 인하여 고온에서의 전지의 신뢰성 및 안전성이 저하되는 문제점이 있다. A lithium secondary battery using a liquid electrolyte uses an organic electrolyte having a low boiling point as an organic electrolyte constituting an electrolyte. In this case, a low-boiling organic electrolyte is used as a positive electrode, Ring phenomenon occurs. There is a problem that the reliability and safety of the battery at a high temperature is deteriorated.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 고분자 고체 전해질을 이용하는 방법이 제안되었으나 낮은 이온 전도도에 의해 현재는 그 중간 정도의 특성을 가지는 겔 고분자 전해질이 이용되고 있다. 그 결과, 안전성뿐만 아니라 박형화 및 형상 자유도를 향상시킨 전지가 탄생하게 되었다. 그러나 액체 전해질에 비하여 이온 전도성이 떨어지고 액체를 사용하는 이상, 완전한 신뢰를 얻지 못하고 있다.In order to solve these problems, a method using a polymer solid electrolyte has been proposed. However, a gel polymer electrolyte having a moderate characteristic at present due to its low ion conductivity has been used. As a result, a battery having improved not only safety but also a reduced thickness and degree of freedom of shape has been born. However, ion conductivity is lower than that of a liquid electrolyte, and a liquid is used, so that a complete trust is not obtained.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명의 목적은 액체 전해질에 이온성 액체를 상당량 도입하여 전해질 자체의 안전성을 향상시키고, 이온성 액체 및 고분자 형성 화합물의 조성을 최적화하여 보액성 및 안전성이 우수한 리튬 이차 전지용 고분자 전해질을 제공하는 것이다. In order to solve the above problems, it is an object of the present invention to improve the safety of an electrolyte itself by introducing a considerable amount of an ionic liquid into a liquid electrolyte, optimize the composition of an ionic liquid and a polymer forming compound, And to provide a polymer electrolyte for a secondary battery.
본 발명의 다른 목적은 상기 고분자 전해질을 포함하는 리튬 이차 전지를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a lithium secondary battery comprising the polymer electrolyte.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따르면 이온성 액체; 고분자 형성 화합물; 리튬염; 및 비수성 유기 전해액을 포함하는 리튬 이차 전지용 고분자 전해질을 제공한다.According to an aspect of the present invention, there is provided an ionic liquid including: an ionic liquid; Polymer forming compounds; Lithium salts; And a non-aqueous organic electrolytic solution. The present invention also provides a polymer electrolyte for a lithium secondary battery.
상기 이온성 액체는 양이온과 음이온 간의 조합으로 형성되며, 상기 양이온은 헤테로 고리 화합물의 양이온인 것이 바람직하다.It is preferable that the ionic liquid is formed by a combination of a cation and an anion, and the cation is a cation of a heterocyclic compound.
상기 헤테로 고리 화합물의 헤테로 원자는 N, O, S, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나인 것이 바람직하다.The hetero atom of the heterocyclic compound is preferably at least one selected from the group consisting of N, O, S, and combinations thereof.
상기 헤테로 고리 화합물의 헤테로 원자의 수는 1 내지 4개인 것이 바람직하다.The number of heteroatoms in the heterocyclic compound is preferably 1 to 4.
상기 헤테로 고리 화합물의 양이온은 피리디늄(pyridinium), 피리다지늄(pyridazinium), 피리미디늄(pyrimidinium), 피라지늄(pyrazinium), 피라졸륨(pyrazolium), 티아졸륨(thiazolium), 옥사졸륨(oxazolium), 트리아졸륨(triazolium), 피롤리듐(pyrolidium), 피레리듐(piperidium), 포스포늄(phosphonium), 보레이트(borate), 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 화합물의 양이온인 것이 바람직하다.The cation of the heterocyclic compound may be at least one selected from the group consisting of pyridinium, pyridazinium, pyrimidinium, pyrazinium, pyrazolium, thiazolium, oxazolium, It is preferably a cation of a compound selected from the group consisting of triazolium, pyrolidium, piperidium, phosphonium, borate, and combinations thereof.
상기 이온성 액체는 양이온과 음이온 간의 조합으로 형성되며, 상기 음이온은 비스(퍼플루오로에틸설포닐)이미드, 비스(트리플루오로메틸설포닐)이미드, 트리스(트리플루오로메틸설포닐메타이드), 트리플루오로메탄설폰이미드, 트리플루오로메틸설폰이미드, 트리플루오로메틸설포네이트, 트리스(펜타플루오로에틸)트리플루오로 포스페이트, 비스(트리플루오로메틸설포닐)이미드, 테트라플루오로보레이트, 헥사플루오로포스페이트, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 화합물의 음이온인 것이 바람직하다.The ionic liquid is formed by a combination of a cation and an anion, and the anion is selected from the group consisting of bis (perfluoroethylsulfonyl) imide, bis (trifluoromethylsulfonyl) imide, tris (Trifluoromethylsulfonyl) imide, trifluoromethylsulfonylimide, trifluoromethylsulfonate, tris (pentafluoroethyl) trifluorophosphate, bis (trifluoromethylsulfonyl) imide, Tetrafluoroborate, tetrafluoroborate, hexafluorophosphate, and a combination thereof.
상기 이온성 액체는 양이온과 음이온 간의 조합으로 형성되며, 상기 음이온은 AsF6 -, ClO4 -, PF6 -, BF4 -, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 음이온인 것이 바람직하다.The ionic liquid is formed by a combination of a cation and an anion, and the anion is preferably an anion selected from the group consisting of AsF 6 - , ClO 4 - , PF 6 - , BF 4 - , and combinations thereof.
상기 이온성 액체는 고분자 전해질 전체 중량에 대하여 5 내지 50 중량%인 것이 바람직하고, 5 내지 30 중량%인 것이 더욱 바람직하다.The ionic liquid is preferably 5 to 50% by weight, more preferably 5 to 30% by weight based on the total weight of the polymer electrolyte.
상기 고분자 형성 화합물은 메타크릴레이트기를 포함하는 모노머인 것이 바람직하다.The polymer forming compound is preferably a monomer containing a methacrylate group.
상기 메타크릴레이트기를 포함하는 모노머는 폴리에틸렌글리콜디메타크릴레이트, (메타)아크릴산 에스테르로 치환된 폴리(에스테르)(메타)아크릴레이트, (메타)아크릴산 에스테르, 라디칼 반응성이 없는 그룹으로 치환된 폴리(에스테르)(메타)아크릴레이트, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 것이 바람직하다.The methacrylate group-containing monomer may be selected from the group consisting of polyethylene glycol dimethacrylate, poly (ester) (meth) acrylates substituted with (meth) acrylic acid esters, (meth) acrylic acid esters, poly Ester) (meth) acrylate, and combinations thereof.
상기 라디칼 반응성이 없는 그룹은 탄소수 1 내지 20의 지방족 탄화 수소기, 탄소수 5 내지 20의 방향족 탄화수소기, 탄소수 1 내지 20의 에테르기, 탄소수 1 내지 20의 에스테르기, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 치환기인 것이 바람직하다.The group having no radical-labile group is selected from the group consisting of an aliphatic hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms, an aromatic hydrocarbon group having 5 to 20 carbon atoms, an ether group having 1 to 20 carbon atoms, an ester group having 1 to 20 carbon atoms, It is preferably a substituent selected.
상기 라디칼 반응성이 없는 그룹은 -OC(=O)(CH2)3CH3, -OC(=O)Ar(여기서, Ar은 비치환된 또는 치환된 방향족 탄화수소기), -OC(=O)(CH2)nO(CH2)nCH3(n은 1 내지 20의 정수임), -O(C=O)(CH2)nOC(=O)(CH2)nCH3(n은 1 내지 20의 정수임), -O(C=O)CH=CH2, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 치환기인 것이 바람직하다.(= O) (CH 2 ) 3 CH 3 , -OC (= O) Ar wherein Ar is an unsubstituted or substituted aromatic hydrocarbon group, -OC (= O) (CH 2) n O (CH 2) n CH 3 (n is an integer of 1 to 20), -O (C = O ) (CH 2) n OC (= O) (CH 2) n CH 3 (n is (C = O) CH = CH 2 , and combinations thereof.
상기 (메타)아크릴산 에스테르가 -OC(=O)(CH2)nOC(=O)CH=CH2, -OC(=O)(CH2)nOC(=O)C(CH3)=CH2(n은 1 내지 20의 정수임), 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 치환기인 것이 바람직하다.The (meth) acrylic acid ester is -OC (= O) (CH 2 ) n OC (= O) CH = CH 2, -OC (= O) (CH 2) n OC (= O) C (CH 3) = CH 2 (n is an integer of 1 to 20), and a combination thereof.
상기 메타크릴레이트 포함하는 모노머는 모노머 말단에 탄소-탄소 이중 결합을 1개 이상 갖는 화합물인 것이 바람직하다.The methacrylate-containing monomer is preferably a compound having at least one carbon-carbon double bond at the end of the monomer.
상기 메타크릴레이트를 포함하는 모노머는 다관능성 아크릴레이트, 폴리(에틸렌글리콜) 디메타크릴레이트, 폴리(에틸렌글리콜) 디아크릴레이트, 폴리(에틸렌글리콜) 디비닐에테르, 에틸렌글리콜 디메타크릴레이트, 에틸렌글리콜 디아크릴레이트, 에틸렌글리콜 디비닐에테르, 헥산디올 디아크릴레이트, 트리프로필렌글리콜 디아크릴레이트, 테트라에틸렌글리콜 모노아크릴레이트, 카프로락톤 아크릴레이트, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 것이 바람직하다.The methacrylate-containing monomer may be selected from the group consisting of polyfunctional acrylates, poly (ethylene glycol) dimethacrylate, poly (ethylene glycol) diacrylate, poly (ethylene glycol) divinyl ether, ethylene glycol dimethacrylate, ethylene It is preferably selected from the group consisting of glycol diacrylate, ethylene glycol divinyl ether, hexanediol diacrylate, tripropylene glycol diacrylate, tetraethylene glycol monoacrylate, caprolactone acrylate, and combinations thereof.
상기 메타크릴레이트를 포함하는 모노머는 하기 화학식 1, 화학식 2, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 것이 바람직하다.The methacrylate-containing monomer is preferably selected from the group consisting of the following general formulas (1), (2), and combinations thereof.
[화학식 1][Chemical Formula 1]
[화학식 2](2)
(상기 화학식 1 및 2에서, R1은 H 또는 탄소수 1 내지 6의 알킬기이고, n은 1 내지 100,000의 정수이고, R2는 H 또는 탄소수 1 내지 6 의 알킬기임)(Wherein R 1 is H or an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, n is an integer of 1 to 100,000, and R 2 is H or an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms)
상기 메타크릴산 에스테르와 라디칼 반응성이 없는 그룹의 몰비는 1 : 0.01 내지 1 : 100인 것이 바람직하다.The molar ratio of the methacrylic acid ester to the group having no radical reactivity is preferably from 1: 0.01 to 1: 100.
상기 고분자 형성 화합물은 고분자 전해질 전체 중량에 대하여 1 내지 30 중량%인 것이 바람직하고, 5 내지 10 중량%인 것이 더욱 바람직하다.The polymer forming compound is preferably 1 to 30% by weight, more preferably 5 to 10% by weight based on the total weight of the polymer electrolyte.
상기 리튬염은 LiPF6, LiBF4, LiSbF6, LiAsF6, LiClO4, LiCF3SO3, Li(CF3SO2)2N, LiC4F9SO3, LiSbF6, LiAlO4, LiAlCl4, LiN(CxF2x+1SO2)(CyF2y+1SO2)(여기서, x 및 y는 1 내지 30의 자연수임), LiCl, LiI, LiBOB, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 것이 바람직하다.Wherein the lithium salt is selected from the group consisting of LiPF 6 , LiBF 4 , LiSbF 6 , LiAsF 6 , LiClO 4 , LiCF 3 SO 3 , Li (CF 3 SO 2 ) 2 N, LiC 4 F 9 SO 3 , LiSbF 6 , LiAlO 4 , LiAlCl 4 , A group consisting of LiCl (C x F 2x + 1 SO 2 ) (C y F 2y + 1 SO 2 ) wherein x and y are natural numbers of 1 to 30, LiCl, LiI, LiBOB, Is preferably selected.
상기 리튬염은 고분자 전해질 전체 농도에 대하여 0.7 내지 2.0M인 것이 바람직하고, 1 내지 1.3M인 것이 더욱 바람직하다.The lithium salt is preferably 0.7 to 2.0 M, more preferably 1 to 1.3 M, based on the total concentration of the polymer electrolyte.
상기 비수성 유기 전해액은 카보네이트, 에스테르, 에테르, 케톤, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 것이 바람직하다.The non-aqueous organic electrolytic solution is preferably selected from the group consisting of carbonate, ester, ether, ketone, and combinations thereof.
상기 카보네이트는 디메틸 카보네이트(DMC), 디에틸 카보네이트(DEC), 디프로필 카보네이트(DPC), 메틸프로필 카보네이트(MPC), 에틸프로필 카보네이트(EPC), 메틸에틸 카보네이트(MEC), 에틸렌 카보네이트(EC), 프로필렌 카보네이트(PC), 부틸렌 카보네이트(BC), 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 것이 바람직하다.The carbonate may be selected from the group consisting of dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), dipropyl carbonate (DPC), methyl propyl carbonate (MPC), ethyl propyl carbonate (EPC), methyl ethyl carbonate (MEC) Propylene carbonate (PC), butylene carbonate (BC), and combinations thereof.
본 발명의 또 다른 일 실시예에 따르면, 상기 고분자 전해질; 리튬을 인터칼레이션 및 디인터칼레이션할 수 있는 양극 활물질을 포함하는 양극; 및 리튬을 인터칼레이션 및 디인터칼레이션할 수 있는 음극 활물질을 포함하는 음극을 포함하는 리튬 이차 전지를 제공한다.According to another embodiment of the present invention, the polymer electrolyte; A positive electrode comprising a positive electrode active material capable of intercalating and deintercalating lithium; And a negative electrode comprising a negative active material capable of intercalating and deintercalating lithium.
이하 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 이온성 액체, 고분자 형성 화합물, 리튬염, 및 비수성 유기 전해액을 포함하는 리튬 이차 전지용 고분자 전해질을 제공한다.According to an embodiment of the present invention, there is provided a polymer electrolyte for a lithium secondary battery comprising an ionic liquid, a polymer forming compound, a lithium salt, and a non-aqueous organic electrolytic solution.
상기 이온성 액체는 양이온과 음이온으로 이루어져 있는 이온성 염(ionic salts 또는 molten salts)이다. 소금과 같이 양이온과 비금속 음이온으로 이루어진 이온성 화합물은 통상 800℃이상의 고온에서 녹는 것과 달리, 100℃이하의 온도에서 액체로 존재하는 이온성 염을 이온성 액체라고 한다. 특히, 상온에서 액체로 존재하는 이온성 액체를 상온 이온성 액체(room temperature ionic liquid, RTIL)라고 한다. The ionic liquid is ionic salts or molten salts which are composed of cations and anions. Ionic compounds such as salt, which are composed of cationic and nonmetal anions, are generally referred to as ionic liquids, which dissolve at a high temperature of 800 ° C or higher, and exist as liquids at a temperature of 100 ° C or lower. Particularly, an ionic liquid present as a liquid at room temperature is referred to as a room temperature ionic liquid (RTIL).
이온성 액체는 비휘발성, 무독성, 비가연성이며 우수한 열적 안정성, 이온 전도도를 지니고 있다. 또한, 극성이 커서 무기 및 유기 금속 화합물을 잘 용해시키고 넓은 온도 범위에서 액체로 존재하는 독특한 특성을 가지고 있어 촉매, 분리, 전기화학 등 광범위한 화학분야에 응용되고 있다.Ionic liquids are nonvolatile, non-toxic, non-flammable, and have excellent thermal stability and ionic conductivity. In addition, it has a unique polarity, which dissolves inorganic and organic metal compounds and exists as a liquid in a wide temperature range, and is applied to a wide range of chemical fields such as catalysts, separation, and electrochemistry.
본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 이차 전지용 고분자 전해질은 이러한 이온성 액체를 함유하기 때문에, 고온 안정성이 크게 향상된다. 또한, 이온성 액체는 우수한 열적 안정성과 우수한 이온 전도도를 갖기 때문에, 이온성 액체를 전해질에 첨가하는 경우, 이온 전도도의 감소없이 열적 안정성을 향상시킬 수 있다. 이온성 액체는 극성이 커서 무기 및 유기 금속 화합물을 잘 용해시키고 넓은 온도 범위에서도 액체로 존재하기 때문에, 간단한 혼합과 가열을 통하여 고분자 전해질 형성용 조성물에 첨가가 가능하다.Since the polymer electrolyte for a lithium secondary battery according to an embodiment of the present invention contains such an ionic liquid, the stability at a high temperature is greatly improved. Further, since the ionic liquid has excellent thermal stability and excellent ionic conductivity, when the ionic liquid is added to the electrolyte, the thermal stability can be improved without decreasing the ionic conductivity. Since the ionic liquid has high polarity and dissolves inorganic and organic metal compounds well and exists as a liquid even in a wide temperature range, it can be added to the composition for forming a polymer electrolyte through simple mixing and heating.
상기 이온성 액체는 반데르 발스 부피가 100Å3 이상의 큰 유기 양이온을 포함하는 것이 바람직하다. 상기 유기 양이온의 반데르 발스 부피가 클수록 분자의 격자 에너지(lattice energy)가 감소하여 이온전도도가 우수하기 때문이다.The ionic liquid is preferably a van der Waals volume comprises a large organic cation 100Å 3 or more. The larger the van der Waals volume of the organic cation is, the lattice energy of the molecule decreases and the ion conductivity is excellent.
상기 이온성 액체는 넓은 온도 범위에서 액상으로 존재할 수 있으며, 특히 전지의 작동 온도에서 주로 액상으로 존재하여 이온성 액체 자체를 전해질로 사용 가능하다. 본 발명에 사용되는 이온성 액체는 100℃ 이하의 온도에서 액상으로 존 재하는 것이 바람직하고, 50℃ 이하의 온도에서 액상으로 존재하는 것이 더 바람직하며, 25℃ 이하의 온도에서 액상으로 존재하는 것이 가장 바람직하다. 적용방법에 따라 다른 온도에서 액상으로 존재하는 것도 사용 가능함은 물론이다. The ionic liquid may be present in a liquid state at a wide temperature range, and particularly in a liquid state at an operating temperature of the battery, so that the ionic liquid itself can be used as an electrolyte. The ionic liquid used in the present invention is preferably present in a liquid state at a temperature of 100 ° C or lower, more preferably in a liquid state at a temperature of 50 ° C or lower, and more preferably in a liquid state at a temperature of 25 ° C or lower Most preferred. Depending on the application method, it is of course possible to use a substance existing in a liquid state at a different temperature.
상기 이온성 액체의 유기 양이온으로는 헤테로 고리 화합물의 양이온이 바람직하다. 헤테로 고리 화합물의 헤테로 원자는 N, O, S, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나인 것이 바람직하며, 헤테로 원자의 수는 1 내지 4개가 바람직하며, 1 내지 2개가 더 바람직하다. 이러한 헤테로 고리 화합물의 양이온으로는 피리디늄(pyridinium), 피리다지늄(pyridazinium), 피리미디늄(pyrimidinium), 피라지늄(pyrazinium), 피라졸륨(pyrazolium), 티아졸륨(thiazolium), 옥사졸륨(oxazolium), 트리아졸륨(triazolium), 피롤리듐(pyrolidium), 피페리듐(piperidium), 포스포늄(phosphonium), 보레이트(borate), 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 화합물의 양이온을 바람직하게 사용할 수 있다.The organic cation of the ionic liquid is preferably a cation of a heterocyclic compound. The heteroatom of the heterocyclic compound is preferably at least one selected from the group consisting of N, O, S, and combinations thereof. The number of heteroatoms is preferably 1 to 4, more preferably 1 to 2. Examples of the cation of such a heterocyclic compound include pyridinium, pyridazinium, pyrimidinium, pyrazinium, pyrazolium, thiazolium, oxazolium ( a cation of a compound selected from the group consisting of oxazolium, triazolium, pyrolidium, piperidium, phosphonium, borate, and combinations thereof can be preferably used. have.
상기 양이온과 결합하는 음이온은 비스(퍼플루오로에틸설포닐)이미드, 비스(트리플루오로메틸설포닐)이미드, 트리스(트리플루오로메틸설포닐메타이드), 트리플루오로메탄설폰이미드, 트리플루오로메틸설폰이미드, 트리플루오로메틸설포네이트, 트리스(펜타플루오로에틸)트리플루오로 포스페이트, 비스(트리플루오로메틸설포닐)이미드, 테트라플루오로보레이트, 헥사플루오로포스페이트, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 화합물의 음이온을 바람직하게 사용할 수 있다. The anion bonded to the cation is selected from the group consisting of bis (perfluoroethylsulfonyl) imide, bis (trifluoromethylsulfonyl) imide, tris (trifluoromethylsulfonylmethide), trifluoromethanesulfonimide , Trifluoromethylsulfonimide, trifluoromethylsulfonate, tris (pentafluoroethyl) trifluorophosphate, bis (trifluoromethylsulfonyl) imide, tetrafluoroborate, hexafluorophosphate, And an anion of a compound selected from the group consisting of combinations thereof.
또한, 상기 양이온과 결합하는 음이온은 AsF6 -, ClO4 -, PF6 -, BF4 -, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 음이온을 바람직하게 사용할 수 있다. In addition, anions selected from the group consisting of AsF 6 - , ClO 4 - , PF 6 - , BF 4 - , and combinations thereof can be preferably used as the anions to be bonded to the cations.
상기 양이온과 음이온의 조합은 이온성 액체로서의 성상을 가지며, 확보된 고분자 전해질은 고분자 전해질 전체 중량에 대하여 이온성 액체를 30 중량% 이상 함유하는 경우에도 0.8 내지 1.8×10-3 S/cm 의 높은 이온 전도도를 보여 준다. The combination of the cation and the anion has properties as an ionic liquid, and the obtained polymer electrolyte has a high ionic liquid content of 0.8 to 1.8 x 10 < -3 > S / cm Show ionic conductivity.
상기 이온성 액체는 고분자 전해질 전체 중량에 대하여 5 내지 50 중량%로 사용될 수 있고, 바람직하게는 5 내지 30 중량%로 사용될 수 있다. 즉, 상기 이온성 액체의 함량은 고분자 전해질 전체 중량에 대하여 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 및 50 중량%인 경우가 모두 바람직하다. The ionic liquid may be used in an amount of 5 to 50% by weight, preferably 5 to 30% by weight, based on the total weight of the polymer electrolyte. That is, the content of the ionic liquid is preferably 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, and 50 wt% based on the total weight of the polymer electrolyte.
상기 이온성 액체의 함량이 5 중량% 미만인 경우에는 스웰링 개선, 이온 전도도 향상의 효과가 나타나지 않으며, 이온성 액체가 50 중량%를 초과하는 경우에는 음극의 파괴와 이온 전도도의 감소 현상이 발생한다. When the content of the ionic liquid is less than 5% by weight, the effect of improving the swelling and the ionic conductivity is not exhibited. When the ionic liquid exceeds 50% by weight, the breakdown of the negative electrode and the decrease of the ionic conductivity occur .
상기 고분자 형성 화합물로는 전해질에 첨가되고 중합반응을 통해 고분자 전해질을 형성할 수 있는 것이면 어느 것이나 사용 가능하나, 메타크릴레이트기를 포함하는 모노머를 사용하는 것이 바람직하다. The polymer forming compound may be any compound which can be added to an electrolyte and form a polymer electrolyte through a polymerization reaction, but it is preferable to use a monomer containing a methacrylate group.
상기 메타크릴레이트기를 포함하는 모노머로는 모노머 말단에 탄소-탄소 이중 결합을 하나 이상 갖는 화합물로서, 다관능성 아크릴레이트, 폴리(에틸렌글리콜) 디메타크릴레이트, 폴리(에틸렌글리콜) 디아크릴레이트, 폴리(에틸렌글리콜) 디비닐에테르 에틸렌 글리콜 디메타크릴레이트, 에틸렌글리콜 디아크릴레이트, 에 틸렌글리콜 디비닐 에테르 헥산디올 디아크릴레이트, 트리프로필렌글리콜 디아크릴레이트, 테트라에틸렌글리콜 모노아크릴레이트, 카프로락톤 아크릴레이트, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 것을 사용할 수 있다. 이 중에서, 상기 다관능성 아크릴레이트와 폴리(에틸렌글리콜) 디메타크릴레이트가 바람직하고, 다관능성 아크릴레이트가 가장 바람직하다. Examples of the monomer having a methacrylate group include polyfunctional acrylates, poly (ethylene glycol) dimethacrylates, poly (ethylene glycol) diacrylates, poly (Ethylene glycol) divinyl ether, ethylene glycol dimethacrylate, ethylene glycol diacrylate, ethylene glycol divinyl ether hexanediol diacrylate, tripropylene glycol diacrylate, tetraethylene glycol monoacrylate, caprolactone acrylate , And a combination thereof. Of these, polyfunctional acrylates and poly (ethylene glycol) dimethacrylates are preferred, and polyfunctional acrylates are most preferred.
상기 다관능성 아크릴레이트란 세 개 이상의 수산기(-OH)를 갖는 (폴리에스테르)폴리올의 수산기 중, 일부 또는 전부가 (메타)아크릴산 에스테르로 치환되고, (메타)아크릴산 에스테르로 치환되지 않은 나머지 일부 미반응 수산기는 라디칼 반응성이 없는 그룹으로 치환된 폴리(에스테르)(메타)아크릴레이트를 말한다. 이러한 다관능성 아크릴레이트의 예로는 하기 화학식 1 또는 2로 표시되는 모노머를 들 수 있다.The polyfunctional acrylate is a polyol having at least three hydroxyl groups (-OH), in which some or all of the hydroxyl groups of the (poly) polyol are substituted with (meth) acrylic acid esters, The reactive hydroxyl groups refer to poly (ester) (meth) acrylates substituted with groups that are not reactive with radicals. Examples of such multifunctional acrylates include monomers represented by the following general formula (1) or (2).
[화학식 1][Chemical Formula 1]
[화학식 2](2)
(상기 화학식 1, 및 2에서, R1은 H 또는 탄소수 1 내지 6의 알킬기이고, n은 1 내지 100,000의 정수이고, R2는 H 또는 탄소수 1 내지 6의 알킬기임)(Wherein R 1 is H or an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, n is an integer of 1 to 100,000, and R 2 is H or an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms)
상기 메타크릴레이트기를 포함하는 모노머는 세 개 이상의 수산기를 갖는 (폴리에스테르) 폴리올에서 하나 이상의 수산기를 (메타)아크릴산 에스테르로 변환시키고, 나머지 일부의 (메타)아크릴산 에스테르로 치환되지 않은 미반응 수산기를 라디칼 반응성이 없는 비아크릴레이트기로 치환시킨 폴리(에스테르)(메타)아크릴레이트의 중합체를 형성시킴으로서, 중합 반응에 관여하지 않는 아크릴레이트기가 미반응 아크릴기로 남아 리튬 이차 전지의 저온이나 고율 수명 특성의 열화를 촉진시키는 요인을 제거할 수 있다.The monomer having a methacrylate group is obtained by converting at least one hydroxyl group into a (meth) acrylic acid ester in a (poly) polyester polyol having three or more hydroxyl groups, and reacting the remaining unreacted hydroxyl groups not partially substituted with (meth) By forming a polymer of poly (ester) (meth) acrylate substituted with a non-acrylate group having no radical reactivity, an acrylate group that does not participate in the polymerization reaction remains as an unreacted acrylic group to deteriorate the low temperature or high lifetime characteristics of the lithium secondary battery Can be eliminated.
상기 세 개 이상의 수산기를 갖는 폴리에스테르 폴리올은 당해 분야에 알려진 방법, 예를 들어 히드록시카르본산 축중합, 락톤의 개환 중합 또는 글리콜과 디카르본산의 축중합 방법으로 합성된 것은 모두 사용할 수 있고, 또한 시판되는 것을 사용하여도 무방하다. 세 개 이상의 수산기를 갖는 폴리에스테르 폴리올의 구체적인 예로는 트리메틸올(trimethylol), 트리에틸올(triethylol), 트리프로필올(tripropylol) 등의 트리알킬올류, 각종 글리세롤류, 펜타에리트리톨, 디펜타에리트리톨 등의 에리트리톨류 등을 들 수 있다. The polyester polyol having three or more hydroxyl groups may be any of those synthesized by a method known in the art, for example, condensation polymerization of hydroxycarboxylic acid, ring-opening polymerization of lactone, or condensation polymerization of glycol and dicarboxylic acid, Commercially available products may also be used. Specific examples of the polyester polyol having three or more hydroxyl groups include trialkylols such as trimethylol, triethylol and tripropylol, various glycerols, pentaerythritol, dipentaerythritol, And the like.
이러한 폴리에스테르 폴리올이 갖고 있는 수산기 중 일부 또는 전부를 (메타)아크릴산 에스테르로 치환한 후, 치환되지 않고 남은 일부 미반응 수산기를 라디칼 반응성이 없는 그룹으로 치환하여 본 발명의 폴리(에스테르)(메타)아크릴레이트 또는 그의 중합체를 제조한다.(Meth) acrylic acid esters of the present invention by replacing some or all of the hydroxyl groups of such polyester polyol with (meth) acrylic acid ester and then replacing some unreacted hydroxyl groups remaining unreacted with groups having no radical reactivity. Acrylate or a polymer thereof.
수산기 중 일부 또는 전부를 (메타)아크릴산 에스테르로 치환하는 방법은 일반적인 에스테르화 반응 조건에서 실시할 수 있다. 예를 들면, 폴리에스테르폴리 올과 (메타)아크릴산 할라이드를 염기 촉매의 존재 하에서 축합시키는 방법, 폴리에스테르 폴리올과 (메타)아크릴산을 산 촉매 존재 하에서 축합시키는 방법을 들 수 있다.The method of replacing part or all of the hydroxyl groups with (meth) acrylic acid esters can be carried out under the general esterification reaction conditions. For example, a method of condensing a polyester polyol and a (meth) acrylic acid halide in the presence of a base catalyst, and a method of condensing a polyester polyol and (meth) acrylic acid in the presence of an acid catalyst.
먼저, 폴리에스테르폴리올과 (메타)아크릴산 할라이드를 염기 촉매의 존재 하에서 축합시키는 방법에 대하여 설명한다.First, a method of condensing a polyester polyol and a (meth) acrylic acid halide in the presence of a base catalyst will be described.
상기 (메타)아크릴산 할라이드로는 아크릴산클로라이드 또는 (메타)아크릴산 클로라이드가 적당하며, (메타)아크릴산 할라이드의 사용량은 상기 폴리에스테르폴리올의 수산기 1몰에 대하여 0.5 내지 5 당량이 적당하다.Acrylic acid chloride or (meth) acrylic acid chloride is suitable as the (meth) acrylic acid halide, and the amount of the (meth) acrylic acid halide used is suitably 0.5 to 5 equivalents based on 1 mol of the hydroxyl group of the polyester polyol.
상기 염기 촉매로는 트리에틸아민, 피리딘, 디메틸아미노피리딘, 디아자비시클로운데센 등의 유기염기 또는 탄산리튬, 탄산나트륨, 탄산칼륨, 수산화리튬, 수산화나트륨, 수산화칼륨 등의 무기염기를 사용할 수 있다. 상기 염기 촉매의 사용량은 상기 (메타)아크릴산 할라이드에 대하여 1.0 내지 5 당량이 적당하다.Examples of the base catalyst include organic bases such as triethylamine, pyridine, dimethylaminopyridine, and diazabicyclo-undecene; or inorganic bases such as lithium carbonate, sodium carbonate, potassium carbonate, lithium hydroxide, sodium hydroxide, and potassium hydroxide. The amount of the base catalyst to be used is suitably 1.0 to 5 equivalents based on the (meth) acrylic acid halide.
상기 반응은 용매 존재 하 또는 용매 없이 실시할 수 있다. 사용 가능한 용매로는 디클로로에탄, 클로로포름, 디클로로에탄 등의 할로겐화 탄화수소, 벤젠, 톨루엔, 크실렌 등의 방향족 탄화수소, 헥산, 헵탄, 데칸, 시클로헥산 등의 포화탄화수소, 디에틸에테르, 디이소프로필에테르, 테트라하이드로퓨란 등의 에테르류를 사용할 수 있다.The reaction may be carried out in the presence of a solvent or without a solvent. Examples of the usable solvent include halogenated hydrocarbons such as dichloroethane, chloroform and dichloroethane, aromatic hydrocarbons such as benzene, toluene and xylene, saturated hydrocarbons such as hexane, heptane, decane and cyclohexane, diethyl ether, diisopropylether, tetra Ethers such as tetrahydrofuran and the like can be used.
상기 반응은 일반적으로 -20 내지 100℃, 바람직하게는 -5 내지 50℃에서 실시할 수 있다. The above reaction can be carried out generally at -20 to 100 ° C, preferably at -5 to 50 ° C.
폴리에스테르폴리올과 (메타)아크릴산을 축합하는 방법에서, (메타)아크릴산 의 사용량은 폴리에스테르폴리올의 수산기 1몰에 대하여 0.1 내지 10몰이 적당하다. 상기 산 촉매로는 황산, 메탄설폰산, p-톨루엔설폰산, 염산, 인산, 인텅스텐산염, 인몰리브덴산 등을 사용할 수 있다. 산 촉매 사용량은 폴리에스테르폴리올에 대하여 0.01 내지 10 중량%가 바람직하다.In the method of condensing a polyester polyol with (meth) acrylic acid, the amount of (meth) acrylic acid to be used is suitably 0.1 to 10 moles per 1 mole of the hydroxyl group of the polyester polyol. Examples of the acid catalyst include sulfuric acid, methanesulfonic acid, p-toluenesulfonic acid, hydrochloric acid, phosphoric acid, tungstate, and phosphomolybdic acid. The amount of the acid catalyst to be used is preferably 0.01 to 10% by weight based on the polyester polyol.
상기 반응은 불활성 용매, 예를 들면 벤젠, 톨루엔, 크실렌 등의 방향족 탄화 수소, 또는 헥산, 헵탄, 데칸, 시클로헥산 등의 포화탄화수소를 사용할 수 있고, 반응 후 생성되는 물을 제거하는 것이 바람직하다. 용매 사용량은 폴리에스테르폴리올에 대하여 0.1 내지 10 중량부이다. 반응 온도는 50 내지 200℃, 바람직하게는 70 내지 150℃이다.The reaction may be carried out in an inert solvent, for example, aromatic hydrocarbons such as benzene, toluene, and xylene, or saturated hydrocarbons such as hexane, heptane, decane, cyclohexane, and the like. The solvent is used in an amount of 0.1 to 10 parts by weight based on the polyester polyol. The reaction temperature is 50 to 200 占 폚, preferably 70 to 150 占 폚.
상술한 방법으로, 폴리에스테르 폴리올에 포함된 수산기의 일부 또는 전부가 (메타)아크릴산 에스테르로 치환된다. 치환된 (메타)아크릴산 에스테르는 -OC(=O)(CH2)nOC(=O)CH=CH2, -OC(CH2)nC(CH3)=CH2(n은 1 내지 20의 정수임), 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나인 것이 바람직하다.In the above-mentioned method, part or all of the hydroxyl groups contained in the polyester polyol are substituted with (meth) acrylic acid esters. Substituted (meth) acrylic acid ester is -OC (= O) (CH 2 ) n OC (= O) CH = CH 2, -OC (CH 2) n C (CH 3) = CH 2 (n is a number ranging from 1 to 20 , And a combination thereof. [0033] The term " a "
이어서, 치환되지 않고 남은 미반응 수산기를 라디칼 반응성이 없는 그룹으로 치환한다.Subsequently, the unreacted unreacted hydroxyl groups are replaced with groups having no radical reactivity.
상기 라디칼 반응성이 없는 그룹은 탄소수 1 내지 20의 지방족 탄화수소기, 탄소수 6 내지 20의 방향족 탄화수소기, 탄소수 1 내지 20의 에테르기, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나로서, 특히 -OC(=O)(CH2)2CH3, -O(C=O)Ar(여기서, Ar은 비치환된 또는 치환된 방향족 탄화수소기), -OC(=O)(CH2)nO(CH2)n(CH3)(n은 1 내지 20의 정수임), -O(C=O)(CH2)nOC(=O)(CH2)nCH3(n은 1 내지 20의 정수임), -O(C=O)CH=CH2, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 하나인 것이 바람직하다.The group having no radical reactivity is at least one member selected from the group consisting of an aliphatic hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms, an aromatic hydrocarbon group having 6 to 20 carbon atoms, an ether group having 1 to 20 carbon atoms, (= O) (CH 2) 2 CH 3, -O (C = O) Ar ( wherein, Ar is a group of the beach or substituted aromatic hydrocarbons), -OC (= O) ( CH 2) n O (CH 2 ) n (CH 3 ) (n is an integer of 1 to 20), -O (C═O) (CH 2 ) n OC (═O) (CH 2 ) n CH 3 , -O (C = O) CH = CH 2 , and combinations thereof.
그 방법의 일 예를 들면, 얻어진 생성물을 잔존하는 수산기에 상당하는 당량 이상의 라디칼 반응성이 없는 그룹을 포함하는 화합물을 사용하여 잔존 수산기를 에스테르화한다. 상기 라디칼 반응성이 없는 그룹을 포함하는 화합물은 탄소수 1 내지 20의 지방족 탄화수소기를 갖는 카르보닐산 또는 할로겐 화합물, 탄소수 5 내지 20의 방향족 탄화수소기, 탄소수 1 내지 20의 에테르기, 탄소수 1 내지 20의 에스테르기 골격의 카르보닐계 내지는 할로겐 화합물을 사용할 수 있다. 상기 라디칼 반응성이 없는 그룹을 포함하는 화합물의 대표적인 예로는 부틸카르본산을 들 수 있다.As an example of the method, the residual hydroxyl group is esterified using a compound containing a group having no radical reactivity equivalent to an equivalent or more equivalent to the hydroxyl group remaining in the obtained product. The compound containing the group having no radical reactivity is a compound having a carbonylic acid or a halogen compound having an aliphatic hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms, an aromatic hydrocarbon group having 5 to 20 carbon atoms, an ether group having 1 to 20 carbon atoms, an ester having 1 to 20 carbon atoms Carbonyl group or a halogen compound of the skeleton may be used. Representative examples of the compound including the group having no radical reactivity include butylcarboxylic acid.
또는 폴리에스테르 폴리올을 락톤계 화합물과 함께 개환중합시켜 폴리올의 분자 구조를 변경시킨 변성 폴리에스테르 폴리올을 상기 에스테르화 공정에서 사용할 수도 있다. 상기 변성 폴리에스테르 폴리올을 사용하는 경우에는 분자 골격 내에서 반응기로 작용하는 수산기의 길이를 조절할 수 있어, 최종 형성물인 전해질의 물성을 변화시키는데 효과적이다. 상기 락톤계 화합물로는 ε-카프로락톤, γ-카프로락톤 등을 사용할 수 있다. 락톤계 화합물은 폴리에스테르폴리올의 수산기 전체수에 대해 임의의 비율로 사용이 가능하다. 따라서 본 발명에서 사용되는 락톤계 화합물의 사용량에 대해서 특별히 한정할 필요는 없지만, 락톤계 화합물이 치환 된 변성 폴리에스테르 폴리올의 용해성과 분자의 크기 등을 고려하여 폴리에스테르폴리올의 전체 수산기에 대해 1000몰% 이하, 특히 폴리올의 수산기 1몰에 대해 0.01 내지 10몰이 바람직하다. Alternatively, a modified polyester polyol in which the molecular structure of the polyol is changed by ring-opening polymerization of the polyester polyol together with the lactone-based compound may be used in the esterification step. When the modified polyester polyol is used, the length of the hydroxyl group acting as a reactor in the molecular skeleton can be controlled, and it is effective to change physical properties of the electrolyte, which is the final product. As the lactone compound,? -Caprolactone,? -Caprolactone, or the like can be used. The lactone-based compound can be used in an arbitrary ratio with respect to the total number of hydroxyl groups of the polyester polyol. Therefore, the amount of the lactone compound to be used in the present invention is not particularly limited. However, considering the solubility of the modified polyester polyol in which the lactone compound is substituted and the molecular size of the lactone compound, %, Particularly preferably 0.01 to 10 moles per mole of the hydroxyl group of the polyol.
또한 상기 개환중합 반응을 촉진시키기 위한 촉매로서 유기 티탄계 화합물, 유기 주석계 화합물 및 각종 금속의 유기 카르본산 금속염 등을 사용할 수 있다. 상기 유기 티탄계 화합물로는 테트라프로필티타네이트 등이 있다.As catalysts for promoting the ring-opening polymerization reaction, organic titanium compounds, organotin compounds, and organic carboxylic acid metal salts of various metals can be used. Examples of the organic titanic compound include tetrapropyl titanate and the like.
상기 촉매의 첨가량은 락톤계 화합물 100 중량부에 대해서 0.001 내지 1 중량부가 바람직하다.The addition amount of the catalyst is preferably 0.001 to 1 part by weight based on 100 parts by weight of the lactone compound.
상기 변성 폴리에스테르 폴리올을 사용할 경우에는 변성 폴리에스테르폴리올에, 아크릴산 및 그의 유도체와, 라디칼 반응성이 없는 그룹을 포함하는 화합물을 함께 첨가하여 에스테르화 반응을 실시한다. 상기 아크릴산 및 그의 유도체와, 상기 라디칼 반응성이 없는 그룹을 포함하는 화합물의 사용 몰비를 조정함에 따라 변성 폴리에스테르 폴리올에 포함된 수산기의 일부 또는 전부가 (메타)아크릴산 에스테르로 치환되고, 나머지 일부 미반응 수산기는 라디칼 반응성이 없는 그룹으로 치환되는 비율을 조절할 수 있다. When the modified polyester polyol is used, an esterification reaction is carried out by adding a compound containing acrylic acid and its derivative and a group having no radical reactivity to the modified polyester polyol together. The molar ratio of the acrylic acid and its derivative to the compound containing the group having no radical reactivity is adjusted so that part or all of the hydroxyl groups contained in the modified polyester polyol are substituted with the (meth) acrylic acid ester, and the remaining part of the unreacted The hydroxyl groups can be controlled in proportion to substitution with groups that are not reactive with the radicals.
상술한 방법으로 폴리에스테르 폴리올의 수산기 중 일부 또는 전부는 (메타)아크릴산 에스테르로 변환되고, 나머지 일부 미반응 수산기의 (메타)아크릴산 에스테르로 치환되지 않은 미반응 수산기를 라디칼 반응성이 없는 그룹으로 치환된 폴리(에스테르)(메타)아크릴레이트 또는 그 중합체가 제조된다.In the above-mentioned method, some or all of the hydroxyl groups of the polyester polyol are converted into (meth) acrylic acid esters, and unreacted hydroxyl groups not partially substituted with the (meth) acrylic acid ester of the remaining unreacted hydroxyl groups are replaced with Poly (ester) (meth) acrylate or a polymer thereof is prepared.
상기 폴리(에스테르)(메타)아크릴레이트의 바람직한 예로는 하기 화학식 3으 로 나타낼 수 있다.Preferable examples of the poly (ester) (meth) acrylate may be represented by the following formula (3).
[화학식 3](3)
상기 (메타)아크릴산 에스테르와 라디칼 반응성이 없는 그룹의 몰비는 1 : 0.01 내지 1 : 100이 바람직하다. 상기 (메타)아크릴산 에스테르와 라디칼 반응성이 없는 그룹의 몰비가 1 : 0.01 미만일 경우에는 고분자의 가교도가 증가되어 이온 전도 특성이 감소하게 되며, 1 : 100을 초과하는 경우에는 가교 반응점의 부족으로 고분자를 형성하지 못하게 되어 바람직하지 않다.The molar ratio of the (meth) acrylic acid ester to the group having no radical reactivity is preferably from 1: 0.01 to 1: 100. When the molar ratio of the (meth) acrylic acid ester to the group having no radical reactivity is less than 1: 0.01, the degree of crosslinking of the polymer is increased to decrease the ion conductivity. When the ratio is more than 1: 100, And thus it is not preferable.
본 발명의 고분자 형성 화합물은 고분자 전해질 전체 중량에 대하여 1 내지 30 중량%로 포함하는 것이 바람직하고, 1 내지 10 중량%로 포함하는 것이 더욱 바람직하며, 5 내지 10 중량%로 포함하는 것이 더더욱 바람직하다. 즉, 상기 고분자 형성 화합물의 함량은 고분자 전해질 전체 중량에 대하여 1, 5, 10, 15, 20, 25, 및 30 중량%인 경우가 모두 바람직하다.The polymer-forming compound of the present invention is preferably contained in an amount of 1 to 30% by weight, more preferably 1 to 10% by weight, and further preferably 5 to 10% by weight based on the total weight of the polymer electrolyte . That is, the content of the polymer forming compound is preferably 1, 5, 10, 15, 20, 25, and 30% by weight based on the total weight of the polymer electrolyte.
상기 고분자 형성 화합물의 함량이 1 중량% 미만인 경우에는 고분자로서의 충분한 강도를 발휘하지 못하고 안전성과 사이클 수명 특성이 저하되는 문제점이 있고, 30 중량% 초과인 경우에는 전해질의 이온 전도성이 저하하는 문제점이 있다. When the content of the polymer forming compound is less than 1% by weight, sufficient strength as a polymer can not be exhibited, and safety and cycle life characteristics are deteriorated. When the content is more than 30% by weight, the ion conductivity of the electrolyte deteriorates .
상기 리튬염으로는 종래의 전지용 전해질에 첨가되는 모든 리튬염이 사용될 수 있다. 이들의 예로는 LiPF6, LiBF4, LiSbF6, LiAsF6, LiClO4, LiCF3SO3, Li(CF3SO2)2N, LiC4F9SO3, LiSbF6, LiAlO4, LiAlCl4, LiN(CxF2x+1SO2)(CyF2y+1SO2)(여기서, x 및 y는 1 내지 30의 자연수임), LiCl, LiI, LiBOB, 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 것을 바람직하게 사용할 수 있다. 이중에서 LiPF6, LiBF4, LiAsF6, LiClO4, LiN(CF3SO2)2, LiN(C2F5SO2)2, CF3SO3Li, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 것을 더욱 바람직하게 사용할 수 있다. As the lithium salt, any lithium salt added to a conventional battery electrolyte may be used. Examples thereof include LiPF 6 , LiBF 4 , LiSbF 6 , LiAsF 6 , LiClO 4 , LiCF 3 SO 3 , Li (CF 3 SO 2 ) 2 N, LiC 4 F 9 SO 3 , LiSbF 6 , LiAlO 4 , LiAlCl 4 , And LiB (C x F 2x + 1 SO 2 ) (C y F 2y + 1 SO 2 ) wherein x and y are natural numbers of 1 to 30, LiCl, LiI, LiBOB, Can be preferably used. Wherein the electrolyte is selected from the group consisting of LiPF 6 , LiBF 4 , LiAsF 6 , LiClO 4 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , LiN (C 2 F 5 SO 2 ) 2 , CF 3 SO 3 Li, Can be more preferably used.
상기 리튬염의 농도는 고분자 전해질 전체에 대하여 0.7 내지 2.0M 범위 내에서 사용하는 것이 바람직하며, 1 내지 1.3M 범위 내에서 사용하는 것이 더욱 바람직하다. 즉, 상기 리튬염의 농도는 고분자 전해질 전체에 대하여, 0.7, 0.8, 0.9, 1.0, 1.1, 1.2, 1.3, 1.4, 1.5, 1.6, 1.7, 1.8, 1.9, 및 2.0M인 경우가 모두 바람직하다.The concentration of the lithium salt is preferably in the range of 0.7 to 2.0 M, more preferably in the range of 1 to 1.3 M, based on the entire polymer electrolyte. That is, it is preferable that the concentration of the lithium salt is 0.7, 0.8, 0.9, 1.0, 1.1, 1.2, 1.3, 1.4, 1.5, 1.6, 1.7, 1.8, 1.9 and 2.0 M for the entire polymer electrolyte.
상기 리튬염의 농도가 0.7M 미만이면 고분자 전해질의 전도가 낮아져 고분자 전해질의 성능이 떨어지고, 2.0M 을 초과하는 경우에는 고분자 전해질의 점도가 증가하여 리튬 이온의 이동성이 감소되는 문제점이 있다. When the concentration of the lithium salt is less than 0.7M, the conductivity of the polymer electrolyte is lowered and the performance of the polymer electrolyte deteriorates. When the concentration exceeds 2.0M, the viscosity of the polymer electrolyte increases and the mobility of the lithium ion decreases.
상기 비수성 유기 전해액으로는 카보네이트, 에스테르, 에테르, 케톤, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 용매를 사용할 수 있다. As the non-aqueous organic electrolytic solution, a solvent selected from the group consisting of carbonate, ester, ether, ketone, and combinations thereof may be used.
상기 카보네이트로는 디메틸 카보네이트(DMC), 디에틸 카보네이트(DEC), 디프로필 카보네이트(DPC), 메틸프로필 카보네이트(MPC), 에틸프로필 카보네이트(EPC), 메틸에틸 카보네이트(MEC), 에틸렌 카보네이트(EC), 프로필렌 카보네이트(PC), 부틸렌 카보네이트(BC), 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 것을 사용할 수 있으며, 상기 에스테르는 n-메틸 아세테이트, n-에틸 아세테이트, n-프로필 아세테이트, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 것을 사용할 수 있다. Examples of the carbonate include dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), dipropyl carbonate (DPC), methyl propyl carbonate (MPC), ethyl propyl carbonate (EPC), methyl ethyl carbonate (MEC) , Propylene carbonate (PC), butylene carbonate (BC), and combinations thereof, and the ester may be selected from the group consisting of n-methyl acetate, n-ethyl acetate, n-propyl acetate, And combinations thereof.
상기 비수성 유기 전해액 중 카보네이트계의 경우 환형(cyclic) 카보네이트와 사슬형(chain) 카보네이트를 혼합하여 사용하는 것이 바람직하다. 이 경우 환형 카보네이트와 사슬형 카보네이트는 1:1 내지 1:9의 부피비로 혼합하여 사용하는 것이 바람직하다. 상기 부피비로 혼합되어야 전해질의 성능이 바람직하게 나타난다. In the non-aqueous organic electrolytic solution, it is preferable to use a mixture of a cyclic carbonate and a chain carbonate in the case of the carbonate system. In this case, the cyclic carbonate and the chain carbonate are preferably mixed in a volume ratio of 1: 1 to 1: 9. The electrolyte should preferably be mixed in the above volume ratio.
상기 고분자 전해질은 중합 공정을 전지 조립 전에 전지 외부에서 실시한 겔 상태의 물리겔 고분자 전해질일 수도 있고, 중합 공정을 전지 조립 후에 약 75℃ 정도에서 방치하여 발생되는 전지 내부에서의 중합 반응에 의한 겔 상태의 화학겔 고분자 전해질일 수도 있다.The polymer electrolyte may be a gel-like physical gel polymer electrolyte which is applied outside the cell before the polymerizing process, and the polymer electrolyte may be left in a state of about 75 ° C after assembling the cell to form a gel state Of a chemical gel polymer electrolyte.
상기 고분자 전해질은 중합개시제를 더 포함할 수 있다. 상기 중합개시제의 예로는 아조벤젠계 개시제, 또는 퍼옥사이드(peroxide)계 중합개시가 있으며, 바람직하게는 이소부틸 퍼옥사이드, 라우로일(lauroyl) 퍼옥사이드, 벤조일 퍼옥사이드(benzoyl peroxide), m-톨루오일 퍼옥사이드(m-toluoyl peroxide), t-부틸 퍼옥 시-2-에틸 헥사노에이트, t-부틸 퍼옥시 바이바레이트, t-부틸옥시네오데카네이트, 디이소프로필 퍼옥시 디카보네이트, 디에톡시 퍼옥시 디카보네이트, 비스-(4-t-부틸사이크로헥실)퍼옥시 디카보네이트, 디메톡시 이소프로필 퍼옥시 디카보네이트, 디사이클로헥실퍼옥시 디카보네이트, 3,3,5-트리메틸헥사노일 퍼옥사이드, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나를 들 수 있다. The polymer electrolyte may further include a polymerization initiator. Examples of the polymerization initiator include an azobenzene-based initiator or a peroxide-based polymerization initiator. Preferred examples thereof include isobutyl peroxide, lauroyl peroxide, benzoyl peroxide, m-toluene Butylperoxy-2-ethylhexanoate, t-butylperoxyvivarate, t-butyloxy neodecanate, diisopropyl peroxy dicarbonate, diethoxy (4-t-butylcyclohexyl) peroxy dicarbonate, dimethoxyisopropyl peroxydicarbonate, dicyclohexyl peroxydicarbonate, 3,3,5-trimethylhexanoyl peroxide , And a combination of these.
상기 중합개시제는 상기 고분자 전해질 전체 중량에 대하여 0.02 내지 2 중량%인 것이 바람직하다. 상기 중합개시제의 함량이 0.02 중량% 미만인 경우에는 고분자 전해질의 중합반응속도가 느려지고, 2 중량%를 초과하는 경우에는 추가한 양 만큼의 효과증가가 나타나지 않는다.The polymerization initiator is preferably 0.02 to 2% by weight based on the total weight of the polymer electrolyte. When the content of the polymerization initiator is less than 0.02% by weight, the polymerization reaction rate of the polymer electrolyte slows down. When the content of the polymerization initiator is more than 2% by weight, the effect of the addition is not increased.
본 발명의 다른 일 실시예에 따르면, 상기 고분자 전해질, 리튬을 인터칼레이션 및 디인터칼레이션할 수 있는 양극 활물질을 포함하는 양극, 및 리튬을 인터칼레이션 및 디인터칼레이션할 수 있는 음극 활물질을 포함하는 음극을 포함하는 리튬 이차 전지를 제공한다.According to another embodiment of the present invention, there is provided a lithium secondary battery comprising the polymer electrolyte, a positive electrode including a positive electrode active material capable of intercalating and deintercalating lithium, and a negative electrode active material capable of intercalating and deintercalating lithium And a negative electrode including the negative electrode.
상기 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 이차 전지는 다음과 같은 공정을 거쳐 제조될 수 있다. 상기 고분자 형성 화합물을 이온성 액체 및 리튬염을 함유하는 비수성 유기 전해액에 첨가하여 고분자 전해질 형성용 조성물을 제조한다. 리튬 이차 전지 제조시 사용되는 통상적인 방법에 따라 양극과 음극을 각각 제조한다. 그런 다음 양극과 음극 사이에 세퍼레이터를 삽입하고 이를 와인딩(winding)하거나 스택킹(stacking)하여 전극 조립체를 형성하고 케이스에 넣는다. The lithium secondary battery according to an embodiment of the present invention may be manufactured through the following process. The polymer forming compound is added to a non-aqueous organic electrolytic solution containing an ionic liquid and a lithium salt to prepare a composition for forming a polymer electrolyte. The positive electrode and the negative electrode are prepared according to a conventional method used in the production of a lithium secondary battery. Then, a separator is inserted between the positive electrode and the negative electrode, and the separator is wound or stacked to form an electrode assembly and put into a case.
상기 고분자 전해질 형성용 조성물을 케이스에 주입하여 전극 조립체에 함침 시킨다. 상기 함침된 전극 조립체를 열처리 또는 UV 조사에 의해 중합반응을 실시하고, 상기 케이스를 밀봉하여 리튬 이차 전지를 제조한다. 중합반응시 열처리 온도는 사용되는 라디칼 반응의 개시제의 반감기에 따라 차이가 있으나 40 내지 110℃가 바람직하고, 60 내지는 85℃가 더 바람직하다. 만약, 열중합의 온도가 너무 낮게 되면, 미반응 모노머가 많이 잔류하거나 반응시간이 길어지게 되어 제조공정의 비용이 발생하게 된다. 반응온도가 너무 높게 되면 리튬염이 분해량이 크게 증가하는 문제점이 발생된다. The composition for forming a polymer electrolyte is injected into a case to impregnate the electrode assembly. The impregnated electrode assembly is subjected to a polymerization reaction by heat treatment or UV irradiation, and the case is sealed to produce a lithium secondary battery. The heat treatment temperature in the polymerization reaction varies depending on the half-life period of the initiator of the radical reaction used, but is preferably 40 to 110 占 폚, more preferably 60 to 85 占 폚. If the temperature of the thermal polymerization is too low, a large amount of unreacted monomer remains or the reaction time becomes long, resulting in a cost of the manufacturing process. When the reaction temperature is too high, the amount of decomposition of the lithium salt is greatly increased.
상기 리튬 이차 전지는 다음과 같은 공정에 의하여 제조될 수도 있다. 먼저, 상기 고분자 형성 화합물을 이온성 액체 및 리튬염을 함유하는 비수성 유기 전해액에 첨가하여 고분자 전해질 형성용 조성물을 제조하고, 이를 기재 상에 코팅한 다음, 이를 선택적으로 열처리 또는 UV 조사 처리하여 상기 중합체의 중합반응을 실시한다. The lithium secondary battery may be manufactured by the following process. First, the polymer-forming compound is added to a non-aqueous organic electrolytic solution containing an ionic liquid and a lithium salt to prepare a composition for forming a polymer electrolyte, which is coated on a substrate and then subjected to heat treatment or UV irradiation treatment Polymerization of the polymer is carried out.
그 후, 상기 기재로부터 박리하여 필름 형태의 고분자 전해질을 얻는다. 상기 고분자 전해질의 두께 5 내지 90㎛인 것이 바람직하며, 이 범위일 때 고분자 전해질의 이온 전도도 등의 특성이 우수하다. 리튬 이차 전지 제조시 사용되는 통상적인 방법에 따라 제조된 양극과 음극 사이에 상기 고분자 전해질 필름을 삽입하여 전극 조립체를 형성한 다음, 이를 전지 케이스에 수납시키고 이를 밀봉함으로써 고분자 전해질 리튬 이차 전지를 완성할 수 있다. 상기 고분자 전해질 리튬 이차 전지의 제조시, 양극과 음극 사이에 세퍼레이터를 더 개재하여 전극 조립체를 제조할 수 있다.Thereafter, the polymer electrolyte membrane is peeled from the substrate to obtain a polymer electrolyte in the form of a film. The thickness of the polymer electrolyte is preferably in the range of 5 to 90 占 퐉, and the ion conductivity of the polymer electrolyte is excellent in this range. The polymer electrolyte membrane is inserted between the positive electrode and the negative electrode manufactured according to a conventional method used in the production of a lithium secondary battery to form an electrode assembly and then the battery assembly is housed in a battery case and sealed to complete a polymer electrolyte lithium secondary battery . In the production of the polymer electrolyte lithium secondary battery, an electrode assembly may be manufactured by interposing a separator between the positive electrode and the negative electrode.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 일 실시예에 한정되지 않는다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily carry out the present invention. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 이차 전지를 도시한 절개 사시도이다. 도 1은 본 발명의 원통형 전지의 구성을 도시한 도면을 제시하고 있으나, 본 발명의 전지가 도 1에 한정되는 것은 아니며 각형이나 파우치형이 가능함은 물론이다.1 is an exploded perspective view illustrating a lithium secondary battery according to an embodiment of the present invention. FIG. 1 shows a configuration of a cylindrical battery according to the present invention. However, it is needless to say that the battery of the present invention is not limited to FIG. 1 but may be square or pouch type.
도 1을 참조하여 설명하면, 본 실시예에 따른 이차 전지(100)는 양극(112)과 음극(113)이 세퍼레이터(114)를 사이에 두고 위치하는 전극군(110)과, 고분자 전해질과 함께 전극군(110)을 수용할 수 있도록 일측 선단에 개구부가 형성된 케이스(120)를 포함한다. 그리고 케이스(120)의 개구부에는 케이스(120)를 밀봉하는 캡 조립체(140)가 설치된다. 1, the
상기 음극(113)은 집전체 및 상기 집전체 위에 형성된 음극 활물질층을 포함하며, 상기 음극 활물질층은 음극 활물질을 포함한다. The cathode 113 includes a current collector and a negative electrode active material layer formed on the current collector, and the negative electrode active material layer includes a negative electrode active material.
상기 음극 활물질로는 리튬과 합금화 가능한 물질, 전이 금속 산화물, 리튬을 도프 및 탈도프할 수 있는 물질, 리튬과 가역적으로 반응하여 화합물을 형성할 수 있는 물질, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 물질을 사용할 수 있다. The negative electrode active material may be selected from the group consisting of a material capable of forming an alloy with lithium, a transition metal oxide, a material capable of doping and dedoping lithium, a material capable of reversibly reacting with lithium to form a compound, Materials can be used.
상기 리튬과 합금화 가능한 물질로는 Na, K, Rb, Cs, Fr, Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra, Ti, Ag, Zn, Cd, Al, Ga, In, Si, Ge, Sn, Pb, Sb, Bi, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 원소를 사용할 수 있다. 또한, 상기 전이 금속 산화물, 리튬을 도프 및 탈도프할 수 있는 물질, 또는 리튬과 가역적으로 반응하여 화합물을 형성할 수 있는 물질로는 바나듐 산화물, 리튬 바나듐 산화물, Si, SiOx(0 < x < 2), Sn, SnO2, 틴 합금 복합체(composite tin alloys), 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 물질을 사용할 수 있다. As the material which can be alloyed with lithium, Na, K, Rb, Cs, Fr, Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra, Ti, Ag, Zn, Cd, Al, Ga, In, Si, Pb, Sb, Bi, and combinations thereof. The transition metal oxide, a material capable of doping and dedoping lithium, or a material capable of reversibly reacting with lithium to form a compound includes vanadium oxide, lithium vanadium oxide, Si, SiO x (0 < 2), Sn, SnO 2 , composite tin alloys, and combinations thereof.
상기 음극 활물질 층은 또한 바인더를 포함하며, 선택적으로 도전재를 더욱 포함할 수도 있다. The negative electrode active material layer also includes a binder, and may optionally further include a conductive material.
상기 바인더는 음극 활물질 입자들을 서로 잘 부착시키고, 또한 음극 활물질을 전류 집전체에 잘 부착시키는 역할을 하며, 그 대표적인 예로 폴리비닐알콜, 카르복시메틸셀룰로즈, 히드록시프로필렌셀룰로즈, 디아세틸렌셀룰로즈, 폴리비닐클로라이드, 카르복실화된 폴리비닐클로라이드, 폴리비닐디플루오라이드, 에틸렌 옥사이드를 포함하는 폴리머, 폴리비닐피롤리돈, 폴리우레탄, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 스티렌-부타디엔 러버, 아크릴레이티드 스티렌-부타디엔 러버, 에폭시 수지, 나일론 등을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. The binder serves to adhere the negative electrode active material particles to each other and adhere the negative electrode active material to the current collector. Typical examples thereof include polyvinyl alcohol, carboxymethyl cellulose, hydroxypropylene cellulose, diacetylene cellulose, polyvinyl chloride , Polymers containing carboxylated polyvinyl chloride, polyvinyl difluoride, ethylene oxide, polyvinyl pyrrolidone, polyurethane, polytetrafluoroethylene, polyvinylidene fluoride, polyethylene, polypropylene, styrene- Butadiene rubber, acrylated styrene-butadiene rubber, epoxy resin, nylon, and the like, but not limited thereto.
상기 도전재는 전극에 도전성을 부여하기 위해 사용되는 것으로서, 구성되는 전지에 있어서, 화학변화를 야기하지 않고 전자 전도성 재료이면 어떠한 것도 사용가능하며, 그 예로 천연 흑연, 인조 흑연, 카본 블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸블랙, 탄소섬유, 구리, 니켈, 알루미늄, 은 등의 금속 분말, 또는 금속 섬유 등을 사용할 수 있고, 또한 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 재료를 혼합하여 사용할 수 있다. The conductive material is used for imparting conductivity to the electrode. Any conductive material can be used without causing any chemical change in the battery. Examples of the conductive material include natural graphite, artificial graphite, carbon black, acetylene black, Metal powders such as black, carbon fiber, copper, nickel, aluminum, and silver, or metal fibers may be used, and conductive materials such as polyphenylene derivatives may be mixed and used.
상기 음극 집전체로는 구리 박, 니켈 박, 스테인레스강 박, 티타늄 박, 니켈 발포체(foam), 구리 발포체, 전도성 금속이 코팅된 폴리머 기재, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 것을 사용할 수 있다. The anode current collector may be selected from the group consisting of copper foil, nickel foil, stainless steel foil, titanium foil, nickel foam, copper foil, polymer substrate coated with a conductive metal, and combinations thereof .
상기 양극(112)은 전류 집전체, 및 상기 전류 집전체에 형성되는 양극 활물질 층을 포함한다.The
상기 양극 활물질로는 리튬의 가역적인 인터칼레이션 및 디인터칼레이션이 가능한 화합물(리티에이티드 인터칼레이션 화합물)을 사용할 수 있다. 구체적으로는 하기 화학식 4 내지 27 중 어느 하나로 표현되는 화합물을 사용할 수 있다. As the cathode active material, a compound capable of reversibly intercalating and deintercalating lithium (a lithiated intercalation compound) can be used. Specifically, a compound represented by any one of the following formulas (4) to (27) may be used.
[화학식 4] [Chemical Formula 4]
LiaA1 - bBbD2 Li aa 1 - b B b D 2
(상기 식에서, 0.95 ≤ a ≤ 1.1, 및 0 ≤ b ≤ 0.5이다) (In the above formula, 0.95? A? 1.1, and 0? B? 0.5)
[화학식 5] [Chemical Formula 5]
LiaE1 - bBbO2 - cFc Li a E 1 - b B b O 2 - c F c
(상기 식에서, 0.95 ≤ a ≤ 1.1, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05이다) (In the above formula, 0.95? A? 1.1, 0? B? 0.5, 0? C? 0.05)
[화학식 6] [Chemical Formula 6]
LiE2 - bBbO4 - cFc LiE 2 - b B b O 4 - c F c
(상기 식에서, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05이다) (In the above formula, 0? B? 0.5, 0? C? 0.05)
[화학식 7] (7)
LiaNi1 -b- cCobBcDα Li a Ni 1 -b- c Co b B c D ?
(상기 식에서, 0.95 ≤ a ≤1.1, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 < α ≤ 2이다) (Where 0.95? A? 1.1, 0? B? 0.5, 0? C? 0.05, 0 <?? 2)
[화학식 8] [Chemical Formula 8]
LiaNi1 -b- cCobBcO2 -αFα Li a Ni 1 -b- c Co b B c O 2 - ? F ?
(상기 식에서, 0.95 ≤ a ≤ 1.1, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 < α < 2이다) (Where 0.95? A? 1.1, 0? B? 0.5, 0? C? 0.05, 0 <? <2)
[화학식 9] [Chemical Formula 9]
LiaNi1 -b- cCobBcO2 -αF2 Li a Ni 1 -b- c Co b B c O 2 - ? F 2
(상기 식에서, 0.95 ≤ a ≤ 1.1, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 < α < 2이다) (Where 0.95? A? 1.1, 0? B? 0.5, 0? C? 0.05, 0 <? <2)
[화학식 10] [Chemical formula 10]
LiaNi1 -b- cMnbBcDα Li a Ni 1 -b- c Mn b B c D ?
(상기 식에서, 0.95 ≤ a ≤ 1.1, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 < α ≤ 2이다) (Where 0.95? A? 1.1, 0? B? 0.5, 0? C? 0.05, 0 <?? 2)
[화학식 11] (11)
LiaNi1 -b- cMnbBcO2 -αFα Li a Ni 1 - b - c Mn b B c O 2 - ? F ?
(상기 식에서, 0.95 ≤ a ≤ 1.1, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 < α < 2이다) (Where 0.95? A? 1.1, 0? B? 0.5, 0? C? 0.05, 0 <? <2)
[화학식 12] [Chemical Formula 12]
LiaNi1 -b- cMnbBcO2 -αF2 Li a Ni 1 - b - c Mn b B c O 2 - ? F 2
(상기 식에서, 0.95 ≤ a ≤ 1.1, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 < α < 2이다) (Where 0.95? A? 1.1, 0? B? 0.5, 0? C? 0.05, 0 <? <2)
[화학식 13] [Chemical Formula 13]
LiaNibEcGdO2 Li a Ni b e c G d O 2
(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.1, 0 ≤ b ≤ 0.9, 0 ≤ c ≤ 0.5, 0.001 ≤ d ≤ 0.1이다.) (Where 0.90? A? 1.1, 0? B? 0.9, 0? C? 0.5, and 0.001? D? 0.1).
[화학식 14] [Chemical Formula 14]
LiaNibCocMndGeO2 Li a Ni b Co c Mn d G e O 2
(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.1, 0 ≤ b ≤ 0.9, 0 ≤ c ≤ 0.5, 0 ≤ d ≤0.5, 0.001 ≤ e ≤ 0.1이다.) (In the above formula, 0.90? A? 1.1, 0? B? 0.9, 0? C? 0.5, 0? D? 0.5, and 0.001? E? 0.1.
[화학식 15] [Chemical Formula 15]
LiaNiGbO2 Li a NiG b O 2
(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.1, 0.001 ≤ b ≤ 0.1이다.) (In the above formula, 0.90? A? 1.1 and 0.001? B? 0.1).
[화학식 16] [Chemical Formula 16]
LiaCoGbO2 Li a CoG b O 2
(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.1, 0.001 ≤ b ≤ 0.1이다.) (In the above formula, 0.90? A? 1.1 and 0.001? B? 0.1).
[화학식 17] [Chemical Formula 17]
LiaMnGbO2 Li a MnG b O 2
(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.1, 0.001 ≤ b ≤ 0.1이다.) (In the above formula, 0.90? A? 1.1 and 0.001? B? 0.1).
[화학식 18] [Chemical Formula 18]
LiaMn2GbO4 Li a Mn 2 G b O 4
(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.1, 0.001 ≤ b ≤ 0.1이다.) (In the above formula, 0.90? A? 1.1 and 0.001? B? 0.1).
[화학식 19] [Chemical Formula 19]
QO2 QO 2
[화학식 20] [Chemical Formula 20]
QS2 QS 2
[화학식 21] [Chemical Formula 21]
LiQS2 LiQS 2
[화학식 22] [Chemical Formula 22]
V2O5 V 2 O 5
[화학식 23] (23)
LiV2O5 LiV 2 O 5
[화학식 24] ≪ EMI ID =
LiIO2 LiIO 2
[화학식 25] (25)
LiNiVO4 LiNiVO 4
[화학식 26] (26)
Li(3-f)J2(PO4)3 Li (3-f) J 2 (PO 4 ) 3
(상기 식에서 0 ≤ f ≤ 3이다.) (Where 0? F? 3 in the above formula).
[화학식 27] (27)
Li(3-f)Fe2(PO4)3 Li (3-f) Fe 2 (PO 4 ) 3
(상기 식에서 0 ≤ f ≤ 2이다.) (0? F? 2 in the above formula).
상기 화학식 4 내지 27에 있어서, A는 Ni, Co, Mn, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되고, B는 Al, Ni, Co, Mn, Cr, Fe, Mg, Sr, V, 희토류 원소, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되고, D는 O, F, S, P, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되고, E는 Co, Mn, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되고, F는 F, S, P, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되고, G는 Al, Cr, Mn, Fe, Mg, La, Ce, Sr, V, 란탄족 원소 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되고, Q는 Ti, Mo, Mn, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되고, I는 Cr, V, Fe, Sc, Y, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되며, J는 V, Cr, Mn, Co, Ni, Cu, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된다. Wherein A is selected from the group consisting of Ni, Co, Mn, and combinations thereof, B is at least one element selected from the group consisting of Al, Ni, Co, Mn, Cr, Fe, Mg, Sr, V, And D is selected from the group consisting of O, F, S, P, and combinations thereof, E is selected from the group consisting of Co, Mn, and combinations thereof, and F Wherein G is selected from the group consisting of F, S, P and combinations thereof and G is selected from the group consisting of Al, Cr, Mn, Fe, Mg, La, Ce, Sr, V, Lanthanon elements and combinations thereof And Q is selected from the group consisting of Ti, Mo, Mn, and combinations thereof, I is selected from the group consisting of Cr, V, Fe, Sc, Y, Mn, Co, Ni, Cu, and combinations thereof.
또한, 상기 외에 무기 유황(elemental sulfur) 및 황계 화합물을 사용할 수도 있으며, 상기 황계 화합물로는 Li2Sn(n≥1), 캐솔라이트(catholyte)에 용해된 Li2Sn(n≥1), 유기 황 화합물 또는 탄소-황 폴리머((C2Sf)n: f= 2.5 내지 50, n≥2) 등을 사용할 수 있다. Also, the addition may be an inorganic sulfur (elemental sulfur) and a sulfur-based compound, in the sulfur-based compound is a Li 2 S n (n≥1) dissolved in a Li 2 S n (n≥1), caviar solrayiteu (catholyte) , An organic sulfur compound or a carbon-sulfur polymer ((C 2 S f ) n : f = 2.5 to 50, n≥2).
또한 양극 활물질로 상기 화합물 표면에 코팅층을 갖는 것을 사용할 수도 있고, 또는 상기 화합물과 코팅층을 갖는 화합물을 혼합하여 사용할 수도 있다.Further, a cathode active material having a coating layer on the surface of the compound may be used, or a compound having a coating layer may be mixed with the cathode active material.
상기 코팅층은 코팅 원소의 옥사이드, 코팅 원소의 하이드록사이드, 코팅 원소의 옥시하이드록사이드, 코팅 원소의 옥시카보네이트, 코팅 원소의 하이드록시카보네이트, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 코팅 원소 화합물을 포함할 수 있다. 이들 코팅층을 이루는 화합물은 비정질 또는 결정질일 수 있다. 상기 코팅 원소로는 Mg, Al, Co, K, Na, Ca, Si, Ti, V, Sn, Ge, Ga, B, As, Zr 또는 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 것을 사용할 수 있다.Wherein the coating layer comprises a coating element compound selected from the group consisting of an oxide of a coating element, a hydroxide of a coating element, an oxyhydroxide of a coating element, an oxycarbonate of a coating element, a hydroxycarbonate of a coating element, . The compound constituting these coating layers may be amorphous or crystalline. The coating element may be selected from the group consisting of Mg, Al, Co, K, Na, Ca, Si, Ti, V, Sn, Ge, Ga, B, As and Zr or a combination thereof.
상기 코팅층 형성 공정은 상기 화합물에 이러한 원소들을 사용하여 양극 활물질의 물성에 악영향을 주지 않는 방법(예를 들어 스프레이 코팅, 침지법 등으로 코팅할 수 있으면 어떠한 코팅 방법을 사용하여도 무방하며, 이에 대하여는 당해 분야에 종사하는 사람들에게 잘 이해될 수 있는 내용이므로 자세한 설명은 생략하기로 한다. The coating layer may be formed by using any of these elements in a coating method that does not adversely affect the physical properties of the cathode active material (for example, spray coating, dipping, etc.) It will be understood by those skilled in the art that a detailed description will be omitted.
상기 양극 활물질층은 또한 바인더 및 도전재를 포함할 수 있고, 상기 바인더 및 도전재는 상기 음극 활물질층에서 언급한 바인더와 도전재를 동일하게 사용 할 수 있다. The positive electrode active material layer may further include a binder and a conductive material, and the binder and the conductive material may be the same as the binder and the conductive material described in the negative electrode active material layer.
상기 전류 집전체로는 Al을 사용할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.As the current collector, Al may be used, but the present invention is not limited thereto.
상기 고분자 전해질로는 본 발명의 일 실시예에 따른 이온성 액체, 고분자 형성 화합물, 리튬염, 및 비수성 유기 전해액을 포함하는 고분자 전해질을 사용한다.As the polymer electrolyte, a polymer electrolyte including an ionic liquid, a polymer forming compound, a lithium salt, and a non-aqueous organic electrolytic solution according to an embodiment of the present invention is used.
또한, 리튬 이차 전지의 종류에 따라 양극(112)과 음극(113) 사이에 세퍼레이터(114)가 존재할 수도 있다. 이러한 세퍼레이터(114)로는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리비닐리덴 플루오라이드 또는 이들의 2층 이상의 다층막이 사용될 수 있으며, 폴리에틸렌/폴리프로필렌 2층 세퍼레이터, 폴리에틸렌/폴리프로필렌/폴리에틸렌 3층 세퍼레이터, 폴리프로필렌/폴리에틸렌/폴리프로필렌 3층 세퍼레이터 등과 같은 혼합 다층막이 사용될 수 있음은 물론이다.Also, depending on the type of the lithium secondary battery, the
본 발명의 단순한 변형 또는 변경은 모두 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 용이하게 실시될 수 있으며 이러한 변형이나 변경은 모두 본 발명의 영역에 포함되는 것으로 볼 수 있다.It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims.
본 발명의 리튬 이차 전지용 고분자 전해질은 이온성 액체를 함유하기 때문에, 고온 안정성이 크게 향상된다. Since the polymer electrolyte for a lithium secondary battery of the present invention contains an ionic liquid, the stability at high temperature is greatly improved.
본 발명의 리튬 이차 전지용 고분자 전해질은 우수한 물리적 안전성 및 보액성을 가지며, 전지의 박형화를 가능하게 하고, 형상 자유도를 향상시킨다.INDUSTRIAL APPLICABILITY The polymer electrolyte for a lithium secondary battery of the present invention has excellent physical safety and lyophilicity, enables thinning of the battery, and improves the degree of freedom in shape.
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