KR100997613B1 - Electrolyte comprising eutectic mixture and electrochemical device containing the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 (a) 특정 구조의 불소화 알킬기 함유 아미드 화합물 및 (b) 이온화가능한 리튬염으로 구성된 공융혼합물(eutectic mixture)을 포함하는 전해질 및 이를 구비한 전기화학소자를 개시한다.The present invention discloses an electrolyte comprising an eutectic mixture composed of (a) a fluorinated alkyl group-containing amide compound of a specific structure and (b) an ionizable lithium salt and an electrochemical device having the same.
본 발명의 전해질에 포함된 공융혼합물은 우수한 열적 안정성과 화학적 안정성 등 공융혼합물의 고유 특성 뿐만 아니라 특히 전기화학적 창(electrochemical window)의 하한 값이 낮아지므로, 다양한 음극재를 적용한 전기화학소자의 전해질로서 유용하게 적용될 수 있다. The eutectic mixture contained in the electrolyte of the present invention is not only the inherent properties of the eutectic mixture such as excellent thermal stability and chemical stability, but also the lower limit of the electrochemical window, in particular, as an electrolyte of an electrochemical device using various anode materials. It can be usefully applied.
Description
본 발명은 공융혼합물(eutectic mixture)을 포함하는 전해질 및 이를 구비한 전기화학소자에 관한 것이다.The present invention relates to an electrolyte comprising an eutectic mixture and an electrochemical device having the same.
근래 많이 사용되고 있는 전기화학소자, 예컨대 리튬 이차전지, 전해 컨텐서(condenser), 전기 이중층 커패시터(capacitor), 전기변색(electrochromic) 표시소자, 장래 실용화를 위해 다양한 연구가 진행되고 있는 색소증감형 태양전지 등에는 다양한 종류의 전해질이 사용되고 있으며, 이들의 중요성이 날로 높아져 가고 있다.Electrochemical devices, such as lithium secondary batteries, electrolytic condensers, electric double layer capacitors, electrochromic display devices, and dye-sensitized solar cells, which are being researched for practical use in the future, are widely used in recent years. Various kinds of electrolytes are used in the back, and the importance thereof is increasing day by day.
현재 가장 널리 사용되고 있는 전해질은, 리튬염과 같이 이온화 가능한 염을 에틸렌 카보네이트(ethylene carbonate), 프로필렌 카보네이트(propylene carbonate), 디메톡시 에탄(dimethoxy ethane), γ-부틸로 락톤(GBL), N,N-디메틸 포름아미드(dimethyl formamide), 테트라하이드로푸란(tetrahydrofurane) 또는 아세토니트릴(acetonitrile) 등의 유기용매에 용해시킨 비수계(非水系) 전해액이다.Currently, the most widely used electrolytes include ionizable salts such as lithium salts such as ethylene carbonate, propylene carbonate, dimethoxy ethane, γ-butylo lactone (GBL), N, N It is a non-aqueous electrolyte solution dissolved in an organic solvent such as dimethyl formamide, tetrahydrofurane or acetonitrile.
그런데, 이러한 비수계 전해액에 사용되는 유기용매는 점도가 낮아 누수가 쉬울 뿐만 아니라, 휘발성이 매우 강하여 증발될 우려가 있다. 또한 인화성도 강하다. 이에 따라, 이를 구비한 전기화학소자는 내구성 및 안정성에 문제가 있다.By the way, the organic solvent used in such a non-aqueous electrolyte solution is not only easy to leak due to the low viscosity, but also highly volatile and may evaporate. It is also highly flammable. Accordingly, the electrochemical device having the same has problems in durability and stability.
이러한 문제점을 해결하기 위하여, 이미다졸륨 계열과 암모늄 계열의 이온성 액체를 리튬 이차전지의 전해질로 사용하는 방법이 제안되었다. 그러나, 이러한 이온성 액체는 음극에서 리튬 이온보다 높은 전압에서 환원되거나, 리튬 이온과 함께 이미다졸륨, 암모늄 양이온이 함께 음극에 삽입되어, 오히려 전지 성능이 열화되는 문제가 있다.In order to solve this problem, a method of using an imidazolium-based and ammonium-based ionic liquid as an electrolyte of a lithium secondary battery has been proposed. However, such an ionic liquid is reduced at a higher voltage than lithium ions at the negative electrode, or imidazolium and ammonium cations are inserted together at the negative electrode together with lithium ions, thereby degrading battery performance.
한편, 한국 특허등록공보 10-751203호, 한국 특허공개공보 10-2007-85575호 등에는 전해질로서, 아세트아미드, 우레아, 메틸우레아, 카프로락탐, 발레르락탐, 트리플루오르아세트아미드, 카바메이트, 포름아미드 등, 소정 화학식으로 표시되는 아미드 화합물과 리튬염의 공융혼합물이 개시되어 있다. 이러한 공융혼합물은 비교적 넓은 전기화학적 창(electrochemical window) 외에 높은 열적 및 화학적 안정성을 나타내므로, 종래의 유기용매 사용에 따른 전해액의 증발, 인화 등의 문제점이 해결된다.On the other hand, Korean Patent Registration Publication No. 10-751203, Korean Patent Publication No. 10-2007-85575 and the like have acetamide, urea, methylurea, caprolactam, valerictam, trifluoroacetamide, carbamate, formamide as electrolytes. And the like, and a eutectic mixture of an amide compound represented by a predetermined chemical formula and a lithium salt is disclosed. Since the eutectic mixture exhibits high thermal and chemical stability in addition to a relatively wide electrochemical window, problems such as evaporation and ignition of the electrolyte according to conventional organic solvents are solved.
이에 따라, 전해질로서 유용한 다양한 공융혼합물의 개발이 가속화되고 있으며, 특히 다양한 전기화학적 특성이 요구되는 전기화학소자에 적용할 수 있도록 보다 낮은 전기화학적 창(electrochemical window)의 하한 값을 나타내는 공융혼합물 전해질의 개발이 필요하다. Accordingly, the development of various eutectic mixtures useful as electrolytes has been accelerated, and in particular, the eutectic mixture electrolytes exhibiting a lower limit of the lower electrochemical window for application to electrochemical devices requiring various electrochemical properties. Need development
따라서, 본 발명의 목적은 높은 열적 및 화학적 안정성을 나타내는 신규한 공융 혼합물을 포함하는 전해질 및 이를 구비한 전기화학소자를 제공하는데 있다.Accordingly, it is an object of the present invention to provide an electrolyte comprising a novel eutectic mixture exhibiting high thermal and chemical stability and an electrochemical device having the same.
또한, 본 발명의 다른 목적은 전술한 목적 외에, 보다 낮은 전기화학적 창(electrochemical window)의 하한 값을 나타내는 공융혼합물을 포함하는 전해질 및 이를 구비한 전기화학소자를 제공하는데 있다.In addition, another object of the present invention to provide an electrolyte and an electrochemical device comprising the eutectic mixture exhibiting a lower limit of the lower electrochemical window, in addition to the above object.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 전해질은 (a) 하기 화학식 1로 표시되는 불소화 알킬기 함유 아미드 화합물 또는 하기 화학식 2로 표시되는 불소화 알킬기 함유 아미드 화합물 및(b) 이온화 가능한 리튬염으로 구성된 공융혼합물(eutectic mixture)을 포함한다.In order to achieve the above object, the electrolyte of the present invention is a eutectic mixture consisting of (a) a fluorinated alkyl group-containing amide compound represented by the following formula (1) or a fluorinated alkyl group-containing amide compound represented by the formula (2) and (b) an ionizable lithium salt (eutectic mixture).
상기 화학식 1에 있어서, In Formula 1,
R, R1 및 R2는 서로 독립적으로 수소, 할로겐 및 탄소수가 1 내지 20인 알킬기, 알킬아민기, 알케닐기 및 아릴기로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나이되, 이 중 적어도 하나는 CpFqH2p +2-q로 표시되는 불소화 알킬기로서, p는 1 내지 8의 정수이고, q는 1 내지 9 인 정수이고,R, R 1 and R 2 are each independently selected from hydrogen, halogen and alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, alkylamine group, alkenyl group and aryl group, at least one of which is C p F q H A fluorinated alkyl group represented by 2p + 2-q , p is an integer from 1 to 8, q is an integer from 1 to 9,
X는 탄소, 규소, 산소, 질소, 인, 황 및 수소로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나로서, i) X가 수소이면 m은 0이고, ii) X가 산소 또는 황이면 m은 1이고, ⅲ) X가 질소 또는 인이면 m은 2이고, ⅳ) X가 탄소또는 규소이면 m은 3이다. X is any one selected from the group consisting of carbon, silicon, oxygen, nitrogen, phosphorus, sulfur and hydrogen, i) m is 0 if X is hydrogen, ii) m is 1 if X is oxygen or sulfur, i) M is 2 if X is nitrogen or phosphorus and i) m is 3 if X is carbon or silicon.
상기 화학식 2에 있어서, In Chemical Formula 2,
R 및 R1은 서로 독립적으로 수소, 탄소수가 1 내지 20인 알킬기, 알킬아민기, 알케닐기, 아릴기 및 알릴기로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나이되, 이 중 적어도 하나는 CpFqH2p+2-q로 표시되는 불소화 알킬기로서, p는 1 내지 8의 정수이고, q는 1 내지 9 인 정수이고,R and R 1 are each independently selected from hydrogen, an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, an alkylamine group, an alkenyl group, an aryl group and an allyl group, at least one of which is C p F q H 2p + As a fluorinated alkyl group represented by 2-q , p is an integer of 1-8, q is an integer of 1-9,
X는 탄소, 규소, 산소, 질소, 인 및 황으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나로서, i) X가 산소 또는 황이면 m은 0이고, ii) X가 질소 또는 인이면 m은 1이고, iii) X가 탄소 또는 규소이면 m은 2이며,X is any one selected from the group consisting of carbon, silicon, oxygen, nitrogen, phosphorus and sulfur, i) m is 0 if X is oxygen or sulfur, ii) m is 1 if X is nitrogen or phosphorus, iii) M is 2 if X is carbon or silicon,
n은 1 내지 10의 정수이다. n is an integer from 1 to 10.
본 발명의 전해질에 있어서, 상기 불소화 알킬기 함유 아미드 화합물은 N-플루오르에틸 메틸 카바메이트, N-플루오르에틸 에틸 카바메이트, N-플루오르에틸-N-메틸 메틸 카바메이트, N-플루오르에틸-N-메틸 에틸 카바메이트, N-트리플루오르에틸 메틸 카바메이트, N-트리플루오르에틸 에틸 카바메이트, N-플루오르메틸 카프로 락탐, N-플루오르메틸 옥사졸리디논, N-플루오르헥실 옥사졸리디논, N,N-디메틸 플루오르에틸 카바메이트, N,N-디메틸 플루오르메틸 카바메이트, 플루오르메틸 카바메이트 등을 들 수 있다.In the electrolyte of the present invention, the fluorinated alkyl group-containing amide compound is N-fluoroethyl methyl carbamate, N-fluoroethyl ethyl carbamate, N-fluoroethyl-N-methyl methyl carbamate, N-fluoroethyl-N-methyl Ethyl carbamate, N-trifluoroethyl methyl carbamate, N-trifluoroethyl ethyl carbamate, N-fluoromethyl caprolactam, N-fluoromethyl oxazolidinone, N-fluorohexyl oxazolidinone, N, N-dimethyl Fluoroethyl carbamate, N, N-dimethyl fluoromethyl carbamate, fluoromethyl carbamate and the like.
또한, 본 발명의 전해질에 있어서, 상기 리튬염의 음이온으로는 F-, Cl-, Br-, I-, NO3 -, N(CN)2 -, BF4 -, ClO4 -, PF6 -, (CF3)2PF4 -, (CF3)3PF3 -, (CF3)4PF2 -, (CF3)5PF-, (CF3)6P-, CF3SO3 -, CF3CF2SO3 -, (CF3SO2)2N-, (FSO2)2N- , CF3CF2(CF3)2CO-, (CF3SO2)2CH-, (SF5)3C-, (CF3SO2)3C-, CF3(CF2)7SO3 -, CF3CO2 -, CH3CO2 -, SCN-, (CF3CF2SO2)2N- 등을 예시할 수 있다.Further, in the electrolyte of the present invention, as the lithium salt, the anion is F -, Cl -, Br - , I -, NO 3 -, N (CN) 2 -, BF 4 -, ClO 4 -, PF 6 -, (CF 3) 2 PF 4 - , (CF 3) 3 PF 3 -, (CF 3) 4 PF 2 -, (CF 3) 5 PF -, (CF 3) 6 P -,
본 발명의 전해질에 있어서, 상기 공융혼합물의 불소화 알킬기 함유 아미드 화합물과 리튬염의 몰비가 1 내지 8 : 1인 것이 바람직하다.In the electrolyte of the present invention, the molar ratio of the fluorinated alkyl group-containing amide compound and the lithium salt of the eutectic mixture is preferably 1 to 8: 1.
또한, 본 발명의 전해질은 폴리머 자체로 된 고체상 또는 겔상과 같은 폴리머 전해질일 수 있고, 폴리머 전해질은 상기 공융혼합물 및 중합반응에 의해 폴리머를 형성할 수 있는 단량체(monomer)를 함유하는 전구체 용액의 중합에 의해 형성된 겔상의 폴리머 전해질이거나, 상기 공융혼합물이 폴리머에 함침된 형태의 폴리머 전해질 일 수 있다.In addition, the electrolyte of the present invention may be a polymer electrolyte such as a solid phase or a gel phase of the polymer itself, and the polymer electrolyte may polymerize a precursor solution containing a monomer capable of forming a polymer by the eutectic mixture and a polymerization reaction. It may be a gel polymer electrolyte formed by, or a polymer electrolyte in a form in which the eutectic mixture is impregnated into a polymer.
전술한 본 발명의 전해질은 리튬 이차전지와 같은 전기화학소자에 유용하게 적용될 수 있다. The electrolyte of the present invention described above may be usefully applied to an electrochemical device such as a lithium secondary battery.
본 발명에 따른 전해질은 다음과 같은 효과를 나타낸다.The electrolyte according to the present invention has the following effects.
첫째, 본 발명의 전해질에 포함된 신규한 공융혼합물은 우수한 열적 안정성과 화학적 안정성 등 공융혼합물의 고유 특성을 나타내므로, 종래의 유기용매 사용에 따른 전해액의 증발, 인화, 부반응 등의 문제점이 크게 개선된다.First, since the novel eutectic mixture contained in the electrolyte of the present invention exhibits inherent characteristics of the eutectic mixture such as excellent thermal stability and chemical stability, problems such as evaporation, ignition and side reaction of the electrolyte according to the conventional organic solvent are greatly improved. do.
둘째, 본 발명의 전해질에 포함된 공융혼합물은 보다 낮은 전기화학적 창(electrochemical window)의 하한 값을 나타내므로, 다양한 전기화학적 특성이 요구되는 전기화학소자의 전해질로서 유용하게 적용될 수 있다. Second, since the eutectic mixture contained in the electrolyte of the present invention exhibits a lower limit of the lower electrochemical window, it can be usefully applied as an electrolyte of an electrochemical device requiring various electrochemical properties.
이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, this invention is demonstrated in detail. Prior to this, terms or words used in the specification and claims should not be construed as having a conventional or dictionary meaning, and the inventors should properly explain the concept of terms in order to best explain their own invention. Based on the principle that can be defined, it should be interpreted as meaning and concept corresponding to the technical idea of the present invention.
본 발명의 전해질은 (a) 하기 화학식 1로 표시되는 불소화 알킬기 함유 아미드 화합물 또는 하기 화학식 2로 표시되는 불소화 알킬기 함유 아미드 화합물 및 (b) 이온화 가능한 리튬염으로 구성된 공융혼합물(eutectic mixture)을 포함한다.The electrolyte of the present invention comprises a eutectic mixture composed of (a) a fluorinated alkyl group-containing amide compound represented by the following formula (1) or a fluorinated alkyl group-containing amide compound represented by the following formula (2) and (b) an ionizable lithium salt. .
<화학식 1><Formula 1>
상기 화학식 1에 있어서, In Formula 1,
R, R1 및 R2는 서로 독립적으로 수소, 할로겐 및 탄소수가 1 내지 20인 알킬기, 알킬아민기, 알케닐기 및 아릴기로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나이되, 이 중 적어도 하나는 CpFqH2p+2-q로 표시되는 불소화 알킬기로서, p는 1 내지 8의 정수이고, q는 1 내지 9 인 정수이고,R, R 1 and R 2 are each independently selected from hydrogen, halogen and alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, alkylamine group, alkenyl group and aryl group, at least one of which is C p F q H A fluorinated alkyl group represented by 2p + 2-q , p is an integer of 1 to 8, q is an integer of 1 to 9,
X는 탄소, 규소, 산소, 질소, 인, 황 및 수소로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나로서, i) X가 수소이면 m은 0이고, ii) X가 산소 또는 황이면 m은 1이고, ⅲ) X가 질소 또는 인이면 m은 2이고, ⅳ) X가 탄소또는 규소이면 m은 3이다. X is any one selected from the group consisting of carbon, silicon, oxygen, nitrogen, phosphorus, sulfur and hydrogen, i) m is 0 if X is hydrogen, ii) m is 1 if X is oxygen or sulfur, i) M is 2 if X is nitrogen or phosphorus and i) m is 3 if X is carbon or silicon.
<화학식 2><
상기 화학식 2에 있어서, In Chemical Formula 2,
R 및 R1은 서로 독립적으로 수소, 탄소수가 1 내지 20인 알킬기, 알킬아민기, 알케닐기, 아릴기 및 알릴기로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나이되, 이 중 적어도 하나는 CpFqH2p +2-q로 표시되는 불소화 알킬기로서, p는 1 내지 8의 정수이고, q는 1 내지 9 인 정수이고,R and R 1 are each independently selected from hydrogen, an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, an alkylamine group, an alkenyl group, an aryl group and an allyl group, at least one of which is C p F q H 2p + As a fluorinated alkyl group represented by 2-q , p is an integer of 1-8, q is an integer of 1-9,
X는 탄소, 규소, 산소, 질소, 인 및 황으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나로서, i) X가 산소 또는 황이면 m은 0이고, ii) X가 질소 또는 인이면 m은 1이고, iii) X가 탄소 또는 규소이면 m은 2이며,X is any one selected from the group consisting of carbon, silicon, oxygen, nitrogen, phosphorus and sulfur, i) m is 0 if X is oxygen or sulfur, ii) m is 1 if X is nitrogen or phosphorus, iii) M is 2 if X is carbon or silicon,
n은 1 내지 10의 정수이다. n is an integer from 1 to 10.
전기화학적 창(electrochemical window)은 전기화학적 안정성 지표의 하나로서, 일반적으로 전지에서 일컬어지는 전기화학적 창(electrochemical window) 영역은 기준 전극을 리튬 금속으로 하여 하프-셀(half-cell)에서 측정된 산화/환원 전압을 상한과 하한으로 하는 값이다. 즉, 전기화학적 창(electrochemical window) 영역에서는 대상 물질이 전기화학적으로 안정하여 산화 및 환원되기 어려운 반면, 전기화학적 창(electrochemical window) 영역 밖에서는 용이하게 산화 및 환원될 수 있다. 따라서, 전해질 자체의 환원 안정성을 확보하기 위해서는 전기화학적 창(electrochemical window) 영역이 넓어 전해질의 환원분해반응을 방지하는 것이 필요하다. 특히, 다양한 전위를 갖는 음극재를 사용하기 위해서는 전기화학적 창의 하한 값이 낮은 공융 혼합물의 개발이 필요하다.An electrochemical window is one of the indicators of electrochemical stability. In general, an electrochemical window region, referred to as a cell, is an oxidation measured in a half-cell using a reference electrode as lithium metal. It is the value which makes a reduction voltage into an upper limit and a lower limit. That is, in the electrochemical window region, the target material is electrochemically stable and difficult to be oxidized and reduced, whereas it can be easily oxidized and reduced outside the electrochemical window region. Therefore, in order to secure the reduction stability of the electrolyte itself, it is necessary to prevent the reduction decomposition reaction of the electrolyte due to the wide area of the electrochemical window. In particular, in order to use a negative electrode material having various potentials, it is necessary to develop a eutectic mixture having a low lower limit of an electrochemical window.
본 발명자들은 전술한 구조의 불소화 알킬기 함유 아미드 화합물을 이용하여 리튬염과의 공융혼합물(eutectic mixture)을 형성하였는데, 이는 종래에 개시된 종류, 예를 들어 아세트 아미드, 메틸 카바메이트 등의 아미드계 화합물과 리튬염의 공융혼합물보다 낮은 전기화학적 창(electrochemical window)의 하한 값을 나타낸다. 또한, 이러한 공융혼합물은 종래의 비수 전해액 유기용매와는 달리 공융혼합물 특유의 높은 열적 및 화학적 안정성을 나타낸다.The present inventors have formed an eutectic mixture with a lithium salt using a fluorinated alkyl group-containing amide compound having the above-described structure, which is an amide compound such as acetamide, methyl carbamate, The lower limit of the electrochemical window is shown than the eutectic mixture of lithium salts. In addition, such eutectic mixtures exhibit high thermal and chemical stability unique to eutectic mixtures, unlike conventional nonaqueous electrolyte organic solvents.
본 발명의 전해질에 있어서, 공융혼합물을 구성하는 불소화 알킬기 함유 아미드 화합물로는 N-플루오르에틸 메틸 카바메이트, N-플루오르에틸 에틸 카바메이트, N-플루오르에틸-N-메틸 메틸 카바메이트, N-플루오르에틸-N-메틸 에틸 카바메이트, N-트리플루오르에틸 메틸 카바메이트, N-트리플루오르에틸 에틸 카바메이트, N-플루오르메틸 카프로락탐, N-플루오르메틸 옥사졸리디논, N-플루오르헥실 옥사졸리디논, N,N-디메틸 플루오르에틸 카바메이트, N,N-디메틸 플루오르메틸 카바메이트, 플루오르메틸 카바메이트 등을 들 수 있다.In the electrolyte of the present invention, the fluorinated alkyl group-containing amide compound constituting the eutectic mixture includes N-fluoroethyl methyl carbamate, N-fluoroethyl ethyl carbamate, N-fluoroethyl-N-methyl methyl carbamate, and N-fluoro Ethyl-N-methyl ethyl carbamate, N-trifluoroethyl methyl carbamate, N-trifluoroethyl ethyl carbamate, N-fluoromethyl caprolactam, N-fluoromethyl oxazolidinone, N-fluorohexyl oxazolidinone, N, N-dimethyl fluoroethyl carbamate, N, N-dimethyl fluoromethyl carbamate, fluoromethyl carbamate, etc. are mentioned.
또한, 본 발명의 전해질에 있어서, 전술한 불소화 알킬기 함유 아미드 화합물과 함께 공융혼합물을 구성하는 리튬염은 이온화 가능한 리튬염으로서 Li+X-로 표현할 수 있다. 이러한 리튬염의 음이온으로는 특별히 제한되지 않으나, F-, Cl-, Br-, I-, NO3 -, N(CN)2 -, BF4 -, ClO4 -, PF6 -, (CF3)2PF4 -, (CF3)3PF3 -, (CF3)4PF2 -, (CF3)5PF-, (CF3)6P-, CF3SO3 -, CF3CF2SO3 -, (CF3SO2)2N-, (FSO2)2N- , CF3CF2(CF3)2CO-, (CF3SO2)2CH-, (SF5)3C-, (CF3SO2)3C-, CF3(CF2)7SO3 -, CF3CO2 -, CH3CO2 -, SCN-, (CF3CF2SO2)2N- 등을 예시할 수 있다.In the electrolyte of the present invention, the lithium salt constituting the eutectic mixture together with the aforementioned fluorinated alkyl group-containing amide compound can be represented by Li + X - as an ionizable lithium salt. In this lithium salt anion is not particularly limited, F -, Cl -, Br -, I -, NO 3 -, N (CN) 2 -, BF 4 -, ClO 4 -, PF 6 -, (CF 3) 2 PF 4 -, (CF 3 ) 3 PF 3 -, (CF 3) 4 PF 2 -, (CF 3) 5 PF -, (CF 3) 6 P -,
본 발명에 따른 전해질의 공융혼합물의 용융온도는 화학식 1의 R, R1, X 등에 따라 달라질 수 있으나, 바람직하게는 상온(25˚C)에서 액체 상태로 존재하는 것이 바람직하다.The melting temperature of the eutectic mixture of the electrolyte according to the present invention may vary depending on R, R 1 , X, and the like of Chemical Formula 1, but is preferably present in a liquid state at room temperature (25 ° C).
본 발명에 따른 전해질의 공융혼합물은 당업계에 알려진 통상적인 방법에 따라 제조할 수 있는데, 예를 들어 전술한 불소화 알킬기 함유 아미드 화합물과 리튬염을 상온에서 혼합한 다음, 70˚C 이하의 적절한 온도에서 반응시킨 후 정제하여 제조할 수 있다. 이 때, 제조된 공융혼합물의 불소화 알킬기 함유 아미드 화합물과 리튬염의 몰비는 바람직하게는 1 내지 8 : 1, 더욱 바람직하게는 2 내지 6:1이다.The eutectic mixture of the electrolyte according to the present invention may be prepared according to a conventional method known in the art, for example, the above-described fluorinated alkyl group-containing amide compound and lithium salt are mixed at room temperature, and then suitable temperature of 70 ° C. or lower. After the reaction in the purification can be prepared. At this time, the molar ratio of the fluorinated alkyl group-containing amide compound and the lithium salt of the prepared eutectic mixture is preferably 1 to 8: 1, more preferably 2 to 6: 1.
본 발명의 전해질은 리튬 이온을 자체에 포함하는 공융혼합물을 포함하므로, 리튬 이차전지에 적용하는 경우에도 리튬염을 별도로 첨가하지 않을 수 있으나, 리튬염과 같은 염을 예를 들어 0 내지 1M/L의 농도로 더 포함할 수 있음은 물론이다. 전해질에 리튬염을 더 첨가시, 전해질에 대한 용해성을 향상시키기 위하여, 공융혼합물을 구성하는 리튬염의 음이온과 동일한 음이온을 갖는 리튬염을 사용하는 것이 바람직하다.Since the electrolyte of the present invention includes a eutectic mixture containing lithium ions in itself, even when applied to a lithium secondary battery, a lithium salt may not be added separately, but a salt such as lithium salt may be, for example, 0 to 1 M / L. Of course, the concentration may further include. When further adding a lithium salt to the electrolyte, in order to improve solubility in the electrolyte, it is preferable to use a lithium salt having the same anion as that of the lithium salt constituting the eutectic mixture.
또한, 본 발명의 전해질은 본 발명의 목적을 저해하지 않는 한도 내에서 다양한 종류의 첨가제나 유기용매를 더 포함할 수 있음은 당업자에게 자명하다고 할 것이다.In addition, it will be apparent to those skilled in the art that the electrolyte of the present invention may further include various kinds of additives or organic solvents without departing from the object of the present invention.
본 발명의 전해질은 전해질 형태에 관계없이 모두 적용이 가능한데, 예를 들 어 액체 전해질이나, 폴리머 자체로 된 고체상 또는 겔상과 같은 폴리머 전해질로 이용될 수 있다. 본 발명의 전해질이 액체 전해질로 사용되는 경우, 전술한 공융혼합물을 단독으로 사용하거나 또는 염, 유기용매, 첨가제 등을 더 첨가하여 사용할 수 있다.Regardless of the type of electrolyte, all of the electrolytes of the present invention can be applied. For example, the electrolyte may be used as a liquid electrolyte or a polymer electrolyte such as a solid phase or a gel phase of the polymer itself. When the electrolyte of the present invention is used as a liquid electrolyte, the above eutectic mixtures may be used alone, or may be used by further adding salts, organic solvents, additives and the like.
한편, 본 발명의 전해질이 폴리머 전해질인 경우, 공융혼합물 및 중합반응에 의해 폴리머를 형성할 수 있는 단량체(monomer)를 함유하는 전구체 용액의 중합에 의해 겔상의 폴리머 전해질로, 또는 공융혼합물이 고체상 또는 겔상과 같은 폴리머에 함침된 형태의 폴리머 전해질로 제조될 수 있다.On the other hand, when the electrolyte of the present invention is a polymer electrolyte, the polymer electrolyte is a gel-like polymer by polymerization of a precursor solution containing a eutectic mixture and a monomer capable of forming a polymer by a polymerization reaction, or the eutectic mixture is a solid phase or It may be made of a polymer electrolyte in a form impregnated with a polymer such as gel.
① 우선, 전구체 용액의 중합 반응에 의해 제조된 겔상의 폴리머 전해질에 대해 설명한다.(1) First, the gel polymer electrolyte produced by the polymerization reaction of the precursor solution will be described.
본 발명의 일측면에 따른 겔상의 폴리머 전해질은 (i) 전술한 화학식 1의 공융혼합물 및 (ii) 중합 반응에 의해 폴리머를 형성할 수 있는 단량체(monomer)를 함유하는 전구체 용액을 중합시켜 형성될 수 있다.The gel polymer electrolyte according to one aspect of the present invention is formed by polymerizing a precursor solution containing (i) a eutectic mixture of Formula 1 and (ii) a monomer capable of forming a polymer by a polymerization reaction. Can be.
단량체(monomer)는 중합반응이 진행됨에 따라 공융혼합물과 함께 겔 폴리머를 형성할 수 있는 모든 종류의 단량체가 적용 가능하며, 이의 비제한적인 예로는 비닐 모노머 등이 있다. 비닐 모노머는 공융혼합물과 혼합되어 겔 폴리머를 형성하는 경우 중합이 매우 간단하다는 장점이 있다.As the monomer (monomer) as the polymerization proceeds, all kinds of monomers capable of forming a gel polymer with the eutectic mixture is applicable, non-limiting examples thereof include vinyl monomers. Vinyl monomers have the advantage of very simple polymerization when mixed with eutectic mixtures to form gel polymers.
사용 가능한 비닐 모노머의 비제한적인 예로는 아크릴로니트릴, 메틸메타크릴레이트, 메틸아크릴레이트, 메타크릴로니트닐, 메틸스티렌, 비닐에스테르류, 염화비닐, 염화비닐리덴, 아크릴아마이드, 테트라플루오로에틸렌, 비닐아세테이트, 비닐클로라이드, 메틸비닐케톤, 에틸렌, 스티렌, 파라메톡시스티렌, 파라시아노스티렌 등이 있으며, 이들은 각각 단독으로 또는 이들을 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다.Non-limiting examples of vinyl monomers that can be used include acrylonitrile, methyl methacrylate, methyl acrylate, methacrylonitrile, methyl styrene, vinyl esters, vinyl chloride, vinylidene chloride, acrylamide, tetrafluoroethylene , Vinyl acetate, vinyl chloride, methyl vinyl ketone, ethylene, styrene, paramethoxy styrene, paracyano styrene, and the like, each of which may be used alone or in combination of two or more thereof.
전구체 용액은 통상적인 중합개시제 또는 광개시제를 추가적으로 포함할 수 있는데, 개시제(initiator)는 열이나 자외선에 의해 분해되어 라디칼(radical)을 형성하고, 자유라디칼 중합에 의해 모노머와 반응하여 겔 폴리머 전해질을 형성한다. 또한, 개시제를 사용하지 않고 모노머의 중합을 진행할 수도 있다. 일반적으로 자유라디칼 중합은 반응성이 강한 일시적인 분자들 또는 활성점이 형성되는 개시반응, 활성연쇄말단에 단량체가 부가되어 다시 사슬 끝에 활성점이 형성되는 성장반응, 활성점을 다른 분자들에게 이동시키는 연쇄이동반응, 활성연쇄 중심이 파괴되는 정지반응의 과정을 거치게 된다.The precursor solution may additionally include conventional polymerization initiators or photoinitiators, initiators are decomposed by heat or ultraviolet light to form radicals and react with monomers by free radical polymerization to form gel polymer electrolytes. do. Moreover, superposition | polymerization of a monomer can also be advanced, without using an initiator. In general, free radical polymerization is a reaction of initiation where active molecules or active points are formed, a growth reaction in which monomers are added at the end of an active chain to form an active point at the end of a chain, and a chain transfer reaction that moves an active point to other molecules. In addition, the reaction chain undergoes a stop reaction in which the active chain center is destroyed.
사용 가능한 열중합 개시제로의 비제한적인 예로는Benzoyl peroxide, Acetyl peroxide, Dilauryl peroxide, Di-tert-butyl peroxide, Cumyl hydroperoxide, Hydrogen peroxide 등의 유기과산화물류나 히드로과산화물류, 2,2-Azobis(2-cyanobutane), 2,2-Azobis(Methylbutyronitrile), AIBN(Azobis(iso-butyronitrile), AMVN (Azobisdimethyl-Valeronitrile) 등의 아조화합물류, 알킬화은류와 같은 유기금속 등이 있다. 또한, 자외선과 같은 빛에 의해 라디칼이 형성되는 광 개시제의 비제한적인 예로는 Chloroacetophenone, Diethoxy Acetophenone(DEAP), 1-phenyl-2-hydroxy-2-methyl propaneone(HMPP), 1-Hydroxy cyclrohexyl phenyl ketone, α-Amino Acetophenone, Benzoin Ether, Benzyl Dimethyl ketal, Benzophenone, Thioxanthone, 2-ethylAnthraquinone(2-ETAQ) 등이 있다.Non-limiting examples of thermal initiators that can be used include organic peroxides such as benzoyl peroxide, Acetyl peroxide, Dilauryl peroxide, Di-tert-butyl peroxide, Cumyl hydroperoxide, Hydrogen peroxide, and hydroperoxides, 2,2-Azobis (2). azo compounds such as -cyanobutane), 2,2-Azobis (Methylbutyronitrile), AIBN (Azobis (iso-butyronitrile), AMVN (Azobisdimethyl-Valeronitrile), and organic metals such as silver alkylated compounds. Non-limiting examples of photoinitiators formed by radicals include Chloroacetophenone, Diethoxy Acetophenone (DEAP), 1-phenyl-2-hydroxy-2-methyl propaneone (HMPP), 1-Hydroxy cyclrohexyl phenyl ketone, α-Amino Acetophenone, Benzoin Ether, Benzyl Dimethyl ketal, Benzophenone, Thioxanthone and 2-ethylAnthraquinone (2-ETAQ).
상기 기재된 성분들 이외에, 본 발명에 따른 겔 폴리머 전해질의 전구체 용액은 당업계에 알려진 기타 첨가제 등을 선택적으로함유할 수 있다.In addition to the components described above, the precursor solution of the gel polymer electrolyte according to the present invention may optionally contain other additives and the like known in the art.
전술한 전구체 용액을 이용하여 당업계에 알려진 통상적인 방법에 따라 겔 폴리머 전해질을 형성하게 되는데, 전기 화학 소자 내부에서 In - Situ 중합 반응에 의하여 겔 폴리머 전해질을 제조하는 것이 바람직하다. In - Situ 중합 반응은 열 또는 자외선 조사를 통해 가능하다. 전구체 용액 내의 공융혼합물과 모노머의 함량비는 0.5~0.95 : 0.05~0.5로 조절하는 것이 바람직하다.. 겔 폴리머의 중합 정도는 반응 인자인 중합 시간, 중합 온도 또는 광조사량 정도에 따라 조절할 수 있으므로, 전해질이 누출되지 않으면서도 폴리머가 과중합되어 부피가 수축되지 않을 정도로 조절한다.Using the precursor solution described above to form a gel polymer electrolyte according to a conventional method known in the art, it is preferable to prepare a gel polymer electrolyte by the In - Situ polymerization reaction in the electrochemical device. In - Situ polymerization reaction is possible by heat or ultraviolet irradiation. The content ratio of the eutectic mixture and the monomer in the precursor solution is preferably adjusted to 0.5-0.95: 0.05-0.5. Since the degree of polymerization of the gel polymer can be controlled according to the polymerization time, polymerization temperature or light irradiation degree, which are reaction factors, The polymer is superpolymerized without leaking the electrolyte so that the volume does not shrink.
② 본 발명에 따라 공융혼합물을 포함하는 폴리머 전해질의 다른 제조방법으로서, 공융혼합물을 이미 형성된 고체상 폴리머 또는 겔상 폴리머에 주입하여, 공융혼합물이 폴리머에함침된 형태로 제조할 수 있다.(2) As another method for producing a polymer electrolyte containing a eutectic mixture according to the present invention, the eutectic mixture may be injected into a solid polymer or a gel polymer already formed, so that the eutectic mixture is impregnated in the polymer.
사용 가능한 폴리머의 비제한적인 예로는 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리비닐리덴 디플루라이드, 폴리비닐 클로라이드, 폴리에틸렌 옥사이드, 폴리하이드록시에틸메타크릴레이트 등을 각각 단독으로 또는 이들을 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다. 이 방법은 전술한 In - Situ 방법에 비해 제조 공정이 단순화될 수 있다.Non-limiting examples of the polymers that can be used include polymethyl methacrylate, polyvinylidene difluoride, polyvinyl chloride, polyethylene oxide, polyhydroxyethyl methacrylate, etc., alone or in combination of two or more thereof. have. This method can simplify the manufacturing process compared to the In - Situ method described above.
③ 본 발명에 따라 공융혼합물을 포함하는 폴리머 전해질의 또 다른 제조방 법으로서, 폴리머와 공융혼합물을 용매에 용해시킨 후 용매를 제거함으로써 폴리머 전해질을 형성하는 방법이 이용돌 수 있다. 이때, 공융혼합물은 폴리머 매트릭스 내부에 함유된 형태가 된다.(3) According to the present invention, as another method for preparing a polymer electrolyte containing a eutectic mixture, a method of forming a polymer electrolyte by dissolving the polymer and the eutectic mixture in a solvent and then removing the solvent may be used. At this time, the eutectic mixture is in the form contained in the polymer matrix.
사용 가능한 용매로는 특별한 제한은 없으며, 이의 비제한적인 예로는 톨루엔, 아세톤, 아세토니트릴, THF 등이 있다. 또한 용매 제거 방법도 특별한 제한은 없으며, 열을 가하는 등의 통상적인 방법이 이용될 수 있다.The solvent that can be used is not particularly limited, and non-limiting examples thereof include toluene, acetone, acetonitrile, THF, and the like. In addition, the solvent removal method is not particularly limited, and conventional methods such as applying heat may be used.
본 발명에 따라 공융혼합물을 포함하는 전해질은 사용 목적에 따라 다양한 전기화학적 특성이 요구되는 당 업계에 알려진 통상적인 전기화학소자(electrochemical device)에 적용 가능하다.The electrolyte comprising the eutectic mixture according to the present invention is applicable to conventional electrochemical devices known in the art, where various electrochemical properties are required depending on the purpose of use.
상기 전기화학소자의 비제한적인 예로는 모든 종류의 1차, 2차 전지, 연료 전지, 태양 전지, 전기 변색 소자, 전해 컨텐서(condenser) 또는 캐퍼시터(capacitor) 등이 있으며, 이의 구체예로는리튬 이차전지, 전기 이중층 캐패시터, 색소증감형 태양전지, 전기변색소자 등이 있다.Non-limiting examples of the electrochemical device include all kinds of primary, secondary, fuel cells, solar cells, electrochromic devices, electrolytic capacitors (capacitors) or the like, specific examples thereof are lithium Secondary batteries, electric double layer capacitors, dye-sensitized solar cells, electrochromic devices and the like.
이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 실시예를 들어 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명에 따른 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어져서는 안된다. 본 발명의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되어지는 것이다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to Examples. However, embodiments according to the present invention can be modified in many different forms, the scope of the present invention should not be construed as limited to the embodiments described below. Embodiments of the present invention are provided to more completely explain the present invention to those skilled in the art.
실시예 1Example 1
N-플루오르에틸 메틸카바메이트 6.4g과 LiPF6 2g을 둥근 바닥 플라스크에 넣고, 질소 분위기하에서 2시간 동안 서서히 교반시켜 공융혼합물 8.4g을 수득하였다.6.4 g of N-fluoroethyl methyl carbamate and 2 g of LiPF 6 were placed in a round bottom flask, and stirred slowly for 2 hours under a nitrogen atmosphere to obtain 8.4 g of a eutectic mixture.
실시예 2Example 2
N-플루오르에틸 에틸카바메이트 7.1g과 LiPF6 2g을 둥근 바닥 플라스크에 넣고, 질소 분위기하에서 2시간 동안 서서히 교반시켜 공융혼합물 9.1g을 수득하였다.7.1 g of N-fluoroethyl ethyl carbamate and 2 g of LiPF 6 were placed in a round bottom flask, and stirred slowly for 2 hours under a nitrogen atmosphere to obtain 9.1 g of a eutectic mixture.
실시예 3Example 3
N-트리플루오르에틸 메틸카바메이트 8.3g과 LiPF6 2g을 둥근 바닥 플라스크에 넣고, 질소 분위기하에서 2시간 동안 서서히 교반시켜 공융혼합물 10.3g을 수득하였다.8.3 g of N-trifluoroethyl methylcarbamate and 2 g of LiPF 6 were placed in a round bottom flask, and stirred slowly for 2 hours under a nitrogen atmosphere to obtain 10.3 g of a eutectic mixture.
비교예 1Comparative Example 1
메틸카바메이트 2.1g과 LiTFSI 2g을 둥근 바닥 플라스크에 넣고, 질소 분위기하에서 2시간 동안 서서히 교반시켜 공융혼합물 4.1g을 수득하였다.2.1 g of methyl carbamate and 2 g of LiTFSI were placed in a round bottom flask, and stirred slowly for 2 hours under a nitrogen atmosphere to obtain 4.1 g of a eutectic mixture.
비교예 2Comparative Example 2
아세트아미드 1.6g과 LiTFSI 2g을 둥근 바닥 플라스크에 넣고, 질소 분위기하에서 2시간 동안 서서히 교반시켜 공융혼합물 3.6g을 수득하였다.1.6 g of acetamide and 2 g of LiTFSI were placed in a round bottom flask, and stirred slowly for 2 hours under a nitrogen atmosphere to obtain 3.6 g of a eutectic mixture.
전술한 실시예 및 비교예에 따라 제조한 공융혼합물의 전기화학적 창을 평가하기 위하여, 하기와 같이 실시하였다.In order to evaluate the electrochemical window of the eutectic mixture prepared according to the above-described examples and comparative examples, it was carried out as follows.
시료로는 실시예 1 내지 2에서 제조된 공융혼합물 및 비교예 1 내지 2의 공융혼합물을 사용하였으며, 이때 사용된 공융혼합물의 비율은 아미드 화합물과 염의 비가 모두 4:1이었다. 순환 전압 전류법(cyclic voltammetry)을 이용하여, 상기 공융혼합물의 환원 전위를 측정하였으며, 이때, 작업전극은 유리질 탄소, 기준전극은 리튬 금속, 상대전극은 리튬 금속을 사용하였으며 주사속도는 50 mV/s였다. 이의 결과는 하기 표 1 및 도 1에 기재하였다. 실시예 1 및 2 의 불소화 알킬기가 치환된 공융혼합물의 환원 전위는 각각 0.45V로서, 비교예 1 및 2의 공융혼합물의 그것보다 낮은 환원전위를 나타내었다. As the sample, the eutectic mixtures prepared in Examples 1 and 2 and the eutectic mixtures of Comparative Examples 1 and 2 were used, and the ratios of the eutectic mixtures used were all 4: 1 in amide compound and salt ratio. The reduction potential of the eutectic mixture was measured using cyclic voltammetry, wherein the working electrode was made of glassy carbon, the reference electrode was lithium metal, the counter electrode was lithium metal, and the scanning speed was 50 mV / s. The results are shown in Table 1 and FIG. 1. The reduction potentials of the eutectic mixtures in which the fluorinated alkyl groups of Examples 1 and 2 were substituted were 0.45 V, respectively, which showed a lower reduction potential than that of the eutectic mixtures of Comparative Examples 1 and 2.
제조예Production Example
(양극 제조)(Anode manufacturing)
양극활물질로 LiCoO2, 도전재로 인조흑연, 바인더로서 폴리비닐리덴 플루오라이드를 94:3:3의 중량비로 혼합하고, 얻어진 혼합물에 N-메틸피롤리돈을 가하여 슬러리를 제조하였다. 제조된 슬러리를 알루미늄 포일에 도포하고, 130℃에서 2시간 동안 건조하여 양극을 제조하였다. LiCoO 2 as a positive electrode active material, artificial graphite as a conductive material, polyvinylidene fluoride as a binder was mixed in a weight ratio of 94: 3: 3, and N-methylpyrrolidone was added to the resulting mixture to prepare a slurry. The prepared slurry was applied to aluminum foil, and dried at 130 ° C. for 2 hours to prepare a positive electrode.
(음극 제조)(Cathode production)
음극활물질 Li4 /3Ti5 /3O4, 인조흑연 및 바인더를 94:3:3의 중량비로 혼합하고, N-메틸피롤리돈을 가하여 슬러리를 제조하였다. 제조된 슬러리를 구리 포일에 도포하고, 130℃에서 2시간 동안 건조하여 음극을 제조하였다.Negative electrode active material Li 4/3 Ti 5/3 O 4, an artificial graphite and a binder 94: 3 mixed in a weight ratio of 3, and N- methylpyrrolidone was added to prepare a slurry. The prepared slurry was applied to a copper foil and dried at 130 ° C. for 2 hours to prepare a negative electrode.
(이차전지 조립)(Secondary Battery Assembly)
상기와 같이 제조된 양극 및 음극을 1cm2로 준비하고, 그 사이에 분리막을 개재(介在)시켰다. 여기에 상기 실시예 1에서 제조한 공융혼합물을 주입하여 도 2와 같이 이차전지를 완성하였다. 도 2에서, 도면부호 1은 양극, 2는 음극, 3은 분리막과 전해질, 4는 스페이서, 5는 동전 캔 용기, 6은 동전 캔 뚜껑, (7)은 봉합용 고무를 나타낸다.A positive electrode and a negative electrode prepared as described above were prepared in 1 cm 2 , and a separator was interposed therebetween. Injecting the eutectic mixture prepared in Example 1 here to complete the secondary battery as shown in FIG. In Fig. 2, reference numeral 1 denotes an anode, 2 a cathode, 3 a separator and an electrolyte, 4 a spacer, 5 a coin can container, 6 a coin can lid, and 7 a seal rubber.
대조군Control
전해질로 실시예 1의 공융혼합물 대신 에틸렌카보네이트 : 에틸메틸카보네이트 1 : 2 부피비를 갖는 1M LiPF6용액을 사용한 것을 제외하고는 제조예와 동일한 방법으로 이차전지를 제조하였다.A secondary battery was manufactured in the same manner as in Preparation Example, except that a 1M LiPF 6 solution having a volume ratio of ethylene carbonate: ethyl methyl carbonate 1: 2 was used instead of the eutectic mixture of Example 1.
이차 전지의 상온 성능 평가 Evaluation of Room Temperature Performance of Secondary Battery
상기 제조예 및 대조군의 이차 전지를 0.5mAcm- 2 로 각각 충방전하여, 사이클에 따른 방전 용량 및 충방전 효율을 측정하였다.The secondary battery of the above-mentioned Production Examples and control 0.5mAcm - respectively charged and discharged at a 2 to measure the discharge capacity and charge-discharge efficiency of the cycle.
실험결과, 통상적인 카보네이트계 용매를 포함하는 전해질을 사용하는 대조군의 전지 및 본 발명의 공융혼합물을 전해질로 사용하는 제조예의 전지는 도 3에 도시된 바와 같이 모두 삼십 번째 사이클 이후 90% 이상의 방전 용량 및 99%의 충-방전 효율을 나타내었다. 도 3에서 실선은 제조예를, 점선은 대조군을 나타낸다. 이로부터, 본 발명의 공융혼합물 전해질은 상온에서 종래 상업화된 액체 전해질과 대등한 성능을 발휘할 수 있음을 알 수 있었다.As a result, the battery of the control group using the electrolyte containing the conventional carbonate solvent and the battery of the preparation example using the eutectic mixture of the present invention as the electrolyte, the discharge capacity of more than 90% after the thirtieth cycle as shown in FIG. And a charge-discharge efficiency of 99%. In FIG. 3, the solid line represents a preparation example, and the dotted line represents a control group. From this, it was found that the eutectic mixture electrolyte of the present invention can exhibit a performance comparable to that of a conventionally commercialized liquid electrolyte at room temperature.
전해질의 Electrolyte SETSET 실험 Experiment
상기 실시예 1 내지 3에서 만들어진 공융혼합물에 대해 자기 소화 시간(Self-Extinguishing Time, SET)을 측정하였다. 이 실험은 0.5 cm 유리솜 뭉치에 125 mg의 공융혼합물 전해질을 적신 후 가스 라이터 불로 5초간 가열한 후, 불이 소화되는 시간을 측정하는 것이다.The self-extinguishing time (SET) of the eutectic mixtures prepared in Examples 1 to 3 was measured. This experiment was conducted by soaking 125 mg of eutectic mixture electrolyte in a 0.5 cm bundle of glass wool, heating it for 5 seconds with a gas lighter fire, and then measuring the time for the fire to be extinguished.
대조군으로서 전지용 전해액 용매인 에틸렌 카보네이트(EC)에 대해 측정한 결과, 대략 55초간 불이 붙어있었던 것에 비해(SET0 = 55초), 실시예들의 공융혼합물의 경우에는 전혀 불이 붙지 않았으며 (SET = 0초), 이의 상대 비교값(1-SET/SET0)은 1.0 이었다. 이와 같이 본 발명의 공융혼합물은 난연성(難燃性)이 매우 우수하였다. 참고로, 상대 비교값(1-SET/SET0)에 따라 가연성, 연소지연성, 난연성으로 구분하는데, 그 기준은 0 < 가연성 < 0.67 < 연소지연성 < 0.9 < 난연성 < 1 이다 (J. Power Sources , 135 (2004), 291).As a control, ethylene carbonate (EC), which is a battery electrolyte solvent, was found to be on fire for approximately 55 seconds (SET 0 = 55 seconds). = 0 second), and its relative comparison value (1-SET / SET 0 ) was 1.0. Thus, the eutectic mixture of the present invention was very excellent in flame retardancy. For reference, according to the relative comparison value (1-SET / SET 0 ), it is classified into flammability, combustion delay, and flame retardancy, and the criteria are 0 <flammability <0.67 <combustion delay <0.9 <flame retardancy <1 ( J. Power Sources , 135 (2004), 291).
따라서, 본 발명에 따른 공융혼합물을 전해질로 사용하는 경우, 통상적인 전해질을 사용하는 경우보다 우수한 난연성을 가지며, 나아가 전지의 안전성을 향상시킬 수 있음을 알 수 있었다.Therefore, it was found that when the eutectic mixture according to the present invention is used as an electrolyte, it has better flame retardancy than when using a conventional electrolyte and further improves the safety of the battery.
도 1은 실시예 1 및 2 와 비교예 1 및 2에 따른 공융혼합물의 환원 전위를 측정한 그래프이고,1 is a graph measuring reduction potentials of eutectic mixtures according to Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2,
도 2는 코인형 이차전지의 개략적인 단면도이고,2 is a schematic cross-sectional view of a coin-type secondary battery,
도 3는 제조예 및 대조군에 따른 이차전지의 충방전 효율을 측정한 그래프이다.Figure 3 is a graph measuring the charge and discharge efficiency of the secondary battery according to the preparation example and the control.
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