KR101179356B1 - Eutectic mixture electrolyte and secondary battery using the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 기존 공융혼합물 전해질의 장점(예컨대, 넓은 전기화학적 창, 액체로서의 넓은 온도 범위, 높은 용매화 능력, 비배위 결합성, 난연성 등)을 그대로 보유하면서도, 리튬염의 종류, 농도 등에 큰 제약 없이, 용이하게 제조 가능한 공융혼합물 전해질에 관한 것이다.The present invention retains the advantages of the existing eutectic mixture electrolytes (for example, wide electrochemical window, wide temperature range as a liquid, high solvation ability, non-coordinated binding properties, flame retardancy, etc.), but without significant limitations on the type and concentration of lithium salts. The present invention relates to an eutectic mixture electrolyte that can be easily prepared.
Description
본 발명은 기존 공융혼합물 전해질의 장점(예컨대, 넓은 전기화학적 창, 액체로서의 넓은 온도 범위, 높은 용매화 능력, 비배위 결합성, 난연성 등)을 그대로 보유하면서도, 리튬염의 종류, 농도 등에 큰 제약 없이, 용이하게 제조할 수 있는 공융혼합물 전해질에 관한 것이다.The present invention retains the advantages of the existing eutectic mixture electrolytes (for example, wide electrochemical window, wide temperature range as a liquid, high solvation ability, non-coordinated binding properties, flame retardancy, etc.), but without significant limitations on the type and concentration of lithium salts. It relates to a eutectic mixture electrolyte that can be easily prepared.
최근 에너지 저장 기술에 대한 관심이 갈수록 높아지고 있다. 휴대폰, 노트북 PC, 나아가서는 전기 자동차에까지 적용 분야가 확대되면서 에너지 저장에 대한 연구개발이 구체화되고 있다. 이러한 측면에서 가장 주목을 끄는 분야가 전기화학소자이며, 그 중에서 특히 충-방전이 가능한 이차 전지가 관심을 끌고 있다. Recently, interest in energy storage technology is increasing. As the field of application extends to mobile phones, notebook PCs, and even electric vehicles, research and development on energy storage is becoming concrete. In this respect, the most interesting field is an electrochemical device, and among them, a secondary battery capable of charging and discharging has been attracting attention.
현재 적용되고 있는 2차 전지 중에서 1990 년대 초에 개발된 리튬 이온 전지는 Ni-MH, Ni-Cd, 황산-납 이차 전지 등의 재래식 전지에 비해서 작동 전압이 높고 에너지 밀도가 월등히 크다는 장점으로 각광을 받고 있다. Lithium ion batteries, developed in the early 1990s among the secondary batteries currently applied, have been spotlighted due to their high operating voltage and significantly higher energy density than conventional batteries such as Ni-MH, Ni-Cd, and sulfuric acid-lead secondary batteries. I am getting it.
일반적으로 리튬 이온 전지는 양극으로 리튬 금속산화물, 음극으로 탄소 재료나 리튬 금속 합금, 전해질로는 전해액 용매에 전해질염을 녹인 용액을 사용하여 제조된다. 이 때, 상기 전해액은 전극 사이에서 이온을 전달하는 매질로서, 충분히 빠른 속도로 이온을 전달할 수 있어야 하며, 전지의 작동 온도/압력 범위에서 안정한 물질이어야 한다. In general, a lithium ion battery is manufactured using a lithium metal oxide as a positive electrode, a carbon material or a lithium metal alloy as a negative electrode, and a solution in which electrolyte salt is dissolved in an electrolyte solvent as an electrolyte. At this time, the electrolyte is a medium for transferring ions between the electrodes, it should be able to transfer the ions at a sufficiently high speed, and a stable material in the operating temperature / pressure range of the battery.
그러나, 전해액 용매로 사용되는 카보네이트, 락톤, 에테르 등 유기 용매는 일반적으로 휘발성이 강하고 인화성이 높아, 리튬 이온 이차 전지에 적용시 과충전, 과방전, 단락 및 고온시 안전성에 문제를 야기한다. However, organic solvents such as carbonate, lactone, ether and the like used as electrolyte solvents are generally highly volatile and highly flammable, causing problems in safety when overcharged, overdischarged, short-circuited and at high temperatures when applied to lithium ion secondary batteries.
상술한 문제점을 해결하려는 시도로, 일본 특허 2002-110225에서는 이미다졸륨 계열과 암모늄 계열의 이온성 액체를 전해질로 사용하는 방법이 개시되었다. 그러나, 상기 이온성 액체는 음극에서 리튬 이온보다 높은 전압에서 환원되거나, 리튬 이온과 함께 이미다졸륨, 암모늄 양이온이 함께 음극에 삽입되는 문제가 있다. 따라서, 실제 상기 이온성 액체를 단독으로 리튬 이차 전지의 액체 전해질로 적용한 결과, 충-방전 사이클에서 이차 전지의 용량 감소가 매우 커, 오히려 전지 성능이 열화되는 문제가 드러났다. 또한, 기존의 이온성 액체는 고가이고 합성 및 정제가 복잡하여, 실제 이차 전지에 적용하기에는 적합하지 못하다. In an attempt to solve the above problem, Japanese Patent 2002-110225 discloses a method of using an imidazolium-based and ammonium-based ionic liquid as an electrolyte. However, there is a problem that the ionic liquid is reduced at a higher voltage than lithium ions at the negative electrode, or imidazolium and ammonium cations are inserted into the negative electrode together with the lithium ions. Therefore, the application of the ionic liquid alone as a liquid electrolyte of a lithium secondary battery revealed a problem that the capacity reduction of the secondary battery was very large in the charge-discharge cycle, but rather, the battery performance was deteriorated. In addition, conventional ionic liquids are expensive and complex to synthesize and purify, making them unsuitable for practical application in secondary batteries.
따라서, 이차 전지의 성능을 향상시키기 위하여, 전극 물질을 개질 또는 전해질 성분을 개선하거나, 새로운 전극 물질, 전해질을 개발하려는 시도들이 다양하게 이루어지고 있다. Therefore, in order to improve the performance of the secondary battery, various attempts have been made to modify the electrode material or to improve electrolyte components, or to develop new electrode materials and electrolytes.
본 발명자들은 공융혼합물의 형성범위를 넓히고 공융혼합물 전해질 제조를 용이하게 하기 위하여, (a) 아미드기 함유 화합물 2종 이상으로 구성된 공융혼합물; 및 (b) 이온화 가능한 리튬염을 포함하여, 제조가 용이한 공융혼합물 전해질을 제공하고자 한다.The inventors of the present invention provide a mixture of (a) a eutectic mixture composed of two or more amide group-containing compounds in order to broaden the range of eutectic mixture formation and to facilitate the preparation of the eutectic mixture electrolyte; And (b) an ionizable lithium salt, to provide an easy eutectic mixture electrolyte.
본 발명은 (a) 아미드기 함유 화합물 2종 이상으로 구성된 공융혼합물, 및 (b) 이온화 가능한 리튬염(salt)을 포함하는 것이 특징인 공융혼합물 전해질; 상기 공융혼합물 전해질의 제조 방법; 및 상기 공융혼합물 전해질을 포함하는 이차 전지를 제공한다. The present invention provides a eutectic mixture electrolyte comprising (a) a eutectic mixture composed of two or more amide group-containing compounds, and (b) an ionizable lithium salt; A method of preparing the eutectic mixture electrolyte; And it provides a secondary battery comprising the eutectic mixture electrolyte.
이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.
공융혼합물은 두 가지 이상의 물질이 혼합되어 용융 온도가 낮아지는 물질을 지칭하는 것으로, 특히 상온에서 액상인 혼합염을 말한다. 특히 상온이란 상한이 100℃, 경우에 따라서는 60℃를 의미한다. The eutectic mixture refers to a substance in which two or more substances are mixed to lower the melting temperature, in particular, a mixed salt which is liquid at room temperature. In particular, normal temperature means 100 degreeC in upper limit, and 60 degreeC in some cases.
이러한 공융혼합물을 포함하는 전해질(이하 '공융혼합물 전해질')은 넓은 전기화학적 창, 액체로서의 넓은 온도 범위, 높은 용매화 능력, 비배위 결합성 등의 특성을 가져 전지의 성능 및 안전성을 향상시킬 수 있다. 특히, 상기 공융혼합물 전해질은 기존 유기 용매에 비해 증기압이 없어 고온 저장시 전해질의 증발 염려가 적고, 난연성을 가지므로, 전지의 고온 저장 특성 및 안전성을 향상시킬 수 있다.Electrolytes containing such eutectic mixtures (hereinafter referred to as eutectic mixture electrolytes) have characteristics such as a wide electrochemical window, a wide temperature range as a liquid, high solvation capability, and non-coordination binding properties, thereby improving battery performance and safety. have. In particular, the eutectic mixture electrolyte has no vapor pressure compared to the conventional organic solvent, so there is little concern about evaporation of the electrolyte during high temperature storage and flame retardancy, thereby improving high temperature storage characteristics and safety of the battery.
이러한 공융혼합물 전해질은 1종의 아미드기 함유 화합물 및 리튬염을 혼합하여 제조될 수 있다. 그러나, 이 경우 리튬염의 종류, 및/또는 리튬염과 아미드기 함유 화합물의 사용비에 따라 액체 상태의 공융혼합물 전해질의 형성 여부가 달라 지므로, 제조에 어려움이 있다. Such eutectic mixture electrolyte may be prepared by mixing one amide group-containing compound and a lithium salt. In this case, however, the formation of the eutectic mixture electrolyte in the liquid state varies depending on the type of the lithium salt and / or the use ratio of the lithium salt and the amide group-containing compound.
이에, 본 발명은 2종 이상의 아미드기 함유 화합물이 공융혼합물을 형성할 수 있다는 것을 발견하고, 이를 이용하여 공융혼합물 전해질을 용이하게 제조하는 것이 특징이다. 보다 구체적으로는, 본 발명은 아미드기 함유 화합물 2종 이상으로 구성된 공융혼합물; 및 이온화 가능한 리튬염을 포함하여, 보다 용이하게 공융혼합물 전해질을 형성할 수 있는 것을 특징으로 한다. Accordingly, the present invention finds that two or more amide group-containing compounds can form a eutectic mixture, and is characterized by easily preparing a eutectic mixture electrolyte using the same. More specifically, the present invention is a eutectic mixture composed of two or more amide group-containing compounds; And an ionizable lithium salt, characterized in that the eutectic mixture electrolyte can be more easily formed.
아미드기 함유 화합물은 분자 내 2개의 극성기인 카르보닐기와 아민기를 갖는다. 따라서, 아미드기 함유 화합물을 2종 이상 혼합시, 각각 화합물의 결정성이 저하되면서, 공융혼합물이 형성될 수 있다. 즉, 하나의 아미드기 함유 화합물 내 존재하는 카르보닐기(-C=O)와 아민기(-NR2)가 다른 아미드기 함유 화합물 내의 결합을 약화시키고, 혼합물의 용융점이 낮아지면서, 공융혼합물이 형성될 수 있다. The amide group-containing compound has two polar groups, a carbonyl group and an amine group in the molecule. Accordingly, when two or more kinds of the amide group-containing compound are mixed, the crystallinity of the compound may decrease, and a eutectic mixture may be formed. That is, the carbonyl group (-C = O) and the amine group (-NR 2 ) present in one amide group-containing compound weaken the bond in the other amide group-containing compound, and the melting point of the mixture is lowered, thereby forming a eutectic mixture. Can be.
따라서, 본 발명에서는 사용되는 리튬염의 종류, 농도(사용량) 등에 큰 제약없이, 공융혼합물 전해질을 제조할 수 있을 뿐 아니라, 더 적은 양의 리튬염으로도 공융혼합물 전해질을 제조할 수 있어 전해질의 점도 등을 개선할 수 있다. Therefore, in the present invention, not only the eutectic mixture electrolyte can be prepared, but also the eutectic mixture electrolyte can be produced with a smaller amount of lithium salt without significant limitations on the type, concentration (usage), and the like of the lithium salt to be used. Etc. can be improved.
또한, 본 발명은 전해질 자체에 리튬 이온을 함유하기 때문에, 양(兩) 전극활물질로 리튬 이온이 삽입 및 탈리되어야 하는 리튬 이차 전지의 경우에도 별도의 리튬염 추가가 요구되지 않으며, 전해질 내에 양이온(cation)으로 리튬 이온(Li+)만이 존재하므로, 종래 이온성 액체 전해질과 달리 기타 양이온에 의해 리튬 이온의 음극 삽입이 방해될 염려가 없어, 전지 성능이 향상될 수 있다는 장점이 있다.In addition, since the present invention contains lithium ions in the electrolyte itself, lithium ions may be added as positive electrode active materials. In the case of a lithium secondary battery that needs to be inserted and detached, no additional lithium salt is required, and since only lithium ions (Li + ) exist as cations in the electrolyte, unlike conventional ionic liquid electrolytes, There is no fear that the negative electrode insertion of lithium ions is prevented by other cations, and thus battery performance can be improved.
게다가, 본 발명의 공융혼합물 전해질은 기존 공융혼합물 전해질의 장점, 예컨대, 넓은 전기화학적 창, 액체로서의 넓은 온도 범위, 높은 용매화 능력, 비배위 결합성, 난연성 등을 그대로 보유하여, 전지 성능 및 안전성을 확보할 수 있다는 장점도 있다.In addition, the eutectic mixture electrolyte of the present invention retains the advantages of existing eutectic mixture electrolytes, such as wide electrochemical window, wide temperature range as a liquid, high solvation ability, non-coordinating ability, flame retardancy, and the like, resulting in battery performance and safety. There is also an advantage that can be secured.
본 발명의 2종 이상의 아미드기 함유 화합물은 특별히 제한되지 않으며, 각각 독립적으로 1차, 2차 또는 3차 아미드 화합물일 수 있다. 예를 들면, 상기 아미드기 함유 화합물은 하기 화학식 1, 또는 화학식 2로 표현될 수 있으며, 이의 비제한적인 예로는 아세트아미드, N-에틸아세트아미드, 우레아, 메틸우레아, 카프로락탐, N-메틸카프로락탐, N-에틸우레탄, N-메틸옥사졸리디논, N-헥실옥사졸리디논, 발레르락탐, 트리플로로아세트아미드, 메틸카바메이트, 에틸카바메이트, 부틸카바메이트, 포름아미드, 포메이트 또는 이들의 혼합물 등이 있다.The two or more amide group-containing compounds of the present invention are not particularly limited and may be independently primary, secondary or tertiary amide compounds. For example, the amide group-containing compound may be represented by the following Chemical Formula 1 or
[화학식 1][Formula 1]
상기 화학식 1에서, R1, R2 및 R3은 각각 독립적으로 수소, 할로겐, 탄소수 1~20의 알킬기, 알킬아민기, 알케닐기 또는 아릴기이고; X는 수소, 탄소, 규소, 산소, 질소, 인, 및 황 중에서 선택되며, 이때 i) X=H인 경우 m=0, ii) X=O 또는 S인 경우 m=1, ⅲ) X=N 또는 P인 경우, m=2, ⅳ) X=C 또는 Si인 경우, m=3 이고, 그 때의 R1은 각각 독립적이다.In Formula 1, R 1 , R 2 and R 3 are each independently hydrogen, halogen, alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, alkylamine group, alkenyl group or aryl group; X is selected from hydrogen, carbon, silicon, oxygen, nitrogen, phosphorus, and sulfur, i) m = 0 for X = H, ii) m = 1 for X = O or S, i) X = N Or in the case of P, m = 2, i) m in the case of X = C or Si, m = 3, and R 1 at that time are each independently.
[화학식 2][Formula 2]
상기 화학식 2에서, R4 및 R5은 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1~20의 알킬기, 알킬아민기, 알케닐기, 또는 아릴기이고; X는 탄소, 규소, 산소, 질소, 인 및 황 중에서 선택되며, 이때 i) X=O 또는 S인 경우 m=0, ⅱ) X=N 또는 P인 경우, m=1, ⅲ) X=C 또는 Si인 경우, m=2 이고, 그 때의 R4는 각각 독립적이며; n은 1 내지 10의 정수이다.In
본 발명에서 사용되는 리튬염은 Li+Y-와 같은 구조의 염으로서, 음이온(Y-)로는 특별한 제한이 없으나, 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- 및 (CF3CF2SO2)2N- 등이 바람직하다.As salts of the structure, such as anion-lithium salt is Li + Y used in the present invention (Y -) roneun Although there is no particular limitation, 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 -,
또한, 상기 아미드기 함유 화합물 2종의 몰비가 1:1~1:8, 더욱 바람직하게는 1:1~1:4인 것이 바람직하다. 아미드기 함유 화합물이 다른 화합물과 결합 가능한 부분이 한정되어 있기 때문에, 상기 범위를 벗어나는 경우, 액체 상태의 공융혼합물 전해질이 형성되기 어려울 수 있다.The molar ratio of the two amide group-containing compounds is preferably 1: 1 to 1: 8, more preferably 1: 1 to 1: 4. Since the portion where the amide group-containing compound can be combined with other compounds is limited, it may be difficult to form a eutectic mixture electrolyte in a liquid state outside the above range.
또한, 본 발명의 공융혼합물 전해질은 (a) 상기 공융혼합물 전해질보다 높은 전위(Li/Li+)에서 환원되어 음극 표면상에 부동화 막을 형성할 수 있는 제 1 화합물, (b) 양극 전위 보다 높은 산화 전위를 가져 과충전 전류를 소모하는 제 2 화합물, 또는 이들 모두를 추가로 포함할 수 있다.In addition, the eutectic mixture electrolyte of the present invention is (a) a first compound capable of reducing at a higher potential (Li / Li + ) than the eutectic mixture electrolyte to form a passivation film on the surface of the cathode, and (b) higher oxidation than the anode potential. It may further comprise a second compound, or both, having a potential to consume the overcharge current.
상기 제 1화합물은 본 발명의 공융혼합물 전해질보다 높은 전위(Li/Li+)에서 환원되어 음극 표면상에 부동화 막을 형성함으로써, 음극과 전해질과의 부반응을 방지하여 전지의 성능을 향상시킬 수 있는 화합물이면 특별히 제한되지 않으며, 이의 비제한적인 예로는 비닐렌 카보네이트(VC) 등의 알킬렌 화합물, 1,3-프로판 설톤 등의 설포네이트 화합물, N-아세틸 락탐 등의 락탐계 화합물 등이 있다.The first compound is a compound that can be reduced at a higher potential (Li / Li + ) than the eutectic mixture electrolyte of the present invention to form a passivation film on the surface of the negative electrode, thereby preventing side reactions between the negative electrode and the electrolyte to improve battery performance. If it is not particularly limited, non-limiting examples thereof include alkylene compounds such as vinylene carbonate (VC), sulfonate compounds such as 1,3-propane sultone, and lactam compounds such as N-acetyl lactam.
또한, 상기 제 2 화합물은 양극 전위 보다 높은 산화 전위를 가져 과충전 전류를 소모함으로써, 전지의 과충전에 의한 폭발, 및/또는 발화를 방지하여 전지의 안전성을 향상시킬 수 있는 화합물이면 특별히 제한되지 않으며, 이의 비제한적인 예로는 부틸페로센, 1,1'-디메틸페로센 등의 페로센 유도체, 트리아졸륨염, 이미다졸륨염, 트리시아노벤젠, 테트라시나노퀴노디메탄, 벤젠 유도체, 피로카보네이트, 시클로헥실벤젠 등이 있다. In addition, the second compound is not particularly limited as long as the second compound has a higher oxidation potential than the anode potential and consumes an overcharge current to prevent explosion and / or ignition due to overcharging of the battery, thereby improving safety of the battery. Non-limiting examples thereof include ferrocene derivatives such as butyl ferrocene, 1,1'-dimethyl ferrocene, triazolium salt, imidazolium salt, tricyanobenzene, tetrashinanoquinomimethane, benzene derivative, pyrocarbonate, cyclohexylbenzene, and the like. have.
한편, 상기 공융혼합물 전해질의 점도(viscosity)는 특별히 제한되지 않으나, 100cP 이하인 것이 전기화학소자 적용에 적합할 수 있다. On the other hand, the viscosity (viscosity) of the eutectic mixture electrolyte is not particularly limited, it may be suitable for the application of the electrochemical device is less than 100 cP.
본 발명의 공융혼합물 전해질은 (a) 아미드기 함유 화합물 2종 이상을 혼합하여 공융혼합물을 형성하는 단계; 및 (b) 상기 공융혼합물에 이온화 가능한 리튬염(salt)을 용해시키는 단계;를 포함하여 제조될 수 있다. The eutectic mixture electrolyte of the present invention comprises the steps of: (a) mixing two or more amide group-containing compounds to form a eutectic mixture; And (b) dissolving ionizable lithium salt (salt) in the eutectic mixture.
상기 (a) 단계는 당업계에 알려진 통상적인 방법에 의할 수 있으며, 이의 일 실시예를 들면, 아미드기 함유 화합물 2종 이상을 상온에서 또는 가열하여(0℃~70℃) 혼합, 반응시켜 공융혼합물을 제조할 수 있다. The step (a) may be by a conventional method known in the art, for example, by mixing two or more of the amide group-containing compound at room temperature or heated (0 ℃ ~ 70 ℃) to react, Eutectic mixtures can be prepared.
<본 발명의 공융혼합물 전해질의 적용 형태><Application Mode of Eutectic Mixture Electrolyte of the Present Invention>
본 발명의 공융혼합물 전해질은 형태에 특별한 제한이 없으나, 바람직하게는 2가지의 형태, 즉 액체 전해질 형태 또는 젤 폴리머 전해질 형태로 적용될 수 있다.The eutectic mixture electrolyte of the present invention is not particularly limited in form, but may preferably be applied in two forms: liquid electrolyte form or gel polymer electrolyte form.
1) 전술한 공융혼합물 전해질은 상온에서 액상이므로, 본 발명에서는 상기 공융혼합물 전해질 자체를 액체 전해질로 사용할 수 있다. 1) Since the above-mentioned eutectic mixture electrolyte is a liquid at room temperature, in the present invention, the eutectic mixture electrolyte itself can be used as a liquid electrolyte.
2) 또한, 전술한 공융혼합물 전해질을 포함하는 젤 폴리머 전해질 형태일 수도 있다. 이 경우, 전술한 공융혼합물 전해질 존재 하에서 단량체(monomer)를 중합 반응시키거나; 또는 이미 제조된 폴리머 또는 젤 폴리머에 전술한 공융혼합물 전해질을 함침시켜 제조될 수 있다.2) It may also be in the form of a gel polymer electrolyte comprising the eutectic mixture electrolyte described above. In this case, the monomer is polymerized in the presence of the above-mentioned eutectic mixture electrolyte; Or it can be prepared by impregnating the above-mentioned eutectic mixture electrolyte in the polymer or gel polymer already prepared.
① 우선, 단량체의 중합 반응에 의해 제조된 젤 폴리머 전해질 형태에 대해 설명한다.① First, the form of the gel polymer electrolyte manufactured by the polymerization reaction of a monomer is demonstrated.
상기 젤 폴리머 전해질은 (i) 2종 이상의 아미드기 함유 화합물 및 리튬염을 포함하는 공융혼합물 전해질; 및 (ii) 중합 반응에 의해 젤 폴리머를 형성할 수 있는 단량체(monomer);를 함유하는 전해질 전구체 액을 중합시켜 형성될 수 있다.The gel polymer electrolyte may include (i) a eutectic mixture electrolyte comprising two or more amide group-containing compounds and a lithium salt; And (ii) a monomer capable of forming a gel polymer by a polymerization reaction.
단량체(monomer)는 중합반응에 의해 젤 폴리머를 형성할 수 있는 모든 종류의 단량체가 적용 가능하며, 이의 비제한적인 예로는 비닐 모노머 등이 있다. 비닐 모노머는 공융혼합물 전해질과 혼합되어 젤 폴리머를 형성하는 경우 투명한 중합이 가능하며, 중합조건이 매우 간단하다는 장점이 있다.Monomers are applicable to all kinds of monomers capable of forming a gel polymer by a polymerization reaction, and non-limiting examples thereof include vinyl monomers. When the vinyl monomer is mixed with the eutectic mixture electrolyte to form a gel polymer, transparent polymerization is possible and the polymerization conditions are very simple.
사용 가능한 비닐 모노머의 비제한적인 예로는 아크릴로니트릴, 메틸메타크릴레이트, 메틸아크릴레이트, 메타크릴로니트닐, 메틸스티렌, 비닐에스테르류, 염화비닐, 염화비닐리덴, 아크릴아마이드, 테트라플루오로에틸렌, 비닐아세테이트, 비닐클로라이드, 메틸비닐케톤, 에틸렌, 스티렌, 파라메톡시스티렌, 파라시아노스티렌 등이 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.
또한, 상기 단량체는 중합시 부피 수축이 적고, 전지 내에서 In-situ 중합이 가능한 것이 바람직하다.In addition, it is preferable that the monomer has a small volume shrinkage during polymerization, and is capable of in-situ polymerization in a battery.
상기 전해질 전구체 액은 중합개시제 또는 광개시제를 추가적으로 포함할 수 있다.The electrolyte precursor liquid may further include a polymerization initiator or a photoinitiator.
개시제(initiator)는 열이나 자외선에 의해 분해되어 라디칼(radical)을 형성하고, 자유라디칼 중합에 의해 모노머와 반응하여 젤 폴리머 전해질을 형성한다. 또한, 개시제를 사용하지 않고 모노머의 중합을 진행할 수도 있다. 일반적으로 자 유라디칼 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.Initiators are decomposed by heat or ultraviolet rays to form radicals, and react with monomers by free radical polymerization to form gel polymer electrolytes. Moreover, superposition | polymerization of a monomer can also be advanced, without using an initiator. In general, free radical polymerization involves initiation reactions in which highly reactive temporary molecules or active sites are formed, growth reactions in which monomers are added at the end of the active chain to form active sites at the end of the chain, and chain transfer to transfer the active sites to other molecules. Reaction, a stop reaction in which the active chain center is destroyed.
사용 가능한 열중합 개시제로의 비제한적인 예로는 Benzoyl 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, and 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).
한편, 본 발명의 전해질 전구체 액의 혼합 비율은 무게비로 (공융혼합물 전해질)x: (중합반응에 의해 젤 폴리머를 형성할 수 있는 모노머)y: (중합개시제)z 일 때, x는 0.5~0.95, y는 0.05~0.5, z는 0.00~0.05 이며 x + y + z = 1 인 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 x는 0.7~0.95이며, y는 0.05~0.3이며 z는 0.00~0.01이다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니다. On the other hand, the mixing ratio of the electrolyte precursor liquid of the present invention is a weight ratio of (eutectic mixture electrolyte) x: (monomer capable of forming a gel polymer by a polymerization reaction) y: (polymerization initiator) z, x is 0.5 ~ 0.95 , y is 0.05-0.5, z is 0.00-0.05 and it is preferable that x + y + z = 1. More preferably, x is 0.7-0.95, y is 0.05-0.3, and z is 0.00-0.01. However, the present invention is not limited thereto.
또한, 본 발명의 전해질 전구체 액은 상기 기재된 성분들 이외에, 당업계에 알려진 기타 첨가제 등을 선택적으로 함유할 수 있다.In addition, the electrolyte precursor liquid of the present invention may optionally contain other additives and the like known in the art, in addition to the components described above.
전술한 전해질 전구체 액을 이용하여 당 업계에 알려진 통상적인 방법에 따라 젤 폴리머 전해질을 형성할 수 있는데, 이의 일 실시예를 들면, 전지 내부에서 In-Situ 중합 반응에 의하여 제조할 수 있다. 상기 In-Situ 중합 반응은 열 또는 자외선 조사를 통해 가능하다. 이 때, 젤 폴리머 전해질 형성 정도는 중합시 젤 폴리머 전해질이 누출되지 않고, 전해질이 과중합되어 부피가 수축되지 않을 정도가 바람직하며, 중합시간, 중합 온도, 또는 광 조사량에 의해 조절될 수 있다. 예컨대, 열 중합 온도는 40 내지 80℃ 범위일 수 있으며, 중합 시간은 개시제의 종류와 중합 온도에 따라 달라질 수 있으나, 바람직하게는 약 20~60분 정도이다. The above-described electrolyte precursor liquid can be used to form a gel polymer electrolyte according to a conventional method known in the art, for example, it can be prepared by the In-Situ polymerization reaction inside the battery. The In-Situ polymerization reaction is possible through heat or ultraviolet irradiation. In this case, the degree of gel polymer electrolyte formation is preferably such that the gel polymer electrolyte does not leak during polymerization, and the electrolyte is not polymerized so that the volume does not shrink, and may be controlled by polymerization time, polymerization temperature, or light irradiation amount. For example, the thermal polymerization temperature may range from 40 to 80 ° C., and the polymerization time may vary depending on the type of initiator and the polymerization temperature, but is preferably about 20 to 60 minutes.
② 본 발명의 젤 폴리머 전해질의 다른 형태는 이미 형성된 폴리머 또는 젤 폴리머에 전술한 공융혼합물 전해질이 함침된 것이다.(2) Another type of gel polymer electrolyte of the present invention is an impregnated eutectic mixture electrolyte with an already formed polymer or gel polymer.
사용 가능한 폴리머의 비제한적인 예로는 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리비닐리덴 디플루라이드, 폴리비닐 클로라이드, 폴리에틸렌 옥사이드, 폴리하이드록시에틸메타크릴레이트 등이 있다. 또한 젤 폴리머도 당업계의 통상적인 젤 폴리머가 모두 사용 가능하다. 이경우 전술한 In-Situ 중합 방법에 비해 제조 공정이 단순화될 수 있다.Non-limiting examples of polymers that can be used include polymethylmethacrylate, polyvinylidene difluoride, polyvinyl chloride, polyethylene oxide, polyhydroxyethylmethacrylate, and the like. In addition, gel polymers can be used as all conventional gel polymers in the art. In this case, the manufacturing process may be simplified as compared with the aforementioned In-Situ polymerization method.
③ 본 발명의 젤 폴리머 전해질의 또 다른 형태는 폴리머와 공융혼합물 전해질을 용매에 용해시킨 후 용매를 제거함으로써 젤 폴리머 전해질을 형성하는 것이다. 이 경우, 폴리머 매트릭스 내부에 공융혼합물 전해질이 함유된 형태가 된다.(3) Another form of gel polymer electrolyte of the present invention is to form a gel polymer electrolyte by dissolving the polymer and the eutectic mixture electrolyte in a solvent and then removing the solvent. In this case, a eutectic mixture electrolyte is contained in the polymer matrix.
사용 가능한 용매는 특별히 제한되지 않으며, 일례로 전지에 사용되는 일반 유기 용매를 사용할 수도 있다. 이의 비제한적인 예로는 Toluene, Acetone, Acetonitrile, THF, 프로필렌 카보네이트(PC), 에틸렌 카보네이트(EC), 디에틸카보네이트(DEC), 디메틸카보네이트(DMC), 디프로필카보네이트(DPC), 디메틸설폭사이드, 아세토니트릴, 디메톡시에탄, 디에톡시에탄, 테트라하이드로퓨란, N-메틸-2-피롤리돈(NMP), 에틸메틸카보네이트(EMC), 감마 부티로락톤(γ-부티로락톤) 또는 이들의 혼합물 등이 있다. 상기 유기 용매는 인화성으로 인해 이차 전지의 안전성을 저해할 수 있으므로, 가능하면 소량 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 리튬 이차 전지에 주로 이용되는 난연성 첨가제로 인산 에스테르를 이용할 수도 있으며, 이의 비제한적인 예로는 인산 트리메틸, 인산 트리에틸, 인산 에틸디메틸, 인산 트리프로필, 인산 트리부틸 또는 이들의 혼합물 등이 있다.The solvent which can be used is not specifically limited, For example, the general organic solvent used for a battery can also be used. Non-limiting examples include Toluene, Acetone, Acetonitrile, THF, Propylene carbonate (PC), Ethylene carbonate (EC), Diethyl carbonate (DEC), Dimethyl carbonate (DMC), Dipropyl carbonate (DPC), Dimethyl sulfoxide, Acetonitrile, dimethoxyethane, diethoxyethane, tetrahydrofuran, N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), ethylmethylcarbonate (EMC), gamma butyrolactone (γ-butyrolactone) or mixtures thereof Etc. Since the organic solvent may impair the safety of the secondary battery due to flammability, it is preferable to use a small amount if possible. In addition, a phosphate ester may be used as a flame retardant additive mainly used in lithium secondary batteries, and non-limiting examples thereof include trimethyl phosphate, triethyl phosphate, ethyl dimethyl phosphate, tripropyl phosphate, tributyl phosphate, and mixtures thereof. .
상기 용매 제거 방법도 특별한 제한은 없으며, 통상적인 방법에 따라 가열을 통해 이루어지게 된다. 세번째 실시 형태의 경우 젤 폴리머 전해질 형성시 용매를 제거하는 후처리 공정이 필요할 수도 있다. The solvent removal method is also not particularly limited, and is made through heating according to a conventional method. In the third embodiment, a post-treatment process may be required to remove the solvent when forming the gel polymer electrolyte.
본 발명의 이차 전지는 양극; 음극; 분리막; 및 전해질로 구성될 수 있으며, 이때 상기 전해질이 전술한 공융혼합물 전해질을 포함하는 것이 특징이다.The secondary battery of the present invention is a positive electrode; cathode; Separator; And it may be composed of an electrolyte, wherein the electrolyte is characterized in that it comprises the above-mentioned eutectic mixture electrolyte.
상기 이차 전지로는 리튬 이차 전지가 바람직하며, 이의 비제한적인 예로는 리튬 금속 이차 전지, 리튬 이온 이차 전지, 리튬 폴리머 이차 전지 또는 리튬 이온 폴리머 이차 전지 등이 있다. The secondary battery is preferably a lithium secondary battery, and non-limiting examples thereof include a lithium metal secondary battery, a lithium ion secondary battery, a lithium polymer secondary battery, or a lithium ion polymer secondary battery.
본 발명의 이차 전지는 당 기술 분야에 알려진 통상적인 방법에 따라 제조될 수 있으며, 이의 일 실시예를 들면 음극과 양극 사이에 분리막을 개재(介在)시켜 조립한 후, 전술한 공융혼합물 전해질을 주입함으로써 제조될 수 있다.The secondary battery of the present invention may be manufactured according to a conventional method known in the art, for example, after assembling a separator between the negative electrode and the positive electrode, and injecting the above-mentioned eutectic mixture electrolyte It can be manufactured by.
본 발명의 공융혼합물 전해질은 기존 공융혼합물 전해질의 장점(예컨대, 넓은 전기화학적 창, 액체로서의 넓은 온도 범위, 높은 용매화 능력, 비배위 결합성, 난연성 등)을 그대로 보유하면서도, 리튬염의 종류, 농도 등에 큰 제약 없이, 용이하게 제조할 수 있다. 특히, 본 발명에서는 더 적은 양의 리튬염이 사용될 수 있어, 전해질의 점도, 이온전도도, 나아가 경제성 등이 개선될 수 있다.The eutectic mixture electrolyte of the present invention retains the advantages (eg, wide electrochemical window, wide temperature range as a liquid, high solvation ability, non-coordination, flame retardancy, etc.) of the existing eutectic mixture electrolyte, and is a kind and concentration of lithium salt. It can manufacture easily, without big restrictions etc. In particular, in the present invention, a smaller amount of lithium salt can be used, so that the viscosity, ionic conductivity, and further economic efficiency of the electrolyte can be improved.
이하, 실시예 및 비교예를 통하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 다만, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 이들에 의하여 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples and Comparative Examples. However, the following examples serve to illustrate the present invention, and the scope of the present invention is not limited thereto.
<공융혼합물 전해질의 제조>Preparation of Eutectic Mixture Electrolyte
실시예 1. Example 1.
1:1의 몰비로 메틸카바메이트(녹는점(mp) 75℃) 7.5g과 N-메틸옥사졸리디논(mp 15℃)의 10g을 혼합하여, 공융혼합물을 제조하였다. 시차주사열량계(DSC: differential scanning calorimeter)를 이용하여 상기 공융혼합물의 용융점을 측정하였으며, 그 결과를 도 2의 실선으로 나타내었다. 이 때 용융점은 -28℃로 나타났다.A eutectic mixture was prepared by mixing 7.5 g of methyl carbamate (melting point (mp) 75 ° C.) and 10 g of N-methyloxazolidinone (mp 15 ° C.) in a molar ratio of 1: 1. The melting point of the eutectic mixture was measured using a differential scanning calorimeter (DSC), and the result is shown by the solid line in FIG. 2. At this time, the melting point was -28 ℃.
또한, 상기 공융혼합물에 1M LiPF6를 추가로 용해시켜 공융혼합물 전해질을 제조하고, 상기 공융혼합물 전해질의 용융점을 측정하여, 도 2의 점선으로 나타내었다. 이 때 용융점은 -60oC 이하로 나타났으며, 이로부터 공융혼합물 전해질이 제조되었음을 확인할 수 있었다.In addition, 1M LiPF 6 was further dissolved in the eutectic mixture to prepare a eutectic mixture electrolyte, and the melting point of the eutectic mixture electrolyte was measured, and is indicated by a dotted line in FIG. 2. At this time, the melting point was -60 o C or less, from which it could be confirmed that the eutectic mixture electrolyte was prepared.
실시예 2. Example 2.
1M LiPF6 대신, 3g의 LiTFSI(Lithium bis(trifluoromethylsulfone) imide)을 사용하여 전해질 내 리튬염의 농도가 0.2M가 되도록 한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 공융혼합물 전해질을 제조하였다.Instead of 1M LiPF 6 , a eutectic mixture electrolyte was prepared in the same manner as in Example 1, except that 3 g of Lithium bis (trifluoromethylsulfone) imide (LiTFSI) was used so that the concentration of lithium salt in the electrolyte was 0.2M.
상기 공융혼합물 전해질의 용융점을 측정하여, 도 3에 나타내었다. 이 때 용융점은 -60oC 이하로 나타났으며, 이로부터 공융혼합물 전해질이 제조되었음을 확인할 수 있었다.The melting point of the eutectic mixture electrolyte was measured and shown in FIG. 3. At this time, the melting point was -60 o C or less, from which it could be confirmed that the eutectic mixture electrolyte was prepared.
비교예 1.Comparative Example 1
상기 실시예 2에서 메틸카바메이트 7.5g과 N-메틸옥사졸리디논 10g 대신, 메틸카바메이트 15g을 LiTFSI 3g을 혼합하고, 70℃에서 반응시켰다.Instead of 7.5 g of methyl carbamate and 10 g of N-methyloxazolidinone in Example 2, 15 g of methyl carbamate was mixed with 3 g of LiTFSI and reacted at 70 ° C.
이 후, 상기 혼합물을 관찰한 결과, 메틸카바메이트 일부가 고체 상태로 석출되어 있었다. 이로부터, 상기의 경우 공융혼합물 전해질이 형성되지 않았음을 확인할 수 있었다. Subsequently, as a result of observing the mixture, a portion of methyl carbamate was precipitated in a solid state. From this, it was confirmed that the eutectic mixture electrolyte was not formed in this case.
<이차 전지의 제조><Production of Secondary Battery>
실시예 3.Example 3.
(양극 제조)(Anode manufacture)
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. The negative electrode active material Li 4/3 Ti 5/3 O 4 , artificial graphite and a binder were mixed in a weight ratio of 94: 3: 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.
(이차 전지 조립)(Secondary battery assembly)
상기와 같이 제조된 양극 및 음극을 1cm2로 준비하고, 그 사이에 분리막을 개재(介在)시켰다. 여기에 상기 실시예 1에서 제조한 공융혼합물 전해질을 주입하여 도 1과 같이 이차 전지를 완성하였다. 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 electrolyte prepared in Example 1 here to complete the secondary battery as shown in FIG.
비교예 2.Comparative Example 2
공융혼합물 전해질 대신, 통상적인 전해질로서 에틸렌카보네이트: 에틸메틸카보네이트 = 1: 2의 부피비를 갖는 1M LiPF6용액을 사용한 것을 제외하고는, 실시예 3과 동일한 방법으로 이차 전지를 제조하였다.A secondary battery was prepared in the same manner as in Example 3, except that a 1 M LiPF 6 solution having a volume ratio of ethylene carbonate: ethyl methyl carbonate = 1: 2 was used as a conventional electrolyte instead of the eutectic mixture electrolyte.
실험예 1. 이차 전지의 상온 성능 평가 Experimental Example 1. Evaluation of room temperature performance of a secondary battery
상기 실시예 3 및 비교예 2에서 제조한 이차 전지를 0.5mAcm- 2 로 각각 충방전하여, 사이클에 따른 방전 용량 및 충방전 효율을 측정하였다.A secondary battery prepared in Example 3 and Comparative Example 2 0.5mAcm - respectively charged and discharged at a 2 to measure the discharge capacity and charge-discharge efficiency of the cycle.
실험결과, 통상적인 전해질을 사용하는 비교예 2의 전지 및 본 발명의 공융혼합물 전해질을 사용하는 실시예 3의 전지는 모두 두 번째 사이클 이후 99%의 방전 용량 및 99%의 충-방전 효율을 나타내었다(도 4 참조). 이로부터, 본 발명의 공융혼합물 전해질은 상온에서 종래 액체 전해질과 대등한 성능을 발휘할 수 있음을 알 수 있었다.As a result, both the cell of Comparative Example 2 using a conventional electrolyte and the cell of Example 3 using the eutectic mixture electrolyte of the present invention showed a discharge capacity of 99% and a charge-discharge efficiency of 99% after the second cycle. (See FIG. 4). From this, it was found that the eutectic mixture electrolyte of the present invention can exhibit performance comparable to the conventional liquid electrolyte at room temperature.
실험예 2. 이차 전지의 열적 안정성 평가 Experimental Example 2 Evaluation of Thermal Stability of Secondary Battery
음극으로 리튬 금속을 사용한 것을 제외하고 실시예 3 및 비교예 2와 동일한 방법으로 이차 전지를 각각 제조하고, 리튬 대비 4.2V 충전한 후, DSC를 이용하여 양극/전해액에 대한 열적 안정성 평가를 실시하였다. 그 결과를 각각 도 5(실시예 3) 및 도 6(비교예 2)에 도시하였다.Secondary batteries were prepared in the same manner as in Example 3 and Comparative Example 2, except that lithium metal was used as the negative electrode, and charged with 4.2 V relative to lithium, followed by thermal stability evaluation for the positive electrode / electrolyte using DSC. . The results are shown in FIGS. 5 (Example 3) and 6 (Comparative Example 2), respectively.
실험결과, 본 발명의 공융혼합물 전해질을 포함하는 실시예 3의 전지는 100℃와 260℃에서 발열이 관찰되었으며, 총 발열량은 120 J/g이었다. 한편, 통상적인 전해질을 포함하는 비교예 2의 전지는 170oC부터 발열이 관찰되었으며, 발열량은 300J/g이었다.As a result, in the battery of Example 3 including the eutectic mixture electrolyte of the present invention, heat was observed at 100 ° C. and 260 ° C., and the total calorific value was 120 J / g. On the other hand, the battery of Comparative Example 2 containing a conventional electrolyte was observed to generate heat from 170 ° C., the calorific value was 300 J / g.
본 발명의 공융혼합물 전해질을 포함하는 전지는 통상적인 전해질을 포함하는 전지보다 작은 발열량을 나타내었다. 이로부터 본 발명의 공융혼합물 전해질이 우수한 열적 안정성을 가지며, 나아가 전지의 안전성을 향상시킬 수 있음을 알 수 있었다.The cell containing the eutectic mixture electrolyte of the present invention exhibited a lower calorific value than the cell containing the conventional electrolyte. From this, it can be seen that the eutectic mixture electrolyte of the present invention has excellent thermal stability and can further improve battery safety.
도 1은 동전형(coin type) 이차 전지의 단면 구조도이다.1 is a cross-sectional structural view of a coin type secondary battery.
도 2는 실시예 1에서 제조된 공융혼합물, 및 공융혼합물 전해질의 DSC 결과 그래프다. 2 is a DSC result graph of the eutectic mixture prepared in Example 1, and the eutectic mixture electrolyte.
도 3는 실시예 2에서 제조된 공융혼합물 전해질의 DSC 결과 그래프다.3 is a DSC result graph of the eutectic mixture electrolyte prepared in Example 2. FIG.
도 4는 실험예 1에 따라 측정된 실시예 3 및 비교예 2의 이차 전지의 충방전 효율을 나타내는 그래프이다. 여기서, 점선은 실시예 3, 실선은 비교예 2을 나타내는 것이다.4 is a graph showing charge and discharge efficiency of secondary batteries of Example 3 and Comparative Example 2 measured according to Experimental Example 1. FIG. Here, a dotted line shows Example 3, and a solid line shows the comparative example 2. As shown in FIG.
도 5는 실험예 2에 따라 측정된 실시예 3의 이차 전지의 DSC 결과 그래프다.5 is a DSC result graph of the secondary battery of Example 3 measured according to Experimental Example 2. FIG.
도 6은 실험예 2에 따라 측정된 비교예 2의 이차 전지의 DSC 결과 그래프다.6 is a DSC result graph of the secondary battery of Comparative Example 2 measured in accordance with Experimental Example 2. FIG.
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Cited By (1)
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