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KR102859662B1 - A solid electrolyte for secondary batteries, a method of manufacturing the same, and a lithium secondary battery including the same - Google Patents

A solid electrolyte for secondary batteries, a method of manufacturing the same, and a lithium secondary battery including the same

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KR102859662B1
KR102859662B1 KR1020230150620A KR20230150620A KR102859662B1 KR 102859662 B1 KR102859662 B1 KR 102859662B1 KR 1020230150620 A KR1020230150620 A KR 1020230150620A KR 20230150620 A KR20230150620 A KR 20230150620A KR 102859662 B1 KR102859662 B1 KR 102859662B1
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KR
South Korea
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solid electrolyte
secondary battery
lithium
mixture
succinonitrile
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서지훈
김빛가람
강윤찬
양수현
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고려대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명은 이차전지용 고체 전해질, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 리튬이차전지에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 석시노나이트릴과 비닐모노머 및 리튬염간의 상호작용을 통한 이차전지의 출력특성이 개선되고 전기화학적 안정성이 향상된 이차전지용 고체 전해질, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 리튬이차전지를 제공할 수 있다.The present invention relates to a solid electrolyte for a secondary battery, a method for producing the same, and a lithium secondary battery comprising the same. According to the present invention, a solid electrolyte for a secondary battery having improved output characteristics and enhanced electrochemical stability through the interaction between succinonitrile, a vinyl monomer, and a lithium salt, a method for producing the same, and a lithium secondary battery comprising the same can be provided.

Description

이차전지용 고체 전해질, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 리튬이차전지{A solid electrolyte for secondary batteries, a method of manufacturing the same, and a lithium secondary battery including the same}A solid electrolyte for secondary batteries, a method of manufacturing the same, and a lithium secondary battery including the same

본 발명은 이차전지용 고체 전해질, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 리튬이차전지에 관한 것으로, 보다 상세하게는 석시노나이트릴과 비닐모노머 및 리튬염간의 상호작용을 통한 이차전지의 출력특성이 개선되고 전기화학적 안정성이 향상된 석시노나이트릴과 비닐모노머를 포함하는 이차전지용 고체 전해질, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 리튬이차전지에 관한 것이다.The present invention relates to a solid electrolyte for a secondary battery, a method for producing the same, and a lithium secondary battery comprising the same, and more particularly, to a solid electrolyte for a secondary battery comprising succinonitrile and a vinyl monomer, which improves the output characteristics of a secondary battery and enhances the electrochemical stability through interaction between succinonitrile, a vinyl monomer, and a lithium salt, a method for producing the same, and a lithium secondary battery comprising the same.

리튬 이온 전지의 에너지 밀도를 향상시키기 위해 다양한 방안들이 강구되고 있고 그 중 하나가 음극으로 리튬금속을 사용하는 것이다. 그러나 리튬 금속 음극을 사용한 리튬 이온 전지는 충/방전시 발생되는 리튬 덴드라이트(dendrite)의 발생에 취약한데 특히 기존의 리튬 이온 전지에서 높은 이온전도도 특성을 기반으로 사용되는 인화성의 액체 전해질은 리튬 금속 음극과의 안정성 저해의 직접적인 원인이 된다.Various approaches are being explored to improve the energy density of lithium-ion batteries, one of which is the use of lithium metal as the anode. However, lithium-ion batteries using lithium metal anodes are vulnerable to lithium dendrite formation during charge and discharge. In particular, the flammable liquid electrolyte used in conventional lithium-ion batteries, based on its high ionic conductivity, directly compromises the stability of the lithium metal anode.

이를 개선하기 위해 이온전도도가 높고 전기화학적으로 안정한 비용매화 된 고체전해질을 사용한 전고체전지(Solid-state battery)의 개발 연구가 활발하게 진행되고 있다.To improve this, research is actively being conducted on the development of solid-state batteries using non-solvent solid electrolytes with high ionic conductivity and electrochemical stability.

일반적으로, 전고체전지에서는 이온전도성 고분자로 에틸렌 옥사이드(ethylene oxide)를 단위체로 하는 호모폴리머(homopolymer) 또는 코폴리머(copolymer)의 선형 고분자 또는 가교 고분자가 주로 이용되나 이러한 고분자는 저온 영역에서 결정화에 용이한 구조로 인해 이온전도도가 낮아 전고체 전지의 성능에 제한이 된다.In general, in all-solid-state batteries, linear or cross-linked polymers of homopolymers or copolymers with ethylene oxide as a unit are mainly used as ion-conducting polymers. However, these polymers have low ion conductivity due to their structure that is easy to crystallize in the low-temperature range, which limits the performance of all-solid-state batteries.

따라서, 저온에서의 이온전도도가 우수하면서도 용매가 최소화되어 높은 전기화학적 특성을 갖는 고분자 전해질의 개발이 요구되고 있는 실정이다.Therefore, there is a need for the development of a polymer electrolyte that has excellent ionic conductivity at low temperatures and high electrochemical properties with minimal solvent.

KRKR 10-217771810-2177718 B1B1 KRKR 10-203862110-2038621 B1B1

본 발명의 목적은 이차전지용 고체 전해질, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 리튬이차전지를 제공하기 위한 것이다.The purpose of the present invention is to provide a solid electrolyte for a secondary battery, a method for manufacturing the same, and a lithium secondary battery including the same.

또한, 본 발명의 다른 목적은 리튬 이온의 이동도가 개선됨과 동시에 내부 용매의 잔량을 최소화함으로써, 전기화학적 안정성이 우수한 이차전지용 고체 전해질, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 리튬이차전지를 제공하기 위함이다.In addition, another object of the present invention is to provide a solid electrolyte for a secondary battery having excellent electrochemical stability by improving the mobility of lithium ions while minimizing the amount of residual internal solvent, a method for producing the same, and a lithium secondary battery including the same.

본 발명의 일측면에 따르면, 본 발명의 이차전지용 고체 전해질은 하기 화학식 1로 표시되는 고체상을 포함한다.According to one aspect of the present invention, the solid electrolyte for a secondary battery of the present invention includes a solid phase represented by the following chemical formula 1.

[화학식 1][Chemical Formula 1]

[화학식 2][Chemical Formula 2]

상기 화학식 1에서, Linker1, Linker2 및 Linker3은 각각 독립적인 단일결합 또는 화학식 2이고, m은 1 내지 50의 자연수이고, n은 1 내지 50의 자연수이다.In the above chemical formula 1, Linker 1 , Linker 2 and Linker 3 are each an independent single bond or chemical formula 2, m is a natural number from 1 to 50, and n is a natural number from 1 to 50.

일 실시예에 있어서, 상기 고체 전해질 100중량부를 기준으로 석시노나이트릴 40 내지 70중량부, 리튬염 30 내지 50중량부, 비닐모노머 10 내지 30중량부, 아크릴가교제 10 내지 30중량부 및 개시제 1 내지 5중량부를 포함한다. In one embodiment, based on 100 parts by weight of the solid electrolyte, the solid electrolyte comprises 40 to 70 parts by weight of succinonitrile, 30 to 50 parts by weight of lithium salt, 10 to 30 parts by weight of vinyl monomer, 10 to 30 parts by weight of acrylic crosslinking agent, and 1 to 5 parts by weight of initiator.

일 실시예에 있어서, 상기 고체 전해질은 상기 석시노나이트릴 및 상기 리튬염을 혼합하고 열처리하여 1차 혼합물을 구비시킨 후, 상기 1차 혼합물은 상온에서 상기 비닐모노머, 상기 아크릴가교제 및 상기 개시제를 첨가하여 2차 혼합물로 제조될 수 있고, 상기 1차 혼합물은 상기 석시노나이트릴 및 상기 리튬염의 상호작용에 의하여 비가역적으로 상변이를 유도함으로써 형성된 비정질 상(amorphous phase)을 포함할 수 있다.In one embodiment, the solid electrolyte may be prepared by mixing the succinonitrile and the lithium salt and heat-treating them to prepare a first mixture, and then adding the vinyl monomer, the acrylic crosslinking agent, and the initiator to the first mixture at room temperature to prepare a second mixture, and the first mixture may include an amorphous phase formed by irreversibly inducing a phase transition due to the interaction between the succinonitrile and the lithium salt.

일 실시예에 있어서, 상기 열처리는 40℃ 내지 80℃ 사이의 온도에서 1시간 내지 3시간 동안 수행되어 상기 1차 혼합물은 액체상으로 구비되고, 상기 액체상의 1차 혼합물은 상온으로 냉각되어 비정질 상(amorphous phase)으로 상변이가 되고, 상기 비정질 상(amorphous phase)을 포함하는 1차 혼합물에 상기 비닐모노머, 상기 아크릴가교제 및 상기 개시제를 첨가하여 2차 혼합물로 제조되고, 상기 2차 혼합물을 UV 경화시켜 비정질 상의 고체 전해질로 형성되는 것을 포함할 수 있다.In one embodiment, the heat treatment may be performed at a temperature of 40° C. to 80° C. for 1 to 3 hours so that the primary mixture is in a liquid phase, the liquid primary mixture is cooled to room temperature to undergo a phase transition into an amorphous phase, the vinyl monomer, the acrylic crosslinking agent, and the initiator are added to the primary mixture including the amorphous phase to produce a secondary mixture, and the secondary mixture is UV-cured to form an amorphous phase solid electrolyte.

일 실시예에 있어서, 상기 1차 혼합물은 상기 석시노나이트릴 : 리튬염 = 3~2 : 2~2.5의 중량비로 혼합하여 형성될 수 있다.In one embodiment, the primary mixture may be formed by mixing the succinonitrile:lithium salt in a weight ratio of 3 to 2:2 to 2.5.

일 실시예에 있어서, 상기 1차 혼합물에 대하여 상기 비닐모노머는 10wt% 내지 20wt%로 포함될 수 있다.In one embodiment, the vinyl monomer may be included in the primary mixture at 10 wt% to 20 wt%.

일 실시예에 있어서, 상기 석시노나이트릴은 -30℃ 내지 60℃에서 비정질 상(amorphous phase)으로 구비되고, 상기 1차 혼합물은 25℃ 내지 60℃에서 비정질 상(amorphous phase)으로 구비될 수 있다.In one embodiment, the succinonitrile is in an amorphous phase at -30°C to 60°C, and the primary mixture may be in an amorphous phase at 25°C to 60°C.

일 실시예에 있어서, 상기 비정질 상(amorphous phase)은 고우시(gauche) 이성질체와 트랜스(trans) 이성질체가 혼합되어 구비되고, 상기 트랜스(trans) 이성질체는 18mol% 내지 25mol%로 포함될 수 있다.In one embodiment, the amorphous phase is provided by mixing a gauche isomer and a trans isomer, and the trans isomer may be included in an amount of 18 mol% to 25 mol%.

일 실시예에 있어서, 상기 리튬염은 리튬비스트리플루오로메탄설포닐이미드(LithiumBis(trifluoromethanesulfonyl)imide, LiTFSI), 과염소산리튬(Lithiumperchlorate, LiClO4), 질산리튬(Lithiumnitrate, LiNO3), 육불화인산리튬(Lithiumhexafluorophosphate, LiPF6), 리튬비스옥살레이토붕산염(Lithiumis(oxalato)borate, LiBOB) 및 리튬비스플루오로설포닐이미드(Lithiumbis(fluorosulfonyl)amide, LiFSI) 중 선택된 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.In one embodiment, the lithium salt may include at least one selected from lithium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide (LiTFSI), lithium perchlorate (LiClO 4 ), lithium nitrate (LiNO 3 ), lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ), lithium bis(oxalato)borate (LiBOB), and lithium bis(fluorosulfonyl)amide (LiFSI).

일 실시예에 있어서, 상기 비닐모노머는 비닐에틸렌카보네이트(Vinylethylenecarbonate, VEC), 부틸아크릴레이트(Butylacrylate, BUA), 2-하이드록시에틸메타크릴레이트(2-Hydroxyethylmethacrylate, HMA) 및 트리메틸올프로판 에톡실레이트 트리아크릴레이트(Trimethylolpropaneethoxylatetriacrylate, TRA) 중 선택된 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.In one embodiment, the vinyl monomer may include at least one selected from vinylethylenecarbonate (VEC), butylacrylate (BUA), 2-hydroxyethylmethacrylate (HMA), and trimethylolpropaneethoxylatetriacrylate (TRA).

일 실시예에 있어서, 상기 고체 전해질은 상온에서 이온전도도는 1.0~3.0mS/cm, 리튬 양이온 운반율은 0.7~1.0 및 양극 LSV(Linear sweep voltammetry) 값은 5.0~5.3V인 것을 포함할 수 있다.In one embodiment, the solid electrolyte may include an ionic conductivity of 1.0 to 3.0 mS/cm at room temperature, a lithium cation transport rate of 0.7 to 1.0, and a positive electrode LSV (Linear sweep voltammetry) value of 5.0 to 5.3 V.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 본 발명의 이차전지용 고체 전해질 제조방법은 석시노나이트릴 및 리튬염을 혼합하여 열처리 및 냉각을 수행하는 1차 혼합물 형성단계; 상기 1차 혼합물에 비닐모노머, 아크릴가교제 및 개시제를 첨가하는 2차 혼합물 형성단계; 및 상기 2차 혼합물을 UV경화시켜 고체상을 형성하는 UV경화단계;를 포함한다.According to another aspect of the present invention, a method for manufacturing a solid electrolyte for a secondary battery of the present invention comprises a first mixture forming step of mixing succinonitrile and a lithium salt and performing heat treatment and cooling; a second mixture forming step of adding a vinyl monomer, an acrylic crosslinking agent, and an initiator to the first mixture; and a UV curing step of UV curing the second mixture to form a solid phase.

일 실시예에 있어서, 상기 1차 혼합물 형성단계는 40℃ 내지 80℃의 온도에서 1시간 내지 3시간 동안 열처리한 후 상온으로 냉각시키는 과정을 포함할 수 있다.In one embodiment, the first mixture forming step may include a process of heat treating at a temperature of 40°C to 80°C for 1 to 3 hours and then cooling to room temperature.

일 실시예에 있어서, 상기 1차 혼합물은 상기 석시노나이트릴 : 리튬염 = 3~2 : 2~2.5의 중량비로 혼합하여 형성될 수 있다.In one embodiment, the primary mixture may be formed by mixing the succinonitrile:lithium salt in a weight ratio of 3 to 2:2 to 2.5.

일 실시예에 있어서, 상기 1차 혼합물에 대하여 상기 비닐모노머는 10wt% 내지 20wt%로 포함될 수 있다.In one embodiment, the vinyl monomer may be included in the primary mixture at 10 wt% to 20 wt%.

일 실시예에 있어서, 상기 1차 혼합물은 상기 석시노나이트릴 및 상기 리튬염의 상호작용에 의하여 비가역적으로 상변이를 유도함으로써 형성된 비정질 상(amorphous phase)을 포함할 수 있다.In one embodiment, the primary mixture may include an amorphous phase formed by irreversibly inducing a phase transition through interaction between the succinonitrile and the lithium salt.

일 실시예에 있어서, 상기 석시노나이트릴은 -30℃ 내지 60℃에서 비정질 상(amorphous phase)으로 구비되고, 상기 1차 혼합물은 25℃ 내지 60℃에서 비정질 상(amorphous phase)으로 구비될 수 있다.In one embodiment, the succinonitrile is in an amorphous phase at -30°C to 60°C, and the primary mixture may be in an amorphous phase at 25°C to 60°C.

일 실시예에 있어서, 상기 비정질 상(amorphous phase)은 고우시(gauche) 이성질체와 트랜스(trans) 이성질체가 혼합되어 구비되고, 상기 트랜스(trans) 이성질체는 18mol% 내지 25mol%로 포함될 수 있다.In one embodiment, the amorphous phase is provided by mixing a gauche isomer and a trans isomer, and the trans isomer may be included in an amount of 18 mol% to 25 mol%.

일 실시예에 있어서, 상기 고체상은 하기 화학식 1로 표시될 수 있다.In one embodiment, the solid phase may be represented by the following chemical formula 1.

[화학식 1][Chemical Formula 1]

[화학식 2][Chemical Formula 2]

상기 화학식 1에서, Linker1, Linker2 및 Linker3은 각각 독립적인 단일결합 또는 화학식 2이고, m은 1 내지 50의 자연수이고, n은 1 내지 50의 자연수이다.In the above chemical formula 1, Linker 1 , Linker 2 and Linker 3 are each an independent single bond or chemical formula 2, m is a natural number from 1 to 50, and n is a natural number from 1 to 50.

일 실시예에 있어서, 상기 리튬염은 리튬비스트리플루오로메탄설포닐이미드(LithiumBis(trifluoromethanesulfonyl)imide, LiTFSI), 과염소산리튬(Lithiumperchlorate, LiClO4), 질산리튬(Lithiumnitrate, LiNO3), 육불화인산리튬(Lithiumhexafluorophosphate, LiPF6), 리튬비스옥살레이토붕산염(Lithiumis(oxalato)borate, LiBOB) 및 리튬비스플루오로설포닐이미드(Lithiumbis(fluorosulfonyl)amide, LiFSI) 중 선택된 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.In one embodiment, the lithium salt may include at least one selected from lithium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide (LiTFSI), lithium perchlorate (LiClO 4 ), lithium nitrate (LiNO 3 ), lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ), lithium bis(oxalato)borate (LiBOB), and lithium bis(fluorosulfonyl)amide (LiFSI).

일 실시예에 있어서, 상기 비닐모노머는 비닐에틸렌카보네이트(Vinylethylenecarbonate, VEC), 부틸아크릴레이트(Butylacrylate, BUA), 2-하이드록시에틸메타크릴레이트(2-Hydroxyethylmethacrylate, HMA) 및 트리메틸올프로판 에톡실레이트 트리아크릴레이트(Trimethylolpropaneethoxylatetriacrylate, TRA) 중 선택된 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.In one embodiment, the vinyl monomer may include at least one selected from vinylethylenecarbonate (VEC), butylacrylate (BUA), 2-hydroxyethylmethacrylate (HMA), and trimethylolpropaneethoxylatetriacrylate (TRA).

일 실시예에 있어서, 상기 고체 전해질은 상온에서 이온전도도는 1.0~3.0mS/cm, 리튬 양이온 운반율은 0.7~1.0 및 양극 LSV(Linear sweep voltammetry) 값은 5.0~5.3V인 것을 포함할 수 있다.In one embodiment, the solid electrolyte may include an ionic conductivity of 1.0 to 3.0 mS/cm at room temperature, a lithium cation transport rate of 0.7 to 1.0, and a positive electrode LSV (Linear sweep voltammetry) value of 5.0 to 5.3 V.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 본 발명의 이차전지용 고체 전해질 포함하는 이차전지는 양극; 상기 양극에 대항하는 음극; 및 상기 양극과 상기 음극사이에 고체 전해질이 구비될 수 있다.According to another aspect of the present invention, a secondary battery including a solid electrolyte for a secondary battery of the present invention may include a positive electrode; a negative electrode opposing the positive electrode; and a solid electrolyte provided between the positive electrode and the negative electrode.

일 실시예에 있어서, 상기 고체 전해질은 상온에서 이온전도도는 1.0~3.0mS/cm, 리튬 양이온 운반율은 0.7~1.0 및 양극 LSV(Linear sweep voltammetry) 값은 5.0~5.3V인 것을 포함할 수 있다.In one embodiment, the solid electrolyte may include an ionic conductivity of 1.0 to 3.0 mS/cm at room temperature, a lithium cation transport rate of 0.7 to 1.0, and a positive electrode LSV (Linear sweep voltammetry) value of 5.0 to 5.3 V.

이상 살펴본 바와 같은 본 발명에 따르면, 이차전지용 고체 전해질, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 리튬이차전지를 제공할 수 있다.According to the present invention as described above, a solid electrolyte for a secondary battery, a method for manufacturing the same, and a lithium secondary battery including the same can be provided.

또한, 본 발명에 따르면, 리튬 이온의 이동도가 개선됨과 동시에 내부 용매의 잔량을 최소화함으로써, 전기화학적 안정성이 우수한 이차전지용 고체 전해질, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 리튬이차전지를 제공할 수 있다.In addition, according to the present invention, a solid electrolyte for a secondary battery having excellent electrochemical stability, a method for producing the same, and a lithium secondary battery including the same can be provided by improving the mobility of lithium ions while minimizing the amount of residual internal solvent.

또한, 본 발명에 따르면, 원활한 리튬염의 해리 및 리튬 양이온의 이동성 증대를 통해 저온에서도 뛰어난 성능의 이온전도특성을 보이며 배터리의 구동환경의 고압에서 전기화학적으로도 안정한 이차전지용 고체 전해질, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 리튬이차전지를 제공할 수 있다.In addition, according to the present invention, a solid electrolyte for a secondary battery, which exhibits excellent ion conductivity characteristics even at low temperatures through smooth dissociation of lithium salt and increased mobility of lithium cations, and is electrochemically stable at high pressure in the operating environment of a battery, a method for producing the same, and a lithium secondary battery including the same can be provided.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 고체전해질의 사진이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 DFT-D 시뮬레이션 분석 결과 모형이다,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 DFT-D 시뮬레이션 분석 결과를 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 FT-IR 측정 결과 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 XRD 분석 결과 그래프이다.
도 6는 본 발명의 일 실시예에 따른 DSC 분석 결과 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 이온전도도 측정 결과 그래프이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기화학적 안정성(LSV) 측정 결과 그래프이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 Lithium transference number(LTN)의 측정 결과 그래프이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬의 stripping/plating을 평가 그래프이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 SEM 분석 사진이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 XPS 분석 그래프이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 양극재로 LFP을 조합하여 제조된 리튬 이온 배터리의 성능 분석 그래프이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 양극재로 NCM811을 조합하여 제조된 리튬 이온 배터리의 성능 분석 그래프이다.
FIG. 1 is a photograph of a solid electrolyte manufactured according to one embodiment of the present invention.
Figure 2 is a DFT-D simulation analysis result model according to one embodiment of the present invention.
Figure 3 is a graph showing the results of DFT-D simulation analysis according to one embodiment of the present invention.
Figure 4 is a graph of FT-IR measurement results according to one embodiment of the present invention.
Figure 5 is a graph of XRD analysis results according to one embodiment of the present invention.
Figure 6 is a graph of DSC analysis results according to one embodiment of the present invention.
Figure 7 is a graph showing the results of ion conductivity measurement according to one embodiment of the present invention.
Figure 8 is a graph showing the results of electrochemical stability (LSV) measurement according to one embodiment of the present invention.
Fig. 9 is a graph showing the measurement results of lithium transference number (LTN) according to one embodiment of the present invention.
Figure 10 is a graph evaluating lithium stripping/plating according to one embodiment of the present invention.
Fig. 11 is an SEM analysis photograph according to one embodiment of the present invention.
Figure 12 is an XPS analysis graph according to one embodiment of the present invention.
Figure 13 is a performance analysis graph of a lithium ion battery manufactured by combining LFP as a cathode material according to one embodiment of the present invention.
Figure 14 is a performance analysis graph of a lithium ion battery manufactured by combining NCM811 as a cathode material according to one embodiment of the present invention.

기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.Specific details of other embodiments are included in the detailed description and drawings.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 이하의 설명에서 달리 명시되지 않는 한, 본 발명에 성분, 반응 조건, 성분의 함량을 표현하는 모든 숫자, 값 및/또는 표현은, 이러한 숫자들이 본질적으로 다른 것들 중에서 이러한 값을 얻는 데 발생하는 측정의 다양한 불확실성이 반영된 근사치들이므로, 모든 경우 "약"이라는 용어에 의해 수식되는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 기재에서 수치범위가 개시되는 경우, 이러한 범위는 연속적이며, 달리 지적되지 않는 한 이러한 범위의 최소값으로부터 최대값이 포함된 상기 최대값까지의 모든 값을 포함한다. 더 나아가, 이러한 범위가 정수를 지칭하는 경우, 달리 지적되지 않는 한 최소값으로부터 최대값이 포함된 상기 최대값까지를 포함하는 모든 정수가 포함된다The advantages and features of the present invention, and the methods for achieving them, will become clear with reference to the embodiments described below in detail together with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but can be implemented in various different forms, and unless otherwise specified in the following description, all numbers, values, and/or expressions expressing components, reaction conditions, and contents of components in the present invention are to be understood as being modified in all cases by the term "about" because such numbers are approximations that reflect various uncertainties of measurement that occur in obtaining such values, among other things. In addition, when a numerical range is disclosed herein, such range is continuous and includes every value from the minimum value to the maximum value inclusive, unless otherwise indicated. Furthermore, when such a range refers to an integer, every integer from the minimum value to the maximum value inclusive, unless otherwise indicated, is included.

또한, 본 발명에서 범위가 변수에 대해 기재되는 경우, 상기 변수는 상기 범위의 기재된 종료점들을 포함하는 기재된 범위 내의 모든 값들을 포함하는 것으로 이해될 것이다. 예를 들면, "5 내지 10"의 범위는 5, 6, 7, 8, 9, 및 10의 값들뿐만 아니라 6 내지 10, 7 내지 10, 6 내지 9, 7 내지 9 등의 임의의 하위 범위를 포함하고, 5.5, 6.5, 7.5, 5.5 내지 8.5 및 6.5 내지 9 등과 같은 기재된 범위의 범주에 타당한 정수들 사이의 임의의 값도 포함하는 것으로 이해될 것이다. 예를 들면, "10% 내지 30%"의 범위는 10%, 11%, 12%, 13% 등의 값들과 30%까지를 포함하는 모든 정수들 뿐만 아니라 10% 내지 15%, 12% 내지 18%, 20% 내지 30% 등의 임의의 하위 범위를 포함하고, 10.5%, 15.5%, 25.5% 등과 같이 기재된 범위의 범주 내의 타당한 정수들 사이의 임의의 값도 포함하는 것으로 이해될 것이다.Additionally, when a range is described for a variable in the present invention, it will be understood that the variable includes all values within the described range including the described endpoints of the range. For example, the range "5 to 10" will be understood to include the values 5, 6, 7, 8, 9, and 10, as well as any subranges such as 6 to 10, 7 to 10, 6 to 9, 7 to 9, etc., and also any value between integers that fall within the described range, such as 5.5, 6.5, 7.5, 5.5 to 8.5, and 6.5 to 9. For example, a range of "10% to 30%" would be understood to include values such as 10%, 11%, 12%, 13%, etc., and all integers up to and including 30%, as well as any subranges such as 10% to 15%, 12% to 18%, 20% to 30%, and any value between reasonable integers within the stated range, such as 10.5%, 15.5%, 25.5%, etc.

본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지용 고체 전해질, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 리튬이차전지에 관한 것이다.The present invention relates to a solid electrolyte for a secondary battery, a method for manufacturing the same, and a lithium secondary battery including the same.

통상, 리튬이온 전지의 에너지 밀도 향상을 위해 리튬 금속을 음극으로 사용하는 리튬메탈 전지의 개발이 필요하다. 기존에 사용되어지는 인화성 액체전해질은 리튬 금속과의 반응성이 높아 불안정한 고체 전해질 중간상(SEI)를 형성할 뿐만 아니라 누수 및 화재의 위험성으로 안전성이 크게 떨어져 문제가 된다. 또한, 안정한 고체 전해질 중간상(SEI)의 형성은 셀 단락의 주요 원인인 리튬 덴드라이트(Dendrite) 억제에 중요한 역할을 한다.Typically, the development of lithium metal batteries using lithium metal as the anode is necessary to improve the energy density of lithium-ion batteries. Conventionally used flammable liquid electrolytes are highly reactive with lithium metal, forming an unstable solid electrolyte intermediate (SEI). Furthermore, they significantly reduce safety due to the risk of leakage and fire. Furthermore, the formation of a stable solid electrolyte intermediate (SEI) plays a crucial role in suppressing lithium dendrites, a major cause of cell short-circuiting.

본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지용 고체 전해질은 하기 화학식 1로 표시되는 고체상을 포함할 수 있다.A solid electrolyte for a secondary battery according to one embodiment of the present invention may include a solid phase represented by the following chemical formula 1.

[화학식 1][Chemical Formula 1]

[화학식 2][Chemical Formula 2]

상기 화학식 1에서, Linker1, Linker2 및 Linker3은 각각 독립적인 단일결합 또는 화학식 2이고, m은 1 내지 50의 자연수이고, n은 1 내지 50의 자연수이다.In the above chemical formula 1, Linker 1 , Linker 2 and Linker 3 are each an independent single bond or chemical formula 2, m is a natural number from 1 to 50, and n is a natural number from 1 to 50.

상기 고체 전해질 100중량부를 기준으로 석시노나이트릴(Succinonitrile, SN) 40 내지 70중량부, 리튬염 30 내지 50중량부, 비닐모노머 10 내지 30중량부, 아크릴가교제 10 내지 30중량부 및 개시제 1 내지 5중량부를 포함한다.Based on 100 parts by weight of the above solid electrolyte, it contains 40 to 70 parts by weight of succinonitrile (SN), 30 to 50 parts by weight of lithium salt, 10 to 30 parts by weight of vinyl monomer, 10 to 30 parts by weight of acrylic crosslinking agent, and 1 to 5 parts by weight of initiator.

상기 석시노나이트릴(Succinonitrile, SN)은 약 58℃를 기점으로 크리스탈-플라스틱 상변이를 하는 것으로 알려져 있으며, 다이폴모먼트가 큰 시안그룹을 포함하여 균일한 자기장을 형성을 통하여 열역학적으로 안정함에 따라 리튬 덴드라이트 성장을 억제시킬 수 있다.The above succinonitrile (SN) is known to undergo a crystal-plastic phase transition at about 58°C, and is thermodynamically stable by forming a uniform magnetic field by including a cyanide group with a large dipole moment, thereby inhibiting lithium dendrite growth.

상기 석시노나이트릴은 상기 리튬염과의 상호작용을 통한 복합체로 비정질 상(amorphous phase)을 유지할 수 있다. 또한, 일반적으로 전극 계면의 안정성, 이온전도도 출력의 증대를 위하여 사용될 수 있다.The above succinonitrile can maintain an amorphous phase as a complex through interaction with the lithium salt. In addition, it can generally be used to increase the stability of the electrode interface and ion conductivity output.

상기 석시노나이트릴이 40중량부 미만이면, 리튬 덴드라이트 성장을 억제하기에 충분하지 않고, 70중량부 초과이면 리튬 이온의 이동성을 저하시켜 문제가 될 수 있다. 구체적으로 상기 석시노나이트릴은 40중량부 내지 65중량부, 또는 50중량부 내지 65중량부, 또는 55중량부 내지 65중량부일 수 있다.If the amount of the succinonitrile is less than 40 parts by weight, it is not sufficient to suppress lithium dendrite growth, and if it exceeds 70 parts by weight, it may cause problems by reducing the mobility of lithium ions. Specifically, the amount of the succinonitrile may be 40 parts by weight to 65 parts by weight, or 50 parts by weight to 65 parts by weight, or 55 parts by weight to 65 parts by weight.

상기 리튬염은 전술한 범위 내로 포함됨으로써, 리튬 이온의 이온전도도를 향상시킬 수 있다.The above lithium salt can improve the ionic conductivity of lithium ions by being included within the above-mentioned range.

상기 리튬염은 리튬비스트리플루오로메탄설포닐이미드 (LithiumBis(trifluoromethanesulfonyl)imide, LiTFSI), 과염소산리튬(Lithiumperchlorate, LiClO4), 질산리튬(Lithiumnitrate, LiNO3), 육불화인산리튬(Lithiumhexafluorophosphate, LiPF6), 리튬비스옥살레이토붕산염(Lithiumis(oxalato)borate, LiBOB) 및 리튬비스플루오로설포닐이미드(Lithiumbis(fluorosulfonyl)amide, LiFSI) 중 선택된 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.The lithium salt may include at least one selected from lithium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide (LiTFSI), lithium perchlorate (LiClO 4 ), lithium nitrate (LiNO 3 ), lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ), lithium bis(oxalato)borate (LiBOB), and lithium bis(fluorosulfonyl)amide (LiFSI).

상기 상기 비닐모노머는 비닐에틸렌카보네이트(Vinylethylenecarbonate, VEC), 부틸아크릴레이트(Butylacrylate, BUA), 2-하이드록시에틸메타크릴레이트(2-Hydroxyethylmethacrylate, HMA) 및 트리메틸올프로판에톡실레이트트리아크릴레이트(Trimethylolpropaneethoxylatetriacrylate, TRA) 중 선택된 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.The above vinyl monomer may include at least one selected from vinylethylene carbonate (VEC), butylacrylate (BUA), 2-hydroxyethylmethacrylate (HMA), and trimethylolpropaneethoxylatetriacrylate (TRA).

상기 비닐모노머가 10중량부 미만이면 상기 고체 전해질 내에서 리튬 양이온의 이동성이 저하되어 문제가 되고, 30중량부 초과이면 고체 전해질의 플렉서블한 성능이 저하되어 문제가 될 수 있다. 구체적으로, 상기 비닐모노머는 10중량부 내지 25중량부, 또는 15중량부 내지 25중량부일 수 있다.If the vinyl monomer is less than 10 parts by weight, the mobility of lithium cations within the solid electrolyte may be reduced, which may be problematic, and if it exceeds 30 parts by weight, the flexible performance of the solid electrolyte may be reduced, which may be problematic. Specifically, the vinyl monomer may be 10 to 25 parts by weight, or 15 to 25 parts by weight.

상기 비닐에틸렌카보네이트(VEC)는 중합이 가능한 비닐기를 함유하고 있는 5각형의 싸이클릭 카보네이트로 가교체를 형성하는데 있어서 용이하며, 중합 이후 댕글링(dangling)된 상기 사이클릭 카보네이트는 고분자 본체의 분절운동의 영향을 적게 받게되어 C=O 그룹 및 C-O 그룹 간의 상호작용을 통하여 리튬 양이온을 전도하여 저온에서도 리튬 양이온이 용이하게 이동할 수 있도록 한다. The above vinyl ethylene carbonate (VEC) is a pentagonal cyclic carbonate containing a polymerizable vinyl group, which is easy to form a crosslinker, and the dangling cyclic carbonate after polymerization is less affected by the segmental movement of the polymer body, so that it conducts lithium cations through interactions between C=O groups and C-O groups, allowing lithium cations to move easily even at low temperatures.

상기 아크릴가교제는 트리메틸올프로판에톡실레이트트리아크릴레이트 (Trimethylolpropaneethoxylatetriacrylate, TRA), 폴리에틸렌글리콜 디아크릴레이트(Polyethyleneglycoldiacrylate, PEGDA), 폴리에틸렌글리콜디메타크릴레이트(Polyethyleneglycoldimethacrylate, PEGDMA), 폴리프로필렌글리콜디아크릴레이트(Polypropyleneglycoldiacrylate, PPGDA), 디에틸렌글리콜디아크릴레이트(Diethyleneglycoldiacrylate, DEGDA), 글리시딜메타크릴레이트(Glycidylmethacrylate, GMA), 디에틸렌글리콜디메타크릴레이트(Diethyleneglycoldimethacrylate, DEGDMA), 디프로필렌글리콜디아크릴레이트(Dipropyleneglycoldiacrylate, DPGDA), 트리에틸렌글리콜디아크릴레이트(Triethyleneglycoldimethacrylate, TEGDMA), 트리프로필렌글리콜디아크릴레이트(Tripropyleneglycoldiacrylate, TPGDA), 테트라에틸렌글리콜디아크릴레이트(Tetraethyleneglycoldiacrylate, TTEGDA) 및 부탄다이올디아크릴레이트(1,4-Butanedioldiacrylate) 등의 디아크릴레이트계열 화합물을 사용할 수 있다.The above acrylic crosslinking agent is trimethylolpropaneethoxylatetriacrylate (TRA), polyethyleneglycoldiacrylate (PEGDA), polyethyleneglycoldimethacrylate (PEGDMA), polypropyleneglycoldiacrylate (PPGDA), diethyleneglycoldiacrylate (DEGDA), glycidylmethacrylate (GMA), diethyleneglycoldimethacrylate (DEGDMA), dipropyleneglycoldiacrylate (DPGDA), triethyleneglycoldimethacrylate (TEGDMA), tripropyleneglycoldiacrylate (Tripropyleneglycoldiacrylate, Diacrylate series compounds such as tetraethylene glycol diacrylate (TPGDA), tetraethylene glycol diacrylate (TTEGDA), and butanediol diacrylate (1,4-Butanedioldiacrylate) can be used.

상기 아크릴가교제가 10중량부 미만이면 상기 고체전해질 내에서 가교결합이 느슨해져 결합력에 문제가 되고, 30중량부 초과이면 상기 가교결합이 강하게 형성되어 고체 전해질의 물성에 문제가 될 수 있다. 구체적으로, 상기 아크릴가교제는 10중량부 내지 25중량부, 또는 15중량부 내지 25중량부일 수 있다.If the amount of the acrylic crosslinking agent is less than 10 parts by weight, the crosslinking within the solid electrolyte may become loose, causing problems with the bonding strength. If the amount is more than 30 parts by weight, the crosslinking may become strong, causing problems with the physical properties of the solid electrolyte. Specifically, the amount of the acrylic crosslinking agent may be 10 to 25 parts by weight, or 15 to 25 parts by weight.

상기 개시제는 1-하이드록시사이클로헥실페닐케톤(Hydroxycyclohexyl PhenylKetone), 벤조일퍼옥사이드(benzoylperoxide), m-톨루오일퍼옥사이드(m-toluoylperoxide), 이소부틸퍼옥사이드(Isobutyrylperoxid), 디이소프로필퍼옥시디카보네이트(Diisopropylperoxydicarbonate), 디메톡시이소프로필퍼옥시디카보네이트(Dimethoxyisopropylperoxydicarbonate) 및 디에톡시퍼옥시디카보네이트(Diethoxyperoxydicarbonate) 중 선택된 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.The above initiator may include at least one selected from 1-hydroxycyclohexyl phenyl ketone, benzoyl peroxide, m-toluoyl peroxide, isobutyryl peroxide, diisopropylperoxydicarbonate, dimethoxyisopropylperoxydicarbonate, and diethoxyperoxydicarbonate.

상기 개시제가 1중량부 미만이면 UV경화가 제대로 이루어지지 않아 문제가 될 수 있고, 5중량부 초과이면 UV경화 이후 미반응 개시제가 남아있을 수 있는 문제를 야기할 수 있다. 구체적으로, 상기 개시제는 1중량부 내지 4중량부, 또는 1중량부 내지 3중량부일 수 있다.If the initiator is less than 1 part by weight, UV curing may not occur properly, which may cause problems. If it is more than 5 parts by weight, unreacted initiator may remain after UV curing, which may cause problems. Specifically, the initiator may be present in an amount of 1 to 4 parts by weight, or 1 to 3 parts by weight.

상기 고체 전해질은 상기 석시노나이트릴 및 상기 리튬염을 혼합하고 열처리하여 1차 혼합물을 구비시킨 후, 상기 1차 혼합물은 상온에서 상기 비닐모노머, 상기 아크릴가교제 및 상기 개시제를 첨가하여 2차 혼합물로 제조될 수 있다.The above solid electrolyte can be prepared by mixing the succinonitrile and the lithium salt and heat-treating them to prepare a first mixture, and then adding the vinyl monomer, the acrylic crosslinking agent, and the initiator to the first mixture at room temperature to prepare a second mixture.

상기 1차 혼합물은 상기 석시노나이트릴 및 상기 리튬염의 상호작용에 의하여 비가역적으로 상변이를 유도함으로써 형성된 비정질 상(amorphous phase)을 포함할 수 있다.The above primary mixture may include an amorphous phase formed by irreversibly inducing a phase transformation through the interaction between the succinonitrile and the lithium salt.

상기 열처리는 40℃ 내지 80℃ 사이의 온도에서 1시간 내지 3시간 동안 수행되어 상기 1차 혼합물은 액체상으로 구비될 수 있고, 상기 액체상의 1차 혼합물은 상온으로 냉각되어 비정질 상(amorphous phase)으로 상변이가 될 수 있다.The above heat treatment is performed at a temperature between 40°C and 80°C for 1 to 3 hours so that the primary mixture can be provided in a liquid phase, and the liquid primary mixture can be cooled to room temperature to undergo a phase transformation into an amorphous phase.

상기 비정질 상(amorphous phase)을 포함하는 1차 혼합물에 상기 비닐모노머, 상기 아크릴가교제 및 상기 개시제를 첨가하여 2차 혼합물로 제조될 수 있고, 상기 2차 혼합물을 UV경화시켜 비정질 상의 고체 전해질으로 형성되는 것을 포함할 수 있다.A secondary mixture may be prepared by adding the vinyl monomer, the acrylic crosslinking agent, and the initiator to the primary mixture including the amorphous phase, and the secondary mixture may be UV-cured to form an amorphous phase solid electrolyte.

상기 1차 혼합물은 상기 석시노나이트릴 : 상기 리튬염 = 3~2 : 2~2.5의 중량비로 혼합하여 형성될 수 있다.The above primary mixture can be formed by mixing the above succinonitrile: the above lithium salt = 3~2: 2~2.5 in a weight ratio.

상기 1차 혼합물에 대하여 상기 비닐모노머는 10wt% 내지 20wt%로 포함될 수 있다.For the above primary mixture, the vinyl monomer may be included in an amount of 10 wt% to 20 wt%.

상기 비닐모노머가 상기 1차 혼합물에 대하여 10wt% 미만이면 상기 고체 전해질 내에서 리튬 양이온의 이동성이 저하되어 문제가 되고, 20wt% 초과이면 고체 전해질의 플렉서블한 성능이 저하되어 문제가 될 수 있다.If the vinyl monomer is less than 10 wt% with respect to the primary mixture, the mobility of lithium cations in the solid electrolyte may be reduced, which may be a problem, and if it is more than 20 wt%, the flexible performance of the solid electrolyte may be reduced, which may be a problem.

상기 석시노나이트릴은 -30℃ 내지 60℃에서 비정질 상(amorphous phase)으로 구비되고, 상기 1차 혼합물은 25℃ 내지 60℃에서 비정질 상(amorphous phase)으로 구비될 수 있다.The above succinonitrile is in an amorphous phase at -30°C to 60°C, and the first mixture can be in an amorphous phase at 25°C to 60°C.

상기 비정질 상(amorphous phase)은 고우시(gauche) 이성질체와 트랜스(trans) 이성질체가 혼합되어 구비되고, 상기 트랜스(trans) 이성질체는 18mol% 내지 25mol%로 포함될 수 있다.The amorphous phase is prepared by mixing a gauche isomer and a trans isomer, and the trans isomer may be included in an amount of 18 mol% to 25 mol%.

상기 고체 전해질은 상온에서 이온전도도는 1.0~3.0mS/cm, 리튬 양이온 운반율은 0.7~1.0 및 양극 LSV(Linear sweep voltammetry) 값은 5.0~5.3V인 것을 포함할 수 있다.The above solid electrolyte may include an ionic conductivity of 1.0 to 3.0 mS/cm at room temperature, a lithium cation transport rate of 0.7 to 1.0, and a positive electrode LSV (Linear sweep voltammetry) value of 5.0 to 5.3 V.

상기 이온전도도가 1.0mS/cm 미만일 경우에는 상기 석시노나이트릴의 응집에 의한 결정거동에 영향을 미치지 못하여 상기 석시노나이트릴과 상기 비닐 모노머 간의 결합에너지가 약해지는 문제점이 발생할 수 있고, 3.0mS/cm 초과일 경우에는 상기 석시노나이트릴과 상기 비닐 모노머 간의 결합에너지가 과도하게 강해져 상기 석시노나이트릴의 응집력이 높아져 플라스틱한 고체상이 형성될 수 있다. 구체적으로 상기 이온전도도는 1.5 내지 3.0mS/cm 또는 2.0 내지 2.8mS/cm인 것이 바람직하다.When the ionic conductivity is less than 1.0 mS/cm, it may not affect the crystal behavior due to the aggregation of the succinonitrile, which may cause a problem in that the bonding energy between the succinonitrile and the vinyl monomer becomes weak. When it exceeds 3.0 mS/cm, the bonding energy between the succinonitrile and the vinyl monomer becomes excessively strong, which increases the cohesion of the succinonitrile, and a plastic solid phase may be formed. Specifically, the ionic conductivity is preferably 1.5 to 3.0 mS/cm or 2.0 to 2.8 mS/cm.

상기 리튬 양이온 운반율이 0.7미만일 경우에는 상기 석시노나이트릴과 상기 비닐 모노머 간의 결합에너지가 약하게 형성되어 비정질 상의 고체 전해질의 형성이 원만하게 이루어지지 않은 상태로 이온전도도가 낮아 양이온 운반율이 저하되는 문제점이 발생할 수 있고, 1.0 초과일 경우에는 상기 석시노나이트릴과 상기 비닐 모노머 간의 결합에너지가 강하게 형성되어 결정질 상으로 형성되므로 리튬 이온의 이동성이 저하될 수 있다. 구체적으로, 상기 리튬 양이온 운반율은 0.7 내지 0.9 또는 0.7 내지 0.8인 것이 바람직하다.When the lithium cation transport rate is less than 0.7, the bond energy between the succinonitrile and the vinyl monomer is weakly formed, so that the formation of an amorphous solid electrolyte is not smooth, and the ionic conductivity is low, which may cause a problem of a decrease in the cation transport rate. When it exceeds 1.0, the bond energy between the succinonitrile and the vinyl monomer is strong, so that a crystalline phase is formed, and thus the mobility of lithium ions may be decreased. Specifically, the lithium cation transport rate is preferably 0.7 to 0.9 or 0.7 to 0.8.

상기 LSV(Linear sweep voltammetry)는 작업 전극의 전위를 초기전위부터 최종전위까지 양(+)방향 또는 음(-)의 방향으로 일정한 속도로 주사(sweep)하여 특정 전위에서 산화, 또는 환원이 일어나는 지를 확인하는 방법으로, 이후, 가해진 전압에 따른 전류값을 시간에 따라 측정하여 나타난 값을 포함한다.The above LSV (Linear sweep voltammetry) is a method of checking whether oxidation or reduction occurs at a specific potential by sweeping the potential of the working electrode in the positive (+) or negative (-) direction at a constant rate from the initial potential to the final potential, and then including the value obtained by measuring the current value according to the applied voltage over time.

상기 양극 LSV(Linear sweep voltammetry) 값이 5.3V 초과일 경우에는 불안정성이 높아져 전지 내부 압력을 증가시켜 누수, 외현변형, 폭발 및 화재의 위험성이 증가할 수 있다. 구체적으로 상기 양극 LSV(Linear sweep voltammetry) 값은 5.1 내지 5.3V 또는 5.2V인 것이 바람직하다.If the above positive LSV (Linear sweep voltammetry) value exceeds 5.3 V, instability may increase, increasing the internal pressure of the battery, which may increase the risk of leakage, external deformation, explosion, and fire. Specifically, the positive LSV (Linear sweep voltammetry) value is preferably 5.1 to 5.3 V or 5.2 V.

본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지용 고체 전해질의 제조방법은 석시노나이트릴 및 리튬염을 혼합하여 열처리 및 냉각을 수행하는 1차 혼합물 형성단계; 상기 1차 혼합물에 비닐모노머, 아크릴가교제 및 개시제를 첨가하는 2차 혼합물 형성단계; 및 상기 2차 혼합물을 UV경화시켜 고체상의 고체 전해질을 형성하는 UV경화단계를 포함한다.A method for manufacturing a solid electrolyte for a secondary battery according to one embodiment of the present invention comprises a first mixture forming step of mixing succinonitrile and a lithium salt and performing heat treatment and cooling; a second mixture forming step of adding a vinyl monomer, an acrylic crosslinking agent, and an initiator to the first mixture; and a UV curing step of UV curing the second mixture to form a solid electrolyte in a solid state.

상기 UV경화단계의 UV램프의 파장은 300~400nm을 포함할 수 있다. 구체적으로 UV램프의 파장은 365nm인 것이 바람직하다.The wavelength of the UV lamp in the above UV curing step may include 300 to 400 nm. Specifically, the wavelength of the UV lamp is preferably 365 nm.

본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지용 고체 전해질의 제조방법을 포함하는 리튬이차전지는 양극; 상기 양극에 대항하는 음극; 및 상기 양극과 상기 음극사이에 고체 전해질이 구비된다.A lithium secondary battery including a method for manufacturing a solid electrolyte for a secondary battery according to one embodiment of the present invention comprises: a positive electrode; a negative electrode opposing the positive electrode; and a solid electrolyte provided between the positive electrode and the negative electrode.

본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지용 고체 전해질의 제조방법 및 이를 포함하는 리튬이차전지에 사용되는 상기 고체전해질의 각 구성성분 및 수치범위는 본 발명의 일 실시예에 따라 상기에 설명한 고체전해질과 구성성분 및 수치범위와 동일하기 때문에 이에 대한 자세한 내용은 생략한다.The method for manufacturing a solid electrolyte for a secondary battery according to one embodiment of the present invention and the respective components and numerical ranges of the solid electrolyte used in a lithium secondary battery including the same are the same as the components and numerical ranges of the solid electrolyte described above according to one embodiment of the present invention, so detailed descriptions thereof are omitted.

이하 본 발명의 실시예 및 비교예를 기재한다. 그러나, 하기 실시예들은 본 발명의 바람직한 일 실시예일뿐 본 발명의 권리 범위가 하기 실시예들에 의하여 제한되는 것은 아니다.Hereinafter, examples and comparative examples of the present invention are described. However, the following examples are only preferred embodiments of the present invention and the scope of the present invention is not limited by the following examples.

(실험 예 1) DFT-D(Dispersion-corrected density functional theory) 시뮬레이션 분석(Experimental Example 1) DFT-D (Dispersion-corrected density functional theory) simulation analysis

석시노나이트릴(SN)과 비닐모노머 간의 결합에너지를 분석하여 계산된 결합에너지의 값을 하기의 표 1에 나타내었다. 상기 결합에너지 시뮬레이션 분석에 사용된 기기는 Material Studio(BIOVIA)의 Dmol3 모듈과 함께 GGA-PBE, DNP3.5를 사용하였다.The values of the calculated binding energy by analyzing the binding energy between succinonitrile (SN) and vinyl monomer are shown in Table 1 below. The equipment used for the above binding energy simulation analysis was GGA-PBE, DNP3.5 together with the Dmol3 module of Material Studio (BIOVIA).

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 석시노나이트릴(SN)과 비닐모노머 간의 상호작용의 DFT-D 시뮬레이션 분석 결과 모형이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 석시노나이트릴(SN)과 비닐모노머 간의 상호작용에 의한 결합에너지의 DFT-D 시뮬레이션 분석 결과를 나타낸 그래프이다.FIG. 2 is a model showing the results of a DFT-D simulation analysis of the interaction between succinonitrile (SN) and a vinyl monomer according to one embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a graph showing the results of a DFT-D simulation analysis of the binding energy due to the interaction between succinonitrile (SN) and a vinyl monomer according to one embodiment of the present invention.

비닐 모노머 종류Types of vinyl monomers SNgauche(eV)SN gauche (eV) SNtrans(eV)SN trans (eV) VECVEC -0.438-0.438 -0.488-0.488 BUABUA -0.191-0.191 -0.252-0.252 HMAHMA -0.169-0.169 -0.232-0.232 TRATRA -0.075-0.075 -0.158-0.158

상기 표 1, 도2 및 도 3을 살펴보면, 본 발명은 상기 DFT-D실험을 통하여 석시노나이트릴(SN)간의 상호작용보다 실제로 석시노나이트릴(SN)과 비닐모노머 간의 상호작용이 일어남을 알 수 있었으며, 이 결과가 석시노나이트릴(SN)간의 응집에 의한 결정거동에 어떠한 영향을 미치는지 비닐모노머를 통제하여 여러가지 실험을 진행하기로 하였다. Looking at the above Table 1, Figures 2 and 3, the present invention was able to find out through the DFT-D experiment that the interaction between succinonitrile (SN) and vinyl monomer actually occurred rather than the interaction between succinonitrile (SN). In order to determine what effect this result had on the crystal behavior due to the aggregation of succinonitrile (SN), various experiments were conducted by controlling the vinyl monomer.

(실시 예 1)(Example 1) 본 발명의 이차전지용 고체 전해질의 제조방법에 의하여 제조된 리튬이차전지Lithium secondary battery manufactured by the method for manufacturing a solid electrolyte for a secondary battery of the present invention

석시노나이트릴(SN, 99%), 비닐에틸렌카보네이트(VEC, 99%), 트리메틸올프로판 에톡실레이트 트리아크릴레이트(TRA, 평균 Mn = 428), 1-하이드록시사이클로헥실페닐케톤(PI184, 99%) 및 리튬비스트리플루오로 메탄설포닐이미드(LiTFSI, 99.95%)는 Sigma-Aldrich사에서 구입한 것을 사용하였고, 모든 화학물질은 추가 정제 없이 받은 그대로 사용하었다.Succinonitrile (SN, 99%), vinylethylene carbonate (VEC, 99%), trimethylolpropane ethoxylate triacrylate (TRA, average M n = 428), 1-hydroxycyclohexylphenyl ketone (PI184, 99%), and lithium bistrifluoro methanesulfonylimide (LiTFSI, 99.95%) were purchased from Sigma-Aldrich, and all chemicals were used as received without further purification.

모든 제조공정은 아르곤(Ar) 가스가 채워진 글러브박스(H2O < 0.1ppm) 내에서 진행되었다.All manufacturing processes were carried out in a glove box filled with argon (Ar) gas ( H2O < 0.1 ppm).

석시노나이트릴(SN) 600mg에 리튬비스트리플루오로 메탄설포닐이미드(LiTFSI) 400mg을 균일하게 혼합하여 60℃ 온도에서 2시간동안 가열한 후 상온으로 냉각시켜 1차 혼합물을 얻었다. 여기에서, 리튬비스트리플루오로 메탄설포닐이미드(LiTFSI)는 사용 전 진공 하에서 150°C에서 6시간 동안 건조된 것을 사용하였다.A primary mixture was obtained by uniformly mixing 600 mg of succinonitrile (SN) and 400 mg of lithium bistrifluoro methanesulfonimide (LiTFSI), heating the mixture at 60°C for 2 hours, and then cooling it to room temperature. Here, lithium bistrifluoro methanesulfonimide (LiTFSI) was dried under vacuum at 150°C for 6 hours before use.

상기 1차 혼합물 1000mg에 비닐모노머로 사용된 비닐에틸렌카보네이트(VEC) 200mg를 첨가하고, 트리메틸올프로판에톡실레이트 트리아크릴레이트(TRA) 200mg 및 1-하이드록시사이클로헥실페닐케톤(PI184) 20mg을 첨가한 후 균일하게 섞어 2차 혼합물인 고체 전해질을 얻었다. To 1000 mg of the above primary mixture, 200 mg of vinylethylene carbonate (VEC), used as a vinyl monomer, was added, and 200 mg of trimethylolpropane oxylate triacrylate (TRA) and 20 mg of 1-hydroxycyclohexylphenyl ketone (PI184) were added, and then mixed uniformly to obtain a secondary mixture, a solid electrolyte.

그 이후, 상기 고체 전해질을 전극(SS, Li)에 직접 도포 하여(in-situ) 365nm 파장에서 10분동안 UV경화하였다.After that, the solid electrolyte was directly applied (in-situ) to the electrode (SS, Li) and UV cured at a wavelength of 365 nm for 10 minutes.

도 1은 실시예 1에 따라 제조된 고체전해질의 사진이다. 도 1을 참고하면, 상기 본 발명의 이차전지용 고체 전해질의 제조방법에 의하여 제조된 고체 전해질은 미반응 모노너 없이 중합이 잘 된 것으로 판단되었다.Fig. 1 is a photograph of a solid electrolyte manufactured according to Example 1. Referring to Fig. 1, it was determined that the solid electrolyte manufactured by the method for manufacturing a solid electrolyte for a secondary battery of the present invention was well polymerized without unreacted monomers.

(비교 예 1)(Comparison Example 1)

상기 실시예 1에서 비닐에틸렌카보네이트(VEC) 대신 비닐모노머로 부틸아크릴레이트(BUA)를 사용하였고, 나머지 공정은 동일하게 진행되었다. 여기에서, 상기 부틸아크릴레이트(BUA)는 경기도에 위치한 삼전순약공업(주)에서 구입하여 사용하였고, 추가 정제 없이 받은 그대로 사용하었다.In the above Example 1, butylacrylate (BUA) was used as a vinyl monomer instead of vinylethylene carbonate (VEC), and the remaining processes were carried out in the same manner. Here, the butylacrylate (BUA) was purchased from Samjeon Pure Chemical Industry Co., Ltd. located in Gyeonggi-do and used as received without further purification.

(비교 예 2)(Comparison Example 2)

상기 실시예 1에서 비닐에틸렌카보네이트(VEC) 대신 비닐모노머로 2-하이드록시에틸메타크릴레이트(HMA)를 사용하였고, 나머지 공정은 동일하게 진행되었다. 여기에서, 상기 2-하이드록시에틸메타크릴레이트(HMA)는 경기도에 위치한 삼전순약공업(주)에서 구입하여 사용하였고, 추가 정제 없이 받은 그대로 사용하였다.In the above Example 1, 2-hydroxyethyl methacrylate (HMA) was used as a vinyl monomer instead of vinyl ethylene carbonate (VEC), and the remaining processes were carried out in the same manner. Here, the 2-hydroxyethyl methacrylate (HMA) was purchased from Samjeon Pure Chemical Industry Co., Ltd. located in Gyeonggi-do and used as received without further purification.

(비교 예 3)(Comparison Example 3)

상기 실시예 1에서 비닐에틸렌카보네이트(VEC) 대신 비닐모노머로 트리메틸올프로판 에톡실레이트 트리아크릴레이트(TRA)를 사용하였고, 나머지 공정은 동일하게 진행되었다. 여기에서, 상기 트리메틸올프로판 에톡실레이트 트리아크릴레이트(TRA)는 Sigma-Aldrich사에서 구입한 것을 사용하였고, 추가 정제 없이 받은 그대로 사용하었다.In the above Example 1, trimethylolpropane ethoxylate triacrylate (TRA) was used as a vinyl monomer instead of vinylethylene carbonate (VEC), and the remaining processes were carried out in the same manner. Here, the trimethylolpropane ethoxylate triacrylate (TRA) was purchased from Sigma-Aldrich and used as received without further purification.

(실험 예 2) FT-IR 분석(Experimental Example 2) FT-IR Analysis

상기 실시 예 1에서 합성한 전해질의 중합이 완전히 이루어 졌는지 Cary 630(Agilent) FT-IR 분광계 이용하여 4cm-1의 해상도로 32회 스캔하여 기록하는 방식으로 분석하였다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 FT-IR 측정 결과 그래프이다.In order to determine whether the polymerization of the electrolyte synthesized in Example 1 was complete, an analysis was performed by recording 32 scans at a resolution of 4 cm -1 using a Cary 630 (Agilent) FT-IR spectrometer. Figure 4 is a graph showing the results of FT-IR measurement according to one embodiment of the present invention.

도 4를 참고하면, 상기 비닐 모노머들의 이중결합에 해당하는 1650cm-1, 1636cm-1 부근의 peak들이 소실된 것을 보아 완전한 중합이 이루어졌음을 확인할 수 있었다.Referring to Figure 4, it was confirmed that complete polymerization had occurred as peaks around 1650 cm -1 and 1636 cm -1 corresponding to the double bonds of the vinyl monomers disappeared.

(실험 예 3) XRD 분석(Experimental Example 3) XRD Analysis

상기 실험 예 1에서 실시한 DFT-D실험을 통하여 차이를 확인한 결합에너지들이 실제로 실시 예 1과 비교 예 1 내지 비교 예 3에 의하여 제조된 고체전해질이 석시노나이트릴(SN)간의 응집에 의한 결정특성에 어떠한 차이를 발생시키는지를 확인하고자 XRD 분석 실험을 하였다. XRD 측정은 X-Pert PRO에서 Cu-Kα radiation(λ=0.154 nm)을 이용하여 0.2°/min의 조건으로 측정하였다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 XRD 분석 결과 그래프이다.In order to confirm what difference the binding energies confirmed through the DFT-D experiment conducted in Experimental Example 1 actually cause in the crystal characteristics due to aggregation between succinonitrile (SN) of the solid electrolytes manufactured by Example 1 and Comparative Examples 1 to 3, an XRD analysis experiment was conducted. XRD measurements were performed using Cu-Kα radiation (λ=0.154 nm) in X-Pert PRO at a condition of 0.2°/min. Fig. 5 is a graph of the XRD analysis results according to one embodiment of the present invention.

상기 도 5를 참고하면, 상기 표 1의 실험 결과에 따른 결합에너지의 세기가 강한 순서(VEC>BUA>HMA>TRA)대로 석시노나이트릴(SN)의 고유한 Peak인 (0 1 1), (0 0 2)의 peak가 소실된 것을 확인할 수 있었고, 이에 따라 결합에너지의 세기가 강한 순서대로 석시노나이트릴(SN)과의 상호작용 강도가 높은 것을 알 수 있었다.Referring to the above Figure 5, it was confirmed that the peaks of (0 1 1) and (0 0 2), which are unique peaks of succinonitrile (SN), disappeared in the order of the strength of the binding energy according to the experimental results of Table 1 (VEC>BUA>HMA>TRA), and accordingly, it was found that the strength of the interaction with succinonitrile (SN) increased in the order of the strength of the binding energy.

(실험 예 4) DSC 분석(Experimental Example 4) DSC Analysis

상기 실험 예 1에서 실시한 DFT-D실험을 통하여 차이를 확인한 결합에너지들이 실제로 실시 예 1과 비교 예 1 내지 비교 예 3에 의하여 제조된 고체전해질이 석시노나이트릴(SN)간의 응집에 의한 결정특성에 의하여 열적거동에 대하여 어떠한 차이를 발생시키는지를 확인하고자 DSC 분석 실험을 하였다. DSC 분석 실험은 질소 흐름 하 -60℃ 내지 -70℃사이 온도에서 10℃/min의 속도 조건으로 알루미늄팬을 사용하여 두 번의 사이클로 분석하였다. 도 6는 본 발명의 일 실시예에 따른 DSC 분석 결과 그래프이다.In order to confirm whether the binding energies confirmed to be different through the DFT-D experiment conducted in Experimental Example 1 actually cause any difference in the thermal behavior of the solid electrolytes manufactured by Example 1 and Comparative Examples 1 to 3 due to the crystal characteristics caused by the aggregation between succinonitrile (SN), a DSC analysis experiment was conducted. The DSC analysis experiment was conducted using an aluminum pan at a temperature between -60°C and -70°C under a nitrogen flow, with two cycles of analysis at a rate of 10°C/min. Figure 6 is a graph of the DSC analysis results according to one embodiment of the present invention.

상기 도 6을 참고하면, 상기 표 1의 실험 결과에 따른 결합에너지의 세기가 강한 순서(VEC>BUA>HMA>TRA)대로 석시노나이트릴(SN)의 고유한 Peak[Tpc, Tm]들의 변화가 관측한 결과, Tm의 하강순서가 상기 결합에너지가 강한 순서와 동일하게 나타났으며, 비닐모노머로 VEC를 사용한 경우 가장 강한 결합에너지로 인하여 Tpc와 Tm의 peak가 모두 소실됨에 따라 상온에서는 완전한 비정질 상(amorphous phase)을 나타냄을 알 수 있었다.Referring to the above Figure 6, the changes in the unique peaks [T pc , T m ] of succinonitrile (SN) were observed in the order of the strength of the binding energy (VEC > BUA > HMA > TRA) according to the experimental results of Table 1, and the descending order of T m was found to be the same as the order of the strength of the binding energy, and when VEC was used as the vinyl monomer, both the peaks of T pc and T m disappeared due to the strongest binding energy, indicating a completely amorphous phase at room temperature.

(실험 예 5)(Experimental Example 5) 이온전도도 측정Ionic conductivity measurement

상기 실시 예 1 및 비교 예 1 내지 비교 예 3에 의해 제조된 고체 전해질에 대하여 전기화학 임피던스 측정법(Electrochemical impedance spectroscopy(EIS))을 이용하여 이온전도도를 하기의 수학식 1을 통하여 계산하였다. 1Hz의 주파수 영역에서 10mV의 진폭(amplitude)의 교류를 이용하였고, 측정 시 스테인리스스틸(stainless steel, SS)을 이용하여 대칭셀(SS/SPE/SS)형태의 셀을 사용하였으며 Ivium n-Stat electrochmical analyzer 장비로 CR2032 코인셀의 임피던스를 측정하여 임피던스 궤적의 반원이나 직선이 실수측과 만나는 교점으로부터 벌크 전해질의 저항을 구하고 샘플의 넓이와 두께로부터 고체 전해질 막의 이온전도도를 계산하였다.The ionic conductivity of the solid electrolytes manufactured by the above Example 1 and Comparative Examples 1 to 3 was calculated using the following mathematical equation 1 using the electrochemical impedance measurement method (EIS). An alternating current with an amplitude of 10 mV in the frequency range of 1 Hz was used, and a symmetrical cell (SS/SPE/SS) type cell was used using stainless steel (SS) during the measurement, and the impedance of a CR2032 coin cell was measured using an Ivium n-Stat electrochmical analyzer, and the resistance of the bulk electrolyte was obtained from the intersection of the semicircle or straight line of the impedance trace with the real side, and the ionic conductivity of the solid electrolyte membrane was calculated from the area and thickness of the sample.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 이온전도도 측정 결과 그래프(NyquistPlot)이다. 상기 실시 예 1 및 비교 예 1 내지 비교 예 3에 의해 제조된 고체 전해질의 이온전도도를 하기의 수학식 1을 통해 계산하여 하기의 표 2에 나타내었다.Figure 7 is a graph (NyquistPlot) showing the results of ionic conductivity measurements according to one embodiment of the present invention. The ionic conductivities of the solid electrolytes manufactured according to Example 1 and Comparative Examples 1 to 3 were calculated using the following mathematical formula 1 and are shown in Table 2 below.

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

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

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

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

혼합비(중량 %)Mixing ratio (weight %) 이온전도도 (mS/cm at 25℃)Ionic conductivity (mS/cm at 25℃) SNSN LiTFSILiTFSI 비닐모노머vinyl monomer TRATRA 실시 예 1Example 1 42.942.9 28.628.6 14.314.3 14.214.2 2.62.6 비교 예 1Comparative Example 1 42.942.9 28.628.6 14.314.3 14.214.2 0.450.45 비교 예 2Comparison Example 2 42.942.9 28.628.6 14.314.3 14.214.2 0.190.19 비교 예 3Comparative Example 3 42.942.9 28.628.6 14.314.3 14.214.2 0.090.09

상기 도 7 및 표 2를 참고하면, 상기 실험 예 4의 결과인 Tm의 하강순서(VEC>BUA>HMA>TRA)와 상온에서의 이온전도도가 높은 순서 (VEC>BUA>HMA>TRA)가 일치하는 것으로 나타났고, 이에 따라 실험 예 1에 따른 결합에너지가 강한 순서와도 일치함을 알 수 있었다. 따라서, 상기 결합에너지의 순서가 석시노나이트릴(SN)의 응집에 의한 결정거동에 영향을 미치며 이온전도도에도 영향을 미치는 것을 확인할 수 있었다.Referring to the above Figure 7 and Table 2, the descending order of T m (VEC>BUA>HMA>TRA) of the results of Experimental Example 4 was found to be consistent with the order of high ionic conductivity at room temperature (VEC>BUA>HMA>TRA), and accordingly, it was found to be consistent with the order of high binding energy according to Experimental Example 1. Therefore, it was confirmed that the order of binding energy affects the crystal behavior due to aggregation of succinonitrile (SN) and also affects ionic conductivity.

(실험 예 6) 전기화학적 안정성(LSV) 측정(Experimental Example 6) Measurement of electrochemical stability (LSV)

상기 실시 예 1 및 비교 예 1 내지 비교 예 3에 의해 제조된 고체 전해질에 대하여 전기화학적 안정성 측정은 SUS를 측정전극으로 하고, 리튬 금속을 대전극으로 하여 이들 전극 사이에 제조된 전해질 막을 삽입하여 코인셀을 제조하였으며, 10mV/s의 스캔율로 하여 6V까지 선형주사 전압전류법(Linear Sweep Voltammetry, LSV)을 통하여 전기화학적 측정을 하였다. Electrochemical stability of the solid electrolytes manufactured by the above Example 1 and Comparative Examples 1 to 3 was measured by manufacturing a coin cell using SUS as a measuring electrode and lithium metal as a counter electrode, and inserting the manufactured electrolyte membrane between these electrodes. Electrochemical measurements were performed using linear sweep voltammetry (LSV) up to 6 V at a scan rate of 10 mV/s.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기화학적 안정성 측정 결과 그래프이다. 실시 예 1 및 비교 예 1 내지 비교예 3에 의해 제조된 고체전해질의 LSV의 결과값을 하기의 표 3에 나타내었다.Figure 8 is a graph showing the results of electrochemical stability measurements according to one embodiment of the present invention. The LSV results of the solid electrolytes manufactured according to Example 1 and Comparative Examples 1 to 3 are shown in Table 3 below.

혼합비(중량 %)Mixing ratio (weight %) 전기화학적 안정성(V)Electrochemical stability (V) SNSN LiTFSILiTFSI 비닐모노머vinyl monomer TRATRA 실시 예 1Example 1 42.942.9 28.628.6 14.314.3 14.214.2 5.25.2 비교 예 1Comparative Example 1 42.942.9 28.628.6 14.314.3 14.214.2 5.15.1 비교 예 2Comparison Example 2 42.942.9 28.628.6 14.314.3 14.214.2 5.15.1 비교 예 3Comparative Example 3 42.942.9 28.628.6 14.314.3 14.214.2 5.15.1

상기 도 8 및 표 3을 참고하면, 상기 전기화학적 안정성을 측정한 결과는 비닐 모노머로 비닐에틸렌카보네이트(VEC)를 사용한 실시 예 1의 값이 가장 높은 것으로 나타났지만 상대적으로 유사한 값을 나타내었으며, 이는 석시노나이트릴(SN) 자체의 우수한 산화안정성에 기인하는 것을 확인할 수 있었다.Referring to the above Figure 8 and Table 3, the results of measuring the electrochemical stability showed that the value of Example 1 using vinyl ethylene carbonate (VEC) as a vinyl monomer was the highest, but relatively similar values were shown, and it was confirmed that this was due to the excellent oxidation stability of succinonitrile (SN) itself.

(실험 예 7) Lithium transference number(LTN) 측정(Experimental Example 7) Lithium transference number (LTN) measurement

상기 실시 예 1 및 비교 예 1 내지 비교 예 3에 의해 제조된 고체 전해질에 대하여 Lithium cation의 이동도를 측정하였다. Ivium n-Stat electrochemical analyzer 장비를 이용하여 측정하였고, 10mV의 전압을 가하였다. 측정 시 리튬 금속 디스크의 사이에 상기 고체 전해질을 배치하여 대칭셀(Li/고체 전해질/Li)형태의 셀을 사용하였다. The mobility of lithium cations was measured for the solid electrolytes manufactured according to Example 1 and Comparative Examples 1 to 3. Measurements were performed using an Ivium n-Stat electrochemical analyzer, and a voltage of 10 mV was applied. During the measurement, the solid electrolyte was placed between lithium metal disks to use a symmetrical cell (Li/solid electrolyte/Li) type cell.

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 Lithium transference number(LTN)의 측정 결과 그래프이다. 상기 실시 예 1 및 비교 예 1 내지 비교 예 3에 의해 제조된 고체전해질의 LTN은 하기의 수학식 2에 의해 계산하여 하기의 표 4에 나타내었다.Figure 9 is a graph showing the measurement results of lithium transference number (LTN) according to one embodiment of the present invention. The LTN of the solid electrolytes manufactured according to Example 1 and Comparative Examples 1 to 3 was calculated using the following mathematical formula 2 and is shown in Table 4 below.

I0 : 초기 전류I 0 : Initial current

Iss : Polarization후 전류I ss : Current after polarization

R0 : Polarization전 저항R 0 : Resistance before polarization

Rss : Polarization후 저항R ss : Resistance after polarization

혼합비(중량 %)Mixing ratio (weight %) LTNLTN SNSN LiTFSILiTFSI 비닐모노머vinyl monomer TRATRA 실시 예 1Example 1 42.942.9 28.628.6 14.314.3 14.214.2 0.790.79 비교 예 1Comparative Example 1 42.942.9 28.628.6 14.314.3 14.214.2 0.540.54 비교 예 2Comparison Example 2 42.942.9 28.628.6 14.314.3 14.214.2 0.430.43 비교 예 3Comparative Example 3 42.942.9 28.628.6 14.314.3 14.214.2 0.300.30

상기 도 9를 참고하면, 상기 Lithium transference number(LTN)의 측정 결과 상기 실험 예 5의 결과인 이온전도도가 높은 순서(VEC>BUA>HMA>TRA) 즉, 결정도가 낮은 순서대로 LTN의 결과 값이 상승하는 것을 확인할 수 있었다. 이는 비정질 상(amorphous phase)이 클수록(결정질 상이 작을수록) 리튬 이온이 원활하게 이동하는 것을 확인할 수 있었다.Referring to the above Figure 9, the results of the lithium transference number (LTN) measurement showed that the LTN result value increased in the order of high ionic conductivity (VEC>BUA>HMA>TRA), that is, in the order of low crystallinity, as shown in the results of Experimental Example 5. This confirmed that the larger the amorphous phase (the smaller the crystalline phase), the more smoothly lithium ions moved.

(실험 예 8) 리튬 stripping/plating 특성(Experimental Example 8) Lithium stripping/plating characteristics

상기 실시 예 1 및 비교 예 3으로 제조된 고체 전해질에 대해 가장 강한 결합에너지와 가장 약한 결합에너지를 보이는 모노머로 제작된 VEC_X-link_3SN2Li(실시 예 1)와 TRA_X-link_3SN2Li(비교 예 3)로 리튬의 stripping/plating을 평가하였다. Ivium n-Stat electrochemical analyzer 장비로 0.2mA/cm2의 조건하에서 Li/SPE/Li 대칭 셀을 사용하여 측정하였다. 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬의 stripping/plating을 평가 그래프이다.The stripping/plating of lithium was evaluated using VEC_X-link_3SN2Li (Example 1) and TRA_X-link_3SN2Li (Comparative Example 3), which were prepared using monomers showing the strongest and weakest binding energies for the solid electrolytes prepared in Example 1 and Comparative Example 3. Measurements were made using a Li/SPE/Li symmetric cell under conditions of 0.2 mA/cm2 with an Ivium n-Stat electrochemical analyzer. Fig. 10 is a graph showing the evaluation of the stripping/plating of lithium according to one embodiment of the present invention.

상기 도 10을 참고하면, 상기 실시 예 1에 의해 제조된 고체 전해질의 결과는 석시노나이트릴(SN)과 결합에너지가 가장 강하여 상호작용이 형성되었을 때의 석시노나이트릴(SN)의 결정형성거동을 가장 잘 억제하여 상대적으로 우수한 사이클(600h) 특성을 나타내며, 원활한 이온 전도가 이루어짐을 확인할 수 있었다. 반면, 비교 예 3에 의해 제조된 고체전해질의 결과는 약 100h 전후로 전압값의 변동이 크게 나타남에 따라 이는 dendrite의 형성으로 인해 셀이 불안정한 것임을 알 수 있었다.Referring to the above Figure 10, the result of the solid electrolyte manufactured by the above Example 1 showed that when the binding energy with succinonitrile (SN) was the strongest and the crystal formation behavior of succinonitrile (SN) was best suppressed when an interaction was formed, it showed relatively excellent cycle (600 h) characteristics, and it was confirmed that smooth ion conduction was achieved. On the other hand, the result of the solid electrolyte manufactured by the comparative example 3 showed a large fluctuation in the voltage value around 100 h, which indicated that the cell was unstable due to the formation of dendrites.

(실험 예 9) SEM 분석(Experimental Example 9) SEM Analysis

상기 실험 예 8에서 분석한 셀 사이클에서 100h의 시간이 경과했을 때 셀을 분해하여 리튬 전극의 표면을 SEM(VEGA3 SBH)으로 측정하여 관찰하였다. 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 SEM 분석 사진이다.In the cell cycle analyzed in Experimental Example 8 above, when 100 h had elapsed, the cell was disassembled and the surface of the lithium electrode was observed by measuring it using SEM (VEGA3 SBH). Fig. 11 is an SEM analysis photograph according to one embodiment of the present invention.

상기 도 11을 참고하면, 상기 실시 예 1에 의하여 제조된 고체전해질의 SEM 측정 결과 100h에서 덴드라이트(dendrite) 형성이 되지 않고 부드럽고 밀집된 표면을 보이는 반면, 상기 비교 예 3에 의하여 제조된 고체 전해질의 SEM 측정 결과 100h에서 상당히 많은 덴드라이트(dendrite)가 형성되었음을 관측할 수 있었다. 이를 통하여, 상대적으로 강한 결합에너지를 가지는 실시 예 1의 비닐 모노머인 비닐에틸렌카보네이트(VEC)가 석시노나이트릴(SN)이 리튬 전극과 직접적으로 접촉하는 것을 저해하여 부반응을 억제하는 효과가 있음을 확인할 수 있었다.Referring to the above FIG. 11, the SEM measurement result of the solid electrolyte manufactured by the above Example 1 showed that no dendrites were formed at 100 h and a smooth and dense surface was observed, whereas the SEM measurement result of the solid electrolyte manufactured by the above Comparative Example 3 showed that a considerable number of dendrites were formed at 100 h. Through this, it was confirmed that vinylethylene carbonate (VEC), a vinyl monomer of Example 1 with relatively strong binding energy, has the effect of suppressing side reactions by inhibiting direct contact of succinonitrile (SN) with the lithium electrode.

(실험 예 10) XPS 분석(Experimental Example 10) XPS Analysis

상기 실험 예 8에서 분석한 셀 사이클에서 100h의 시간이 경과했을 때 셀을 분해하여 리튬 전극의 XPS분석을 통하여 형성된 고체 전해질 중간상(SEI)을 분석하였다. 도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 XPS 분석 그래프이다.In the cell cycle analyzed in Experimental Example 8 above, when 100 h had elapsed, the cell was disassembled and the solid electrolyte intermediate phase (SEI) formed was analyzed through XPS analysis of the lithium electrode. Fig. 12 is an XPS analysis graph according to one embodiment of the present invention.

상기 도 12를 참고하면, 이온전도성 및 안정성이 뛰어난 LiF, Li3N 및 Li2CO3와 같은 원소를 확인할 수 있었다.Referring to the above Figure 12, elements such as LiF, Li 3 N, and Li 2 CO 3 with excellent ionic conductivity and stability were confirmed.

(실험 예 11) 리튬 이온 배터리 성능 분석(Experimental Example 11) Lithium-ion Battery Performance Analysis

가장 우수한 이온전도특성을 보이는 상기 실시 예 1(VEC_X-link_3SN2Li)에 의하여 제조된 고체전해질을 이용한 리튬 이온 배터리 성능 분석을 위하여 다양한 cathode(LFP, NCM811)를 조합하여 리튬 금속 전지를 구동 가능성을 평가하였다. 여기에서, 양극 활물질은 LFP(MTI Corporation)와 NCM811(POSCO Chemical)을 사용하였다. 도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 양극재로 LFP을 조합하여 제조된 리튬 이온 배터리의 성능 분석 그래프이고, 도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 양극재로 NCM811을 조합하여 제조된 리튬 이온 배터리의 성능 분석 그래프이다.In order to analyze the performance of a lithium ion battery using the solid electrolyte manufactured by Example 1 (VEC_X-link_3SN2Li) showing the best ion conductivity characteristics, the possibility of operating a lithium metal battery was evaluated by combining various cathodes (LFP, NCM811). Here, LFP (MTI Corporation) and NCM811 (POSCO Chemical) were used as the positive electrode active materials. Fig. 13 is a performance analysis graph of a lithium ion battery manufactured by combining LFP as a positive electrode material according to an embodiment of the present invention, and Fig. 14 is a performance analysis graph of a lithium ion battery manufactured by combining NCM811 as a positive electrode material according to an embodiment of the present invention.

상기 도 13 및 도 14를 참고하면, 상기 실시 예 1로 제조된 고체전해질을 이용하며 각각 양극재로 LFP, NCM811을 적용하여 리튬 이온 배터리로써의 구동 가능성을 평가한 결과 셀 사이클이 반복됨에 따라 에너지밀도가 일정하며, 일정 전압에서 이온전도도가 우수하여 리튬 금속전지에 적용 가능함을 확인하였다.Referring to the above Figures 13 and 14, the solid electrolyte manufactured in Example 1 was used, and LFP and NCM811 were applied as positive electrode materials, respectively, to evaluate the possibility of operation as a lithium ion battery. As a result, it was confirmed that the energy density was constant as the cell cycle was repeated, and the ionic conductivity was excellent at a constant voltage, so that it could be applied to a lithium metal battery.

이에 따라, 본 발명의 이차전지용 고체전해질의 제조방법 및 이를 포함하는 이차전지는 저온에서도 이온전도도가 우수하면서도 높은 양이온 운반율 및 전기화학적 안정성이 우수한 이차전지용 고체 전해질, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 리튬이차전지를 제공할 수 있다. Accordingly, the method for manufacturing a solid electrolyte for a secondary battery of the present invention and the secondary battery including the same can provide a solid electrolyte for a secondary battery having excellent ionic conductivity even at low temperatures, a high cation transport rate, and excellent electrochemical stability, a method for manufacturing the same, and a lithium secondary battery including the same.

본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구의 범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구의 범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.Those skilled in the art will appreciate that the present invention can be implemented in other specific forms without altering its technical spirit or essential characteristics. Therefore, the embodiments described above should be understood as illustrative in all respects and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the claims below rather than the detailed description above, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalents should be construed as being included within the scope of the present invention.

Claims (24)

하기 화학식 1로 표시되는 고체상을 포함하는 이차전지용 고체 전해질:
[화학식 1]

[화학식 2]

상기 화학식 1에서, Linker1, Linker2 및 Linker3은 각각 독립적인 단일결합 또는 화학식 2이고, m은 1 내지 50의 자연수이고, n은 1 내지 50의 자연수이다.
A solid electrolyte for a secondary battery comprising a solid phase represented by the following chemical formula 1:
[Chemical Formula 1]

[Chemical Formula 2]

In the above chemical formula 1, Linker 1 , Linker 2 and Linker 3 are each an independent single bond or chemical formula 2, m is a natural number from 1 to 50, and n is a natural number from 1 to 50.
제1항에 있어서,
상기 고체 전해질 100중량부를 기준으로 석시노나이트릴(Succinonitrile, SN) 40 내지 70중량부, 리튬염 30 내지 50중량부, 비닐모노머 10 내지 30중량부, 아크릴가교제 10 내지 30중량부 및 개시제 1 내지 5중량부를 포함하여 제조되는 것인 이차전지용 고체 전해질.
In the first paragraph,
A solid electrolyte for a secondary battery, which is manufactured by including 40 to 70 parts by weight of succinonitrile (SN), 30 to 50 parts by weight of a lithium salt, 10 to 30 parts by weight of a vinyl monomer, 10 to 30 parts by weight of an acrylic crosslinking agent, and 1 to 5 parts by weight of an initiator, based on 100 parts by weight of the above solid electrolyte.
제2항에 있어서,
상기 고체 전해질은,
상기 석시노나이트릴 및 상기 리튬염을 혼합하고 열처리하여 1차 혼합물을 구비시킨 후, 상기 1차 혼합물은 상온에서 상기 비닐모노머, 상기 아크릴가교제 및 상기 개시제를 첨가하여 2차 혼합물로 제조되고,
상기 1차 혼합물은 상기 석시노나이트릴(Succinonitrile, SN) 및 상기 리튬염의 상호작용에 의하여 비가역적으로 상변이를 유도함으로써 비정질 상(amorphous phase)을 포함하는 이차전지용 고체 전해질.
In the second paragraph,
The above solid electrolyte is,
After mixing and heat-treating the above succinonitrile and the lithium salt to prepare a first mixture, the first mixture is prepared into a second mixture by adding the vinyl monomer, the acrylic crosslinking agent, and the initiator at room temperature.
The above primary mixture is a solid electrolyte for a secondary battery including an amorphous phase by irreversibly inducing a phase transformation through the interaction of the succinonitrile (SN) and the lithium salt.
제3항에 있어서,
상기 열처리는 40℃ 내지 80℃ 사이의 온도에서 1시간 내지 3시간 동안 수행되어 상기 1차 혼합물은 액체상으로 구비되고,
상기 액체상의 1차 혼합물은 상온으로 냉각되어 비정질 상(amorphous phase)으로 상변이가 되고,
상기 비정질 상(amorphous phase)을 포함하는 1차 혼합물에 상기 비닐모노머, 상기 아크릴가교제 및 상기 개시제를 첨가하여 2차 혼합물로 제조되고,
상기 2차 혼합물을 UV 경화시켜 비정질 상의 고체 전해질로 형성되는 것을 포함하는 이차전지용 고체 전해질.
In the third paragraph,
The above heat treatment is performed at a temperature between 40°C and 80°C for 1 to 3 hours, so that the primary mixture is in a liquid phase,
The above liquid primary mixture is cooled to room temperature and undergoes a phase transformation into an amorphous phase.
A secondary mixture is prepared by adding the vinyl monomer, the acrylic crosslinking agent, and the initiator to the primary mixture containing the amorphous phase,
A solid electrolyte for a secondary battery, comprising a secondary mixture formed into an amorphous solid electrolyte by UV curing.
제3항에 있어서,
상기 1차 혼합물은,
상기 석시노나이트릴 : 리튬염 = 3~2 : 2~2.5의 중량비로 혼합하여 형성되는 이차전지용 고체 전해질.
In the third paragraph,
The above primary mixture is,
A solid electrolyte for a secondary battery formed by mixing the above succinonitrile: lithium salt = 3~2: 2~2.5 in a weight ratio.
제3항에 있어서,
상기 1차 혼합물에 대하여 상기 비닐모노머는 10wt% 내지 20wt%로 포함되는 이차전지용 고체 전해질.
In the third paragraph,
A solid electrolyte for a secondary battery, wherein the vinyl monomer is included in the primary mixture in an amount of 10 wt% to 20 wt%.
제3항에 있어서,
상기 석시노나이트릴은 -30℃ 내지 60℃에서 비정질 상(amorphous phase)으로 구비되고,
상기 1차 혼합물은 25℃ 내지 60℃에서 비정질 상(amorphous phase)으로 구비되는 것인 이차전지용 고체 전해질.
In the third paragraph,
The above succinonitrile is in an amorphous phase at -30°C to 60°C,
A solid electrolyte for a secondary battery, wherein the above primary mixture is in an amorphous phase at 25°C to 60°C.
제3항에 있어서,
상기 비정질 상(amorphous phase)은 고우시(gauche) 이성질체와 트랜스(trans) 이성질체가 혼합되어 구비되고,
상기 트랜스(trans) 이성질체는 18mol% 내지 25mol%로 포함되는 것인 이차전지용 고체 전해질.
In the third paragraph,
The above amorphous phase is prepared by mixing gauche isomers and trans isomers,
A solid electrolyte for a secondary battery, wherein the trans isomer is contained in an amount of 18 mol% to 25 mol%.
제2항에 있어서,
상기 리튬염은,
리튬비스트리플루오로메탄설포닐이미드(LithiumBis(trifluoromethanesulfonyl)imide, LiTFSI), 과염소산리튬(Lithiumperchlorate, LiClO4), 질산리튬(Lithiumnitrate, LiNO3), 육불화인산리튬(Lithiumhexafluorophosphate, LiPF6), 리튬비스옥살레이토붕산염(Lithiumis(oxalato)borate, LiBOB) 및 리튬비스플루오로설포닐이미드(Lithiumbis(fluorosulfonyl)amide, LiFSI) 중 선택된 어느 하나 이상을 포함하는 이차전지용 고체 전해질.
In the second paragraph,
The above lithium salt is,
A solid electrolyte for a secondary battery comprising at least one selected from the group consisting of lithium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide (LiTFSI), lithium perchlorate (LiClO 4 ), lithium nitrate (LiNO 3 ), lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ), lithium bis(oxalato)borate (LiBOB), and lithium bis(fluorosulfonyl)amide (LiFSI).
제2항에 있어서,
상기 비닐모노머는,
비닐에틸렌카보네이트(Vinylethylenecarbonate, VEC), 부틸아크릴레이트(Butylacrylate, BUA), 2-하이드록시에틸메타크릴레이트(2-Hydroxyethylmethacrylate, HMA) 및 트리메틸올프로판 에톡실레이트 트리아크릴레이트(Trimethylolpropaneethoxylatetriacrylate, TRA) 중 선택된 어느 하나 이상을 포함하는 이차전지용 고체 전해질.
In the second paragraph,
The above vinyl monomer,
A solid electrolyte for a secondary battery comprising at least one selected from vinylethylene carbonate (VEC), butylacrylate (BUA), 2-hydroxyethylmethacrylate (HMA), and trimethylolpropaneethoxylatetriacrylate (TRA).
제1항에 있어서,
상기 고체 전해질은,
상온에서 이온전도도는 1.0~3.0mS/cm, 리튬 양이온 운반율은 0.7~1.0 및 양극 LSV(Linear sweep voltammetry) 값은 5.0~5.3V인 것을 포함하는 이차전지용 고체 전해질.
In the first paragraph,
The above solid electrolyte is,
A solid electrolyte for a secondary battery having an ionic conductivity of 1.0 to 3.0 mS/cm at room temperature, a lithium cation transport rate of 0.7 to 1.0, and a positive electrode LSV (linear sweep voltammetry) value of 5.0 to 5.3 V.
석시노나이트릴 및 리튬염을 혼합하여 열처리 및 냉각을 수행하는 1차 혼합물 형성단계;
상기 1차 혼합물에 비닐모노머, 아크릴가교제 및 개시제를 첨가하는 2차 혼합물 형성단계; 및
상기 2차 혼합물을 UV경화시켜 고체상을 형성하는 UV경화단계;를 포함하는 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 이차 전지용 고체 전해질 제조방법.
A first mixture formation step of mixing succinonitrile and lithium salt and performing heat treatment and cooling;
A second mixture forming step of adding a vinyl monomer, an acrylic crosslinking agent, and an initiator to the first mixture; and
A method for manufacturing a solid electrolyte for a secondary battery according to any one of claims 1 to 11, comprising a UV curing step of forming a solid phase by UV curing the secondary mixture.
제12항에 있어서,
상기 1차 혼합물 형성단계는,
40℃ 내지 80℃의 온도에서 1시간 내지 3시간 동안 열처리한 후 상온으로 냉각시키는 과정을 포함하는 이차전지용 고체 전해질 제조방법.
In paragraph 12,
The above first mixture formation step is,
A method for manufacturing a solid electrolyte for a secondary battery, comprising a process of heat-treating at a temperature of 40°C to 80°C for 1 to 3 hours and then cooling to room temperature.
제12항에 있어서,
상기 1차 혼합물은,
상기 석시노나이트릴 : 리튬염 = 3~2 : 2~2.5의 중량비로 혼합하여 형성되는 이차전지용 고체 전해질 제조방법.
In paragraph 12,
The above primary mixture is,
A method for manufacturing a solid electrolyte for a secondary battery, wherein the above succinonitrile: lithium salt is mixed in a weight ratio of 3 to 2: 2 to 2.5.
제12항에 있어서,
상기 1차 혼합물에 대하여 상기 비닐모노머는 10wt% 내지 20wt%로 포함되는 이차전지용 고체 전해질 제조방법.
In Article 12,
A method for producing a solid electrolyte for a secondary battery, wherein the vinyl monomer is included in the primary mixture in an amount of 10 wt% to 20 wt%.
제12항에 있어서,
상기 1차 혼합물은,
상기 석시노나이트릴 및 상기 리튬염의 상호작용에 의하여 비가역적으로 상변이를 유도함으로써 형성된 비정질 상(amorphous phase)을 포함하는 이차전지용 고체 전해질 제조방법.
In paragraph 12,
The above primary mixture is,
A method for manufacturing a solid electrolyte for a secondary battery, comprising an amorphous phase formed by irreversibly inducing a phase transition through the interaction of the above succinonitrile and the above lithium salt.
제12항에 있어서,
상기 석시노나이트릴은 -30℃ 내지 60℃에서 비정질 상(amorphous phase)으로 구비되고,
상기 1차 혼합물은 25℃ 내지 60℃에서 비정질 상(amorphous phase)으로 구비되는 것인 이차전지용 고체 전해질 제조방법.
In Article 12,
The above succinonitrile is in an amorphous phase at -30°C to 60°C,
A method for manufacturing a solid electrolyte for a secondary battery, wherein the above primary mixture is in an amorphous phase at 25°C to 60°C.
제16항에 있어서,
상기 비정질 상(amorphous phase)은 고우시(gauche) 이성질체와 트랜스(trans) 이성질체가 혼합되어 구비되고,
상기 트랜스(trans) 이성질체는 18mol% 내지 25mol%로 포함되는 것인 이차전지용 고체 전해질 제조방법.
In Article 16,
The above amorphous phase is prepared by mixing gauche isomers and trans isomers,
A method for producing a solid electrolyte for a secondary battery, wherein the trans isomer is included in an amount of 18 mol% to 25 mol%.
제12항에 있어서,
상기 고체상은 하기 화학식 1로 표시되는 것인 이차전지용 고체 전해질 제조방법:
[화학식 1]

[화학식 2]

상기 화학식 1에서, Linker1, Linker2 및 Linker3은 각각 독립적인 단일결합 또는 화학식 2이고, m은 1 내지 50의 자연수이고, n은 1 내지 50의 자연수이다.
In Article 12,
A method for manufacturing a solid electrolyte for a secondary battery, wherein the solid phase is represented by the following chemical formula 1:
[Chemical Formula 1]

[Chemical Formula 2]

In the above chemical formula 1, Linker 1 , Linker 2 and Linker 3 are each an independent single bond or chemical formula 2, m is a natural number from 1 to 50, and n is a natural number from 1 to 50.
제12항에 있어서,
상기 리튬염은,
리튬비스트리플루오로메탄설포닐이미드(LithiumBis(trifluoromethanesulfonyl)imide, LiTFSI), 과염소산리튬(Lithiumperchlorate, LiClO4), 질산리튬(Lithiumnitrate, LiNO3), 육불화인산리튬(Lithiumhexafluorophosphate, LiPF6), 리튬비스옥살레이토붕산염(Lithiumis(oxalato)borate, LiBOB) 및 리튬비스플루오로설포닐이미드(Lithiumbis(fluorosulfonyl)amide, LiFSI) 중 선택된 어느 하나 이상을 포함하는 이차전지용 고체 전해질 제조방법.
In Article 12,
The above lithium salt is,
A method for manufacturing a solid electrolyte for a secondary battery, comprising at least one selected from among lithium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide (LiTFSI), lithium perchlorate (LiClO 4 ), lithium nitrate (LiNO 3 ), lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ), lithium bis(oxalato)borate (LiBOB), and lithium bis(fluorosulfonyl)amide (LiFSI).
제12항에 있어서,
상기 비닐모노머는,
비닐에틸렌카보네이트(Vinylethylenecarbonate, VEC), 부틸아크릴레이트(Butylacrylate, BUA), 2-하이드록시에틸메타크릴레이트(2-Hydroxyethylmethacrylate, HMA) 및 트리메틸올프로판 에톡실레이트 트리아크릴레이트(Trimethylolpropaneethoxylatetriacrylate, TRA) 중 선택된 어느 하나 이상을 포함하는 이차전지용 고체 전해질.
In Article 12,
The above vinyl monomer,
A solid electrolyte for a secondary battery comprising at least one selected from vinylethylene carbonate (VEC), butylacrylate (BUA), 2-hydroxyethylmethacrylate (HMA), and trimethylolpropaneethoxylatetriacrylate (TRA).
제12항에 있어서,
상기 고체 전해질은,
상온에서 이온전도도는 1.0~3.0mS/cm, 리튬 양이온 운반율은 0.7~1.0 및 양극 LSV(Linear sweep voltammetry) 값은 5.0~5.3V인 것을 포함하는 이차전지용 고체 전해질 제조방법.
In paragraph 12,
The above solid electrolyte is,
A method for manufacturing a solid electrolyte for a secondary battery, comprising: an ionic conductivity of 1.0 to 3.0 mS/cm at room temperature, a lithium cation transport rate of 0.7 to 1.0, and a positive electrode LSV (Linear sweep voltammetry) value of 5.0 to 5.3 V.
양극;
상기 양극에 대항하는 음극; 및
상기 양극과 상기 음극사이에 고체 전해질이 구비되고,
상기 고체 전해질은 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 의한 이차전지용 고체 전해질을 포함하는 이차전지.
anode;
a cathode opposing the anode; and
A solid electrolyte is provided between the positive electrode and the negative electrode,
The above solid electrolyte is a secondary battery comprising a solid electrolyte for a secondary battery according to any one of claims 1 to 10.
제23항에 있어서,
상기 고체 전해질은,
상온에서 이온전도도는 1.0~3.0mS/cm, 리튬 양이온 운반율은 0.7~1.0 및 양극 LSV(Linear sweep voltammetry) 값은 5.0~5.3V인 것을 포함하는 이차전지.
In Article 23,
The above solid electrolyte is,
A secondary battery having an ionic conductivity of 1.0 to 3.0 mS/cm at room temperature, a lithium cation transport rate of 0.7 to 1.0, and a positive electrode LSV (linear sweep voltammetry) value of 5.0 to 5.3 V.
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