고체 전해질, 이를 포함하는 리튬전지
Solid electrolyte, lithium battery comprising solid electrolyte
특허 요약
이온성액체, 리튬염, 무기입자 및 고분자를 포함하며, 상기 고분자 100 중량부에 대하여 상기 이온성액체 33 중량부 이상을 포함하는 고체 전해질과 이를 포함하는 리튬전지가 제시된다.
청구항
번호청구항
1

이온성액체, 리튬염, 무기입자 및 고분자를 포함하며,상기 고분자 100 중량부에 대하여 상기 이온성액체 33 중량부 이상을 포함하며,상기 고분자가 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리테트라플루오로 에틸렌(PTFE), 폴리불화비닐리덴(PVdF), 스티렌-부타디엔 고무, 테트라플루오로에틸렌-퍼플루오로알킬비닐에테르 공중합체, 불화비닐리덴-클로로트리플루오로에틸렌 공중합체, 에틸렌-테트라플루오로에틸렌 공중합체, 폴리클로로트리플루오로에틸렌, 불화비니리덴-펜타프루오로 프로필렌 공중합체, 프로필렌-테트라플루오로에틸렌 공중합체, 에틸렌-클로로트리플루오로에틸렌 공중합체, 불화비닐리덴-헥사플루오로프로필렌-테트라플루오로에틸렌 공중합체, 불화비닐리덴-퍼플루오로메틸비닐에테르-테트라플루오로에틸렌 공중합체, 에틸렌-아크릴산 공중합체, 폴리아크릴로니트릴, 및 폴리메틸메타크릴레이트 중에서 선택된 하나 이상이며,상기 고분자가 알킬렌옥사이드기 비함유 고분자인 고체 전해질.

2

제1 항에 있어서, 상기 고분자가 비이온성(non-ionic) 고분자인 고체 전해질.

3

제1 항에 있어서, 상기 고체 전해질이 고분자 섬유 비함유(polymer fiber free) 전해질인 고체 전해질.

4

제1 항에 있어서, 상기 이온성액체가 하기 화학식 1 또는 2로 표시되는 고체 전해질:003c#화학식 1003e#상기 화학식 1에서,는 적어도 하나의 헤테로원자를 포함하는 C2-C30의 3원자 내지 31원자 고리를 의미하며, 사이클로알킬 고리, 아릴 고리 또는 헤테로아릴 고리이며,X는 -N(R1)(R2), 또는 -P(R1)(R2)이고,Y-는 음이온이고,003c#화학식 2003e#상기 화학식 2에서,X는 -N(R1)(R2)(R3), 또는 -P(R1)(R2)(R3)이고,R1 내지 R3는 서로 독립적으로 수소, 비치환된 또는 치환된 C1-C30 알킬기, 비치환된 또는 치환된 C1-C30 알콕시기, 비치환된 또는 치환된 C6-C30 아릴기, 비치환된 또는 치환된 C6-C30 아릴옥시기, 비치환된 또는 치환된 C3-C30 헤테로아릴기, 비치환된 또는 치환된 C3-C30 헤테로아릴옥시기, 비치환된 또는 치환된 C4-C30 사이클로알킬기, 비치환된 또는 치환된 C3-C30 헤테로사이클로알킬기, 또는 비치환된 또는 치환된 C2-C100 알킬렌옥사이드기이고,R11은 비치환된 또는 치환된 C1-C30 알킬기, 비치환된 또는 치환된 C1-C30 알콕시기, 비치환된 또는 치환된 C6-C30 아릴기, 비치환된 또는 치환된 C6-C30 아릴옥시기, 비치환된 또는 치환된 C3-C30 헤테로아릴기, 비치환된 또는 치환된 C3-C30 헤테로아릴옥시기, 비치환된 또는 치환된 C4-C30 사이클로알킬기, 비치환된 또는 치환된 C3-C30 헤테로사이클로알킬기, 또는 비치환된 또는 치환된 C2-C100 알킬렌옥사이드기이고,Y-는 음이온이다.

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제4 항에 있어서, 상기 화학식 1의 가 하기 화학식 3으로 표시되며, 상기 화학식 2의 가 화학식 4로 표시되는 양이온인 고체 전해질:003c#화학식 3003e#상기 화학식 3에서,Z는 N 또는 P를 나타내며, R12 내지 R18은 서로 독립적으로 수소, 비치환된 또는 치환된 C1-C30 알킬기, 비치환된 또는 치환된 C1-C30 알콕시기, 비치환된 또는 치환된 C6-C30 아릴기, 비치환된 또는 치환된 C6-C30 아릴옥시기, 비치환된 또는 치환된 C3-C30 헤테로아릴기, 비치환된 또는 치환된 C3-C30 헤테로아릴옥시기, 비치환된 또는 치환된 C4-C30 사이클로알킬기, 비치환된 또는 치환된 C3-C30 헤테로사이클로알킬기, 또는 비치환된 또는 치환된 C2-C100 알킬렌옥사이드기이고,003c#화학식 4003e#상기 화학식 4에서,Z는 N 또는 P를 나타내며, R12 내지 R15는 서로 독립적으로 수소, 비치환된 또는 치환된 C1-C30 알킬기, 비치환된 또는 치환된 C1-C30 알콕시기, 비치환된 또는 치환된 C6-C30 아릴기, 비치환된 또는 치환된 C6-C30 아릴옥시기, 비치환된 또는 치환된 C3-C30 헤테로아릴기, 비치환된 또는 치환된 C3-C30 헤테로아릴옥시기, 비치환된 또는 치환된 C4-C30 사이클로알킬기, 비치환된 또는 치환된 C3-C30 헤테로사이클로알킬기, 또는 비치환된 또는 치환된 C2-C100 알킬렌옥사이드기이다.

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제1 항에 있어서, 상기 이온성액체 100 중량부에 대하여 상기 고분자 30 내지 300 중량부를 포함하는 고체 전해질.

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제1 항에 있어서, 상기 리튬염이 LiTFSI, LiPF6, LiBF4, LiAsF6, LiClO4, LiNO3, (lithium bis(oxalato) borate(LiBOB), LiCF3SO3, LiN(SO2CF3)2, LiN(SO2C2F5)2, LiC(SO2CF3)3, LiN(SO3CF3)2, LiC4F9SO3, LiAlCl4 및 LiTfO(lithium trifluoromethanesulfonate) 중 하나 이상을 포함하는 고체 전해질.

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제1 항에 있어서, 상기 이온성액체 100 중량부에 대하여 상기 리튬염 33 내지 300 중량부를 포함하는 고체 전해질.

9

제1 항에 있어서, 상기 무기입자가 SiO2, TiO2, Al2O3, AlN, SiC, BaTiO3, 흑연산화물(graphite oxide), 그래핀산화물(graphene oxide), MOF(Metal Organic Framework), POSS(Polyhedral Oligomeric Silsesquioxanes), Li2CO3, Li3PO4, Li3N, Li3S4, Li2O, 몬트모릴로나이트(montmorillonite) 중에서 선택된 하나 이상을 포함하는 고체 전해질.

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제1 항에 있어서, 상기 이온성액체 100 중량부에 대하여 상기 무기입자 0.1 내지 15 중량부를 포함하는 고체 전해질.

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양극; 음극; 및상기 양극과 음극 사이에 배치되는 전해질층을 포함하며,상기 전해질층이 제1 항 내지 제10 항 중 어느 한 항에 따른 고체 전해질을 포함하는 리튬전지.

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제11 항에 있어서, 상기 전해질층이 상기 고체 전해질을 포함하는 전해질막으로 이루어진 리튬전지.

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제11 항에 있어서, 상기 전해질층과 음극 사이에 배치되는 무기 복합층을 더 포함하며, 상기 무기 복합층이 무기 입자를 포함하는 리튬전지.

14

제11 항에 있어서, 상기 전해질층이세퍼레이터; 및상기 세퍼레이터에 함침된 상기 고체 전해질로 이루어진 복합 전해질막을 포함하는 리튬전지.

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제11 항에 있어서, 상기 전해질층이 제1 전해질층; 및제2 전해질층을 포함하는 다층 구조를 가지며,상기 제1 전해질층이 세퍼레이터를 포함하며,상기 제2 전해질층이 상기 고체 전해질을 포함하는 리튬전지.

16

제15 항에 있어서, 상기 제2 전해질층이 음극 또는 양극에 접하는 리튬전지.

17

제15 항에 있어서, 상기 제1 전해질층이 상기 세퍼레이터에 함침된 전해질을 더 포함하며,상기 세퍼레이터에 함침된 전해질이 액체 전해질 및 상기 고체 전해질 중에서 선택된 하나 이상을 더 포함하는 리튬전지.

18

제11 항에 있어서, 상기 리튬전지가 하나 이상의 절곡부(folded portion)를 포함하는 리튬 전지.

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제11 항에 있어서, 상기 리튬전지가 리튬공기전지 또는 리튬이온전지인 리튬 전지.